Литология что это такое
Литология
Литология это наука которая занимается исследованием осадочных пород. В начале развития она даже считалась отдельной наукой, но позже литология вошла в петрологию. Несмотря на это, из нее выделились некоторые собственные направления.
История
Как и многие прочие геологические науки, литология начала обосабливаться в XIX в. До этого с древних времен изучение осадочных пород велось в рамках единого направления, совмещающего все геологические знания.
Предпосылками для обособления литологии послужили палеогеграфические, стратиграфические и прочие исследования, давшие информацию, в том числе, о составе осадочных пород. Особо интенсивно изучение осадочного породообразования велось в последнем десятилетии XIX в. Дж. Мерреем и А. Ренаром, Й. Вальтером.
В результате этого в 1910 г. литология стала отдельной научной дисциплиной. Позже она вошла в состав петрологии в качестве ее раздела о осадочных породах. Хотя, в 60 – 70 гг. XX в. она снова считалась отдельной наукой.
В том же десятилетии из литологии в качестве самостоятельных дисциплин выделились органическая геохимия и геохимия руд и осадочных пород.
В дальнейшем происходило углубление литологических знаний, расширение сферы исследования и усовершенствование теоретических положений благодаря появлению новых методов и накоплению материала.
Современная наука
По сфере изучения литология подразделена на петрографию осадочных пород (исследует их состав), фациальный (изучает состав пород и взаимосвязи между ними) и формационный (рассматривает состав пород и взаимоотношения с сформированными ими геологическими телами) анализы.
Несмотря на объем накопленных данных, до сих пор в литологии не решены некоторые вопросы. Например, даже отсутствует строгое определение науки. Та же проблема актуальна для некоторых фундаментальных понятий, таких как «осадочная порода» и «морская осадочная порода». Для первого термина отсутствует единый перечень характеризующих его признаков. Для второго понятия определение существует лишь в географическом смысле. Также отсутствует четкое определение терминов «текстура» и «структура», и, следовательно, не определены взаимоотношения между ними. Нет определения и у понятия «обломок», вследствие чего недостаточно четко выделены обломочные породы (сюда относят и окатанные тела, образовавшиеся путем постгенетического воздействия).
Органогенные породы также выделены недостаточно четко. Так, сюда относят и выпавшие из взвеси скелетные остатки планктонных организмов, и малоподвижные, и колониальные донные организмы. Кроме того, в литологии исследуют некоторые породы, не являющиеся осадочными. К ним относят джеспилиты (продукты метаморфизма), пирокластические образования (продукты вулканизма), бокситы (продукты метасоматоза). К тому же не изучены механизмы переноса и отложения осадков, служащих исходными для формирования механогенных пород. Наконец, нет четкого разделения пород и осадков. В некоторых случаях их дифференцируют по наличию признаков диагенеза, в других – по принципу различий в возрасте. При этом даже не существует критерия разделения осадков на современные и древние. По названным причинам возникают трудности в дифференциации этапов формирования пород и их эпигенетических преобразований.
По сфере исследования и методам литология наиболее близка к седиментологии. Более того, существуют сложности в определении взаимоотношений между данными дисциплинами. Так, по одному из мнений, седиментология обладает значительно более обширным предметом изучения, следовательно, литология является ее разделом. С другой точки зрения, седиментология – раздел литологии, так как исследуемые ей процессы рассматривают как стадии литогенеза. Наконец, существует взгляд, что данные дисциплины являются равноценными и отличаются по предмету исследования. Для литологии это осадочные породы, а для седиментологии – осадки. То есть в соответствии с этим литология исследует закономерности формирования и распространения осадочных пород, а седиментология – генезис современных осадков. Таким образом, литология служит для решения прямой задачи, а седиментология – обратной (рассмотрены далее). С данной точки зрения диагенез является начальной стадией литогенеза, всему этому предшествует седиментогенез.
Помимо этого, литология связана с геологическими (стратиграфией, геохимией, тектоникой, минералогией, палеогеографией, геологией полезных ископаемых, инженерной геологией, гидрогеологией, морской геологией, почвоведением), физико-химическими и математическими науками, климатологией.
Благодаря взаимодействию литологии, геотектоники, региональной геологии и прочих геологических дисциплин возникло новое направление – осадочные бассейны.
Предмет, задачи, методы
Предмет литологии представлен осадочными горными породами. К ее задачам относят выяснение законов их распределения и поиски связанных с ними месторождений. Кроме того, в литологии существует прямая и обратная задачи.
Первая из них состоит в определении особенностей и условий генезиса осадков, служащих основой для осадочных пород.
Обратная задача – восстановление условий формирования осадочных пород на основе изучения их свойств. Суть данных работ заключается в создании гипотез с применением метода актуализма (аналогий).
Взаимоотношения между прямой и обратной задачами весьма сложны. Так, решение прямой задачи не означает наличия его для обратной. При этом решить обратную задачу без прямой невозможно.
Помимо названных выше общих задач, литология имеет и более конкретные. К наиболее актуальным в настоящее время среди них относят изучение вторичных изменений погруженных в глубинные слои литосферы осадочных пород (особо актуально в нефтяной геологии), рассмотрение вулканогенно-осадочных пород (началось в 60 – 70 гг. XX в.), определение роли вулканогенно-осадочного литогенеза в породообразовании, исследование докембрийских осадочных глубоко метаморфизованных пород, сохранивших исходные черты (позволяет восстановить условия осадконакопления и выяснить особенности развития земной коры и рудообразования в докембрии).
В литологии применяют три группы методов: прямые геологические наблюдения за строением и составом осадочных пород (полевые), инструментальные (лабораторные), обобщенного анализа.
При геологических наблюдениях используют различные способы тонкого исследования вещества, например, изотопные, геохимические. Детально описывают состав и строение осадочных толщ с учетом органических остатков, замещения пород, их соотношений, условий захоронения.
К инструментальным методам относят оптические, термический анализ, исследование гранулометрического состава, электронную микроскопию и др. Основанный на оптических свойствах минералов иммерсионный метод применяют с целью определения минерального состава зерен породы. Гранулометрический анализ служит для разделения зерен по гранулометрическому составу. Тонкодисперсные породы (глинистые, карбонатные, кремнистые и др.) исследуют с применением рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, что позволяет выяснить их минеральный состав и оценить изменения отдельных минералов на различных стадиях литогенеза. Также обширно используют такие узкоспециализированные методы, как люминесцентный, рентгеноспектральный, газовообъемный анализы.
Обобщенный анализ включает фациальный (генетический), формационный, литостратиграфический, палеогеографичесикий, стадиальный, сравнительно-литологический анализы. Лабораторные данные обобщают путем графического отображения и моделирования с применением физических и математических методов.
Данные методы относятся к более высокому уровню исследований в сравнении с прочими названными типами. Они служат для оценки отношений и связей между литологическими объектами и явлениями. При этом основной проблемой таких методов является то, что они дают лишь эмпирическую информацию. По сути, названные способы обобщенного анализа являются видами метода актуализма.
С использованием полученных данных составляют литолого-палеогеографические и литолого-фациальные карты, отображающие закономерности распространения осадочных пород.
Образование и работа
Профессии литолога обучают на общих геологических специальностях вместе с прочими соответствующими профессиями. Такое образование подразумевает изучение специальных геологических предметов и прохождение полевых и производственных практик.
В дальнейшем литологи остаются в учебных заведениях заниматься научной и образовательной работой или идут в производство (в основном нефтегазовое). Специалисты в данной сфере отмечают недостаток таких кадров, следовательно, профессия весьма востребована на рынке труда.
Заключение
Литология как наука о осадочных породах обособилась в начале XX в., но позже вошла в состав петрологии в качестве ее раздела. В настоящее время она занимается исследованием состава, распространения и происхождения осадочных пород. Несмотря на объем накопленных знаний, в науке немало нерешенных вопросов и неопределенностей. В настоящее время наблюдается нехватка литологов как в научно-образовательной сфере, так и на производстве, поэтому данная профессия весьма востребована.
Наука литология. История, задачи и методы литологии
Литология – наука о современных осадках, и осадочных горных породах. Она является одной из фундаментальных наук геологического цикла, которая все шире внедряется в различные области геологических исследований и поэтому не случайно появление новых научных и прикладных направлений связанных с ней. Название ее происходит от греческих слов “литос” – камень и “логос” – учение. В начале ХХ века литология обособилась от общей петрографии. В ее составе выделяют: общую литологию, петрографию осадочных пород, методы исследования осадочных пород.
В настоящее время сложилось 3 направления исследований по общей литологии.
— Стадиальное, или стадиально-литологическое направление рассматривает историю осадочной горной породы от зарождения осадочного материала через его перенос и осаждение, превращение осадка в осадочную горную породу, бытие последней.
— Седиментационно-генетическое направление акцентирует внимание на первых стадиях осадочного процесса, рассматривает факторы, механизмы и обстановки осадконакопления. Оно тесно связано с фациально-генетическим анализом и служит его базой.
— Историко-литологическое направление изучает эволюцию и периодичность осадочного породообразования в истории Земли, изменение состава и набора пород, способов и механизмов, а также обстановок и условий осаждения материала.
Истории литологии.
В числе первых исследований осадочных пород с научными целями можно назвать великого русского ученого М.С. Ломоносова. Он одним из первых объяснил происхождение ряда осадочных пород, в том числе нефти, каменного угля, и изложил это в работе “О слоях земных” (1763г.). Позже Д. Геттон (1795г.) опубликовал книгу об условиях образования некоторых осадочных пород Англии. Затем появились обстоятельные работы Н.К. Головкинского (1867г.) и И. Вальтера (1894г.) в области цикличности осадкообразования. В конце Х I Х века и позднее плодотворно работали по изучению отдельных проблем литологии Н.А. Андрусов, А.П. Каржинский, французский ученый Л. Кайе.
Большую роль в становлении науки литологии сыграли работы В.И. Вернадского (1863 – 1945гг.). Им было изучено влияние органической жизни на формирование осадочных пород. И.М. Губкин (1871 – 1939гг.) оценил значение осадочных пород как резервуаров нефти и газа, показал возможности фациального анализа для прогнозирования поисков полезных ископаемых, в частности нефтегазоносности недр.
В 1922 году, курс петрографии осадочных пород был введен в Московском и Казанском университетах. В это же время Д.В. Наливкин создал курс “Учение о фациях” и начал его читать в Ленинградском горном институте. В 1923 году Я.В. Самойлов сформулировал основные задачи литологии, наметил программу и методологию исследований осадочных пород.
В 20-е годы плодотворно работал английский ученый Г. Мильнер. Он разработал методы исследования минеральных зерен и заложил основы микропетрографической корреляции. В США У.Х. Твенхафл в 1925г. опубликовал монографию “Учение об образовании трех осадков”, ставшей важной вехой в развитии методологии.
М.С. Швецов одним из первых создал курс осадочной петрографии для вузов и написал учебник “Петрография осадочных бассейнов” (1032г.). Работы В.П. Батурина в области микропетрографической корреляции и восстановления палеогеографии по терригенным компонентам (1930-1945гг.) не потеряли своего значения до настоящего времени.
Огромную роль в литологии сыграли работы Л.В. Пустовалова (1920-1970гг.). Им опубликована 2-х томная монография “Петрография осадочных пород”. Он ввел в науку учение об осадочной дифференциации, представление о периодичности осадкообразования. В 1941г. он был удостоен Государственной премии СССР I степени.
Велико значение работ Н.М. Страхова (1898-1978гг.). Он выполнил ряд важных исследований по современному осадконакоплению, на основе сравнительно-литологического метода разработал теорию осадочного породообразования. За монографию “Основы теории литогенеза” в 1961г. был удостоен Ленинской премии.
Большой вклад в развитие литогенеза внесли Ю.А. Жемчужников, Л.Б. Рухин, Г.И. Теодорович, Н.В. Вассоевич, Г.Ф. Крашенинников, Н.В. Погвиненко, и др. Из белорусских современных ученых – Г.И. Горецкий, А.С. Махнач, К.И. Лукашев, Э.А. Левков, А.В. Матвеев и др. Кредиты наличными всего за пару часов вместе с «Экспресс Инвест». Более подробную информацию вы найдете на сайте компании expressinvest.су, а также сможете задать интересующиеся вопросы воспользовавшись онлайн-помощником.
Литология тесно связана с науками геологического цикла – стратиграфией, палеонтологией, кристаллографией, минералогией, геотектоникой и др. Она использует возможности этих наук и вместе с тем решает задачи, необходимые для них.
Задачи литологии
Интересы развития науки и практика освоения богатств земных недр предопределяют задачи литологии. Их можно разделить на общие, частные и прикладные. Все они многоплановы и разнообразны по назначению. Перечислим некоторые из них :
— дальнейшее совершенствование теории литогенеза ;
— углубление знаний в области катагенеза пород применительно к различным сочетаниям термобарических и геохимических условий ;
— развитие и конкретизация представлений о периодичности и эволюции осадочного процесса ;
— создание единой генетической классификации осадочных пород ;
К задачам прикладного значения относятся :
— всестороннее изучение состава и строения осадочных горных пород современными лабораторными методами ;
— литолого-фациальное и палеогеографическое картирование с целью восстановления геологической истории и определения направлений поисков конкретных полезных ископаемых и обоснование оптимальных систем их разработки ;
— разработка и совершенствование литологических основ прогнозирования природных резервуаров нефти и газа ;
При поисках и освоении конкретных полезных ископаемых перед литологией стоят специфические задачи :
— освоение земных недр;
— разработка полезных ископаемых;
— обогащение и переработка ископаемого сырья ;
— охрана окружающей среды.
Литологические методы исследования
Основными методами изучения осадочных горных пород являются :
— макроскопическое исследование и изучение пород в шлифах под микроскопом ;
— минералогический анализ, проводимый под бинокуляром, помогает не только определить породу и ее состав, но и имеет большое значение для решения вопросов стратиграфии и палеогеографии ;
— иммерсионный метод проводится под микроскопом и заключается в точном определении показателя преломления зерен путем их погружения в специальные жидкости ;
В последнее время большое значение имеют :
— термический анализ – основывается на том, что при нагревании минерала (породы) выделение Н2О и существенные изменения структуры происходят у минералов при разных температурах и сопровождаются реакциями поглощения или выделения тепла ;
— рентгеновский метод – заключается в облучении порошка минерала (породы) с последующим получением спектра с определенным набором линий, характерных для данного минерала или породы ;
— химический метод и его разновидность – микрохимический – дают информацию о микро- и макро- составе пород и минералов;
— изотопный метод (стабильных и радиоактивных изотопов) – используется для изучения условий образования и установления возраста пород и минералов ;
— метод газовой декрипитации – проводится для определения температуры образования и изучения газовых включений минералов.
Литология. Структурная геология
Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций
Литология. Структурная геология
Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций
Введение
Предмет литологии
Литология (от др.-греч. λιθοσ – камень и λογοσ – слово) – наука об осадочных породах и современных геологических осадках, их вещественном составе, строении, закономерностях и условиях образования и изменении.
Связь литологии с другими дисциплинами (по Л.Б. Рухину)
Разделы литологии
Петрогра́фия (греч. πέτροσ «камень» + γράφω «пишу») – наука, описывающая горные породы и составляющие их минералы.
Седиментоло́гия (лат. sedimentum «осадок» + греч. λογοσ «слово») — наука о закономерностях формирования современных осадков.
Стадиальная литология рассматривает последовательные стадии преобразования осадка в горную породу: литогенез, диагенез, катагенез и метагенез.
Формациология изучает геологические формации – парагенетически связанные совокупности фаций.
Связь с другими дисциплинами
Литология близка к учению о месторождениях полезных ископаемых в осадочных породах и к исторической геологии.
Познание литологии невозможно без стратиграфии. В свою очередь она помогает уточнять и создавать стратиграфические схемы.
Литология родственна общей геологии и геотектонике.
Связана литология и с геологией моря, с океанографией и гидрологией, с экологией и палеоэкологией, с климатологией, физической географией и с почвоведением, с минералогией, а через нее с геохимией, физической и коллоидной химией. Очень важны взаимосвязи литологии с инженерно-геологическими дисциплинами, грунтоведением и гидрогеологией.
Вещественно-структурный и генетический подходы в литологии
Два этих подхода к изучению и классификации пород издавна противопоставляются друг другу. В основе первого – изучение состава и внутреннего строения пород, в основе второго – разделение пород по способу и условиям их образования. Однако все попытки построить «чистую» классификацию пород на основе только одного из этих подходов неудачны – на разных стадиях изучения нужно использовать тот или иной, либо оба подхода.
Принцип актуализма в моделировании процессов геологического прошлого
Актуализм исходит из принципа: «Настоящее есть ключ к пониманию прошедшего», то есть изучение процессов, происходящих в современных условиях, принимается за основу для суждения о процессах и условиях минувших геологических периодов. Принцип актуализма отражает вывод о том, что геологические отложения и среда, условия, в которых происходит их образование, представляют собой единство.
Актуализм возник одновременно с первыми ростками геологической науки в XVI—XVII веках. Его становление связано с именами таких деятелей эпохи Возрождения, как Леонардо да Винчи, Бернар Палисси, Николай Стено и др.
Впервые в истории геологии научное понятие о природе и происхождении горных пород на основе принципа актуализма дал М.В. Ломоносов. Он писал, что силы, изменяющие лик Земли, бывают внешние и внутренние: «Внешние действия суть сильные ветры, дожди, течение рек, волны, морские льды, пожары в лесах, потопы; внутреннее одно землетрясение».
В 30-х годах XIX в. Ч. Лайель сформулировал принцип актуализма в следующем виде:
«Если он (геолог) твёрдо усвоит верование в сходство или тожество древней и настоящей системы земных изменений, то в каждом факте, указывающем на причины, повседневно действующие, увидит ключ к истолкованию какой-нибудь тайны в прошедшем».
Фации
Термин «фация» предложен швейцарским геологом А. Грессли (1838-41).
Понятие фация у Грессли было многосторонним (оно охватывало петрографический состав пород, заключённые в них органические остатки, генезис отложений и их изменения в определённых стратиграфических рамках), что послужило причиной дальнейшего использования термина «фация» в разных смыслах.
Наиболее широко он применяется для обозначения физико-географических условий древнего осадконакопления со всеми особенностями среды: её динамикой, химическим режимом, органическим миром, глубиной водоёма и т.д.
Происхождение фациальных изменений Грессли связывал с различиями в условиях образования пород и сравнивал их с теми изменениями, которые можно наблюдать на современном морском дне.
В самом общем смысле фация — это тело горной породы со специфическими особенностями.
Фация может быть выделена по: a) цвету, б) характеру слоистости, в) составу, г) структуре, д) ископаемым остаткам, е) осадочным текстурам.
Цвет зависит от состава породы. Главными красящими компонентами осадочных пород являются железо и органическое вещество.
Первичный цвет породы зависит от окислительной или восстановительной среды осадконакопления. Темно-серый, черный – восстановительная среда; пестроцветность – нейтральная среда (близость окислительно-восстановительного барьера); белый, бежевый, красный – окислительная среда.
По цвету различают: сероцветные, пестроцветные и красноцветные породы.
Состав
В осадочных породах присутствуют три главные составные части.
Все они несут информацию об условиях осадконакопления.
Структура
Структура – характеристика размеров и формы компонентов, образующих породу.
Размер обломков позволяет оценить динамику среды осадконакопления.
Форма обломков (степень окатанности) указывает на дальность переноса.
Сортировка обломков отражает свойства транспортирующей среды.
Текстура
Текстура – характеристика пространственного расположения структурных элементов породы. Она отражает динамику среды осадконакопления и характер движения придонных вод. Текстуры обломочных и глинистых пород подразделяются по способу их образования на абиогенные и биогенные. Массивная текстура. Структурные элементы породы расположены равномерно. Интерпретация: равномерное осадконакопление или вторичное перемешивание осадка.
Градационная текстура – постепенное уменьшение размера обломков от подошвы к кровле в пределах одного слоя.
Слойчатость – текстура, возникающая благодаря многократному повторению тонких одинаковых слойков, в которых определенным образом упорядочены структурные элементы породы.
Основные типы слойчатости: 1) горизонтальная, 2) волнистая, 3) косая.
Биофации выделяют в первую очередь по составу остатков организмов. Если упор делается на физические и химические характеристики породы, то используют термин «литофация».
С развитием косвенных методов изучения стали выделять новые виды фаций. По конфигурации, протяженности, амплитуде, частоте отражений и пластовым сейсмическим скоростям в сочетании с формой тел выделяют сейсмические фации. При каротаже фации выделяют по электрическим, акустическим и радиоактивным свойствам. Однако подобные фации обычно прямо не сопоставимы с породами.
Очень трудно установить какие-то строгие правила выделения фаций. В идеальном случае фация представлена четко различимой породой, образовавшейся в определенных условиях, и отражает особый процесс или обстановку. Фации могут быть разделены на субфации или сгруппированы в ассоциации или комплексы. Прежде чем вынести заключение об обстановке, необходимо иметь сведения о соотношениях данной фации с соседними.
Закон Головкинского-Вальтера:
фации, залегающие согласно в вертикальном разрезе, формировались в соседних по латерали обстановках;
фации, контактирующие по вертикали, должны быть продуктами расположенных рядом друг с другом обстановок.
Этот закон действует только в случае отсутствия крупных перерывов.
Геологическая чечевица Н.А. Головкинского является результатом трансгрессивно-регрессивного цикла.
Контакты между фациями в вертикальном разрезе также несут важную информацию. Различают три главных типа контактов:
Постепенные контакты указывают на то, что фации непосредственно сменяют друг друга во времени, скорее всего, в результате миграции обстановок. Эрозионные контакты образуются в результате перерыва в осадконакоплении. Если же контакты резкие, то даже при отсутствии доказательств эрозии соседние по вертикали фации могли образоваться в обстановках, удаленных друг от друга. Некоторые контакты нарушаются интенсивным воздействием роющих организмов, следами ползания червей и др., конседиментационными деформациями или диагенезом нижележащих осадков.
Циклы – неоднократно повторяющиеся геологические процессы, а также повторяющиеся комплексы пород, образованные этими процессами.
Фациальные ассоциации представляют собой группы фаций, встречающиеся вместе и считающиеся генетически или по условиям седиментации связанными между собой. По сравнению с изучением каждой фации в отдельности, ассоциация фаций дает дополнительные признаки для интерпретации обстановок седиментации.
Фациальная последовательность состоит из ряда фаций, закономерно сменяющих друг друга. Последовательность может встречаться в разрезе единично либо повторяться (циклично). Для обломочных осадков характерны два вида закономерного изменения гранулометрического состава:
1) размер зерен увеличивается кверху от резкого или эрозионного нижнего контакта;
2) размер зерен уменьшается кверху от резкого или эрозионного контакта. Последовательность с погрубением кверху, как правило, указывает на усиление потока и наоборот.
Последовательности: а) с уменьшением; б) с увеличением размера обломков
Интерпретация фаций
Большой вклад в седиментологию внесло создание упрощенных типовых моделей. Было разработано ограниченное число фациальных моделей, каждая из которых представляет определенную обстановку. Выделяются три стадии интерпретации древних разрезов.
1. Разработка начальных рабочих гипотез, сходных с типовыми моделями. Постановка очень ограниченных задач. Модель не привязывают к какой-либо конкретной обстановке или к определенному времени, может также отсутствовать ориентировка в пространстве.
2. Палеогеографическая интерпретация – выработка локальной модели, в которой показаны ориентировка и приблизительное расположение поясов фациальных обстановок.
3. Разработка истинной фациальной модели, которая в идеальном варианте воссоздает точную обстановку седиментации в данной точке в определенный момент времени. Очевидно, что достичь этого невозможно, но следует к этому стремиться.
Пример фациальных моделей. Фациальные модели отложений дельты с преобладанием процессов: а) речных, б) волновых, в) приливно-отливных (по G. Nichols, 2009)
Геолог должен пользоваться методом множества рабочих гипотез, так как
а) он имеет дело с неполным набором данных,
б) конечный осадок может быть результатом действия нескольких различных процессов.
Следует создавать и неактуалистические модели – некоторые прошлые условия не имеют современных аналогов.
Нормальная и катастрофическая седиментация
До появления современной седиментологии образование большинства осадочных фаций считалось результатом катастрофических событий вроде наводнений, землетрясений и тектонических подвижек.
Изучение современного осадконакопления во второй половине XX века привело седиментологов к убеждению о преобладании нормальных процессов седиментации.
В настоящее время признается важность как нормальной, так и катастрофической седиментации. Различать их не всегда легко, поскольку мы регистрируем результат, а не сам процесс.
Нормальная седиментация
Более продолжительна во времени. Энергия относительно невысокая. Осадконакопление обычно медленное. Примеры: пелагическая седиментация, рост рифов, деятельность речных потоков.
Катастрофическая седиментация
Происходит почти мгновенно. Энергия превышает ту, которая управляет нормальными процессами, часто на несколько порядков. Примеры: ураганы, извержения вулканов, землетрясения, обвалы.
Катастрофические процессы могут отлагать небольшую долю от всей массы осадков, но могут создавать и основную массу пород.
Массовые и редкие фации
Осадочные фации можно разделить на массовые и редкие. К массовым относятся фации, слагающие основную часть осадочной толщи, к редким – образующие незначительную долю всей толщи. И те, и другие могут образоваться как в результате нормальной седиментации, так и под действием катастрофических процессов. Выделяются еще единичные процессы или события, которые создают один единственный слой с уникальными характеристиками. Это процесс обычно катастрофический, однако отложенный им слой резко выделяется на фоне прочих отложений (и нормальных, и катастрофических). Понятия «нормальный» и «катастрофический» дают характеристику как процессов, так и осадков, образованных этими процессами. «Массовый» и «редкий» указывают на относительную роль фаций в разрезе. Термин «единичный» можно применять как к событию, процессу, так и к уникальному слою.
Возможность сохранности
Лишь немногие отложения сохраняются в ископаемом состоянии. Большая часть осадков удаляется размывом вскоре после отложения. Способность отдельных фаций сохраниться в ископаемом состоянии существенно различна. При сравнении современных осадков и древних пород необходимо давать оценку вероятности их захоронения. Возможность захоронения контролируется скоростью прогибания в таких обстановках, где существует базис аккумуляции. В таких обстановках осадки не могут накапливаться выше определенного уровня. Избыточные количества поступающего осадочного материала выносятся на новые территории, т.е. расширяются площади осадконакопления.
Продукты выветривания быстро удаляются с положительных форм рельефа. В результате формируется поверхность размыва
Фации, скрытые под поверхностью Земли
По сейсмическим записям возможно не только выделить фации, но также установить трехмерную форму тел фаций и определить их пространственные взаимоотношения с другими фациями.
Фации на сейсмическом профиле
Сейсмическая фация представляет собой картируемую трехмерную сейсмическую единицу, устанавливаемую на основании конфигурации, протяженности, амплитуды, частоты и пластовой скорости сейсмических отражений. В отличие от фациального анализа по обнажениям, где форму тел часто бывает трудно установить, в анализе сейсмических фаций важна именно трехмерная форма тел. Непрерывность отражающих границ позволяет судить о протяженности площадей осадконакопления. Амплитуда говорит о контрастности фаций по вертикали. Самым выразительным признаком сейсмических фаций является конфигурация отражений.
Каротаж
При помощи каротажа скважин измеряются электрические, радиоактивные и акустические свойства пород. Эти свойства сопоставляются с литологией, гранулометрическим составом, плотностью, пористостью и содержанием поровой жидкости. Их можно использовать по отдельности для определения литологических переходов, но лучшие результаты дает совместное использование. Главными видами каротажа являются нейтронный, плотностной, гамма-излучения и естественных потенциалов, в сочетании с акустическим, электрическим каротажем и инклинометрией.
Типичные каротажные графики характерных литологических комплексов
Нейтронный каротаж обнаруживает содержание водорода и дает отрицательные величины в пористых породах, содержащих водород в виде воды, нефти или газа, а также в углях и обогащенных органическим веществом сланцах. Следовательно, угли и горючие сланцы показывают высокую «нейтронную» пористость; плотные коллекторы, ангидриты и соли имеют низкую «нейтронную» пористость; пористые песчаники, известняки, доломиты и умеренно уплотненные аргиллиты характеризуются промежуточными величинами.
При плотностном каротаже измеряется электронная плотность пород, поэтому он показывает плотность как твердой, так и жидкой фаз. Он применяется обычно вместе с нейтронным каротажем. Электронная плотность пересчитывается на эквивалентную плотность в монолите породы. Соль и уголь имеют низкую плотность; ангидрит и компактные породы коллекторов обладают высокой плотностью; пористые песчаники, известняки и доломиты, а также умеренно литифицированные аргиллиты характеризуются промежуточными значениями плотности.
При гамма-каротаже измеряется естественное гамма-излучение толщ пород, указывающее на концентрацию калия, а местами урана и тория. Обычно данные гамма-каротажа принимаются как показатели гранулометрического состава пород, поскольку высокие значения обычно соответствуют глинам.
Естественный потенциал является мерой пористости и используется в качестве индикатора соотношения песков и глин.
При акустическом каротаже меряется скорость продольных звуковых волн (волн сжатия), проходящих через толщу пород и реагирующих как на зерна, так и на жидкую фазу. Его применяют для изучения пористости и литологии пород.
Картина фациальных последовательностей выявляется на всех типах каротажных графиков, но особенно ясно на записях каротажа естественного потенциала, гамма-излучения, плотностного и нейтронного.
Факторы, контролирующие характер и распространение фаций
Распространение фаций зависит от большого числа взаимосвязанных контролирующих факторов, таких, как
Относительная роль каждого из этих факторов в разных фациальных обстановках различна. Универсальными являются климат и тектоника. Климат имеет решающее значение для континентальных и мелководных морских фаций. Тектоника очень важна в континентальных и глубоководных морских обстановках.
Процессы осадконакопления, характерные для данной обстановки, могут сами контролировать распространение фаций. Например, продвижение рукавов дельты настолько уменьшает уклон и замедляет течение, что река в конце концов находит более крутой и короткий путь к морю, и лопасть дельты отмирает. Также меандрирующие реки рано или поздно прорывают свои берега, чтобы найти новое русло. Эти изменения заложены в самой природе обстановок осадконакопления, хотя точное время их проявления контролируется обычно сильными паводками, штормами или сейсмическими толчками. Такие «спусковые механизмы» необходимо отличать от основных причин явлений.
Поступление осадочного материала является одним из факторов, контролирующих мощности осадочных фаций; оно может также влиять на глубину и условия осадконакопления. Осадочный материал поступает из двух источников:
Климат. На фации влияют главным образом температура и количество атмосферных осадков, может иметь значение также сила ветров. Важны не только средние значения температур и атмосферных осадков, но также их сезонные и спорадические колебания. Индикаторами температуры служат эвапориты, ископаемые почвы, растительность и фауна, тиллиты, оолиты. Показателями количества атмосферных осадков являются растительность, ископаемые почвы, эвапориты, эоловые песчаники. Озера и лагуны особенно чувствительны к климату. Теплый климат оказывает сильное влияние на образование известняков, эвапоритов и углей.
Тектоника формирует распределение возвышенностей и впадин, она создает географические предпосылки поставки осадочного материала, контролирует климат и условия среды.
Колебания уровня моря могут быть локальными или глобальными (эвстатическими) и по-разному влияют на осадконакопление.
Локальные изменения уровня моря могут быть вызваны поступлением осадочного материала, нагрузкой осадочных масс на земную кору, вертикальными тектоническими движениями, наклонением блоков коры, изостатическим погружением или воздыманием.
Глобальные, или эвстатические, колебания уровня Мирового океана обусловлены изменениями либо объема океанских вод, либо вместимости океанских бассейнов в результате тектонических процессов.
Трансгрессии и регрессии являются, главным образом, результатом эвстатических изменений уровня моря. Однако регрессия береговой линии может иметь место также в ходе глобального подъема уровня моря, если поступление осадочного материала достаточно интенсивно (а). Аналогично, трансгрессия может происходить во время глобального понижения уровня моря, если скорость тектонического прогибания суши больше скорости падения уровня Мирового океана (б).
Глобальные циклы относительных изменений уровня моря в фанерозое (Veil et al., 1977)
а) регрессия при подъёме уровня моря
б) трансгрессия при падении уровня моря
Изменения уровня моря имеют различные временные масштабы. Эвстатические колебания уровня моря, обусловленные флуктуациями оледенений или затоплением малых океанических бассейнов, происходят со скоростью на три порядка выше скорости изменений, обусловленных глобальной тектоникой. Объем океанических бассейнов может меняться в результате действия различных тектонических механизмов. Объем океанских вод может меняться из-за захвата и замерзания части воды в полярных ледовых шапках либо за счет внезапного затопления или высыхания малых океанических бассейнов.
Биологическая активность имеет первостепенное значение при изучении пелагических обстановок и карбонатных отложений мелководных морей. Характер, интенсивность и места проявления биологической активности постоянно менялись в ходе эволюции. При сравнении древних и современных фаций или древних фаций из разных систем необходимо знание современной биосферы. Роль бактерий в формировании и преобразовании осадков также велика. Бактерии имеют особенно большое значение в формировании почв как агенты выветривания, окисления и восстановления железа, а также восстановления сульфата. Планктонные микроорганизмы (фораминиферы, радиолярии, диатомеи и др.) обеспечивают постоянный «дождь» осадочного материала в океанах и озерах. Растительный покров на суше участвует в формировании почвы и подавляет эрозионную деятельность дождевых вод и ветров. Коралловые, мшанковые, водорослевые и иные рифы, а также накопления мощных толщ растительных остатков, представляют собой основные элементы органогенной седиментации.
Химический состав вод контролирует формирование карбонатов и других хемогенных или биохемогенных осадков. Химические свойства водявляются главным контролирующим фактором фаций озерных отложений. Уровень насыщения вод карбонатом кальция определяет, будут ли карбонатные скелеты организмов растворяться или сохраняться, возможно с дополнительным выпадением хемогенного карбоната. Океаническая циркуляция приводит к подъему богатых питательными веществами вод, обусловливая накопление фосфатов и диатомитов.
Вулканизм. Вулканическая деятельность служит источником твердого и растворенного осадочного материала. Возникновение вулканических гор и островов приводит к изменению глубины моря и быстрой смене фациальных условий. В озерах может наблюдаться прямая связь отлагающихся осадков с составом вулканических продуктов. В пелагических обстановках значительную роль играют выщелачивание горячих базальтов под действием морской воды, формирование глинистых минералов путем химического обмена между вулканитами и морской водой, разгрузка обогащенных металлами гидротермальных растворов.