Генезис слоистой структуры осадочных толщ

Первичные особенности поверхности наслоения

Как уже отмечалось, слои горных пород разделены поверхностями напластования, которые могут иметь различное строение и очень часто несут на себе различные следы, позволяющие установить причины и условия слоеобразования. К числу этих особенностей относятся: ископаемые знаки ряби; трещины усыхания; следы жизнедеятельности организмов; отпечатки дождевых капель, кристаллов льда, следов птиц, ползания червей и др. Так, например, наличие трещин усыхания, следов капель дождя свидетельствует о перерыве в осадконакоплении. Изучение особенностей поверхности напластования в случае сложной складчатости и отсутствия окаменелостей, помогает определить последовательность напластования, а также нормальное или опрокинутое залегание горных пород.

Знаки ряби могут быть образованы в результате течения и волнения водной среды и ветра. Она всегда приурочена к верхней поверхности слоя (обычно песчаника) и хорошо сохраняется в ископаемом состоянии. По условиям образования выделяют три типа ряби: а – водную рябь волнения; б – водную рябь течений; в – эоловую рябь.

Рябь волнения наиболее широко распространена и характеризуется симметричным строением и расположением гребней. Изучая направления гребней ряби можно установить положение древней береговой линии и линии прибоя озерных и морских бассейнов. Рябь течения характеризуется не симметричным строением гребней и крупными песчинками во впадинах. Ветровая (эоловая) рябь в отличие от ряби течения характеризуется наличием крупных песчинок на гребнях, а также непостоянством углов наклона склонов гребней. Индекс ветровой ряби (отношение длины волны к ее высоте) больше, чем индекс волновой. Гребни ряби могут быть параллельными, пересекаться, ветвиться. По виду знаков ряби можно определить глубину их образования (0,5 – 15, иногда до 200 м).

Трещины усыхания образуются в засушливом или переменно-влажном климате. Поверхность напластования в этом случае имеет форму полигональной сетки. Встречаются на поверхности только иловатых или песчано-глинистых пород.

Ископаемые отпечатки кристаллов льда, каменной соли, гипса, капель дождя и града характерны для красноцветных лагунных, ледниковых отложений.

Образование слоистых толщ происходит под воздействием многих факторов, важнейшими из которых являются: 1 – тектонические движения; 2 – изменение климата; 3 – динамический и химический режим водной и воздушной среды.

Тектонические факторы. Вертикальные колебательные движения приводят к перемещению береговой линии и смещению (миграции) фаций.

Фация – совокупность литологических и палеонтологических особенностей осадка, указывающих на физико-географические условия его образования. Непосредственно у берега отлагается грубый материал, который сменяется более мелким, а еще дальше от берега накапливаются глины и карбонатные илы. Неоднократные повышения и понижения участка бассейна приводят к формированию ритмично-слоистых толщ (рис.4). При этом различают: 1 – петрографический горизонт – серия одинаковых по составу, но разновозрастных по времени образования (асинхронных) осадков; 2 – стратиграфический горизонт – одновозрастная группа осадка слоев различного состава, связанная постепенным переходом в горизонтальном направлении. Отдельные слои или пачки стратиграфического горизонта характеризуются одновозрастным, но различным в видовом и родовом отношении комплексами окаменелостей.

В зависимости от направленности тектонических движений формируются ритмично-слоистые трансгрессивные и регрессивные толщи. При трансгрессии (наступлении моря на сушу) равномерное постепенное понижение дна бассейна в результате однонаправленных колебательных движений земной коры приводит к образованию трансгрессивных серий осадочных толщ (рис.4). Для этих толщ в вертикальном стратиграфическом разрезе характерна закономерная смена грубообломочных пород, залегающих в нижних частях разреза, тонкообломочными и хемогенными осадками в верхней части разреза. В плане развития трансгрессии более молодые осадки всегда занимают большую площадь, чем древние. В центральных частях прогибов (впадин) наблюдается последовательное наложение молодых слоев на древние, а по окраинам прогибов на древнее основание ложатся уже самые молодые породы.

При регрессии (отступления моря с суши) равномерное медленное повышение дна бассейна в связи с вертикальными колебательными движениями приводят к образованию регрессивных серий осадочных толщ (рис.4). В вертикальном разрезе этих толщ наблюдается обратная последовательность расположения осадков: в низах разреза залегают хемогенные и тонкообломочные породы, а в верхних частях – грубообломочные. в плане наблюдается последовательное сокращение площади, занимаемой более молодыми отложениями. Периодичность колебательных движений (медленное повышение или понижение дна бассейна) приводит к образованию ритмично чередующихся осадочных толщ. В понятие ритмичности (по Н.В. Вассоевичу) вкладывается представление о закономерной повторяемости однородных явлений, каждый раз развивающихся в одном направлении. Абстрагируемся и назовем любой слой горной породы, составляющий разрезы осадочных толщ, отвлеченным термином – элемент. Ритм является мерой равномерной повторяемости одноименных элементов (или событий).

В случае равномерного порядка следований разноименных элементов (например, песчаник – аргиллит – алевролит) следует говорить о цикличности рассматриваемой последовательности. Цикл – это совокупность закономерно следующих друг за другом различных элементов последовательности. Следует иметь в виду, что понятие цикличности подразумевает ту или иную направленность порядка следования событий, а не вовсе многократную повторяемость (виток спирали – это цикл, а шаг спирали – это ритм). Среди циклов различают двунаправленные и однонаправленные, а также завершенные и незавершенные [5].

Физико-географические факторы слоеобразования. К ним относятся: 1 – рельеф в области сноса и области накопления; 2 – климат; 3 – подвижность среды; 4 – деятельность организмов; 5 – физико-химический режим среды (соленость, pH и др.).

В разных физико-географических условиях, определяющих облик образовавшейся горной породы, т.е. ее фацию, формируются различные горные породы. Так, например, осадочные железные марганцевые руды формируются в условиях влажного умеренного или тропического климата, осадки солей чаще образуются в условиях жаркого и засушливого климата, а современные коралловые рифы распространены исключительно в экваториальной области. Слоистые осадки могут возникать и при изменении гидродинамического режима среды. Реки, например, в период паводка транспортируют более крупные частицы, чем в межень, когда преобладает перенос только тонкообломочного материала. Изменение направления морских течений приводит к изменению состава отлагающихся осадков.

Среди факторов, влияющих на образование слоистых структур, большое значение имеют факторы физико-химические и биологические, роль которых широко рассматривается в учебниках об образовании осадков.