Фации глубоководных морских песков

    Илистые и песчаные контуриты обычно встречаются вместе в характерных вертикальных «разрезах», по некоторым признакам аналогичных стандартным разрезам турбидитов. В полном разрезе видна отрицательная градационная слоистость от тонкого гомогенного ила через пятнистый алеврит к тонкопесчаной фации контуритов, а затем положительная градационная слоистость назад к илистому контуриту.

    Эффекты отсеивания и переработки, вызываемые придонными течениями, могут приводить к появлению в фациях контуритов довольно различных характерных особенностей. Маломощные, неправильные слои плохосортированных крупнопесчаных и гравийных остаточных контуритов с железо-марганцевой пленкой на зернах смешанного состава формируются при отсеивании и удалении из осадка мощными придонными течениями тонкого материала. При переработке придонными течениями песчанистых турбидитов, они преобразуются в турбидитный песок. Полагают, что этот процесс обычен для континентального склона и подножия.

4.Современные и древние морские глубоководные пески

4.1Современные морские глубоководные обстановки

          Шлейфы склона. Шлейфы склона - области между шельфом и дном  котловины (рис.4).  Краевые склоны океанов особенно важны в качестве основных центров осадконакопления, а также, как места эрозии и начала процесса переотложения при продвижении к более глубоководным обстановкам основания склона, конуса выноса и котловины. Ширина склоновых шельфов изменяется от менее 1 км до более 200 км, а угол наклона - от 2 до 7°, лишь изредка он превышает 10°. Основными морфологическими элементами являются сравнительно резкий перегиб шельфа, сбросовый уступ, клин рифовой осыпи, оползневые уступы, хаотические оползшие массы и отложения обломочных потоков, небольшие прямые или несколько извилистые русла и промоины, более сложные ветвистые каньоны, изолированные лопастные выступы, холмы, наносы и широкие области ровного или изрезанного течениями рельефа.

      Глубоководные русла могут образовываться за счет обильного питания осадками, приводящего к интенсивным оползневым процессам, или поддерживаются разрывными течениями, которые снабжают литоральными песками верховья каньонов во время низкого стояния уровня моря. Оползни и оползшие массы всех размеров встречаются повсеместно, но наиболее обычны они на склоне, изрезанном оврагами.

  Для шлейфов склона  характерно весьма неравномерное распределение фаций. Преобладают тонкозернистые отложения (алевриты, глины, илы и гемипелагические осадки). Как правило, существует иловая граница, отделяющая высокоэнергетические песчаные фации шельфа от илистых осадков склона. Вдоль перегиба шельфа накапливается некоторое количество намывного песка, он перемещается вниз по каньонам и оврагам, формируя изолированные лопастевидные выступы. Для ряда склоновых шлейфов обычны оползни и обломочные фации.

Подводные конусы выноса.  Отчетливые образования, изолированные тела на подошве склонов (рис 4).

Рис.4 .Диаграммы иллюстрирующие геоморфологию и седиментологию морских глубоководных песков: А – турбидитные пески подводного конуса на дне бассейна; Б- пески песчаных потоков и  валунники гравитационных потоков в каньоне.

Конусы выноса сильно варьируют в размерах от округлых тел радиусом немногим более 1 км, до вытянутых структур длиной более 2000 км и имеют наклон, близкий к наклону склонов, уменьшающийся от верхней (2—5°) к нижней (<1°) части конуса.

Основные морфологические  элементы конусов включают в себя одно или более питающих русел, оползневые уступы и блоки, скопления отложений обломочных потоков, широкие намывные валы русел, лопастевидные выступы, формирующиеся на окончании русел и протоков и относительно ровные или всхолмленные течениями межрусловые области и области между лопастевидными выносами.

 Края континентального шельфа рассечены подводными каньонами. Истоки их расположены либо рядом с устьями крупных рек, либо вблизи береговых пляжей. Каньоны тянутся через континентальный шельф и  разгружают переносимый ими осадочный материал на подводных конусах. У вершины конуса подводный каньон расщепляется, образуя комплекс радиально расходящихся небольших русел, часто ограненных валами. В нижней части конуса эти русла становятся все более многочисленными, более широки и менее глубокими. Вниз по конусу меняются также фации осадков. Вблизи источника отлагаются грубозернистые пески, иногда гравий. По мере удаления от источника, т.е вниз по конусу, происходит измельчение материала, и пески подводного конуса постепенно переходят в донные илы океанического бассейна. Отложения подводных конусов обнаруживают целый ряд признаков характерных для турбидитов. Подводные каньоны иногда могут быть заполнены турбидитами, но они содержат отложения также других седиментационных процессов. В верхней части конуса выноса русловые пески обычно представлены мощными грубозернистыми турбидитами, характеризующимися плохо развитой последовательностью Боумы и чертами, присущими зернистым и разжиженным потокам. В средней и нижней частях конуса выноса пески русел и лопастевидных выносов представлены среднезернистыми турбидитами большой мощности с хорошо

развитой последовательностью  Боумы. Вниз по конусу выноса и по латерали в крест намывных валов и межрусловых областей турбидиты становятся все более тонкозернистыми, последовательность Боумы в основании исчезает и появляются типичные для апеврито-илистых турбидитов структуры .

 Когда каньоны берут  начало от крутого тектонического  уступа, у их проксимальных концов  могут находиться гетерогенные  оползневые валунники.

    Когда осадок  в каньоне представлен чистым  песком, принесенными прибрежными  вдольбереговыми течениями или  поступившими из речного устья,  то преобладающим является другой  процесс - «песчаный поток». Он представляет нечто среднее между гравитационными потоками и мутьевыми. Осадок представлен массивными песками с резким верхним и нижним контактами. По всему слою могут быть рассеяны обломки.

Равнины бассейнов. Плоские и относительно глубокие участки  бассейнов. В большинстве равнин бассейнов мощность осадков составляет первые сотни метров, хотя в некоторых из них, ограниченных разломами, погружение, сопровождаемое осадконакоплением, может привести к накоплению толщи мощностью несколько километров.

    Равнины бассейнов служат конечной ловушкой для осадков, сносимых с континентов и с подводных поднятий. Единичная равнина бассейна может питаться за счет нескольких источников, включай подводные каньоны, глубоководные русла, конусы выносов и склоны, окружающие равнину бассейна. К их основным морфологическим элементам относятся наиболее удаленные от склонов участки подводных конусов выноса, русел и лопастевидных выносов, очень обширные области сглаженного или нарушенного течениями морского дна, а также изолированные русла внутри бассейнов, хребты и наносы.

    Рассеивание материла  происходит в направлении наклона  равнины (слабого) и мощность  осадочного материала уменьшается  по направлению течений. Отдельные  горизонты турбидитного песка  могут иметь большую протяженность,  но частота встречаемости песчаных  горизонтов сравнительно небольшая.  В основном турбидиты состоят из алевритов и глин. Турбидитные течения, которые питают равнину, должны достигать колоссальных размеров. Но их относительная редкость и большие размеры бассейна приводят к низкому отношению объема осадков к размеру бассейна и плоскому распределению осадочных слоев.

4.2.Распознание древних глубоководных систем

Распознать и проинтерпретировать древние морские глубоководные отложения далеко не просто. При исследовании древних пород сталкиваются с рядом проблем. На суше - с проблемой сохранности : отправной точкой в большинстве исследований является выделение индивидуальных фаций, а этому могут препятствовать значительное уплотнение осадка и его диагенетические изменения; в обнажениях редко сохраняется первоначальный крупномасштабный рельеф склонов, конусов выноса и равнин бассейнов, а могут быть выделены лишь некоторые морфологические структуры средних масштабов, такие, как глубоководные русла, или незначительные вариации мощности слоев в осадочных лопастевидных выступах. Еще одно затруднение при изучении древних разрезов, как обнажающихся на поверхности, так и находящихся вблизи нее, заключается в трудности батиметрической интерпретации. Существуют пять основных методов, посредством которых можно получить некоторые представления о палеобатиметрии. 1) Для турбидитов и других переотложенных фаций требуется, чтобы осадочный процесс развивался на субаквальном склоне достаточной протяженности и осадки должны отлагаться ниже среднего основания волны (чтобы они могли сохраниться). Это должно подразумевать глубину более 50 м, хотя выделяются турбидиты, преобразованные под воздействием как волн, так и штормов. 2) Некоторые ассоциации бентосных фораминифер, главным образом третичного возраста, сопоставимы с современными ассоциациями, которые обитают на известной глубине. 3)В переотложенных фациях обычно обнаруживается смесь переотложенных мелководных фораминифер или других биогенных, пелагических биогенных и глубоководных форм. 3) Предполагается, что следы жизнедеятельности различных сообществ связаны с определенной глубиной. 4) Поскольку может сохраняться истинная геометрия разреза, возможно, например, для системы шельф-склон-котловина измерить минимальные палеоглубины. 5) В тех случаях, когда достаточно хорошо известна тектоническая история региона, в определенных пределах возможна и палеореконструкция.

Распознать древни отложения можно по горизонтальному  распределению фаций. Но это затруднительно при отсутствии обнажений и тектонических нарушениях. Один из методов построения картины горизонтального распределения фаций основан на выделении закономерных изменений в литологии при переходе от проксимальных (близких к области сноса) фаций турбидитов к дистальным (удаленным от области сноса), как это наблюдается вниз по течению: в этом направлении уменьшаются отношение песчаник/сланец, мощность песчаника, размер зерен и распространенность эрозионных структур; количество знаков размыва уменьшается, а количество следов выпахивания, таких, как желобки, увеличивается; пласты становятся более правильными, параллельными, лучше сортированными, слоистыми и косослоистыми.

Для нашего понимания геометрии отложений в сериях древних пород и характера их распределения критическим является анализ наклона палеоскло-на и направления палеотечений. При интерпретации палеосклона особенно полезно выяснение ориентировки оползневых складок, тогда как направление течения можно определить по измерениям ориентировки зерен, расположению ископаемых остатков и обломков, черепитчатому налеганию, подошвенным знакам (желобкам, выемкам), линейным знакам течения и знакам ряби.

4.3Совокупности фаций древних глубоководных систем в различных обстановках

      Склоновые шлейфы, параллельные континентальной окраине образуются за счет линейных источников материала. Чаще всего их формирование происходит мористее мелководных карбонатных шельфов или рифов. Во многих древних глубоководных разрезах с некоторой долей определенности можно выделить только питающие каньоны или русла. Крупные точечные локальные источники обломочных отложений, такие, как крупные флювиально-дельтовые системы, обычно приводят к формированию в глубоких водах подводных конусов выноса при условии небольшой ширины шельфа и отсутствии других барьеров, препятствующих переотложению вниз по склону. Региональное тектоническое положение служит основным фактором, контролирующим тип формирующейся глубоководной системы. Существует много примеров, которые свидетельствуют, что конседиментационная тектоническая активность играет важную роль в распределении фаций и их геометрии, часто взаимодействуя с такими факторами, как питание осадками.

  Для каждой из трех основных обстановок предполагается наличие совокупности фаций. Несмотря на сильную схематизацию и упрощение, она обобщает некоторые из основных характерных признаков, в каждом случае выделяя совокупность фаций различных типов и взаимное положение различных вертикальных разрезов.

Шлейфы  склонов. В совокупности фаций шлейфа верхнего склона доминируют аргиллиты и мергели, главным образом гемипелагического происхождения, но с некоторым участием переотложенных фаций (рис. 5). Здесь обычны оползневые уступы и признаки эрозии или других высокоэнергетических процессов. В совокупности фаций шлейфа нижнего склона также преобладают аргиллиты и мергели с наличием тонкозернистых турбидитов, прорезанные разрезами заполнения русел, которым свойственно незакономерное распределение обломочного материала или уменьшение размерности кверху, и переслаивающиеся с изолированными дебритами и оползневыми массами. Нижняя часть склона может также включать в себя наносы контуритов и турбидитные лопастевидные выносы.

Рис.5. Фации и разрезы, состоящие из совокупности фаций, характеризующих обстановки склонового шлейфа, конуса выноса и бассейна

Подводные конусы выноса. Для них выделяются три совокупности фаций (рис.5). Верхний конус характеризуется фациями толстослоистых, грубозернистых, линзовидных песчаников и конгломератов и фациями слоистых или биотурбированных аргиллитов и мергелей, представляющих соответственно русловые и межрусловые отложения. В фациях намывных валов присутствуют тонкослоистые мелкозернистые турбидиты. Для разрезов среднего конуса характерно уменьшение размера зерен кверху (притоки русел), перекрывающее разрезы, которым свойственно увеличение размера зерен кверху (наступающие лопастевидные наносы). Фации средне и грубозернистых не выдержанных по латерали турбидитов вместе с вторичными мелкозернистыми турбидитами и трещиноватыми песчаниками доминируют в межрусловых областях и в дистальных лопастевидных выносах; с ними повсеместно ассоциируется небольшое количество гемипелагических отложений. В верхней и средней частях конуса выноса направлений палеотечений для мелко и грубозернистых турбидитов часто заметно различаются. Нижний конус слагают выдержанные по латерали средне и мелкозернистые турбидиты, переслаивающиеся с гемипелагическими осадками и обычно характеризующиеся однонаправленным палеотечением.

Равнины бассейнов. Совокупность фаций характеризуется наибольшей монотонностью и неправильным вертикальным расположением мелкозернистых тонкослоистых турбидитов (рис.5). Большее значение здесь могут приобретать гемипелагические и пелагические аргиллиты и мергели. Могут присутствовать невыразительные разрезы лопастевидных выносов, проградирующие разрезы и изолированные пачки более грубослоистых турбидитов.

4.4.Верхнеюрские морские глубоководные пески Сатерленда, Шотландия.