14.8. Стадии преобразования осадков, осадочные горные породы и взаимоотношение слоистых толщ

Любой осадок постепенно превращается в горную породу, проходя ряд стадий. Подобное превращение осадка в породу называется диаге­незом. В осадке, сформировавшемся на морском дне, всегда присутствуют твердые иловые частицы; вещества, осажденные химическим путем; ра­створы в илах; органические вещества. Все эти различные компоненты осадка в физико-химическом отношении неустойчивы и, естественно, стремятся к равновесию в системе. Это достигается за счет образова-

О-»,

5

^vv"v б

п

2

ГГ 3

-_-: ч

EZb

Рис. 14.61. Смена океанических осадков по мере удаления от срединно-океанического хребта к континенту (по А. П. Лисицыну, А. Фишеру, Б. Хизену и др., 1973). 1 — толеито- вые базальты (глубины — 3-3,5 км); 2 — базальный слой металлоносных осадков (слой Босгрема); 3 — фораминиферовые и кокколитовые карбонатные осадки; 4 — бескарбонат­ные осадки ниже критической глубины карбонатонакопления (ниже 4,5 км); 5 — андезит- риолитовая нирокластика; 6 — вулканическая область активной окраины

ния новых минералов и удаления уже сформировавшихся минералов, но неустойчивых по отношению к новым физико-химическим услови­ям.

Так, осадок, весь пропитанный водой, начиная с самых верхних ча­стей, постепенно изменяется, дегидратируется и уплотняется. Высокая влажность, присутствие бактерий, разложение органических веществ, образование кислорода или, наоборот, его недостаток и появление се­роводорода способствуют формированию окислительных или восста­новительных условий и, соответственно, образованию минералов гид­роокисла железа, сидератов, сульфидов железа. Одни минералы могут замещаться другими, возникают разнообразные конкреции или стяже­ния, состоящие из фосфатов, пирита, кварца, опала. Некоторые ми­нералы замещают раковины, например аммонитов, брахиопод, и тогда образуются так называемые псевдоморфозы.

Так постепенно рыхлый, водонасыщенный осадок уплотняется, це­ментируется различными веществами — опалом, халцедоном, кварцем — и превращается в твердую осадочную горную породу. Процессы диаге­неза весьма длительны и сложны, и по мере накопления вышележащих осадков, когда возникают новые физико-химические условия, они из­меняются.

После того как осадок преобразовался в осадочную горную поро­ду, последняя не перестает подвергаться дальнейшим изменениям ввиду того, что осадочные породы в связи с тектоническими движе­ниями погружаются и подвергаются воздействиям высоких давле­ний и температур, что приводит к дальнейшему уплотнению пород, уменьшению пористости, отжиманию рыхлосвязанной воды. Подоб­ная стадия преобразования уже осадочных пород называется ката­генезом. На этой стадии торф превращается сначала в бурый уголь, а потом уже в каменный уголь. Если в осадках много рассеянного органического вещества и они, погрузившись на глубину в несколь­ко километров и превратившись в глинистые породы, подвергаются воздействию температур до +150 °С, то в них начинают образовы­ваться углеводороды — нефть и газ.

Дальнейшее возрастание давления и температуры на осадочные породы приводит к стадии метагенеза, когда уже происходят процессы привноса-выноса вещества. Для этого необходимы глубины 6-8 км и минерализованные растворы. Только после этой стадии начинаются процессы метаморфизма, происходящие уже в условиях высоких дав­лений и температур, о чем будет рассказано в гл. 16.

Термин «слой» обычно употребляется по отношению к любому пли- тообразному геологическому телу горной породы, залегающему парал­лельно поверхности, на которой оно сформировалось. Чаще всего пер­воначальное положение слоя близко к горизонтальному, но не обязательно. Признаки, по которым может выделяться слой, весьма разнообразны. Это состав, гранулометрия, цвет, структура, типы слои­стости и ее изменение, наличие фауны и др.

Важно отметить, что, наблюдая особенности слоя и взаимоотношение слоев в геологическом разрезе, мы всегда сопоставляем их с современными процессами. Зная физико-географические условия, в которых образуются различные осадки в настоящее время, можно гово­рить о процессах далекого геологического прошлого, наблюдая слои, аналогичные современным, образующиеся в морях, озерах, речных до­линах и др.

Еще в начале XIX в. английский ученый Ч. Ляйель впервые сфор­мулировал принцип актуализма: «Настоящее — ключ к познанию про­шлого», используя который геологи расшифровывают физико-геогра­фические обстановки далеких геологических эпох. Метод актуализма следует применять, помня о том, что не всегда в геологической истории физико-географические условия были одинаковы, некоторые из них свойственны только древним эпохам и не проявляются в настоящее время.

В толщах осадочных пород отражены история их формирования, колебания уровня моря, тектонические движения. Так, если в вертикальном геологическом разрезе наблюдается смена вверх но раз­резу грубых отложений — конгломератов, песков — более тонкими — глинами, мергелями, а затем известняками, мы вправе говорить о на­ступлении моря или трансгрессии, которая может быть связана либо с тектоническим опусканием морского дна, либо с повышением уровня моря.

Противоположное строение геологического разреза, в котором тон­кие отложения сменяются вверх по разрезу более грубыми, свидетель­ствует о поднятии дна либо о понижении уровня моря, т. е. о регрес­сии. Соответственно серии отложений называются трансгрессивными или регрессивными (рис. 14.62).

1 2

Рис. 14.62. Залегание отложений: 1 — трансгрессивное, 2 — регрессивное

Горизонтальная слоистость — это наиболее частый случай первич­ного залегания осадочных отложений. Нередко в условиях мелково­дья на поверхности, например, слоя песка может возникать волновая рябь, связанная либо с однонаправленным течением воды, либо с ее осцилляционными движениями в одну и другую сторону. Если тече­ние быстрое и по дну переносится обломочный материал разного ди­аметра, то более крупные обломки вырабатывают асимметричные уг­лубления в рыхлом материале, напоминающие по форме в плане каплю, всегда направленную вершиной в сторону, противоположную тече­нию. Впоследствии эти углубления, заполненные более молодыми осад­ками, и образуют в подошве слоев знаменитые иероглифы, т. е. выпуклые структуры, дающие возможность определять кровлю и подошву слоев.

Особую роль в реконструкции тектонических движений играет ана­лиз несогласий между разновозрастными толщами горных пород. Если какая-либо толща пород залегает с бблыпим углом по отношению к относительно молодой, вышележащей, то очевидно, что между ними имел место перерыв в осадконакоплении и происходили тектонические движения, вызвавшие деформацию нижней толщи. И только впослед­ствии, когда произошли тектонические опускания, накопилась верх­няя, более молодая толща пород, а между двумя толщами наблюдается угловое несогласие (рис. 14.63). В основании верхней толщи прослежи­вается базалъный горизонт.

Рис. 14.63. Пример углового несогласия. Отложения верхнего мела с несогласием залегают на деформированных отложениях триаса. Отсутствуют отложения юрской системы и нижнего отдела меловой системы. Базальный горизонт состоит из облом­ков пород триасовой системы

Более подробно о несогласиях можно узнать в «Руководстве для практических занятий по курсу „Общая геология"».