Седиментологія

1. Форми переносу мінеральних сполук та диференціація осадової речовини на шляхах переносу від водозбірних площ до кінцевих басейнів осадконакопичення

Переніс продуктів механічного дроблення порід - часток, зерен і уламків різноманітного розміру, починається або під безпосереднім впливом сили ваги (обвальні процеси, утворення делювіальних накопичень), або при досягненні флюїдом-переносником (водоюабо вітром) визначеної швидкості. Засоби переносу уламкових продуктів вивітрювання досить різноманітні. Найпоширенішими є переміщення уламків шляхом перекочування, стрибками (сальтацією) й у вигляді грубих механічних суспензій у воді (або аерозолів в повітрі). Так, у річищі ріки при визначеній швидкості потоку (рис. 1.4.9) гальки будуть перекочуватися по дну, піщинки стрибати, а алевритові й глинисті частки переміщатися у вигляді суспензії.

Рис. 1.4.9. Переніс уламків у водяному (або повітряному) потоці:

N-N - напрямок потоку флюїду-транспортера; 1 - перекочування уламків по дну; 2 - сальтація; 3 -переміщення у вигляді суспензії (аерозолей)

В океанічних басейнах окрім придонних течій, що переміщують осадок відомі й зсувні явища, що формують суспензійні потоки, які отримали назву турбідитних. Результатом їх діяльності є накопичення кілометрових за потужністю ритмічно побудованих флішових товщ. Широко відомий турбідитний потік, що виник у 1929 р. у Північної Атлантиці в районі Великої банки (південно-східніше о. Ньюфаундленд) у результаті землетрусу. Приблизно в 200 км південно-східніше узбережжя о. Ньюфаундленд на глибинах від 200 до 4000 м по дну Атлантичного океану проходять численні кабелі телеграфного і телефонного зв'язку між Європою і Північною Америкою.

Рис.1.4.10 Виникнення турбідитних потоків: 1- І фаза виникнення суспензійної хмари на континентальному схилі; 2- ІІ фаза розгону турбідитного потоку із захопленням неконсолідованих осадків при русі по схилу до океанічних глибин; 3- ІІІ фаза понження швидкості потоку, градаційне осадження принесеного матеріалу.

18 листопада 1929 р. у результаті землетрусу в районі околиці Великої банки відбувся розрив ряду кабелів. Слідом за цим на фоні тектонічного спокою послідовно в напрямку з північного заходу на південний схід почав перериватися зв'язок по кабелях, прокладених на різноманітній глибині (до 4000 м). На думку Б. Хизена і М. Юинга, землетрус викликав зсув на континентальному схилі Великої банки. Сповзаючи униз, осадки змішувалися з водою й утворювали величезний підводний грязьовий потік, що переміщувався убік абісальних глибин океану (рис. 1.4.10) За часом послідовного припинення зв'язку було встановлено, що швидкість переміщення маси, що викликала розрив одного кабеля за іншим, досягала 100 км/ч. У результаті ремонтних робіт, що відбулися потім, було встановлено, що турбідитним потоком 18 листопада 1929 р. у межах океанічної абісальної рівнини відкладений шар піщано-алевритового матеріалу потужністю біля 1 м на площі 280000 км2. Відстань, що пройшов потік від місця свого утворення, склало 700 км (рис. 1.4.11).

Осадки, що відкладаються турбідитними потоками, - турбідити мають велике площадне поширення. Як показали експерименти, збільшення маси потоку призводить до істотного зростання площі, на якій він поширюється, і лише до незначного зростання товщини шару утворених при цьому турбідитів.

Рис. 1.4.12 Градаційна шаруватість турбідитів, що виникає в осадку при припиненні руху потоку

Для турбидитів, що утворюються , характерна градаційна шаруватість - поступове зменшення розмірів уламкових часток від підошви до покрівлі шару при наявності по всьому об’єму домішки дрібного глинисто-алевритового матеріалу (рис. 1.4.12). Потужності окремих ритмів турбідитів складають звичайно від декількох сантиметрів до декількох десятків сантиметрів, рідко більше.

Процеси переносу й осадження уламкових часток у водяному потоці експериментально вивчені Ф. Хьюльстромом. З його експериментів випливає, що початок розмиву (відриву від дна потоку) часток розміром менше 0,1 мм відповідає такої ж швидкості потоку, як при початку розмиву часток, розмір яких перевищує 1,0 мм. Для більш дрібних часток ця швидкість значно зростає.

Поняття про осадочну диференціацію речовини сформульовано Л.В.Пусто валовим у 1940 р. За його визначеням "седиментаційна диференціація” - це " роз­ділення складових частин початкових порід, яке відбувається в зоні осадконако- пичення".

Виділяються 4 типи диференціації речовини в зоні осадконакопичення: 1) механічна - сортування уламкового матеріалу за розміром часток і мінеральною густиною (в цьому випадку утворюються мономінеральні фракції - мінералогічна диференціація); 2) фізико-хімічна - диференціація колоїдного матеріалу; 3) хемо- біогенна - осадження і диференціація речовини завдяки життєдіяльності організ­мів; 4) хімічна - осадження і розділення речовини справжніх розчинів.

Загалом, як правило проявляються всі типи одночасно, однак за певних умов можливе домінування якось з них, який, в цьому випадку визначає характер осадку. Диференціація починається ще на етапі вивітрювання, продовжується при переносі і завершується в басейнах седиментації. Осадження і розділення легко­розчинних сполук відбувається лише в аридній зоні.

Механічна диференціація. Сутність цього процесу визначається тим, що уламковий матеріал виходить з процесу міграції у послідовності, яка залежить від швидкості течії, розміру уламків, їх форми та питомої ваги. У першу чергу на шляху міграції із зменшенням швидкості випадають найкрупніші уламки. При зу­пинці потоку осідає самий тонкий, пелітовий або глинястий матеріал. При виму­чуванні, якщо осадок не встиг консолідуватися, цей матеріал знову може бути задіяний у рух. Максимальне сортування матеріалу за розміром досягається при подовженні терміну переносу при постійності сортуючого фактора, при переми­ванні осадку хвилюванням або перевіюванням. Специфічним випадком сортуван­ня є турбідити. Вони мають стан мулового потоку. Сортування відбувається при осадженні з утворенням градаційної шаруватості. Найкраще сортування уламко­вого матеріалу спостерігається в хвилеприбійній зоні моря, трохи гірше в алювії рівнинних, а погане - в руслах гірських річок.

Диференціація за питомою вагою призводить до формування розсипів зо­лота, цирконів, магнетиту, ільменіту та інш. тяжких мінералів. В алювіальних від­кладах та у хвильовій зоні пляжів відомі розсипні родовища ільменіту, золота, ма­гнетиту, рутилу, цирконів, каситериту тощо.

Диференціація за формою заключається в тому, що з потоку спочатку ви­падають уламки сферичної та овальної форми, потім призматичні, останні - плас­тинчасті та лускуваті мінерали.

У результаті комплексної механічної диференціації та інтеграції, що її су­проводжує, виникають різні за розміром осадки - від валунних до глинястих, прирізному збагаченні тяжкими мінералами.

Хімічна диференціація. Сутність процесу хімічної диференціації - розді­лення у шляхах міграції речовини за хімічним складом та утворення чистих хемо­генних осадків. Ідеї такого поділення виказувалися В.М.Гольдтшмітом (1931), А.Є.Ферсманом (1934) та Л.В.Пустоваловим (1934). Власне термін "хімічна дифе­ренціація" ввів у практику Л.В.Пустовалов у 1940 р., який рахував, що хімічні сполуки виходять із шляхів міграції в порядку підвищення іх розчинності, тобто геохімічної рухомості. Враховуючи неоднозначність та складність поведінки хі­мічних сполук на шляхах міграції та у 1960-1962 р. Н.М.Страхов запропонував роздільні схеми диференціації для гумідного та аридного типів седиментогенезу. Зараз у хімічній диференціації розрізняють дві фази: 1) утворення з розчину твер­дої фази; 2) перехід із шляхів міграції в осадок (власне накопичення). Останнє ви­значається кліматом, рельєфом, тектонічними умовами, властивостями речовини, фізико-хімічними умовами (рН, Еh, концентрація речовини, її склад), формами переносу, біосом та органічною речовиною взагалі, режимом та швидкістю седи­ментації, розбавленням іншими компонентами (інтеграцією), сингенезом та інш.

Осадочну хімічну диференціацію вулканічних та гідротермальних областей можна виділити у самостійний тип, який відрізняється специфічним набором зєд- нань, зворотною геохімічною зональністю - біля виходу джерел відкладаються закисні (сульфідні) сполуки, які через деякий час та деяку відстань окислюються.

Одночасно з диференціацією, як правило, відбувається протилежний процес - змішування осадочного матеріалу різного складу, розміру і походження завдяки змінам динаміки середовища, а також завдяки одночасному осадженню. Дифере­нціація дає осадки чистої лінії а змішування - гібридні.