Биогермная фация известняков (рифы и другие органические постройки)

Определение термина биогерм было дано Камингсом и Игроком. Им называется любое куполо-холмо-линзоподобное или какое-либо иное округлое скопление пород, построенное исключительно или главным образом придонными организмами и заключенное в обычные породы иного литологического состава. Некоторые исследователи считают термин биогерм синонимом рифа, так как структуры, по отношению к которым был впервые применен этот термин, были рифами. Если риф определяется как постройка, устойчивая к действию волн (или потенциально устойчивая к действию волн), то одни биогермы являются рифовыми, а другие нет. Сначала мы рассмотрим собственно рифы.

Рифы разнообразны по размерам и форме и подразделяются на типы в зависимости от состава органических остатков. Они могут быть частично или полностью сложены инкрустирующими или связывающими осадок водорослями, колониями строматопороидов и кораллов и даже раковинами рудистов или устриц. Они могут быть представлены единичными небольшими холмами, 1 или 2 м высотой, или впечатляющими сооружениями, достигающими в поперечнике 1000 м и более и в высоту 100 м и более.

Только в том случае, когда рифообразующие организмы связывают осадок и создают устойчивую к действию волн постройку, которая возвышается над окружающим дном, отложения называются рифовыми. Co временем постройка может выйти на поверхность и частично стать субаэральной.

Силурийские рифы штатов Индиана, Иллинойс и Висконсин, возможно, являются типичными ископаемыми рифами. Недавнее повторное изучение этих рифов показало, что их история была более сложной, чем предполагалось ранее. Эти постройки состоят из массивного центрального купола, сложенного бесструктурным доломитом с ископаемыми остатками (ядро рифа), окруженного относительно узкой зоной (край рифа), сложенной четко слоистыми, зернистыми, пористыми и местами содержащими органические остатки отложениями, которые загибаются к ядру, постепенно переходят в отложения ядра и круто падают от него. Периферийные пласты постепенно переходят в горизонтальные, содержащие относительно небольшое количество окаменелостей породы межрифового участка. Под действием эрозии массивное ядро часто превращается в выступающий бугор или холм, известный как клинт.

Породами, слагающими подобные клинты, являются баундстоуны или клинтиты (также биогермиты). Они представляют собой рыхло скрепленный сетчатый каркас плотных доломитов, твердых и жестких, которые благодаря жесткости каркаса придают рифовому холму прочность и устойчивость к эрозии. Ядро рифа может содержать линзовидные или неправильные скопления доломитизированного ракушечника, который, несмотря на хорошую цементацию, является достаточно пористым. Поры и каверны могут составлять до половины всего объема породы. Пустоты покрыты друзовидными кристаллами кальцита. Более крупные каверны покрыты скоплениями тонкослоистого ониксовидного кальцита, напоминающими натечные образования пещер. Некоторые наиболее крупные карманы заполнены сланцеватыми или массивными глинами. Некоторые каверны рифов, очевидно, являются первичными, другие, судя по их форме, представляют собой пустоты, оставшиеся после растворения окаменелостей, третьи, неправильной формы каверны, образовались при растворении, не связанном с органическими формами. Некоторые рифовые породы имеют вид крупнообломочной брекчии.

В общем центральная часть рифового ядра лишена слоистости или других текстур, за исключением строматактисного каркаса. Напротив, периферийные части имеют грубую стратификацию, которая постепенно в радиальном направлении от центра рифа переходит в хорошо выраженную слоистость наклонных пластов по периферии рифа.

Породы ядра могут содержать большое количество органических остатков, но в некоторых случаях интенсивная доломитизация и растворение могут, по-видимому, разрушить все органические формы. В целом ископаемые остатки фауны присутствуют главным образом в виде внутренних и наружных слепков, отпечатков и следов.

Некоторые наиболее крупные рифы имеют флексуру с небольшим наклоном вниз, образованную пластами, находящимися под ядром рифа, как если бы нижележащий пласт прогнулся под весом вышележащих пород.

Фланговые пласты образуют узкую зону, концентрически окаймляющую ядро рифа. Однако в редких случаях расположение этой зоны асимметрично и, возможно, отражает асимметричный рост рифа под действием господствующих направлений ветров и течений. Боковые пласты, сложенные слоистыми пористыми доломитами, погружаются в направлении от центра рифа под углом 50° или более. Эти наклонные пласты в одну сторону переходят в ядро рифа, а к периферии постепенно переходят в межрифовые известняки соседних территорий. Большой наклон некоторых боковых пластов вызывается их оползанием и уплотнением. Породы, слагающие боковые пласты, отличаются четкой слоистостью, имеют однородную структуру и представлены пористыми или кавернозными зернистыми доломитами с незначительным количеством окаменелостей. По внешнему виду этот материал напоминает слабосцементированный карбонатный песок. В действительности он представляет собой детрит, образовавшийся при измельчении материала, слагающего ядро биогерма. Местами в боковых пластах имеются включения крупных обломков пористых, рифовых пород без органических остатков. Если число этих включений достаточно велико, можно употреблять термин рифовая брекчия. Пористость ядра и наклон боковых пластов делают риф потенциальной ловушкой для нефти и газа. И действительно, ко многим ископаемым рифам приурочены нефтяные залежи.

Рифы являлись островами интенсивной жизнедеятельности. Первоначально их рост обусловливался наличием карбонатного материала, продуцируемого организмами, главным образом бентосом. Почти сразу после возникновения рифы возвышаются над окружающей поверхностью дна. Когда они вырастают настолько, что попадают в зону турбулентного движения волн, они теряют часть обломочного материала, который образует боковые пласты; эти отложения расширяют рифовую платформу. Растущее ядро обычно расширяется и покрывает фланговое обломочное обрамление. Окружающие риф участки дна, никогда густо не заселяются организмами, и, по-видимому, накопление осадков на них происходит медленно. Здесь накапливаются тонкие, карбонатные илы и алевриты — продукты эрозии растущего рифа, а также непосредственно осажденные из морской воды карбонаты. Исключение, возможно, составляют участки, близко расположенные к рифу, где связанные с рифом турбулентные течения препятствуют отложению тонкого материала. Поэтому в непосредственной близости от рифа межрифовые пласты утоняются. В некоторых случаях грубые обломки выносятся с рифа турбидитными потоками или в результате оползания. Турбидитные течения могут переносить материал на несколько десятков километров и образовывать четко выраженные конусы выноса обломочного материала.

Наклон боковых пластов по мере удаления от центра рифа постепенно уменьшается и, в случаях с очень большими рифами, может даже измениться на противоположный. Пологий обратный наклон и наличие окраинного прогиба, который окружает риф, объясняется погружением толщи слоев тяжелого рифового сооружения и компенсационным подъемом окружающих слоев.

Высокая пористость собственно рифовых пород способствует их доломитизации, которая сильно изменяет рифовую породу и под действием которой часто разрушаются органогенные постройки, характеризующие риф. В настоящее время подобные рифовые постройки имеют вид неправильных тел, сложенных массивными доломитами, нарушающими однородную слоистость регионального стратиграфического разреза.

Поскольку существование рифостроящих организмов ограничено глубиной и температурой, образование рифов происходит только при наличии условий, благоприятных для роста рифовой колонии. Рифы встречаются в виде поясов, расположение которых, по-видимому, контролируется глубиной. Перемещение береговой линии, связанное с трансгрессией или регрессией моря, ведет к миграции рифового пояса. Достаточно часто лагуны между рифовым поясом и береговой линией сильно засолоняются и становятся местом накопления соленосных отложений.

Ископаемые рифы широко распространены во времени и пространстве. К наиболее известным силурийским рифам относятся рифы Великих Озер, описанные выше, и рифы о. Готланд. Девонские рифы провинции Альберта нефтеносны, они интенсивно разбурены и изучены. Хорошо известны также палеозойские рифы Бельгии, девонские рифы Восточно-Рейнских Сланцевых гор, а также гор Гарца в ГДР и ФРГ (рис. 10-51), миссисипский мшанковый риф на юго-западе Соединенных Штатов, а также нижнекаменноугольные Уолсортские рифовые холмы в Ирландии и Англии. Пермский рифовый комплекс Гваделупских гор штатов Техас и Нью-Мексико является классическим примером рифа и связанных с ним осадков. Нижнемеловые рудистовые рифы были описаны в южном Техасе Третичные рифы о. Гуам были детально изучены. Литература, посвященная древним и современным рифам, гораздо обширнее, чем приведенный здесь перечень Обобщение по древним рифам было сделано Хаддингом и Твенхофелом. Библиография приведена в работах Пага и Миллимана.

He все биогермные тела, сложенные известняками и доломитами, являются рифами. Некоторые биогермы представлены ограниченными по распространению и устойчивыми во времени фациями, но они никогда значительно не возвышались над окружающим дном, например, криноидные биогермы Бордена в штате Индиана. Они никогда не образуют устойчивых к действию волн сооружений Иногда бывает трудно провести различие между такими накоплениями и настоящими рифами; эта проблема рассматривалась в работах Лауенстама, Гинзбурга и Лауенстама и Брейсуейта. Главная трудность заключается в том, что многие биогермы, часть из которых называют рифами, имеют ядро без четко выраженной каркасной постройки. Ядро некоторых биогерм представлено очень тонкозернистыми известковыми илами — кальцилютитом, а не баундстоунами, образованными инкрустирующими водорослями, кораллами и т. д. Каким образом происходит локализация подобных илистых скоплений, и являются ли они устойчивыми к действию волн и, следовательно, настоящими рифами? Прей описал биогермные холмы миссисипского возраста до 106 м мощностью в штате Нью-Мексико, которые по внешнему виду сложены кальцилютитом, без органических остатков, но более тщательное исследование которых показало, что они состоят из ячей окончатых мшанок, заполненных известковым илом. Эти мшан-ковые постройки могли выполнять роль барьера для течений и являться ловушкой для накопления осадков. Прей полагал, что эти биогермы возвышались над окружающим дном, но назвал их «субрифами», а не настоящими рифами. Похожими являются меловые биогермы Уолсортских бугристых рифов Англии и Ирландии. К современным аналогам их можно отнести иловые банки, представляющие собой скопления, обусловленные наличием морской травы (Talassia) или сходных образований. Даже считающиеся классическими Ниагарские «рифы» штата Индиана, возможно, вначале представляли собой холмы, преобретшие устойчивость благодаря наличию мшанковых построек. В дальнейшем они, возможно, развились в устойчивые к действию волн постройки строматопорового типа.