Ориентированные текстуры и структуры

Ориентированные признаки — это те главные черты, которые при их визуальном рассмотрении показывают, как было направлено течение, несущее осадок, в определенный отрезок геологического времени. Они присутствуют во всех видах осадков, но наиболее характерны для песчаников, хотя некоторые известняки (например, калькарениты, которые являются карбонатными песками) обладают теми же чертами. Мы относим сюда косую слоистость (продукт мигрирующих знаков ряби и дюн), подошвенные знаки, вызванные эрозионным действием течения или обломков, переносимых течением, а также взаимное расположение зерен, преимущественную ориентировку обломочного материала или ископаемых остатков.



Косая слоистость любого масштаба — ценный признак палеотечения. Требуется лишь систематически замерять и картировать ее ориентировку. Вопросы методики картирования и статистического обобщения результатов изложены в многочисленных статьях и крупных работах. Для того чтобы восстановить систему палеотечений, превалирующих во время отложения какого-либо песчаного пласта или другой стратиграфической единицы, требуется лишь достаточное число замеров азимутов падения передовых слоев, а также их достаточно частое и равномерное распределение как по площади, так и на вертикали. В плоскослоистых системах такие замеры проводятся легко. Более сложными являются замеры желобковой или фестончатой слоистости, требующие определения азимута оси желобка. В разрезе поверхности напластования он соответствует биссектрисе волнистого следа на передовом слое.

Практика показывает, что азимуты потоков, определенные на основании косой слоистости, ориентированы не беспорядочно. Если изобразить их в виде розы течений, то намечается явная преимущественная ориентация с азимутами, попадающими в один квадрант, и с четко определимой модой. Более того, во многих песчаниках преимущественная ориентация сохраняется как по вертикали, так и по площади. Даже следующие в разрезе друг за другом песчаные пласты характеризуются сходными узорами диаграмм и общностью ориентировки (см. рис. 14-12), что свидетельствует о большой стабильности палеотечений на протяжении длительного геологического времени. Это в особенности справедливо для песчаных наносов, образованных реками и в результате эоловой деятельности. Исключение составляют некоторые типы морской косой слоистости, характеризующиеся бимодальным распределением азимутов, причем главная мода противоположна по направлению малой моде, так что они образуют так называемый «бантиковый тип» диаграммы (см. рис. 10-52). Предполагается, что это связано с переменой течения вследствие приливов и отливов.

Поскольку ориентировка косой слоистости — это функция направления потока, изменчивость — функция других факторов, таких как стабильность системы течений в коротких интервалах времени. В случае речных систем изменчивость может быть связана с извилистостью русла. Чем сложнее система меандр, тем больше изменчивость, которая, в свою очередь, может быть связана с градиентом реки. Поэтому можно ожидать, что изменчивость будет возрастать вниз по течению реки по мере того, как уменьшается градиент.

Изменчивость может также отражать изменения условий осадконакопления. В большинстве аллювиальных осадков 2/3 азимутов течения обычно лежат в секторе между 90 и 120°; в морских условиях влияние регионального палеонаклона сказывается меньше и изменчивость может быть значительнее, а в некоторых, правда редких, случаях ориентировка азимутов может приближаться к случайной. Эоловые отложения, по-видимому, по своей изменчивости не очень отличаются от речных.

Связь между косой слоистостью и первоначальным наклоном во время осадконакопления — основа региональной интерпретации. Такой наклон называется палеосклоном. Его направление перпендикулярно к простиранию осадка во время его накопления, которое обычно принимается субпараллельным к береговой линии. Термин палеосклон применяется по отношению к морским или речным осадкам, но не имеет никакого смысла для эоловых образований. Совершенно ясно, что водные потоки в прошлые времена стекали вниз по склону точно так же, как и теперь, так что косая слоистость находится в простой и очевидной зависимости от палеосклона. Поэтому средний азимут косой слоистости указывает на направление вниз по склону. В проксимальных условиях — вблизи края бассейна — неморская косая слоистость может обнаруживать некоторые отклонения, которые связаны с аллювиальными конусами выноса. Азимуты течения радиально расходятся здесь от некоторых центров — вершин конусов выноса. Связь между косой слоистостью морских осадков с подводным склоном менее ясна. В некоторых случаях косая слоистость морских осадков связана с приливно-отливными или другими прибрежными течениями, которые могут происходить в различных направлениях, в том числе и почти параллельно береговой линии, а следовательно, и контурам бассейна. Исследования некоторых древних морских осадков показывают регионально выдержанную систему течений, у которых преобладает азимут, нормальный к береговой линии и направленный вниз по склону. Петтиджон склонен считать это положение в общем справедливым, хотя и недостаточно доказанным.

Считается, что косая слоистость эоловых песков является «ключом» к направлениям палеоветров. Так оно и есть, однако, неясно, отражают ли эти направления планетарную систему или же это локальные отклонения, связанные с орографическими или какими-либо другими чертами. Некоторые исследователи использовали предположительно эоловую косую слоистость для реконструкции планетарной системы и определения на базе этой реконструкции положения полюсов Земли.

Наблюдения за региональной ориентацией знаков волноприбойной ряби проводятся сравнительно редко. Хайд уже давно обратил внимание на преобладающую ориентировку волнистой (симметричной) ряби в миссисипских песчаниках Береа, развитую по всей территории штата Огайо; 149 замеров на протяжении 185 км показали поразительное постоянство этой ориентировки. Бретт обнаружил, что знаки ряби в докембрийских кварцитах Барабу в штате Висконсин в основном перпендикулярны к направлению течения, определенному на основании косой слоистости. Асимметричная рябь, как можно предполагать, должна быть ориентирована поперек направления потока; это подтверждается теми немногочисленными данными, которыми мы располагаем. Среднее простирание ряби совпадает поэтому с простиранием осадконакопления. Факторы, влияющие на ориентацию симметричной ряби, недостаточно изучены. Хайд считал, что рябь в песчаниках Береа параллельна древней береговой линии. Гребни волн имеют тенденцию к рефракции и независимо от направления ветра становятся параллельными берегу, поэтому можно ожидать, что знаки ряби, порожденные этими волнами, параллельны береговой линии. В одной из работ, посвященной современным знакам ряби, отмечается их параллельность подводному склону, а следовательно, и субпараллельность береговой линии. Для ископаемых знаков ряби также предполагалась их ориентировка параллельно береговой линии, но из других соображений.



Большое число разнообразных знаков обнаружено на контактах песчаных пластов с подстилающими их глинистыми сланцами. Из-за дезинтеграции глин под действием выветривания эти текстуры присутствуют только в подошве песчаников и поэтому получили название «подошвенных знаков».

Как правило, вышеописанные подошвенные знаки широко развиты лишь во флишевых фациях. Они рассматриваются как продукт действия мутьевых потоков. Поэтому предполагается, что они ориентированы параллельно направлению течения, которое, будучи течением под действием силы тяжести, должно проявляться как подводный поток тяжелой жидкости, перемещающейся вниз по подводному склону морского бассейна. В некоторых случаях такие течения характеризуются постоянным направлением, выдержанным на большой территории (рис. 14-2). Некоторые данные современных наблюдений не совсем согласуются с этой концепцией и иногда даже вызывают сомнения в турбидитовом происхождении текстур и слоев, в основании которых обнаружены подошвенные знаки. Хотя многие рифленые отпечатки желобков и отпечатки выемок на подошве пластов характеризуются поразительной выдержанностью ориентировки, сохраняющейся при переходе от пласта к пласту, другие обнаруживают хаотическое разнообразие ориентировок даже на подошве одного и того же пласта. Очевидно, что если одни из этих по-разному ориентированных знаков указывают на направление наклона, то другие не имеют к нему никакого отношения. Эти аномалии позволяют предположить, что либо уклон дна оказывал мало (или вообще не оказывал) влияния на подводное течение, либо дно моря не имело выраженного наклона, а направление течения контролировалось другими факторами. либо эти текстуры вообще не связаны с мутьевыми потоками.

Вопрос еще более усложняется тем, что, согласно результатам наблюдений, направление движения, предполагаемое на основании анализа складок оползания, находится в противоречии с направлением течения, определяемым по подошвенным следам. Как замечено Камминсом, «оползание... контролируется силой тяжести и поэтому должно происходить вниз по склону». Во многих местах создается впечатление, что оползание происходило в направлении, перпендикулярном к направлению течения. Эти соотношения объясняются смещением оползающего материала с боковых склонов бассейна, поставляющих грубый «дикий флиш» в его более глубокие зоны, где преобладают продольные мутьевые потоки. Как отмечалось Лажуа, использование осей складок оползания в качестве критерия для определения уклона может привести к ошибочным выводам, поскольку наблюдаемые оси имеют различную ориентацию даже в пределах одного оползня; аналогичное наблюдение было сделано Кроуэллом с соавторами.

Некоторое время большой интерес вызывало соотношение между системой течений и тектоническим простиранием. Многие исследования показали, что система палеотечений обычно параллельна тектоническому простиранию. Кюнен считал, что во многие вытянутые в длину бассейны впадали главным образом крупные реки, дренирующие субконтинентальные пространства, и что поступление осадков происходило в основном у одного из концов такого бассейна. Однако другие исследователи полагают, что незначительные по площади тектонически приподнятые участки суши, вытянутые вдоль бортов бассейна, могли поставлять в него значительное количество осадков и что потоки, стекающие в него с боковых склонов, по достижении осевой части трога, где происходило осадконакопление, становились продольными.

Результаты изучения глубоководных бассейнов и их краевых зон позволяют предполагать поступление мутьевых потоков через глубокие подводные каньоны. Материал, приносимый с побережья, поступает в верховья этих каньонов, которые заходят далеко в пределы шельфовых участков, откуда он перемещается либо периодическими мутьевыми потоками, либо потоками, более устойчивыми, несущими более грубый материал и, по-видимому, образующими глубоководные конусы выноса. Направления течения в пределах последних, очевидно, радиально расходятся от вершин конусов. Такие течения должны иметь, как правило, поперечную к оси бассейна ориентировку. Вопросы о мутьевых потоках, оползаниях и контролирующем влиянии бортового склона рассмотрены Уолкером. По поводу интерпретации систем палеотечений, реконструируемых по данным подошвенных знаков, мы отсылаем читателя к последним монографическим сводкам.



Ориентировка линейных элементов в породе обусловливает ориентированность ее структуры, и, если они определяются течением, то структура представляет собой критерий для определения его направления. Хотя уже давно известно, что при наличии плоской или дискообразной гальки в результате деятельности потока часто образуется черепитчатая структура, — этот факт практически не использовался при картировании систем течения. В последние годы структура галечников, в особенности ледниковых, изучалась весьма тщательно и использовалась для определения направления потоков. Понятия об осадочной структуре, симметрии и типах осадочных структур в связи с вопросом о соотношении между структурой и осадкообразующими течениями изложены в гл. 3. Здесь же мы рассматриваем проблемы картирования и интерпретации осадочных структур.

Систематическое картирование осадочных структур производилось весьма редко. Большинство опубликованных карт палеотечений, базирующихся на структуре, составлены для ледниковых, главным образом плейстоценовых, отложений (рис. 14-3). Сюда относятся исследования Вирккала в Финляндии, Уэста и Доннера в Юго Восточной Англии. Одним из немногих исследований доплейстоценовых ледниковых отложений является работа Линдсея, закартировавшего ориентировку продолговатых галек докембрийской формации Гуаганда в Канаде. Еще меньше исследований посвящено ориентировке песчаных зерен в тиллях. В качестве исключения можно назвать работу Зиферта, который провел картирование зернистой структуры тиллей северной части ФРГ. Во всех перечисленных работах отмечалось, что длинные оси моренных валунов и песчаных зерен параллельны направлению течения ледника.

Известно очень мало примеров картирования песчаной или гравийной структуры неледниковых отложений. Возможно, это объясняется тем, что направление палеотечения легче определить по другим его признакам, таким, как, например, косая слоистость.

Наиболее значительная работа по картированию зернистой структуры была проведена Копштейном для кембрийских отложений Харлех-Доум в Уэльсе. Копштейн считал, что зернистая структура является первичной структурой осадконакопления, хотя другие исследователи тех же пород не разделяют этой точки зрения. При исследовании отложений, смятых в складки, следует проявлять осторожность, поскольку ориентировка зерен здесь может быть вызвана деформацией. При благоприятных условиях можно выделить влияние тектонической ориентировки и воссоздать первичную осадочную структуру. Картирование ориентировки длинных осей эоценовых калькаренитов в некоторых районах Италии, проведенное Сестини, позволило установить в них систему палеотечений. Эти отложения и ориентировка в них зерен связываются с мутьевыми потоками. Сестини удалось реконструировать систему палеотечений и установить источник сноса карбонатного обломочного материала. В Англии, в графстве Девоншир, картирование черепитчатой структуры галек в фангломератах Нью-Ред Сэндстоун проводилось Леймингом

Осадочная структура, если бы ее можно было легко и уверенно определять, могла бы стать наиболее полезным критерием для определения ориентировки песчаных тел по данным изучения керна в скважинах, где другие ориентировочные признаки отсутствуют либо трудно распознаваемы. Совершенно очевидно, что для использования структуры в этих целях необходимо знать ее соотношение с геометрией песчаного тела в целом, а также располагать данными об ориентированности керна.

Многие исследователи изучали связь между ориентацией песчинок или галек с направлением потока, однако мало кто пытался установить зависимость между ориентацией зерен и геометрией песчаного тела в целом путем наблюдений или замеров. Известны несколько исследований такого рода, проведенных для современных осадков. Керри подметил, что длинные оси кварцевых зерен ориентированы перпендикулярно к простиранию некоторых пляжевых отмелей и береговых валов Галф-Коста, а Уэндлер установил, что длинные оси песчинок в основном параллельны направлению течения.

Хотя одна из первых опубликованных карт палеотечений основывалась на ориентировке граптолитов в глинистых сланцах, известно очень мало других карт, отражающих ориентированные органогенные структуры. Правда, на эту тему написано довольно много статей.

Более часто встречается и используется отчетливая ориентировка линейных фрагментов древесного угля. Это углефицированные фрагменты растительных остатков — вытянутых листьев, стеблей и других удлиненных фрагментов растений. К сожалению, такой материал в одних случаях ориентирован параллельно течению, в других — перпендикулярно к нему. Как правило, скелетные текстуры, отражающие действие течения, являются столь рассеянными или спорадическими, что их в лучшем случае можно использовать как дополнение к другим признакам течения. В исключительных случаях они могут иметь широкое развитие и характеризоваться достаточной выдержанностью для того, чтобы стать картировочным признаком, как, например, веретенообразные фузулиниды.