Карбонатный шельфовый комплекс

При отсутствии обломочного материала в прибрежной зоне и в прилегающей мелководной части моря могут накапливаться карбонатные осадки. Зона карбонатного осадконакопления может быть очень широкой (до 100 км и более) и очень мелководной. Примерами современного шельфа служат шельф Флориды и юкатанский шельф в Мексике. Крупная зона карбонатного шельфа существовала в Аппалачском регионе на протяжении всего раннего палеозоя.

Карбонатный шельф или платформа представляет собой комплекс микрообстановок, включая рифы краевой части шельфа зарифовые лагуны и изолированные рифы, карбонатные банки в пределах собственно шельфа, карбонатные приливные зоны, околошельфовые карбонатные турбидиты и (при благоприятных условиях) карбонатные эолианиты. В наши намерения не входит давать здесь обзор всех аспектов обширнейшей литературы о карбонатном шельфовом комплексе. Геометрия рифов рассмотрена нами ранее, их петрографии и фаций карбонатного осадконакопления. Поэтому в данной главе мы остановимся только на стратиграфических разрезах, сформировавшихся в процессе роста карбонатного шельфа. Вначале мы рассмотрим карбонатную приливно-отливную равнину и образовавшиеся в ее пределах разрезы, а затем перейдем к разрезам, накопленным в приливно-отливной обстановке в условиях повышенной аридности, к так называемому себховому циклу.

Цикличность разреза приливной равнины. Тщательное изучение некоторых известняков показывает, что им свойствен характерный, обычно легко распознаваемый тип цикличности осадконакопления. Хорошо выраженные циклы установлены, например, для кембрийских известняков Конкочич в западной части штата Мэриленд и прилегающей части штата Пенсильвания (рис. 15-17). В этих отложениях основание цикла представлено местами тонкослоистым, местами грубослоистым плоскогалечным внутриформационным конгломератом. Грубообломочный материал конгломерата образует скелет породы, а промежуточные пространства заполнены пелоидами и осколками окаменелостей. Все это сцементировано шпатовидным кальцитовым цементом. Выше залегает слой калькаренита, сложенного пелоидами, ооидами и скелетными обломками. Различные куполо- и пальцеобразные строматолиты также присутствуют в этой пачке. Этот пласт, в свою очередь, перекрывается тонкослоистыми, листоватыми известняками (от микритовых до пелоидальных), образующими волнистые слои или линзы, в которых участки мелкомасштабной косой слоистости перемежаются с тонкими пропласткам нечистого доломита. Выше залегает пласт, представленный очень тонкочередующимися пропластками кальцита и доломита с характерными трещинами усыхания. По-видимому, эти пропластки имеют водорослевое происхождение. Вверх по разрезу эти переслаивающиеся осадки переходят в пласт доломита, местами содержащий желваки гипса. В этом криптоводорослевом доломите встречаются линзы кварцевого песка, местами образующие довольно протяженные, хотя и маломощные прослои, которые и завершают разрез цикла.

Такая последовательность пластов интерпретируется Хеппом как регрессивный цикл приливной равнины, начинающийся с нижнеприливного (морского) внутриформационного конгломерата, за которыми следуют нижне- или среднеприливные строматолитовые слои, и заканчивающийся верхнеприливными отложения типа себхи, в которых могут встречаться перенесенные ветром пески. Предположительно такой разрез автоцикличен. Чередование таких многократно повторяющихся циклов может слагать карбонатные толщи мощностью порядка 1000 м, хотя мощность отдельных циклов может не превышать нескольких метров. Подобное происхождение имеет большая часть сохранившегося кемброордовикского разреза мощностью около 3000 м.

Характер осадконакопления, свойственный формации Конокочич в Центральных Аппалачах, довольно широко распространен, в особенности в породах нижнего палеозоя и верхнего докембрия. Например, сходной литологией характеризуются докембрийские доломиты Рэндвилл на Северном полуострове оз. Мичиган.

Себховый цикл. Возможно, доломитовая фация является в большей степени вторичной, диагенетической, чем, первичной, или седиментологической. Тем не менее, как отмечалось при характеристике распространения доломитов, это обычно географически определенная и легко картируемая фация, для которой характерно смещение в сторону береговой линии по сравнению с ассоциирующими известняками. В тех же случаях, когда доломиты тесно связаны с эвапоритовыми минералами или осадками, они, конечно же, являются ярко выраженной седимеитологической фацией.

Одним из примеров эвапорито-доломитовой фации является верхнепермская Беллерфонская формация Альпийского региона в Северной Италии. Здесь доломиты и гипсы переслаиваются в виде циклов, каждый из которых состоит из нижнего доломитового и верхнего гипсового слоя. Эти циклы, мощность которых в среднем составляет около 3 м, интерпретируются как продукт наступающего в сторону моря комплекса «мелководная лагуна — себха». Самый нижний прослой доломита нижнеприливный; слоистый, желваковый и «тонкопроволочный» (chicken-wire) гипс верхнего слоя образовался выше уровня воды, в условиях полностью обнаженной себхи. Идеальный цикл изображен на рис. 15-18. Хотя неясно, являются ли доломиты первичными осадками или результатом конседиментационного замещения, но в любом случае они составляют четко выраженную карбонатную фацию. Эта фация, по-видимому, типична для геологической летописи; она наблюдается в верхнетриасовой формации Райбл в Южных Альпах, в верхнетриасовой формации Бурано в Центральных Апеннинах и, возможно, присутствует в каменноугольных отложениях Шпицбергена.

Рифовый цикл. В меньшей степени документирован рифовый цикл. Лауэнстам пересмотрел в некоторых вопросах свою концепцию происхождения и развития Ниагарских рифов (силур) в районе Великих Озер. Хотя он и не дает формулировки понятия «рифовых циклов», но указывает предполагаемую последовательность осадков и фауны, которые должны отлагаться по мере роста рифа до стадии его зрелости. Рост рифа по этой концепции начинается ниже волновой зоны; зарождающийся риф расположен на субстрате, сложенном известковистыми красными и зелеными глинистыми сланцами. По мере своего роста риф достигает зоны действия волн, и его ядро начинает поставлять известково-обломочный материал, который накапливается в виде постоянного расширяющегося шлейфа. Ядро также стремится расшириться и перекрыть эти окаймляющие осадки. Если риф обнажается над водой, некоторая часть обломочного материала попадает обратно на поверхность рифа, образуя пляжи и даже дюны.

На основании этой концепции и до некоторой степени в зависимости от положения относительно ядра рифа можно ожидать следующую вертикальную последовательность снизу вверх: подстилающие известковые глинистые сланцы, окаймляющие слои обломочного материала с первично крутыми углами падения, собственно рифовая порода, эолианиты и пляжевый известковистый песчаник. Такие разрезы (или очень близкие к ним) в действительности наблюдались в скважинах, вскрывавших морские рифовые структуры в силурийских отложениях Южного Иллинойса.

Разрастание карбонатного шельфа в целом может привести к миграции обрамленного рифами края шельфа в сторону моря, так что более древние рифы перекрываются лагунными фациями с их одиночными рифами и, возможно, даже эвапоритами. По-видимому, такая ситуация характерна для гваделупских рифов (пермь) Техаса и Нью-Мексико.