Слой и слоистые толщи

Наиболее распространённой формой залегания осадочных горных пород является слой - более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный приблизительно параллельными поверхностями (поверхностями наслоения) – кровлей и подошвой.

Первичное залегание слоя является, как правило, горизонтальным. Чередование слоев называется слоистостью. Слоистость указывает на изменение условий отложения осадка. Она позволяет сопоставлять разрезы, определять направление и амплитуду вертикальных тектонических движений. Переход одного слоя в другой может быть или резким, или постепенным.

Расстояние между кровлей и подошвой слоя составляет его мощность. Различают два вида мощностей - истинную и видимую. Истинной мощностью называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой называется видимой мощностью. Неполная мощность слоя измеряется тогда, когда его кровля или подошва не вскрываются в обнажении.

Форма слоистости отражает характер движения той среды, в которой происходит накопление осадка. Основные формы слоистости: параллельная, волнистая, косая и линзовидная.

При параллельной слоистости поверхности наслоения близки к плоскостям. Этот вид слоистости свидетельствует об относительной неподвижности среды, в которой накапливались осадки. Такие условия возникают в озерных и морских шельфовых бассейнах ниже уровня действия волн.

Волнистая слоистость имеет волнисто изогнутые поверхности наслоения. Она формируется при движениях имеющих периодическую смену направлений.

Косая слоистость бразована накладывающимися друг на друга наклонными слойками, которые в разрезе образуют косослоистые серии. Эти серии ограничиваются субпараллельными поверхностями наслоения. Косая слоистость образуется при движении среды в одном направлении. Например, в условиях водных или воздушных потоков. Речная косая слоистость имеет общий одинаковый наклон в сторону движения воды. Дельтовая косая слоистость обычно оказывается крупной. Она отличается плавным причленением косых слойков к подошве слоя. Косая слоистость морских течений, обладает крупными размерами и сравнительно небольшим наклоном. В зоне действия волн образуется своеобразная, очень тонкая, переплетающаяся косая слоистость, ориентированная в различных направлениях в соответствии с направлением движений волн. Особенной неправильностью отличается косая слоистость эолового происхождения. Она бывает направлена в различные стороны.

Линзовидная слоистость образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды, например, в речных потоках или в приливно-отливной полосе моря. Нередко линзовидная слоистость связана с размывом ранее обложенного материала и неровностями дна. Мелкая линзовидная слоистость может образоваться и в спокойном водоеме при периодическом привносе в него более грубозернистого материала. Выклинивание слоя может быть вызвано неравно­мерностью осадконакопления или полным его прекра­щением в непосредственной близости от участков, на которых осадок будет продолжать накапливаться. Очень часто выклинивание слоя происходит при изменении состава накапливающегося осадка или в результате последующего размыва ранее отложившегося осадка или породы.

В зависимости от мощности выделяются следующие типы слоистости: крупная - с мощностью отдельных слоев отдециметров до метров; мелкая- с мощностью слоев, измеря­емой сантиметрами; тонкая, при которой мощность слоев измеряется миллиметрами; микрослоистость, видимая только под микроскопом.

Изучение особенностей строения поверхностей наслоения помогает выяснить происхождение и условия залегания осадочных толщ. К числу этих особенностей относятся: ископаемые знаки ряби, первичные трещины, следы жизнедеятельности различных организмов, отпечатки дождевых капель, кристаллов льда и др.

Среди знаков ряби по условиям образования различаются: ветровая рябь, рябь течения и рябь волнения.

Ветровая рябь имеет относительно крупные размеры и дугообразное расположение валиков в плане. Более крупные зерна осадка сосредоточиваются в ветровой ряби на гребнях.

В ряби течения валики имеют более мелкие размеры. Валики ориентируются поперек или вдоль направления течения.

Рябь волнения имеет наименьшие размеры и асимметричное расположение валиков, с более крутыми склонами, обращенными к берегу. Более грубые зерна осадка в ряби, образовавшейся в водной среде, накапливаются во впадинах между валиками. Рябь разви­вается только на верхней поверхности слоя, чем она отличается от волнистой слоистости.

Первичные трещины, сохранившиеся в ископаемом состоянии на поверхности слоев или пластов, имеют различное про­исхождение. Большая часть их является трещинами высыхания, реже встречаются подводные и мерзлотные трещины. Подводные трещины, возникающие вслед­ствие коллоидного старения донных илов.

Особенно важны для геологов разнообразные по виду и происхождению рельефные отпечатки, называемые иероглифами (гиероглифами), часто встречающиеся на поверхности слоев. Они представляют, главным образом, следы илоедов, оплывины и борозды размыва, развивающиеся на еще незатвердевшей поверхности илистого осадка. Иероглифы представляют собой как бы негативное отображение неровностей.

Основная часть осадков на поверхности Земли накапливается в морских или континентальных водоемах, а также на прибрежных равнинах и характеризуется первично почти горизонтальным (ненарушенным) залеганием. Лишь на отдельных участках угол наклона поверхности накопления составляет несколько градусов, а у под­водных обрывов и скал — несколько десятков градусов.

При накоплении пород на склонах подводных и наземных возвышенностей происходит облекание осадками неровностей рельефа с характерным примыканием к крутым его участкам и уступам.

Первичное залегание осадочных пород сохраняется сравнительно редко. Оно нарушается последующими тектоническими движениями, которые могут вызвать появление в осадочных толщах общего наклона, т. е. привести их к нарушенному наклонному залеганию пород и образованию складчатых форм залегания.

По взаимоотношению слоистых толщ можно выделить три различных типа залегания: трансгрессивное, регрессивное и миграционное.

Наиболее распространенным является трансгрессивное залегание, возникшее в результате формирования осадков на фоне общего опускания дна бассейна и расширения его площади. В разрезе трансгрессия выражена закономерной сменой снизу вверх мелководных образований более глубоководными. В трансгрессивном типе залегания нередко выделяют начальную ингрессивную стадию, соответствующую быстрому затоплению пониженных участков рельефа.

Регрессивный тип залегания выражается в последовательномсокращении площади бассейна. В разрезе регрессия выражается сменой снизу вверх глубоководных осадков менее глубоководными. Нередко трансгрессивная и регрессивная серии совмещаются в одном разрезе, образуя трансгрессивно-регрессивные ритмы.

Миграционный (смещенный) тип залегания осадочных толщ характеризуется последовательным смещением области накопления осадков в одном направлении Слои отступают с одной стороны прогиба и трансгрессивно ложатся на основание с другой его стороны. Миграционный тип залегания формируется в условиях неодинаково направленных вертикальных движений земной коры в крыльях прогиба. В одном из крыльев происходит опускание, вызывающее трансгрессивное залегание слоев, а в другом в результате происходящих поднятий наблюдается обратное явление — регрессивное залегание слоев.

Процесс образования слоистых толщ осадочных пород впервые был описан Н. А. Головкинским в 1869 г. Вблизи берега будут отлагаться грубозернистые осадки, например, галечники. С увеличением глубины галечники будут сменяться песками, пески - глинами, глины - карбонатными илами. При развитии трансгрессии, береговая линия передвигается в сторону суши. При этом галечники продвинутся вслед за береговой линией, а там, где они ранее накапливались, будут отлагаться пески, на песках — глины, выше - карбонатные илы. При регрессии смещение участков накопления осадков указанного вида произойдет в обратном направлении. В процессе образования слоистых толщ формируются стратиграфические и петрографические горизонты.

Стратиграфический горизонт-это одновозрастная (синхронная) группа слоев различного состава, связанных постепенными переходами в горизонтальном направлении.

Петрографическим горизонтом называется серия одинаковых по составу, но разновозрастных (асинхронных) слоев. Основную роль в образовании слоистых толщ играют тектонические движения, вызывающие смещение береговых линий и фациальных зон накопления осадков. Под фациями подразумеваются внешние условия осадконакопления, которые отражаются в особенностях состава осадочных пород. Помимо тектонических движений большое значение в образовании слоистых толщ имеют физико-географическая обстановка, как в области сноса, так и в области накопления осадков. К ним относятся клима­тические изменения. На сортировку обломочного материала влияют морские течения, вызывающие появление галечников и песков на больших глубинах.

В пределах шельфовых областей, а также на абиссальных равнинах океанов преобладает нормальное осадконакопление, при котором снизу вверх формируются все более молодые отложения. Иные условия наблюдаются в пределах континентальных склонов, а также подножий континентов. Здесь господствует лавинная седиментация. Большое значение при этом имеют мутьевые потоки.

Мутьевые потоки способны переносить песок, гальку и даже небольшие валуны на значительное расстояние. Такие отложения получили название турбидитов. Для турбидитов свойственна флишевая ритмичность, в которой в основании ритма залегают относительно грубозернистые слои (гравийные, песчаные), а в верхней части – тонкозернистые (алевриты, глины). Несмотря на такие различия, породы ритма являются одновозрастными, возникшими вследствие одноактного поступления разнообразного материала, сортировка которого происходила в процессе осаждения по законам Стокса.

Мутьевые потоки могут вызвать образование оползней на морском дне, и наоборот, оползни, особенно вызванные землетрясениями, могут быть причиной появления мутьевых потоков. С оползневыми отложениями связано формирование гравитационных олистостром.

Наращивание мощности пород происходит при тектоническом погружении территории. Это погружение может полностью компенсироваться накоплением осадка, мощность которого практически полностью отражает величину отрицательных вертикальных тектонических движений. В разрезе условия компенсированных погружений выражены однообразным литологическим составом пород, поскольку глубина бассейна остается постоянной. В условиях некомпенсированных осадконакоплением тектонических погружений на фоне нарастающей мощности в разрезе наблюдается смена мелководных осадков глубоководными (трансгрессивный тип разреза). Третий вариант – это перекомпенсация погружений осадконакоплением. Такая ситуация выражена регрессивным типом разреза.

Таким образом, основное значение в формировании мощностей осадочных пород имеют вертикальные движения. При положительных вертикальных движениях образуются поднятия, являющиеся областями сноса обломочного материала. При отрицательных – возникают осадочные бассейны.

Описанные зависимости мощности осадков и вертикальных тектонических движений не могут быть распространены в пределы континентальных склонов и их подножий, где мощности отложений определяются объемами терригенного материала, поступающего с суши.

Несогласия

Возможны два варианта соотношений между слоистыми толщами. В первом из них каждый вышележащий слой или комплекс слоев, составляющих данный стратиграфический горизонт, без каких-либо следов перерыва в накоплении осадков перекрывает подстилающие породы. Такие взаимоотношения, отражающие непре­рывность процесса накопления осадка, обусловливают согласное залегание пород. Во втором варианте между вышележащими и подсти­лающими их слоями стратиграфическая последовательность нару­шается, и отложения тех или иных стратиграфических горизонтов в разрезе отсутствуют. При этом возникает несогласное залегание пород.

В стратиграфических несогласиях выпадение тех или иных пород из разрезов вызывается прекращением осадкообразования, т. е. сменой режима, благоприятного для накопления осадков, условиями, в которых происходит разрушение и размыв ранее образовавшихся пород. Стратиграфические несогласия могут быть: параллельными, угловыми и географическими.

Параллельное несогласие выражается тем, что серии слоев выше и ниже поверхности несогласия располагаются параллельно друг другу. Поверхность несогласия выражена резко. Обычно она представляет собой поверхность размыва.

При угловом несогласии поверхность несогласия, разделяя несогласно залегающие свиты, срезает под углом различные горизонты древней свиты. В том случае, если угол несогласия не превышает 30°, обычно говорят о слабом угловом несогласии, при угле несогласия более 30° - резком несогласии.

Азимутальным угловым несогласием называется несогласие, при котором азимуты простирания контактирующих свит не совпадают.

Географическим несогласием называется угло­вое несогласие с углом менее 1°. Географические несогласия служат связующим звеном между угловыми и параллельными несогласиями. Вследствие малого угла такое несо­гласие может быть установлено только при изучении обширных тер­риторий.

Наряду с отчетливо выраженными явными несогласиями встречаются случаи, когда точное положение поверхности несогласия установить невозможно. Это скрытое несогласие.

По площади распростра­нения выделяются региональные и местные несогласия.

Региональные несогласия проявляются на огромных территориях.

Местные несогласия не имеют широкого распростра­нения и отражают движения и рост отдельных структур.

По условиям возникновения несогласия делятся на истинные, ложные и внутриформационные.

Истинные несогласия фиксируют перерывы в отложении осадков, вызванные вертикальными движениями земной коры.

К ложным несогласиям отнесены различные сложные, но всегда местные размывы в сериях косослоистых пород, сопровождающиеся иногда резко выраженными угловыми несогласиями.

Внутриформационные несогласия включают несогласия, возникающие в результате размыва, происходящего одновременно (сингенетически) с накоплением осадка. Основная роль в формировании внутриформационных несогласий принадлежит донным течениям.

Поверхность стратиграфического несогласия может иметь раз­личные формы. Она бывает сильно сглаженной, но возможны и резко выраженные неровности древнего погребенного рельефа с колебаниями отметок на коротких расстояниях, исчисляемыми десятками и даже сотнями метров.

Облекание представляет собой плащеобразное перекрытие отлогой поверхности размыва древних пород. Главной особенностью этой формы несогласного залегания является прямое отражение выступов и понижений поверхности несогласия в строении несогласно залегающей серии слоев. Мощности слоев в нижней части несогласно залегающей серии уменьшаются над повышениями древнего рельефа и увеличиваются над понижениями.

Прилегание формируется вдоль крутых склонов. При параллельном прилегании как размытые слои, так и налегающие на них залегают параллельно; при несогласном - верхние слои залегают на нижних с угловым несогласием.

Тектонические несогласия возникают вследствие перемещения одних пачек слоев относительно других по разломам. Поверхность несогласия при этом совпадает с поверхностью сместителя разрывного нарушения.