Сингенетические доломиты, фациально замещающиеся морскими или континентальными эвапоритами с ассоциирующимися терригенными отложениями или без них

Ранее было показано, что доломит представляет собой эвапоритовый минерал, который обычно образуется наряду с другими эвапоритовыми минералами, например с гипсом или ангидритом, о чем свидетельствуют современные прибрежные отложения Персидского залива или молодые и позднеплейстоценовые отложения грабена Солт-Флат в западном Техасе. На примере последнего района было показано, что доломит осаждался в течение периодов интенсивного испарения из высококонцентрированных рассолов и что образование доломита обусловливалось главным образом высокой температурой. Поэтому в древних обстановках сингенетические доломиты обычно ассоциируются с другими эвапоритовыми минералами, такими, как гипс, ангидрит и галит. Ниже описываются примеры древних проявлений сингенетического доломита в ассоциации с другими эвапоритовыми минералами.

Доломиты, переслаивающиеся с гипсами, ангидритами и каменной солью, характеризуются очень мелкозернистой, внешне однородной структурой и отсутствием явных структурных признаков, которые свидетельствовали бы о замещении известковых осадков. Такие доломиты многие авторы рассматривают как возможные первично хемогенные породы. Одни авторы придерживаются гипотезы первично хемогенного образования этих доломитов, другие с этой гипотезой не согласны.

Почти каждая гипотеза первично хемогенного образования доломитов допускала такой генезис как теоретически возможный, хотя, по крайней мере до 1962 г., включала утверждение, что доказательство такого генезиса отсутствует. Однако, как уже отмечалось выше, сейчас найдено это недостающее доказательство того, что сингенетический доломит действительно образуется в характерной для него осадочной обстановке, хотя все еще неясно, представляет ли он собой химический осадок или продукт замещения арагонита.

В отсутствии ассоциации с обычными известняками раньше видели характерную особенность эвапоритовых доломитов. Однако Адамс и Родс считают, что кальцитовые прослойки в ангидритах Кэстайл (пермские отложения Западно-Техасского бассейна) образовались непосредственно в результате химического осаждения; они приводят эти прослойки в качестве аргумента в пользу следующего вывода: «... некоторые, а возможно, и все химически осажденные карбонаты первоначально имели недоломитовый состав». Тем не менее имеется альтернативное объяснение генезиса этих прослойков, а именно образование их в результате разложения гипса точно такое же, как это показывает изучение карбонатов грабена Солт-Флат и аналогичных карбонатов Мертвого моря. Несмотря на это, Адамс и Родс связывают генезис доломита с сокращенной циркуляцией вод; даже если они ставили под сомнение механизм первично хемогенного образования доломита, они соглашались с образованием мелкозернистых доломитов путем замещения первичных мелкозернистых известковых осадков, о чем писали Ньюэлл и др.

Хотя Клауд и Барнс допускали, что в ассоциации с эвапоритами могли образовываться первичные доломиты, они отмечали, что такие осадки представляют специальный случай осадкообразования и неприменимы вообще для объяснения генезиса большинства доломитов.

В ассоциации с эвапоритами встречаются сингенетические и диагенетические доломиты. В настоящем разделе в основном рассматриваются доломиты первого типа.

Доломиты, ассоциирующиеся с морскими эвапоритами, известны в триасе и перми ГДР и ФРГ, перми западного Техаса, Нью-Мексико и Оклахомы, миссисипии и девоне западной части Канады, силуре Нью-Йорк — Мичиганского бассейна, миссисипии Индианы, карбоне Русской платформы и перми Йоркшира (Великобритания). Доломиты, ассоциирующиеся с неморскими эвапоритами, известны в третичной формации Хорс-Спрингс в южной части Невады.

Пермская толща эвапоритового бассейна в северной части ГДР и ФРГ сложена известняками, доломитами, ангидритом, галитом, солями щелочных металлов и пластами глин, глинистых сланцев и алевролитов. Эта толща известна под названием Цехштейна; она включает четыре главные формации (снизу вверх) — Верра, Штасфурт, Лейне и Аллер. Формация Beppa начинается базальными конгломератами мощностью 1 м, которые перекрываются тонким (0,25—0,3 м) слоем черных глинистых медистых сланцев. Выше залегают органогенные известняки с брахиоподами, моллюсками и улитками мощностью 5—7 м, сменяющиеся по простиранию водорослевыми и мшанковыми рифами на подводных грядах или в бывших прибрежных зонах. В северном направлении к Ганноверу эти цехштейновые известняки перекрываются последовательно Нижними ангидритами мощностью 30 м, каменной солью мощностью 5 м и Верхними ангидритами мощностью 20 м. К юго-востоку, в Тюрингии, пласты ангидритов и каменной соли горизонта Верра постепенно сменяются доломитами (Главный доломит) мощностью 15 м, а весь горизонт в целом повсюду в Тюрингии представлен рифовыми известняками мощностью 40 м. Перекрывающие пласты Штасфурт в основании включают глинистые сланцы мощностью 10 м; выше залегают ангидриты мощностью 2 м, каменная соль мощностью 500 м и венчающие горизонт терригенные отложения мощностью 30 м. Перекрывающий горизонт Лейне включает базальные серые глины с каменной солью мощностью 5 м и ангидриты (Главный ангидрит) мощностью 30 м, которые в Тюрингии вытесняются доломитами (платтендоломит) мощностью 10 м.

Средняя часть триасовых отложений (раковинный известняк) в Германии также сложена известняками, доломитами, ангидритом и известковыми глинами (мергелями) и разделяется на три толщи: нижние карбонатные породы (волнистый известняк или волнистый доломит), среднюю эвапоритовую (ангидрит и каменная соль) и известково-глинистую толщу и верхнюю толщу (Главный раковинный известняк), представленную в южной части ФРГ (район Шварцвальда и Швабии) базальными известняками (трохитовый известняк) мощностью 12—25 м, средними глинистыми сланцами мощностью 70—80 м ж верхними доломитами мощностью 10 м (доломит Trigonodus). Триасовые известняки тяготеют к центральной части морского бассейна, тогда как доломиты — к прибрежным участкам, в которых, как предполагается, морская вода была более соленой.

В ритмической нижне-среднепермской толще западной части Оклахомы известны известняки, ассоциирующиеся с эвапоритами. Однако здесь основное внимание уделяется связанным с нею предположительно сингенетическим доломитам. Начиная от основания, эта толща включает формации Веллингтон, Симаррон-Хеннесси, Блейн-Дог-Крик и Клауд-Чиф. Мощность отложений 1000 м, но только две последние формации обнажаются на поверхности. Формация Блейн изучена наиболее детально; она имеет мощность 80 м и сложена гипсами (60—70%), глинистыми сланцами (17—30%) и доломитами (7—15%). В северо-западном направлении преобладают ангидриты, гипсы, доломиты и глинистые сланцы, тогда как в юго-восточном — терригенные отложения. В этой формации снизу вверх выделены четыре гипсовые толщи — Хейстак, Седартоп, Коллингсуэрт и Ван-Вактер. В основании гипсовой толщи Ван-Вактер залегают доломиты Мангам, включающие очень мелкозернистые, предположительно эвапоритовые доломиты, а также более крупнозернистые доломиты, заместившие оолитовые и пеллетовые известковые отложения. Доломиты Джестер, подстилающие гипсы Седартоп, представлены выдержанным пластом мощностью всего 0,3 м. Он сложен микрозернистыми слоистыми породами в западной части и более крупнозернистыми породами — в южной и восточной частях, где они явно образовались за счет пеллетовых известковых осадков.

Комплекс девонских и миссисипских рифов, различных известняков, доломитов, ангидритов и глинистых сланцев Альберты и южной части Саскачевана местами включает переслаивающиеся пласты ангидрита и сингенетического доломита. Ангидрит встречается лишь на глубине, а на поверхности вместо ангидрита присутствуют характерные брекчии обрушения. Переслаивающиеся ангидриты и доломиты встречаются в верхней части формации Мети, а также в формациях Уобаман (верхний девон), Шунда (нижняя часть миссисипской толщи) и Маунт-Хид (верхняя часть миссисипской толщи). Вместе с первично хемогенными доломитами здесь встречаются также доломиты, образовавшиеся путем замещения мелкозернистых известковых осадков.

Одни из наиболее хорошо обнаженных и детально описанных доломитов, ассоциирующихся с эвапоритами и немногими терригенными осадками, встречаются в пермских отложениях у северо-западной границы бассейна Делавэр в юго-восточной части Нью-Мексико и в западной части Техаса США. Этот пограничный участок бассейна был выделен как шельф; береговая линия у границы фации в этом районе простиралась с северо-востока на юго-запад. Здесь выделен ряд стратиграфических толщ: известняки Карлсбад и формации Куин, Севен-Риверс, Йатес и Тансилл. Прослеживаются многочисленные фациальные пояса, ширина и мощность которых изменяется; в общем с юго-востока (со стороны открытого моря) на северо-запад (в направлении к суше) наблюдаются следующие отложения: 1) доломитизированные ракушечники и калькарениты; 2) доломитовые пизолитовые известняки; 3) мелкозернистые сингенетические доломиты; 4) сульфаты и галит и 5) терригенные песчаники и красноцветные отложения.

Очевидно, этот краевой участок (шельф) бассейна был занят очень мелким морем. В тех местах, где морская вода имела нормальную или несколько повышенную соленость, в изобилии произрастали рифогенные и другие организмы. В северо-западном направлении, в сторону суши, воды становились все более осолоненными; в этом же направлении преобладающими осадками становились эвапориты. Еще дальше к северо-западу на краю низменной прибрежной равнины, сложенной более древними пермскими породами, отлагались кварцевые песчаники и красноцветные осадки.

Эти пермские отложения и ряд других, рассмотренных выше в данной главе и в главе, посвященной известнякам, показывают, что всюду наблюдается одна и та же последовательность эвапоритовых осадков: галит — сульфат — карбонаты, которая прослеживается от галита (или «наиболее» эвапоритовый минерал), развитого в прибрежной зоне, до сульфатов и карбонатов в направлении к морю с нормальной соленостью, как это установил Скратон. Следовательно, в заливе, имеющем форму круга, будут образовываться прибрежное «гало» галита и последовательные концентрические зоны сульфатов и карбонатов в направлениях к центру бассейна и местам поступления морской воды с нормальной соленостью.

На основании изучения некоторых эвапоритовых бассейнов было установлено совершенно обратное распределение осадков, а именно от галита в центре бассейна к окружающим последовательным зонам сульфатов и карбонатов. Причины такой предположительно обратной эвапоритовой зональности неизвестны; некоторые примеры этих отложений рассматриваются ниже.

Бриггс предложил теоретическую модель для обоснования приуроченности галита к центру бассейна. «Впускной клин» модели Бриггса соответствует сплошной массе воды модели Скратона; если рассматривать этот впускной клин сам по себе, то образующиеся эвапоритовые минералы у его краев будут представлены галитом, а в центральной части — карбонатами. Образовавшиеся зоны эвапоритов будут иметь форму дуг, обращенных к заливу вогнутой стороной, а не выпуклой, как писал Бриггс. Однако модель Бриггса включает дополнительный фактор, значение которого еще не установлено, а именно наличие прибрежной зоны воды с нормальной соленостью, которая постепенно сменяется солеными водами в центральной части бассейна. Эта особенность гидрологии бассейна должна, по-видимому, обусловливаться большим притоком пресной воды, что на первый взгляд кажется несовместимым с условиями испарения, служащими причиной осолонения вод впускного клина. Такая обстановка возможна только в том случае, если бассейн принимает крупные реки, воды которых поступают из дальних влажных районов, так что непрерывный сток речных вод не зависит от аридных условий, господствующих на территории бассейна.

В формации Салина (верхний силур) бассейнов Мичиган и Огайо — Нью-Йорк, по-видимому, выделяются галитовая зона центральной части бассейна и прибрежная карбонатная зона, в которой преобладающие карбонаты представлены доломитами, за исключением тех мест, которые предположительно были связаны с открытым морем и в которых развиты известняки.

Доломиты Русской платформы приурочены к центральной части бассейна, а к периферии они сменяются частично доломитизированными породами и затем — известняками.

Среднекаменноугольные отложения Русской платформы в России представлены переслаивающимися терригенными и карбонатными породами, включая известняки и доломиты. Выделены доломиты двух типов: 1) «первичные» сингенетические доломиты, включающие характерные брахиоподы, и 2) «вторичные» диагенетические доломиты. Местами доломиты включают прослои ангидрита и рассеянные кристаллы гипса, флюорита, целестина и других сульфатов (точно не определенных). Генезис этих доломитов неясен; предполагается, что они отложились в бассейне с сильно осолоненными водами. Считают, что этот бассейн был очень мелким и включал обширные территории частично затопленного побережья и ассоциирующиеся замкнутые лагуны. Предполагают, что в жаркие сухие периоды в лагунах образовывались рассолы и выпадали доломит, флюорит, целестин и гипс. Несмотря на такую палеогеографическую реконструкцию обстановки осадконакопления, стратиграфическое распределение отложений, по-видимому, указывает на то, что фации осадков сильно осолоненных вод приурочивались к центру бассейна, а фации осадков вод с почти нормальной соленостью — к прибрежным участкам бассейна (ср. с данными А.Б. Ронова).

Известняки Сент-Луис (миссисипий) в юго-западной части Индианы местами включают доломитовые толщи, которые сменяются гипсами и ангидритами. Отмечается, что возникновение все более эвапоритовых толщ связано с увеличением степени расчленения бассейна на различимые структурные единицы, такие, как «шельфы», «бассейны» и «флексуры».

Слои доломита и ангидрита встречаются в галит-ангидритовой зоне пермских эвапоритовых отложений в северо-восточной части Йоркшира в Англии. Доломит обычно присутствует в подчиненном количестве, но местами его содержание достигает 70%. Петрографические исследования этих пород заставляют предполагать, что имеющиеся в них магнезит и ангидрит могли образоваться за счет первичноосажденного доломита.

Другие примеры и обзор литературы по известнякам и доломитам эвапоритовых толщ США, Канады, Великобритании и России приведены в статье Графа. В этой работе рассматриваются известняки и доломиты как ассоциирующиеся, так и не ассоциирующиеся с другими эвапоритовыми минералами. Известняки представляют собой продукты отложения мелководного моря и содержат обильные окаменелости, количество которых уменьшается по мере приближения к доломитам; закономерное уменьшение количества окаменелостей позволяет предполагать, что образование доломитов контролировалось степенью осолонения вод.

Формация Хорс-Спрингс (третичная) южной части Невады включает разнообразные озерные отложения: известняки, плотные глины, песчаники, вулканические туфы, гипсы, доломиты и магнезиты. Доломиты встречаются в виде тонких прослойков в мягких белых отложениях магнезита; другие прослойки представлены розовым известковым песчаником. Мощность формации Хорс-Спрингс достигает 200 и более метров. Присутствует характерный континентальный эвапоритовый минерал — колеманит, который представляет собой источник бора.