18.01.2021

Карбонатно-ангидритные ритмы


Общие особенности залегания карбонатно-ангидритных ритмов хорошо показаны на примере верхнедевонской формации Стетлер на западе Канады. На глубине видно, что состав верхнедевонских отложений в латеральном направлении сменяется от красноцветных в Саскачеване до ангидритных и карбонатно-ангидритных в отложениях открытого моря в западной части Альберты (фиг. 52). В одной буровой скважине в пределах 50-футового (15, 24 м) интервала в верхней части формации было встречено 13 ритмических чередований карбонатных и ангидритных пород. Карбонатные члены ритмов частично представлены известняком и частично — доломитом. Близ Калгари клин морских известняков в восточном направлении заходит в эвапориты, и эти известняки Кроссфилд являются коллекторами газа на месторождении Олдс и Альберте. Ангидритные породы большей частью «плотные» по отношению к нефти и газу и, следовательно, представляют собой прекрасные «изоляционные обкладки» углеводородных коллекторов.

Другим примером карбонатно-ангидритных ритмов является верхняя часть формации известняков Мэдисон на юго-востоке Саскачевана, Ангидритные слои выклиниваются в западном направлении к фациям открытого моря, тогда как некоторые известняковые слои обычно выклиниваются к востоку в направлении предполагаемой береговой линии. Карбонатно-ангидритные циклы этих миссисипских отложений намного мощнее, чем циклы среднедевонской формации Стетлер: мощность некоторых циклов превышает 100 футов (30,5 м). Среди известняков преобладают оолитовые и илисто-пеллетовые породы, что заставляет предполагать их отложение в мелководных условиях. Некоторые известняки подверглись только ограниченной цементации и представляют собой нефтяные коллекторы, нанример, известняки ритма Мидейл (фиг. 53). Местами перекрывающие ангидритные породы образуют покрышки коллекторов, но геология осложняется тем, что формация известняков Мэдисон залегает ниже поверхности несогласия. Однако это не столь вредно, так как породы, залегающие выше этого несогласия, также непроницаемы для нефти и газа.

Другой хорошо описанный пример карбонатно-ангидритных ритмов — это юрская формация Араб-Дарб в прибрежном нефтяном месторождении Умм-Шайф в Персидском заливе. В пределах 49-футового (15 м) интервала было встречено семь карбонатно-ангидритных ритмов. В каждом ритме известняки вверх по разрезу указывают на все более мелководную обстановку, а верхняя часть известнякового члена характеризует литоральную и сублиторальную зоны седиментации (фиг. 54). Известняки сменяются ангидритными породами без заметного перерыва, но на поверхности многих ангидритных слоев имеются ясно выраженные следы эрозии. Следовательно, каждый ритм — это карбонатно-ангидритный ритм, а не ангидритно-карбонатный. Так как каждый карбонатный слой фиксирует «обмеление кверху», причем верхняя часть отражает литоральную обстановку, то возникает проблема обстановки образования ангидрита.

Теперь важно отметить существенные особенности ангидрита. Хотя ангидрит слагает слои, которые переслаиваются с известняками, сами ангидриты не слоистые, а обычно нодулярные. Желваки могут быть либо рассеяны в основной карбонатной массе, либо образовывать компактные агрегаты и разделяться только тонкими карбонатными пленками. В некоторых случаях желваки слагают слои, которые и создают впечатление, что ангидриты имеют слоистую текстуру (фиг. 55), а местами в слоях видны примечательные текстуры нарушения, называемые «энтеролитовыми текстурами» из-за их сходства с витками кишки. Желваки сложены скоплениями тонких пластинчатых кристаллов, характер распределения которых часто меняется в пределах одного желвака — в одном месте они могут располагаться субпараллельно, тогда как в другом — крест накрест. Желваковая форма ангидритных образований свидетельствует против того, что ангидрит осаждался химическим путем из застойных рассолов, и это привело некоторых наиболее ранних исследователей к выводу о том, что желваки росли, вытесняя тот осадок, который сейчас включает их.

Хотя морские эвапориты очевидно в наши дни не образуются в какой-либо значительной мере, местами они формируются в прибрежных участках некоторых пустынных районов. Один из таких районов — это побережье Персидского залива, где были получены ответы на некоторые проблемы образования карбонатно-ангидритных ритмов в древних отложениях (фиг. 56). Побережье включает мелководный комплекс островов и лагун около 200 м шириной, в котором образовался весь спектр мелководных карбонатных отложений. Эти отложения включают арагонитовые илы, пеллетизированные илы, оолитовые пески, скелетные пески и небольшие коралловые гнездовые рифы. Благодаря мелководью и морским ветрам и волнам, вдоль большей части побережья развилась широкая заливная равнина. Большей частью эта равнина приподнята только на 0,6—1 м выше нормального уровня высокого прилива и местами простирается от берега на 18 км или около этого. Это совершенно плоская бесплодная пустыня и для ее описания можно использовать арабское название себкха. Однако в геоморфологическом отношении эта прибрежная себкха представляет собой просто пустынную зону, аналогичную солевым маршам районов умеренного климата.

Траншейные раскопки в себкхе вскрывают простые вертикальные последовательности от более ранних карбонатных осадков литоральной зоны до отложений приливной и незаливной зон. Эта последовательность относится к простому регрессивному циклу прибрежной седиментации. Местами современная приливная зона фиксируется широкой полосой отложений водорослевых матов — ловушек, а сходные водорослевые маты встречаются в погребенном виде на больших участках равнины себкх. Очевидно, что заливные и незаливные зоны постепенно продвигались в сторону моря, так что возраст отложений этих фаций изменяется в латеральном направлении, т. е. они диахронные (фиг. 57). Хотя отложения в основном имеют карбонатный состав, эвапоритовые минералы встречаются в изобилии в фациях приливной и незаливной зон. Гипс и доломит присутствуют в осадках современных приливной и низкой незаливной зон и они также обнаружены в более ранних погребенных осадках приливной зоны, тогда как желваки ангидрита местами встречаются в изобилии в осадках фаций незаливной зоны. Почти во всех отношениях этот современный желваковый ангидрит сравним с ангидритом из древних карбонатно-ангидритных ритмов. Изучение этих отложений показывает, что такие особенности осадка как энтеролитовые складки представляют собой структуры роста, которые возникли из-за ограниченности пространства, так как кристаллов ангидрита образовывалось все больше и больше в слоях сросшихся желваков.

Грунтовые воды прибрежной себкхи имеют морское происхождение, и благодаря высокой температуре и аридности они становились более высоко концентрированными при капиллярном поднятии и испарении до такого уровня, что сейчас представляют собой высококонцентрированные рассолы. Вот из таких интерстициальных рассолов и выпадали эвапоритовые минералы. До открытия этого современного образования ангидрита на побережье Персидского залива предполагалось, что желваковый ангидрит в древних карбонатно-ангидритных ритмах образовался в мелководных высокосоленых прибрежных лагунах. Однако образование ангидрита в незаливных зонах сейчас кажется более вероятным, т. е. карбонатно-ангидритные ритмы образуются в пустынной зоне карбонатноприбрежных регрессивных циклов седиментации, в которой эвапориты оказались в отложениях приливной и незаливной зон в результате ранних диагенетических преобразований. Вертикальное чередование ритмов и общая мощность толщи отображают диастрофический фон относительного погружения. Удобно рассматривать эти ритмы как «ритмы себкхи». В сущности, ритмы себкхи можно рассматривать как ритмы пустынных зон по аналогии с ритмами угольных толщ.

В некоторых участках побережья Персидского залива прибрежные себкхи сменяются комплексом из континентальных дюнных песков и материковой себкхи, которые в свою очередь сменяются аллювиальными конусами выноса у подножия Оманских гор (фиг. 58). Латеральный переход от континентальных отложений пустынной зоны через прибрежные себкхи с эвапоритами в отложения открытого моря по-существу подобен смене фаций в верхнедевонской формации Стетлер в западной части Канады. В некоторых древних ритмах себкхи, например, в отложениях Уиндсовиан (карбон) в Новой Шотландии, слои желвакового ангидрита перекрываются красноцветными отложениями. В этих случаях очевидно, что вслед за регрессиями устанавливались континентальные условия осадконакопления.

Карбонатио-ангидритные ритмы себкхи присутствуют в эвапоритах Пербек на юге Англии, а мощные толщи этого типа были вскрыты буровыми скважинами в нижнекаменноугольных отложениях восточной части Мидленда в Англии.

Уместно вкратце упомянуть химические процессы, которые ведут к образованию эвапоритов типа себкхи. Существенная особенность этих процессов заключается в том, что эвапоритовые минералы росли интерстициальным путем в пределах ранее отложенного осадка. Доломит и гипс образуются в современных отложениях этого типа в обстановках высокой приливной и низкой незаливной зон, а также присутствуют в более древних погребенных отложениях приливной зоны под равниной себкхи, где появление ангидрита отражает концентрацию в незаливной зоне интерстициальных рассолов, перемещающихся из заливной зоны в незаливную. По-видимому, концентрация рассолов — важный фактор, контролирующий формирование того или иного сульфата кальция. Гипс образуется на начальных стадиях концентрации, тогда как ангидрит не образуется до тех пор, пока не достигаются высокие концентрации. Хотя большей частью ангидрит, по-видимому, образуется как таковой, имеются находки ангидритовых псевдоморфоз по гипсу. В этих последних случаях вероятно, что гипс, сформировавшийся на ранних стадиях увеличения концентрации грунтовых вод, преобразовался в ангидрит, когда концентрация вод увеличивалась.

Доломит образуется путем реакции между рассолами и вмещающими карбонатными осадками и при этой реакции высвобождаются ноны кальция. Нормальная морская вода содержит больше сульфатных ионов, чем это требуется для компенсации кальция в морской воде, так что по мере того как концентрация солей повышается при испарении, кальций будет осаждаться в виде сернокислого кальция, а избыток сульфатных ионов будет оставаться в рассоле. Этот избыток сульфата может связываться с нонами кальция, высвобождаемыми при доломитизации карбонатных осадков, и в дальнейшем происходит их обогащение сернокислым кальцием. Таким образом, посредством доломитизации генезис эвапоритов по механизму себкхи может приводить к появлению почти удвоенного количества сернокислого кальция против того, которое образовалось бы при простом испарении того же самого объема морской воды.

Залежи галита необычны для карбонатно-ангидритных эвапоритовых толщ. Однако, иногда они все же встречаются как, например, в среднедевонской формации Стетлер на западе Канады. Такие крупные линзы галита можно было бы объяснить локальными погружениями на фоне общего поднятия равнины себкхи. Грунтовые воды, уже представленные рассолами с хлоридом натрия, вытекали бы на поверхность и образовывали бы соленые озера, в которых мог осаждаться галит.





Яндекс.Метрика