Теория литогенеза: Учеб. пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005. - 140 с.
ISBN 5-288-03902-Х
В учебном пособии рассмотрены история развития литологии, ее современное состояние и стоящие перед ней проблемы. Раскрывается содержание понятий «осадочный цикл», «цикл седиментогенеза» и «цикл литогенеза». Дана развернутая характеристика стадий гипергенеза, мотогенеза и осадконакопления на континентальном блоке и в океане. Обсуждены принципы типизирования осадочного процесса в планетарном масштабе. Приведено описание планетарных седиментационных полей Земли. Обсуждаются седиментологические законы и закономерности, установленные на основе новых фактических данных.
Учебное пособие предназначено для студентов геологических специальностей высших учебных заведений.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие «Теория литогенеза» предназначено для студентов старших курсов различных специальностей геологических факультетов высших учебных заведений, прослушавших базовые курсы по осадочной геологии: «Петрография осадочных пород», «Литология», «Методы изучения осадочных пород», а также магистрам, обучающимся по специальности и №25.00.06 — литология.
В пособие вошли фрагменты лекций, читаемых автором в рамках реализации магистерских программ, предусматривающих освоение ряда профилирующих курсов: «Планетарная теория литогенеза», «Тектонические аспекты седиментогенеза и литогенеза», «Эпигенез осадочных бассейнов» и др.
Необходимость создания подобных пособий обобщающего характера в области теории осадко- и породообразования обусловлена несколькими обстоятельствами. На рубеже XX-XXI вв. наука об осадочных образованиях Земли вступила в новый этап своего развития, названного автором планетарным, в соответствии с основной задачей этого периода, определенной на длительный отрезок времени (от 2000 г. и далее). Это разработки вначале основ, а затем всеобъемлющей теории осадочного процесса и воссоздание эволюции седиментогенеза и литогенеза в истории Земли.
Публикация пособия представляется весьма своевременной, ибо имеющаяся классическая геологическая литература (работы Л. Б.Рухина, Н.М.Страхова, Н. В. Логвиненко и др.) отражает состояние теоретических обобщений в литологии 60-70-х годов XX в. Успехи литологии на рубеже веков связаны с поступлением нового фактического материала об осадках и осадочных породах на всей территории планеты, изучением осадочного вещества в различных экзосферах Земли, развитием новых методов изучения. Результаты исследований, выполненные за последние десятилетия, привели к появлению новых идей, установлению новых закономерностей, многочисленных открытий кардинального значения и пересмотру некоторых основных положений теории литогенеза 60-70-х годов.
Главные задачи учебного пособия следующие: 1) проанализировать основные направления в развитии теории седименто- и литогенеза; 2) дать оценку современного уровня осмысления теоретических проблем литологии; 3) определить перспективы доработки и совершенствования имеющихся современных теоретических концепций в литологии; 4) дать оценку состояния терминологической базы, базовых понятий и их современное прочтение.
Ключевым моментом в пособии является изложение основ теории литогенеза, разработанной лидером отечественной литологии Η. М..Страховым. Приводятся новые идеи и пути дальнейшего совершенствования этой теории с учетом новых научных достижений в данной области (А.П.Лисицын, В.Т.Фролов, О.В.Япаскурт и др.). Актуальной задачей здесь является дальнейшее развитие идеи существования широтных климатических седиментационных (или седилитогенетических) поясов, или зон, носящих планетарный характер (А. П. Лисицын).
В заключительных частях работы сосредоточено внимание на возможности использования других принципов типизации осадочного процесса и построения на их основе других иерархических систем, отражающих закономерности процесса осадко- и породообразования. Приводятся новые толкования и достижения в разработке теоретических основ седиментогенеза (или седиментогенеза-литогенеза). Изложенный материал важен для глобального осмысления осадочного процесса в целом, хотя во многом является дискуссионным.
КРАТКИЙ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
(ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ В ЛИТОЛОГИИ)
Автокинетические потоки — гравитационные потоки, представляющие собой водно-осадковую смесь, движущей силой которой является интерстиционный флюид.
Автохтонная седиментация — способ образования осадочного материала на месте отложения и захоронения (накопление хемогенного материала, рифовые отложения и др.).
Аллохтонная седиментация — тип осадконакопления, при котором осадочный материал перемещается к месту осаждения под влиянием волновых движений, течений, оползания, оплывания и других процессов.
Амфотерные осадки — это осадки, образовавшиеся за счет смешения реликтового и современного необиогенного, неотерригенного или неохемогенного материалов.
Аэрозоли — частицы, переносимые ветром во взвешенном состоянии.
Бассейн породообразования — это крупная отрицательная тектоническая структура, заполненная осадочными отложениями.
Бентос — морские организмы, перемещающиеся отталкиванием от субстрата (крабы, омары, черви, звезды).
Биотурбационная текстура (синонимы: ихнитолитовая, биотурбитовая) — возникновение текстуры связано с деятельностью организмов-илоедов.
Вторичные эпигенетические преобразования — процессы, развивающиеся при эпигенезе погружения.
Вторичные изменения — изменения, происходящие на разных этапах инверсионно-тектонической перестройки породных бассейнов как регионального, так и локального характера.
Вторичные признаки — изменения в составе компонентов осадков в литогенезе, равно как искажение его структуры и текстуры, относятся к категории вторичных признаков осадочных пород.
Выветривание — изменение горных пород на поверхности Земли или близко к ней под влиянием механических и химических воздействий воды, воздуха и организмов (Рухин, 1953); открытая динамическая система механических, физических, химических и биологических процессов преобразования горных пород и осадков в условиях поверхностной части литосферы (Фролов, 1992).
Гальмиролиз — химическое выветривание — преобразование в соленой воде (термин предложен в 1923 г. К.Гуммелем).
Галоклин — слой солевого скачка в водной толще.
Гемипелагиты — осадки, образующиеся рядом или возле глубоководных областей океанов.
Генетический тип — комплекс отложений определенного состава, образовавшийся в одной физико-географической обстановке преимущественно под действием одного ведущего геологического агента и часто имеющий характерное геоморфологическое выражение на суше или на морском дне (Крашенинников, 1983); отложения, возникшие в результате определенного экзогенного геологического процесса осадконакопления, вулканического, химического, биологического, механического, проявляющегося в тех или иных формах аккумуляции или их модификациях, зависящих от местных условий (Фролов, 1993). Генетические типы могут быть простыми и сложными.
Геокриология — наука, изучающая явления в криолитозоне.
Гидрогенные процессы — это процессы, где главным динамическим агентом выступает кинетическая энергия водной массы.
Горст-антиклинории и горст-синклинории — складчато-глыбовые структуры, возникшие на постгеосинклинальном этапе развития.
Глобальные зоны седиментогенеза — природные зоны, в пределах которых реализуется тот или иной тип седиментогенеза (литогенеза) континента и коррелируемый с ним тип океанского седиментогенеза, рассматриваемые как части глобальной зоны седиментогенеза, отличающиеся лишь в деталях (Лисицын, 1991).
Глубинные разломы — структурные зоны, возникающие на огромных глубинах и включающие геосинклиналь в качестве верхнего этажа.
Гляциальная среда — это среда, свойство которой определяет лед.
Гляциальная подготовка — гляциальное выветривание, гляциальная транспортировка, гляциальная аккумуляция.
Гляциодиагенез — изменение на стадии диагенеза осадочного вещества ледовой природы.
Гляциогравититы — особые осадочные образования, связанные с условиями седиментации ледовых зон.
Гляциология — наука, изучающая наземное и морское оледенение.
Гляциоизостазия — вертикальные движения, возникающие под действием ледниковой нагрузки.
Гравитационные процессы —это процессы, где в качестве главной силы выступает сила тяжести.
Гравититы (синоним — автокинетиты)—отложения гравитационных, или автокинетических, потоков.
Градации катагенеза — подразделения катагенеза, определяемые на основе изучения параметров органического вещества (OB): отражательной способности витринита, степени углефикации OB и т.д.
Грейниты — осадки зерновых потоков, чаще всего представленные осадками от гравийников до мелко-среднезернистых песков с примесью гальки, алеврита и пелита; текстура от массивной до градационной, нередко с инверсионным градированием.
Дебриты — отложения подводных пастообразных (дебризных) потоков. Гранулометрия дебритов варьирует в широких пределах; текстура неслоистая, массивная, иногда имеет место градационное строение. Породы: пудинговые брекчии, конгломераты, галечные алевролиты, валунные глины, тиллитоподобные конгломераты.
Диамиктиты — отложения, где грубая часть связана с ледовым материалом, а тонкая — с неледовыми процессами. По А. П. Лисицыну, грубая и тонкая составляющие осадков ледовой породы.
Дивергенция — расхождение.
Дрифты — осадочные подводные морские хребты; возникают в связи с действием тяжелых соленых придонных вод и глубинных отложений.
Дробстон — отложения, выделяемые как продукт таяния айсбергов.
Катабатические ветры — ветры, возникающие при скатывании плотного воздуха с ледникового купола; они стекают по понижениям на поверхность ледников, однообразны по направлению и значительны по скорости (до 50-90 км/ч).
Литогенез — совокупность процессов образования осадков (седиментогенез), превращения осадков в осадочные горные породы (диагенез) и последующего изменения осадочных пород до превращения их в метаморфические (катагенез, метагенез) (Справочник по литологии, 1983); по современным представлениям, литогенез — это процессы породообразования, происходящие на стадии диагенеза, катагенеза и метагенеза, вплоть до метаморфизма (Тимофеев, 2000).
Литогеодинамика — наука, изучающая литологические индикаторы геодинамических режимов прошлого.
Литодинамика — процессы перемещения твердого вещества литосферы под воздействием различных экзогенных физико-геологических процессов (по В. В. Лонгинову, 1973).
Литология литосферных плит, или мобилистская литология, — новое направление в науках о Земле. По А.П.Лисицыну — это новая ветвь геологических знаний, которая основывается на синтезе нескольких новых направлений и теорий: теории тектоники литосферных плит, данных новейших открытий по современному осадочному процессу в морях и океанах, данных об исследовании атмосферы, криосферы, данных глубоководного бурения, новых методов получения и обработки материала, развития четырехмерных исследований и моделирования осадочных процессов в разных сферах Земли.
Метагенез (термин не является общепринятым) — ранний метаморфизм плюс катагенез (по Η. М. Страхову); самостоятельная стадия (по А. Коссовской и Н. В. Логвиненко); подстадия максимально глубокого катагенеза погружения либо начальная подстадия локально наложенного на катагенез динамотермального метаморфизма (по О. В. Япаскурту).
Металлоносные осадки — это фоновые осадки, обогащенные эксгаляционным веществом; обычно содержат компоненты разной генетической природы: фоновую составляющую, эксгалятивный материал, эдафогенный и гальмиролитический материалы.
Морские ледниковые (марино-гляциальные) отложения — осадки, образование которыхвязано с транспортирующей деятельностью ледников.
Морские ледовые отложения — донные осадки, образование которых связано с деятельностью морских льдов.
Нейстон — морские организмы, плавающие по воле волн.
Нектон — организмы, перемещающиеся независимо от течений.
Неотерригенные, необиогенные или неохемогенные отложения — вновь накопившиеся принесенные или возникшие на шельфе осадки.
Нефелоидиты — отложения, образующиеся путем механического выпадения взвеси из разбавленной суспензии; по механизму образования близки к фоновым (гемипелагическим) илам.
Нормальная седиментация — тип осаждения из взвеси и образование осадка.
Олистостромы — отложения, возникающие при обвально-оползневых процессах.
«Океаническая... », «океанская... ». Строгих правил использования этих определений нет, нередко их понимают как синонимы. Чаще определение «океанская» встречается в следующих сочетаниях: океанская вода, океанские водоемы, океанские осадки, океанские острова и др., а «океаническая» —в сочетаниях: океаническая кора, океанические хребты, океанические базальты и др.
Океаническая тропосфера — верхний слой воды толщиной около 200 м, на которую оказывают влияние перемещения атмосферы, вызывающие широтные перемещения. В океанической тропосфере определяется весь ход биогенной седиментации.
Осадкообразование (седиментогенез) — процесс, складывающийся из стадий гипергенеза (продуцирования вещества), мотогенеза (транспортировки вещества) и накопления его в виде осадка.
Осадочно-породные бассейны (осадочные системы Земли). В это понятие входят бассейн и вся система формирования, включающая следующие части: 1) осадкосборную (частный случай — водосборную), 2) транспортную, 3) аккумулирующую (собственно осадочно-породный бассейн).
Паковый лед — неправильной формы массы нагроможденных глыб морского льда разных возраста и размера, чередующиеся с участками открытой воды.
Палеобассейн, осадочный бассейн геологического прошлого, — это рекоструктивная тектоно-седиментологическая модель выделенного участка земной коры (былой седиментосферы).
Пангея — гипотетический древний суперконтинент, состоящий из всех континентальных структур, которые существовали 200 млн лет назад.
Пелагиты — осадки, образующиеся в глубоководных областях океанов.
Пелагенные впадины — класс структур крупных размеров, впервые отмеченный для Черного моря и Каспия, характеризующийся резко повышенной мощностью осадочного чехла (10-22 км), аномальным строением земной коры верхней мантии. Впадины представляют собой глубоко прогнутые чаши с крутыми ступенеобразно погружающимися бортами, иногда разделенные на мульды, заполненные отложениями большого стратиграфического диапазона.
Первичные признаки генетические — признаки, которые формируются в стадию седиментогенеза.
Перигляционный тип литогенеза — тип осадочного процесса в зонах вечной мерзлоты, находящихся в периферических участках площадей с ледовым типом литогенеза.
Петрофонд — состав пород областей сноса. Термин введен в 1963 г. И. В. Хворовой.
Пиноклин — слой скачка плотности в водной среде.
Планктон (пер. с греч. — «свободно дрейфующий»)—пассивно или плохоплавающие животные и растения, обычно очень мелкие, обитающие в водной массе.
Плюм (синоним — факел) — подводные газогидротермальные выходы, придонными морскими течениями разносящиеся в горизонтальном направлении. Выявлены во многих местах морей и океанов. Прослеживаются на сотни метров от мест разгрузки. Могут достигать высоты до 500 м, размеры выхода в диаметре — около 300 м. В окружающих его водах наблюдаются аномальные содержания газов; рН меняется от 7,6 до 7,7, соленость —от 34,02 до 33,59 ‰.
Подводные каньоны — эрозионные формы рельефа океанического дна, прорезающие как шельф, так и склоны континентальных окраин; обычно это долины с крутыми стенками и дендритовой системой питающих каньонов на более мелководных, расположенных ближе к берегу участках.
Полярные дивергенции — фронты, образуемые при погружении тяжелых вод, богатых биогенами, поднимающимися к поверхности океана.
Породообразование — собственно литогенез; включает стадии диагенеза, катагенеза раннего, или начального, среднего и позднего, или глубокого, метагенеза раннего и позднего. Эти процессы осуществляются в бассейне породообразования, под которым понимается крупная тектоническая структура, заполненная осадочными отложениями.
Псевдотиллиты — тиллитоподобные отложения, возникающие вне связи с оледенением.
Птероподы — свободноплавающая форма брюхоногой улитки, важный член пелагического сообщества организмов.
Регрессивно-катагенетические преобразования — изменения, возникающие в условиях инверсионно-блоковых и складчатых дислокаций низкотемпературных — регрессивно-катагенетические или высокотемпературных — метаморфические.
Резистаты — один из компонентов, возникающий при выветривании. При трансформации материнских пород образуются три фракции: растворенные вещества, новообразованные минералы, относительно стабильные породообразующие компоненты, или резистаты.
Реликтовые отложения — собственно реликтовые, т.е. непереотложенные, но обработанные морем ископаемые отложения.
Реликтово-переотложенные отложения (палимпсестовые, по американской терминологии) — отложения, представляющие собой результат перемыва и значительного смещения осадочного материала.
Реомобилизованные коры — коры, возникающие при прогревании стратисферы внутренним теплом.
Рудогенерирующая гидротермальная система — система, с которой связано образование руд.
Седиментогенез — совокупность явлений, протекающих на поверхности Земли и приводящих к возникновению новых осадочных образований за счет переработки ранее существовавших твердых минеральных масс литосферы (по Η. М. Страхову).
Седиментационный бассейн — участок земной поверхности, на котором накапливаются осадки; включает как область конечного осадконакопления, так и площади мобилизации и транспортировки вещества.
Сейсмиты — осадочные образования, возникающие при сейсмических процессах, в частности землетрясениях (по Зейлехеру).
Серицит — аналог гидромусковита, образующийся в процессе преобразования иллита на стадиях катагенеза, метагенеза и начального метаморфизма (Фролов, 1993).
Сингенез — это преобразование, синхронное с осадконакоплением в условиях его среды или близких к ним; существует в природе как одна из важнейших форм проявления взаимоотношения осадка и среды отложения (по Jl. Б. Рухину, 1953). Физико-химическая обстановка сингенеза почти одинакова со средой отложения.
Современный осадочный бассейн —депрессивная структура земной коры, в которой накапливается или продолжает накапливаться комплекс морских или континентальных отложений.
Сокситы — крупные глыбы горных пород; близок к термину «мачиниты».
Спрединг — раздвижение земной коры в активных зонах срединно-океанических хребтов.
Стагнация — условия застоя, сопровождающие образование глин (черных сланцев).
Стадиальный анализ — это одна из неотъемлемых составляющих современного литологического исследования. Его принципы основаны на том, что любая наблюдаемая нами осадочная порода—не нечто законсервированное в своей первозданности, ибо постоянно претерпевает изменения в стремлении к уравновешиванию с меняющимися физико-химическими и термобарическими условиями среды на протяжении всей геологической истории существования породы. Его сущность была сформулирована Н.М.Страховым (1960-1962) так: стадиальный анализ состоит из распознавания в породе признаков, возникших в эпигенезе, диагенезе и седиментогенезе. Эти признаки могут выражаться в особенностях вещественного состава породы и ее структурно-текстурных чертах. Цель стадиального анализа — восстановление
(путем снятия вторичных наслоений) первичных признаков осадка, из которого развивалась порода.
Стратисфера— «совокупность осадочных пород, возникших за всю геологическую историю Земли, сохранившихся от денудации и не перешедших в состояние метаморфических пород» (Пустовалов, 1940, с. 26).
Субдукция — столкновение разрастающейся океанической коры с участком коры, несущим континент, и поддвиг ее под континент.
Суспензиты— осадки, отложившиеся из суспензии.
Темпеститы — штормовые отложения.
Термоклин — слой скачка температуры в водной среде; обычно расположен примерно на глубине 30-80 м во внутренних морях и примерно на 30-200 м в океанах.
Тефра — рыхлый пирокластический материал.
Тефроиды — переотложенный пелитифицированный пирокластический материал.
Типы литогенеза — типы осадочного процесса, выделяемые Н.М. Страховым главным образом по климатическому принципу.
Тиллиты — несортированные, грубообломочные литифицированные морены, а также ледниково-морские отложения; подразделяются на ортотиллиты — наземные фракции и паратиллиты — морские фракции.
Тиллоиды — тиллитоподобные породы разного генезиса: наземные ледниковые отложения, тиллиты или продукты их переработки, а также ледниково-морские (айсберговые) отложения.
Тропосфера океана — самая верхняя часть столба океанской воды, слой выше главного термоклина.
Турбидиты (пер. с англ. — мутный) —отложения суспензионных (мутьевых), турбидитных потоков. Плотность суспензии варьирует от 0,025-3 до 50-250 г/л. Типичные турбидиты состоят из смеси материалов разной гранулометрии, образующей характерный многослой. Описательную модель их строения, состоящую из пяти интервалов, предложил Α. X. Боума.
Фация — отложения, отличающиеся составом и условиями образования от соседних одновозрастных отложений (Крашенинников, 1984). Отличие фаций от генетических типов заключается в том, что они выделяются в конкретных стратиграфических единицах (и границах), а генетические типы можно выделять и рассматривать вне конкретных стратиграфических отрезков.
Фации ката- или метагенеза — сообщество пород близкого химического состава, характеризующееся совокупностью новообразованных структурно-минералогических признаков, возникших и устойчиво существующих на определенных стадиях эпигенетического развития пород.
Филогенетические минеральные ряды — ряды стадийного изменения минералов. В начале каждого ряда обозначается исходный компонент, а в конце — продукт его преобразования. Между начальным и конечным членами ряда размещается группа переходных разностей, например ряд биотита.
Флуксотурбидиты — отложения плотных потоков (50-250 г/л).
Эвфотическая зона —зона, где происходит фотосинтез.
Экзодиагенез — диагенез в поверностных условиях. Термин предложен М.С.Швецовым (1940).
Эпигенез — процессы, происходящие за счет взаимодействия пород с поступающими из внешнего источника растворами разной природы: гидротермальные, инфильтрационные и т.д. (по А. И. Перельману); изменения, возникающие при погружении осадочных толщ в седиментационных бассейнах, т. е. все постдиагенетические превращения осадочных пород до их превращения в метаморфические. Термин «эпигенез» следует использовать в широком понимании для описания изменения осадочной толщи как целого, включая осадочные породы и заключенные в них пластовые флюиды, его необходимо рассматривать как термин общего пользования, охватывающий как стадиальный, так и наложенный процесс.
Эпигенетический анализ — включает изучение преобразований как стадиального эпигенеза, так и наложенного.
Эпигенез стадиальный — преобразования, происходящие на этапах погружения осадочного бассейна. Его процессы в значительной мере автономны как по энергии, так и по веществу. По Я. Э. Юдовичу, он может быть назван аутигенным эпигенезом.
Эпигенез наложенный — изменения, идущие на поздних этапах инверсии бассейна, когда происходит раскрытие флюидоупорных систем. Образуются разломы и трещиноватость, растут крупные антиклинальные структуры. Агрессивные флюиды устремляются вверх, вызывая активные процессы привноса-выноса, окисления-восстановления и т.д. По Я. Э. Юдовичу,— это аллотигенный эпигенез.
Эпигенез нормальный стадиальный — эпигенез погружения, идущий со скоростями погружения менее 50 м/млн лет при геотермическом градиенте меньше 3/100 м.
Эпигенез ускоренный стадиальный — преобразования, происходящие при повышенном значении геотермического градиента за счет подтока глубинного тепла в активизированных частях платформы.
Эпигенез замедленный стадиальный — преобразования в осадочном бассейне с затрудненным оттоком жидких и газовых компонентов.
Эпигенез прогрессивный — стадиально-эпигенетические процессы; синоним — аутигенно-эпигенетические процессы (по Я. Э. Юдовичу) или региональный фоновый литогенез погружения (по О. В. Япаскурту).
Эпигенез регрессивный — стадиальные изменения, усложненные всевозможными локально наложенными процессами, именуемыми регрессивным эпигенезом (или регрессивным катагенезом и т. д.).
Ювенильные воды — воды, пришедшие из глубин вместе с магмой.
О Г Л А В Л Е Н И Е
Предисловие 3
Глава 1. История развития литологии. Современное состояние и проблемы 5
Глава 2. Основные понятия об осадочных образованиях Земли. Терминологическая база. Понятие об осадочном цикле: циклы седиментогенеза и литогенеза.
Тектоно-осадочный цикл 13
Глава 3. Мобилизация и продуцирование осадочного материала. Стадия гипергенеза 19
Глава 4. Стадии мотогенеза и седиментации 42
Глава 5. Принципы типизации осадочного процесса Земли. Учение о типах литогенеза — его структура и основные направления 59
Глава 6. Планетарные широтные климатические седиментационные пояса Земли . 69
Глава 7. Новые гипотезы в типизации осадочного процесса Земли. Совершенствование теории седилитогенеза 96
Глава 8. Глобальные седиментационные и тектоно-седиментационные законы, закономерности и их следствия 118
Литература 124
Краткий терминологический словарь (основные понятия и термины в литологии) 126
Список сокращений 134
Приложения 135
1. Примеры тем для рефератов и докладов
2. Дополнительная литература для рефератов и докладов
3. Примеры экзаменационных билетов