Учебно-методическое пособие для практических занятий по курсу «Геология четвертичных отложений»

Как и на суше, на морском дне формирование различных по генезису типов осадков происходит под воздействием трех главных факторов рельефа, климата и динамики среды осадконакопления. Динамика среды морского осадконакопления определяется двумя главными типами процессов: гидрогенным и гравитационным, определяющими формирование главнейших генетических типов морских отложений. К гидрогенным относятся процессы, где основным агентом является кинетическая энергия воды. Среди высокоэнергетических гидрогенных процессов выделяются волнение и течение. К высокоэнергетическим гравитационным процессам относится обваливание и оползание, а также перемещение вещества потоками высокой плотности.

Накопление различных четвертичных отложений происходит в различных седиментационных ловушках (табл. 2).

Гидрогенный тип

Развиты преимущественно в прибрежной зоне и на шельфе. Здесь формируются отложения прибрежных осадков волновой аккумуляции, или так называемых волновых отложений (рис.42).

Среди волновых отложений выделяются три основные фации, четко различающиеся по литологическим признакам.

1. Пляжевые отложения уже разрушенной волны, или прибойного потока, действующего на приурезовом откосе.

2. Отложения приурезовой зоны разрушения волн. Они слагают аккумулятивные формы в виде подводных береговых волн (рис. 43).

Основные типы ловушек осадочного материала

Таблица 2

1. Структурно-геоморфологические
А. Структурные	1. Грабены 2.Рифы 3.Желоба 4.Синклинали 5.Мульды
Б. Эрозионные	1.Затопленные речные долины шельфа 2.Отмершие русла каньонов на континентальном склоне 3.Отмершие русла высокоплотных плтоков на континентальном подножии
II Седиментационные
А. Гидродинамические	1. Дельты 2.Лиманы, эстуарии и лагуны 3.Косы, бары, пересыпи 4.Приливные гряды 5.Валы контуритов
Б. Гравитационные	1.Глубоководные конусы выноса 2.Подножия крутых уступов склона и русла каньенов
В. Биоседиментационные	1.Кораллово-водорослевые рифы 2. Ракушечные банки
Г. Хемоседиментационные	1. Эвапориты

Рис.42. Схематический поперечный разрез отложений береговой зоны (по Е.Р.Дотту и Д.М. Кельсону)

3. Фация волновых отложений формируется во внешней зоне первичной деформации волн на мелководье, обычно глубже полосы подводных береговых валов.

Рис. 43. Поперечный геологический разрез подводных голоцен-верхне-плейстоценовых прибрежных аккумулятивных аккумулятивных форм на шельфе Нью Джерси (по С. Страйду).

В отличие от прибрежной зоны дно шельфа не подвергается воздействию волнения. Здесь основными гидрогенными факторами являются различные течения, среди которых выделяются штормовые и приливно-отливные. При формировании фации течениевых отложений главным динамическим агентом накопления является не колебательное, а поступательное и однонаправленное движение водной массы. Отложения течений формируются за счет размыва и переотложения рыхлых осадков, слагающих дно шельфа. Среди них можно выделить фацию реликтовых отложений и фацию переотложенных, или палимсестовых отложений. Вторая фация течениевых отложений формируется приливными и штормовыми течениями из вымытого и переотложенного осадочного материала.

На участках с низкоэнергетическими условиями осадкообразования происходит накопление при гравитационном осаждении взвеси малой плотности. В результате такого осаждения накапливается нефелоидная фация.

Гидродинамический режим океана контролирует состав, продуктивность и распределение биоса, являющегося главным поставщиком материала для океанических осадков.

Карбонатные фации очень широко распространены в океанах, и практически все они имеют биогенное происхождение. Их основными компонентами являются остатки микроорганизмов нанофоссилий и планктонных фораминифер, количественные соотношения и сохранность которых во многом определяются положением дна по отношению к лизоклину и критической глубине карбонатообразования.

Кремнистые фации приурочены к трем широтным поясам биогенного кремненакопления-экваториальному и двум в умеренных широтах. Для последних характерно обилие остатков диатомовых остатков.

Фации эвпелагических, глин, называемых красными глубоководными глинами, распространены в наиболее глубоких частях океана, где дно опущено ниже уровня критической глубины карбонатообразования.

Гравитационный тип развит на континентальном склоне и подножии. Гравитационные процессы подразделяются на три главных типа:1) обваливание и оползание; 2) течение вещества в виде вязких и дисперсионных потоков высокой плотности, 3) перемещение вещества в виде несвязных, жидких высокоплотных потоков.

Ко второму типу подводных гравитационных процессов перемещения относятся вязкие и дисперсионные потоки осадочного материала (рис. 44). В зерновых потоках перемещение происходит за счет дисперсионного давления, образующегося при взаимодействии между отдельными зернами или частицами. В грязевых потоках происходит преимущественно ламинарное движение пластических глин, возникающее при небольших уклонах склона. После насыщения осадка водой, когда он превращается в вязкую жидкость, на подводных склонах образуются потоки разжиженных осадков.

Важным механизмом перемещения взвешанных глинисто-песчаных наносов от береговой зоны вплоть до абиссальных равнин являются турбидитные течения, или мутьевые потоки, наиболее широко развитые на континентальном склоне и подножии. В них частицы поддерживаются во взвешенном состоянии турбуленцией.

Выделяется фация высокоплотностных турбидитных потоков, отложения которой отличаются более грубозернистым составом.

Рис. 44. Типы гравитационных высокоплотностных потоков (по Д.Буржуа)

Различные высокоплотные потоки при поступлении большого количества осадочного материала формируют очень крупные аккумулятивные тела глубоководных конусов выноса, нередко образующих с дельтами единые природные системы. Глубоководные конусы протягиваются от устьев питающих каньонов на сотни км вплоть до абиссальных равнин и является своеобразными подводными аналогами предгорных пролювиальных конусов выноса (рис. 45).

Рис. 45. Схема строения глубоководного конуса выноса (по А.Уолкеру). Колонки1-IX характеризуют типовое строение разрезов отложений в пунктах зонах конуса, обозначенных соответствующими цифрами.

Айсберги представляют собой громадные отторженцы шельфовых ледников Антарктиды и Гренландии. Они содержат большое количество обломочного материала, главным образом моренного, захваченного ледником при движении по материку. При таянии айсбергов, заключенный в них обломочный материал опускается сквозь значительную толщу воды.

Айсберговые отложения развиты не только на материковой окраине, но и в южных частях ложа Атлантического, Индийского и Тихого океана.

Биогенный тип

Этот тип представлен скоплениями неперемещенных скелетов безкостных организмов. Среди них наибольшее значение имеют кораллово-водорослевые рифы и ракушечные банки.

Хемогенные отложения возникают главным образом за счет собственных ресурсов морских вод, когда другие процессы имеют подчиненное значение и тип аккумуляции определяется химическими процессами - выпадением в осадок растворенных веществ. Основным типом хемогенных образований являются лагунные отложения, формирующиеся в жарком аридном климате.

Карбонат кальция выпадает из морской воды химическим путем в виде мелких шариков, называемых оолитами, а также тонкие известковистые илы, имеющие широкое распространение, особенно в теплых морях.

В переходной области от шельфа к континентальному склону местами образуются хемогенные фосфориты, которые могут быть источниками фосфатного сырья. Вместе с фосфоритами часто встречаются глаукониты в виде аутигенных зерен и агрегатов, детритовых зерен и выполнений раковинок фораминифер и др. организмов.

К хемогенному генетическому типу относятся также железо-марганцевые конкреции и корки, широко распространены на дне Мирового океана.

При гидрогенных процессах гидроокислы железа и марганца выпадают химическим путем непосредственно из воды, и конкреции лежат на поверхности дна (рис.46). Диагенетический механизм образования конкреций предполагает поступление вещества из иловых вод в процессе диагенеза осадков. Конкреции при этом целиком погружены в донные отложения, для верхней части которых характерен геохимически активный слой мощностью до нескольких сантиметров.

Рис.46. Схема формирования различных типов железо-марганцевых конкреций и корок (по И.О. Мурдмаа). 1 - корки, облекающие выступы инородного основания (обозначен крестиками); 2 - седиментационные конкреции; 3 - седиментационно-генетические конкреции; 4 - диагенетические конкреции

Гидрогенные отложения представлены металлоносными осадками и массивными сульфидами, образующими различные постройки. Меаллоносные осадки, содержащие более 10% железа и повышенные концентрации ряда других металлов, были обнаружены вблизи Восточно-Тихоокеанского поднятия и на дне впадины Атлантис-II в Красном море.

Подводное выветривание представляет собой совокупность процессов механического, химического и биохимического разрушения и преобразования пород поверхности дна морей и океанов.

Вулканогенные отложения объединяют продукты извержения вулканов. Общими для них являются непосредственная генетическая и пространственная связь с вулканическим очагом.

К этому типу относятся образования, связанные с магматическим очагом.

Рис. 47 Отложения на склонах вулкана и у его подножия. 1-растущий экструзивный купол, 2-экструзия на склоне вулкана; 3-шлаковые конусы; 4-лавовые потоки, излившиеся из побочных кратеров; 5-равнина, сформированная отложениями направленного взрыва; 6-пирокластические потоки; 7-отложения раскаленных лавин; 8-древний кратер; 9-лахары; 10-пролювиальные отложения; 11-холмистая морена; 12-флювиогляциальные отложения.

Эффузивный тип образований представляет собой излившиеся и застывшие на поверхности магматические расплавы (лавы).

Эксплозивные (взрывные) образования характерны для извержений преимущественно кислой лавы. Они включают все твердые обломочные продукты извержения, образующиеся при взрывах и называемые пирокластическими, или тефрой. В зависимости от способа перемещения вулканического обломочного материала выделяются два подтипа: отложения направленных взрывов, или вулканических выбросов, и эксплозивные пирокластические потоки.

Этот тип отложений развит в областях активного проявления молодых тектонических движений, сложенных мощными толщами рыхлых мезокайнозойских отложений.

Продукты извержения грязевых вулканов делятся на твердые, жидкие и газообразные, это минерализованные воды и углеводородные газы. Основную массу извергаемого материала составляет сопочная брекчия.

Вулканогенно-осадочные отложения

Формируются совместными действиями вулканических и экзогенных процессов. При вулканических взрывах образуется большое количество тонкого материала- пепла, который затем может перемещаться ветром и водой. Выпадающий пепел со склонов вулкана перемещается дождевыми водами к их основанию, образуя там плащи или шлейфы, сложенные слоистыми скоплениями вулканического делювия.

Особый генетический отложений представляет собой вулканический пролювий, или лахары,- образования временных грязевых потоков, переносящих и отлагающих материал различного размера- от глыб и валунов до тонких частиц (рис.45).

К вулканогенно-осадочным отложениям относятся озерные осадки, среди которых выделяются обломочные и хемогенные.

К вулканогенно-осадочным отложениям относятся гидротермальные-горячие и минерализованные источники; гейзеров - периодически фонтанирующих источников, известны в вулканических областях.

Техногенный ряд.

В результате переработки естественного геологического субстрата, создания новых материалов и аккумуляции отходов производства, возник новый ряд четвертичных отложений- техногенных.

Подтип насыпных отложений представлен преимущественно терригенными, реже хемогенными осадками. В нем выделяются фации отвалов горнорудных предприятий, отвалов промышленных и энергетических предприятий, «хвосты» - отходы обогатительных фабрик. Особая разновидность насыпных отложений –свалки мусора и бытовых отходов.

Подтип засыпных отложений образуется в процессе засыпки природных и техногенных отрицательных форм рельефа, главным образом, при рекультивации земель.

Отложения намывного подтипа формируются при намыве с помощью гидромеханизмов гл. образом из рек. Это различные валы, дамбы, плотины и др.

Подтип перемывных отложений образуется в результате добычи ископаемых гидромониторами, драгами и др. способами, а также при вскрышных карьерных работах.

К отложениям перемешивания, или агротехнически, относится почвенный слой с регулярно добавляемыми органическими и химическими удобрениями и обработкой сельхозтехникой.

Особый подтип техногенных образований представляет современные «культурные слои»- строительный мусор. К техногенным относятся осадки, образующиеся в искусственных бассейнах- отстойниках куда сбрасывают воды промышленных предприятий, хозяйственно-бытовые и др.

Алексеев М.Н., Чистяков А.А. Щербаков Ф.А. Четвертичная геология материковых окраин. М.: Недра, 1986.