Раздел II. Слой, слоистость, строение и образование

Раздел II. Слой, слоистость, строение и образование слоистых толщ Г. В. Лебедев Пермский университет

Тема 4. СЛОЙ, СЛОИСТОСТЬ, СТРОЕНИЕ СЛОИСТЫХ ТОЛЩ Г. В. Лебедев Пермский университет

4. 1. Слой, слоистость, элементы слоя • Слоем называется более или менее однородный первично обособленный осадок или горная города, ограниченный двумя поверхностями наслоения. Пласт – это слой содержащий полезное ископаемое. Иногда термины «слой» и «пласт» используются как синонимы. Признаки для выделения слоя : литологический состав, структурно-текстурные особенности, цвет, присутствие органических остатков, минеральных включений и т. п.

Элементы строения слоя А. К. Корсаков, 2009 1 – глины, 2 — пески Верхняя поверхность наслоения называется кровлей, нижняя –подошвой.

Мощность (толщина) слоя В зависимости от направления замера выделяют следующие виды мощностей. 1. Полная : нормальная (истинная) — Ми , вертикальная – Мв , горизонтальная – М г, произвольная (косая) — Мпр 2. Неполная : нормальная — М ′ и , вертикальная – М ′ в , горизонтальная – М ′ г, произвольная (косая) — М ′ пр. L – ширина выхода – расстояние между кровлей и подошвой, замеренное по поверхности рельефа вкрест простирания слоя. Мощность – расстояние между двумя точками слоя, не лежащими на одной поверхности наслоения. Полная мощность ( М ) – расстояние между кровлей и подошвой. Все другие замеры расстояний внутри слоя – неполная мощность ( М ′).

Слоистость карбонатных пород нижнесоликамской подсвиты. Чумкасский карьер близ пос. Полазна. Слоистость – важнейший текстурный признак осадочных горных пород.

Группировка типов слоистости в зависимости от мощности слоев • В зависимости от мощности выделяют следующие типы слоистости : 1) массивная > 50 см; 2) крупная 50 — 10 см; 3) средняя 10 – 2 см; 4) тонкая 2 – 0, 2 см; 5) микро (листоватая) < 0, 2 см.

4. 2. Морфологические типы слоистости • Форма слоистости отражает характер движения среды , в которой происходило осадконакопление. • По форме выделяют 4 основных типа слоистости: 1) параллельную, 3) косую, 2) волнистую, 4) линзовидную.

Параллельная слоистость • Это наиболее распространенный тип слоистости. Характеризуется параллельностью поверхностей наслоения. • Образуется в условиях неподвижной (малоподвижной) среды : крупные водоемы с плоским дном (моря, озера) ниже действия волн. • Среди параллельной выделяют два вида слоистости: 1) неупорядоченная; 2) упорядоченная. Параллельная слоистость в известняках нижнесоликамской подсвиты. Мыс Стрелка

Неупорядоченная параллельная слоистость • Характеризуется отсутствием закономерностей в чередовании слоев различного состава. • Это наиболее распространенный тип слоистости. Неупорядоченная слоистость (А. К. Корсаков, 2009) 1 – глины; 2 – пески; 3 — известняки

Упорядоченная слоистость • Для нее характерны определенные закономерности в чередовании слоев различного состава. • Типичным представителям упорядоченной слоистости являются флиш и градационная слоистость.

Флиш • Флиш [ швейц. flysch, нем. fliessen – течь ] – ассоциация осадочных горных пород с параллельной ритмичной слоистостью. Его образование связано с периодическим колебанием уровня вод в бассейне осадконакопления. • По числу элементов в составе ритма выделяют : двухкомпонентный, трехкомпонентный, четырехкомпонентный флиш. • По составу слагающих слоев выделяют: терригенный, терригенно-корбонатный и карбонатный флиш. Типы флиша в зависимости от числа элементов в ритме ( А. К. Корсаков, 2009 ) А – двухкомпонентный; Б – трехкомпонентный; Г – четырехкомпонентный. 1 – глины; 2 – алевролиты; 3 – пески; 4 — гравелиты

Флиш http: //img-fotki. yandex. ru/get/3201/fed-kobets. 5/0_286 f_c 006121 c_XL

Градационная слоистость • Характеризуется постепенными переходами между слагающими толщу ритмами. • Обусловлена постепенной сменой условий осадконакопления. Градационная слоистость (А. К. Корсаков, 2009) 1 – глины; 2 – пески; 3 — конгломераты

• Градационная слоистость выражается в последовательной смене в вертикальном разрезе слоёв с уменьшающейся или увеличивающейся зернистостью (например, от гравелита до аргиллита или – наоборот). Образуется в водной среде и отражает динамику движения воды или изменений физических условий в области отложения или области питания (разрушения и сноса обломочного) материала.

Типы градационной слоистости а — нормальная (прямая градационность); б — перевернутая, или инверсионная (обратная градационность); в — симметричная

Косая слоистость • Образуется при изменении направления движения среды осадконакопления (водные потоки, воздушные массы). • Направление падения косого слойка соответствует направлению движения среды во время его формирования. Косая слоистость. Пачки слоев располагаются под углом друг к другу ( А. К. Корсаков, 2009 )

Морфо-генетические типы косой слоистости http: //injzashita. com/geneticheskie-tipi-sloistosti. html а – эоловый; б – эоловый (мигрирующих дюн); в – временных потоков; г– речной; д – дельтовый; е – морской; ж – ряби мелководья

Песчаник с косой слоистостью Более 15 х10 см. Юта, США http: // geo. web. ru / druza /33_fo_137. htm

Чередование параллельной и косой слоистости в песчаниках http: // perm-kray. ru /pam 032 -2. htm

Косая слоистость в песчаниках шешминской свиты нижней перми. Долина р. Егошихи, г. Пермь

Волнистая слоистость • Для нее характерны волнообразно изогнутые поверхности наслоения. • Образуется в условиях движений среды, имеющих периодическую смену или повторяемость : приливно-отливные течения, прибрежные мелководья в зоне действия волн. • Волнистая слоистость характерна также для органогенных (водорослевых, строматолитовых) известняков.

Волнистая слоистость эоловых отложений на на склоне песчаного бархана в в пустыне Намибии Фото Ю. А. Калинкиной

Водорослевая волнистая слоистость в строматолитах (по Pia, 1927, из Ф. Дж. Петтиджона, 1981 ): 1 — Weedia CWalcott); 2 — Collenia (Walcott); 3 — Cryptozoon (Hall); 4 — Cryptozoon boreale— (Dawson); 5 — Archaezoon (Matthew); 6 — Gymnosolen (Steinmann)

Линзовидная слоистость • Отличается разнообразием форм и выражается в изменении мощности слоев вплоть до полного разобщения на отдельные линзы. • Наиболее характерна для континентальных ( аллювиальных , пролювиальных ), прибрежно-морских и др. отложений.

Генетические типы линз По А. К. Корсакову, 2009 А – линза заполнения ; Б, В – линзы нарастания : Б – биогерм (органогенная постройка), В – пролювиальный конус выноса. 1 – обломочный материал; 2 – органогенные известняки; 3 – породы субстрата (основания)

4. 3. Строение поверхностей наслоения • Их изучение помогает выяснить происхождение и условия залегания осадочных горных пород. • Чаще всего на поверхностях наслоения какие-либо характерные признаки отсутствуют. Но иногда на них можно наблюдать: трещины усыхания; остатки организмов и их отпечатки; следы жизнедеятельности организмов (следы ползания, хождения); ископаемые знаки ряби (эоловой, течения, волнения); следы капель дождя (града);

Трещины усыхания (по Р. Шроку, 1950) Определение подошвы слоя при наличии вогнутых скорлупок от трещин усыхания достаточно однозначно: выпуклая часть показывает на подошву слоя , загнутые края – на кровлю.

Трещины усыхания http: //data 1. gallery. ru

Остатки организмов, их отпечатки Трилобиты на кровле пласта. Образец из музея в Вене

Остатки организмов, их отпечатки Выпуклый отпечаток листьев на песчанике. Скорее всего, вид со стороны кровли пласта. Песчаники нижнего карбона. Южный Урал

Следы ползания трилобитов на кровле пласта (по Р. Шроку, 1950)

Схема хаотического расположения остатков раковин брахиопод в пласте известняков (разрез). Определение подошвы слоя невозможно. По В. В. Белоусову, 1986 Схема упорядоченного расположения остатков раковин брахиопод в пласте известняков (разрез). Выпуклости раковин показывают кровлю пласта. По Р. Шроку,

Остатки деревьев и пней в угленосной толще. Корни, естественно, внизу. По Р. Шроку,

Отпечатки следов каменноугольных и пермских амфибий на кровле пласта. По Р. Шроку, 1950 Выпуклые слепки следов каменноугольных и пермских амфибий на подошве пласта. По Р. Шроку,

Отпечатки следов рептилий http: //farm 4. staticflickr. com/3471/3833629316_6 e 85 def 8 c 7_z. jpg

Волнистая слоистость (прибрежных зон, эоловая, дельтовая и т. п. ) Волнистая слоистость формируется в прибрежных зонах, в дельтах рек, а также как эоловая, т. е. возникает под воздействием ветра, течений и волнений. Возникающие серии слойков в разрезе волнообразную форму, которую обычно называют » знаки ряби «. Модели формирования знаков ряби. По Р. Шроку,

Рябь, образованная водным течением По Р. Шроку,

Следы капель дождя (града) Скорлупки, шарики. Следы капель на поверхности слоя тонких осадочных пород Фото Н. В. Правиковой

Глиптоморфозы (псевдоморфозы глины по галиту или сильвину) http: //www. spmi. ru/system/files/lib/museum/zali/zal 12_p 92 -4. jpg Образуются в лагунах в условиях жаркого аридного климата. Типичны для галогенных (соленосных) горных пород.

Стилолитовые швы А Б В Г Стилолитовые швы — сильно извилистые, часто зазубренные зоны растворения в карбонатных породах , выполненные глинисто-углистым, реже рудным, веществом. Считается, что они возникают в результате взаимного растворения пластов известняков в зоне контакта под давлением.

4. 4. Первичное залегание слоев • Большая часть осадков образуется в морских или континентальных водоёмах или на прибрежных равнинах. Залегание осадков при этом практически горизонтальное (угол наклона не более 1 o ). Такое залегание называют первичным. Первичное залегание с более крутым залеганием пород, достигающем 3 -4 o , а иногда 10 o может возникнуть на склонах наземных и подводных возвышенностей, каньонов, уступов. • Первичное залегание осадочных пород сохраняется сравнительно редко и нарушается последующими тектоническими движениями. В результате возникают вторичные формы залегания: моноклинали, складки, разрывные нарушения и т. п.

Формы залегания горных пород Геологическая энциклопедия, 2011 Магматические формы: I – гранитный батолит; вторичные формы: 2 – складки, осложненные разрывным нарушением; 3 – моноклинальное (наклонное) залегание; первичная форма: 4 – горизонтальное залегание

Первичное горизонтальное залегание осадочных пород. Профильная зарисовка обнажения 1 — белый мел; 2 — кварцевый песчаник; 3 — песчанистая глина; 4, 5, 6 — песчаники с различными прослоями; 7, 8, 9, 10 — известняки с прослоями гипса и др. ; 11 — рухляки; 12 — оолитовый известняк

Горизонтально лежащие слои. Большой Каньон, шт. Калифорния http: //img. sci-lib. com

4. 5. Вторичные формы залегания Наклонное залегание слоев. Крымские горы http: //img-fotki. yandex. ru/get/5200/mingitau-vk. 10/0_456 d 0_e 615 ba 75_XL. jpg

Вторичные формы залегания: складки Антиклинальная складка. Скала Печка на р. Чусовой, близ пос. Кын Пермский край). Фото О. Коротченковой

Вторичные формы залегания: разрывные нарушения Сброс http: //knol. google. com/k/-/-/2 mjm wx 6 ls 3 hzt/l 297 lf/image. jpg

4. 6. Взаимоотношение слоистых толщ • Поверхность дна бассейнов осадконакопления испытывает периодические опускания и поднятия. Может происходить также однонаправленное смещение площади осадконакопления. • Возникающие при этом взаимоотношения между слоистыми толщами получили названия: – трансгрессивное, – регрессивное, – миграционное.

Трансгрессивное взаимоотношение слоистых толщ [ лат. transgressio — переход ] А – разрез; Б – план. I – граница распространения пород нижней юры (J 1 ) ; II – граница распространения пород средней юры (J 2 ) ; граница распространения пород ( J 3 ) По А. К. Корсакову, 2009 • Трансгрессивное взаимоотношение образуется при наступлении моря на сушу , приводящему к увеличению площади бассейна осадконакопления. • Снизу вверх по разрезу происходит смена мелководных грубозернистых осадков (конгломератов) более глубоководными тонкозернистыми (песчаниками, алевролитами, аргиллитами).

Ингрессивное взаимоотношение cc лоистых толщ А – разрез; Б – план. 1 – породы основания; 2 – конгломераты; 3 – пески; 4 – глины. По А. К. Корсакову, 2009 • Ингрессия [ от лат. ingressio — вхождение ] – начальная стадия трансгрессии. • Обусловлена прогибанием земной коры в приустьевых частях рек. В результате чего происходит их затопление с образованием эстуариев [ от лат. aestus — прилив ] или губ. Например, Обская губа. • Слои залегают в виде линз и как бы вложены в более древние породы.

Эстуариии (губы) В них происходит формирование ингрессивного залегания горных пород

Регрссивное взаимоотношение слоистых толщ [ от лат. regressio – движение назад ] А – разрез; Б – план По А. К. Корсакову, 2009 • Регрессивное взаимоотношение образуется при отступлении моря , приводящему к сокращению площади бассейна осадконакопления. • Снизу вверх по разрезу происходит смена относительно глубоководных карбонатных и мелкозернистых осадков (аргиллитов, алевролитов) более мелководными грубозернистыми (песчаниками, конгломератами).

Миграционное взаимоотношение слоистых толщ [ от лат. migratio – перемещение, переселение ] Миграционное взаимоотношение слоев оз. Балхаш. А – разрез; Б – план. По А. К. Корсакову, 2009 • Миграционное взаимоотношение возникает в результате направленного смещения бассейна осадконакопления без существенного изменения его площади. • Слои прислоняются друг к другу и имеют слабо наклонное залегание.

Закон Головкинского – Иностранцева (за рубежом – закон Вальтера) • Первое положение закона : в бассейне осадконакопления наблюдается закономерное изменение осадочных пород по мере удаления от береговой линии. Вблизи береговой линии накапливаются грубообломочные породы (галечники, гравелиты), далее они сменяются песками, алевролитами и наконец глинами. • В результате образуется стратиграфический горизонт – ассоциация горных пород различного состава, сформировавшаяся одновременно в едином бассейне осадконакопления. • Стратиграфический горизонт делится на литофации – части стратиграфич. горизонта, имеющие одинаковый состав и сформировавшиеся в определенных физико-химических условиях. Примеры литофаций, конгломераты; пески; глины. Изменение состава осадков в зависимости от удаленности от береговой линии По А. К. Корсакову, 2009 1 – конгломераты; 2 – пески; 3 – глины; 4 – границы между литофациями

Второе положение закона : трансгрессии и регрессии моря приводят к образованию слоистости. Это связано с тем, что в конкретной точке глубина бассейна меняется, что приводит к изменению состава накапливающихся осадков: над существующим слоем начинает формироваться слой другого состава. Образование слоистой толщи при трансгрессии ( по А. К. Корсакову, 2009) I – уровень воды в бассейне при образовании нижнего стратиграфич. горизонта; II — уровень воды в бассейне при образовании среднего стратиграфич. горизонта; III — уровень воды в бассейне при образовании верхнего стратиграфич. горизонта. 1 – конгломераты; 2 – пески; 3 – глины; 4 – границы между литофациями

Изменение фаций при трансгрессии и регрессии http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/c/c 4/Offlap_ %26_onlap_EN. svg/680 px-Offlap_%26_onlap_EN. svg. png

Трансгрессивная, инундационная, регрессивная и эмерсивная стадии (разрезы) • В трансгрессивную стадию происходит некомпенсированное осадконакопление, при котором относительно мелководные осадки вверх по разрезу сменяются боле глубоководными. • Инундационная [ англ. inundation – погружение ] стадия характеризуется компенсированным осадконакоплением: формируются толщи фациально однородных горных пород. • В регрессивную стадию происходит некомпенсированное осадконакопление, при котором относительно глубоководные осадки вверх по разрезу сменяются мелководными. • Эмерсивная [ англ. emersion – всплытие ] стадия характеризуется устойчивыми положительными движениями земной коры в условиях континентального режима, при котором процессы разрушения преобладают над процессами осадконакопления.

4. 7. Компенсированное и некомпенсированное осадконакопление • Осадконакопление обычно происходит при отрицательных движениях земной коры. Устойчивые положительные движения земной коры (з. к. ) приводят к размыву ранее сформировавшихся толщ. • По соотношению скорости прогибания з. к. и скорости осадконакопления принято различать компенсированное и некомпенсированное осадконакопление. • При компенсированном осадконакоплении прогибание дна бассейна компенсируется количеством сформировавшихся осадочных горных пород. При этом в течение длительного времени глубина дна бассейна остается постоянной. В результате могут образоваться достаточно мощные толщи фациально однородных горных пород. Классическим примером такого осадконакопления является образование угленосных толщ и формирование солей в аридных лагунах. • При некомнпенсированном осадконакоплении скорость прогибания з. к. не соответствует скорости осадконакопления. Возможны два варианта: • 1. Скорость прогибания з. к. больше скорости осадконакопления. Бассейн осадконакопления расширяется и углубляется, формиру e тся трансгрессивный разрез. • 2. Скорость прогибания з. к. меньше скорости осадконакопления. Бассейн осадконакопления сокращается и мелеет, формируется регрессивный разрез. Постепенно осадконакопление может полностью прекратиться и на территории будут преобладать процессы разрушения горных пород.