Карбонатами рождаются а не становятся Джеймс и Кендалл

“Карбонатами рождаются, а не становятся!” Джеймс и Кендалл, 1992

Определение карбонатных пород Карбонатные породы более чем на 50% состоят из минералов класса карбонатов Основные минералы класса карбонатов: Кальцит (ромбоэдрически й кристалл) и Доломиты Ca. Mg(CO 3)2 Арагонит (орфоромбический кристалл) – разновидности Ca. CO 3 Прочие минералы класса карбонатов: магнезит (Mg. CO 3) сидерит (Fe. CO 3) стронцианит (Sr. CO 3)

Минеральный состав известняка • - Известняк в основном состоит из Ca. CO 3, который в основном представлен: • Кальцит с низким содержанием Mg – наиболее устойчивая форма, практически не претерпевает изменений (незначительные изменений) в процессе диагенеза • Кальцит с высоким содержанием Mg – как правило, перекристаллизовывается в более устойчивые формы кальцита с низким содержанием Mg • Арагонит – наименее устойчивая форма, часто распадается на ранних стадиях диагенеза • - На начальных этапах осадконакопления минеральный состав может являться основным фактором, определяющим формирование пористость/проницаемость карбонатных коллекторов.

Классификация карбонатных пород и гранулометрия

Классификация карбонатных пород по гранулометрическому составу • Биоморфные зерна (скелетные): • • Биокласты - известковые скелетные остатки организмов в целом виде или их фрагменты (напр. , коралы, моллюски, брахиподы, мшанки, фораминиферы, водоросли) Онколиты - концентричные водорослевые слои, образовавшиеся вокруг ядра • Неорганогенно-обломочные • • • Интракласты (обломки текстуры срыва и распадающиеся брекчии, которые подвергаются локальной переработке) Литокласты (аллохтонные эрозионные обломки породы) Конгломераты и грейпстоуны (совокупность сцементированных зерен) Оолиты (ядро зерна, покрытое концентирческими слоями неорганических карбонатов) Пелеты - Окаменелые остатки жизнедеятельности (микрокристаллические фекальные комочки морских беспозвоночных – ускоренная цементация) Пелоиды (как правило, микритизированные фрагменты орг. обломков)

Биоморфные и неорганогенные зерна

Классификация известняков (Фолк, 1962)

Классификация Данхэма (1962) Текстура осадочных пород явно выражена Первичные компоненты породы при осадконакоплении не были скреплены Порода содержит ил Опорой является ил Менее 10% зерен Мадстоун Более 10% зерен Вакстоун Зерна опирают ся друг на друга Пакстоун На основе зерен, ил остутсву ет Грейнстоун (From Moore, 2001) Исходные компонент ы породы при осадконако плении скрепляютс я Баундстоун Текстура осадочных пород невыражен а (Доломиты) Зерна (Dolomite) кристаллов

БАФФЛСТОУН Скрепление единчного организма и/или осадочной породы в месте первоначального отложения ФРЕЙМСТОУН БАЙНДСТОУН Ветвящийся или пластинчатый каркас, препятствующий осаждению частиц, но без типичных организмов В месте первоначального отложения массивный губчатый каркас (напр. , кораллы), но без типичных организмов ы Классификация текстуры рифовых известняков Девонского периода Эмбри и Клован (1971) Крупнозернистый вакстоун, Напр. , на основе матрицы с более чем 10% фракцией с размером частиц Более 2 мм Крупнозернистый ПАКСТОУН-ГРЕЙНСТОУН, Напр. , на основе зерен фракции >2 мм ФЛОАТСТОУН РУДСТОУН (Figure from, James and Bourque, 1992)

Термины для описания типов построек карбонатных пород Хекель (Heckel), 1974 Терминология для описания состава Губчатые постройки с коркой Основные смешанные постройки Рассыпные губчатые наносы Известковоаргиллитовые постройки Сортированные, окатанные, губчатые постройки Вильсон (Wilson, 1975) Риф с органическим каркасом Банка из органического материала Известковоаргиллитовые осадки Данхэм (Dunham) (1970) Экологический риф Биогерм Карбонатные или постройки Биостром (в зависимости от формы) Стратиграфический риф Осадочный конус В современной литературе также широко используются термины: биогерм, глинистый биогерм, рифовый биогерм

Непрерывное медленное оседание Образование карбонатов - автоциклический процесс Фабрика карбонатов Перенос на материк из надприливной зоны/фабрики карбонатов Приливные низины проградируют в сторону моря и останавливают процесс образования карбонатов Трансгрессия с задержкой, в течение которой происходит формирование карбонатов Возобновление образования карбонатных пород и начало нового процесса проградации приливной зоны (Adapted from James, 1984)

Период Постройки Биота Геологическое время в миллионах лет Кораллы и водр. Рудисты и кораллы Кораллы Мшанки Строматопороидеи Губки Археоцеаты Преобразование рифов с течением времени Преобразования рифообразующих организмов, а также изменения условий рифообразования с течением времени Строматолиты (James and Bourque, 1992)

Модели осадконакопления карбонатных пород и карбонатные фации

Особенности карбонатных отложений • В модели терригенного осадконакопления осадочный материал поступает извне, тогда, как при карбонатном осадконакоплении вещество продуцируется биогенным и хемогенным путем непосредственно в бассейне седиментации. Карбонатные платформы, так же как и терригенные шельфы, строятся и преобразуются в результате взаимодействия эрозионных процессов, контролируемых эвстазией, тектоническим погружением, скоростями осадконакопления и климатом. • • Однако, в результате уникальной “способности” карбонатных осадков к “самовоспроизводству” возникают такие характерные топографические формы как окаймленные шельфы (rimmed shelves) изолированные платформы (isolated or detached platforms) и рампы (ramps).

РАМП ramp — скат [океан]. Территория между береговой линией и глубокими частями осадочного бассейна, характеризующаяся отсутствием значительных изменений глубин. Шельф, ограничен-ный с двух сторон Эпиконтинентальный бассейн

Пелаг. Илы; Биогенные Оползни Обвалы, кремн илы и турбидиты холмы и Анг-гипсы, Купола, рифы Обломочный шлейф Иловые купола переднего склона Платформа с бугристыми рифами П/О дельты, П/О отмели, шатровые озера, Острова, озера, стр-ры, шель. прирусловые дюны, водорослевые купола, каналы валы, бары, маты п/о бары маты каналы Песчаные п/о отмели, барьерные о-ва Песчаные п/о отмели, бар Лагунные циклические отложения Глыбовый шлейф Гребень рифа Лоскутный риф Бары Лагуна П/о отме ль

Окаймленный шельф

Окаймленные шельфы • Типичен для: • Протяженных бассейнов • Пассивных окраин • Наветренных границ платформенных • участков • Периодов интенсивного рифообразования • Периодов парникового климата

Окаймленный шельф

Идеализированный карбонатный шельф бортового типа Приливная равнина Самая высокая энергия на границе шельфа Отмель/банка Риф Приливная зона Шельфовая лагуна Дистальная часть склона Границы платформы Проксимальная часть склона

Рампы

Карбонатный рамп

Карбонатные рампы • Типичны для следующих условий • осадконакопления: • Бассейны фронтальной области складчатой зоны • Внутрикратонные бассейны и “эпиконтинентальные моря” • Локально распространены в зонах растяжения • Подветренная сторона платформенных участков • Периоды отсутствия рифообразующих организмов • Переходные периоды от парникового к ледниковому климатам

Карбонатный рамп Пляжи и бары, представленные грейнстоуном Рамповые отложения с увеличением зернистости в сторону континента Карбонатный рамп

Идеализированный “моноклинальный” карбонатный рамп в аридном климате Солончаки Островная банка Тыловая обломоч ная зона Vertically exaggerated Внешний рамп Внутрен ний рамп Средний рамп Область наибольшей энергии близ береговой линии

Изолированные платформы

Walker, James, 1992)

Изолированная карбонатная платформа в гумидном климате

Идеальная изолированная карбонатная платформа Островная песчаная банка Подветргра ница банки Ветер Изолирован ный риф Внутренняя лагуна Подветренная граница Наветренная граница Риф, проградирующ. в наветренную сторону

О-в Кайкос (Caicos), Карибское море Доминирующие ветры Наветренная граница – крутой фронт рифа и рифовые острова Береговой вал с низкой энергией волн Примечание: Острова в основном представлены остатками наносов, которые имели место в предшествующие периоды высокого стояния моря Подветренный край с песчаными банками Открытая часть платформывнутренняя лагуна Приливные полосы и мангровые болота 10 км Песчаный слой

Карбонатные фации в зоне, примыкающей к приливной Приливная и надприливная зоны обычно возникают вдоль береговых линий на участках с низкой энергией волн и на подветренных краях изолированных банок и палеотопографических шельфовых поднятий

З. о-в. Андрос, Багамы: приливные низины и русла

Расположение приливных зон/равнин на карбонатных платформах Дистальный риф Дистальная банка Приливная зона/низина Береговая кайма Приливная зона/низина Острова приливной зоны/низины Карбонатная платформа Рис. 3. Блок-схема карбонатной платформы. Слева - бассейн, справа – континент. Потенциальные зоны возникновения прибойных равнин: подветренная сторона рифов и карбонатных песчаных банок, представляющих островные и береговые осадки. (Pratt and others, 1992)

Фации и климат на участках, примыкающих к приливной зоне Влажный климат, О-в Андрос, Багамы Аридный климат, Персидский залив, Аравийский п-ов AAPG Mem. 33 – p. 172 -173

Влажный климат, О-в Андрос, Багамы Аридный климат, Персидский залив, Аравийский п-ов AAPG Mem. 33 – p. 172 -173

Зависимости фаций от УМ

Модель типичных микрофаций карбонатных пород для платформы бортового типа (Уилсон, 1975, карбонатные фации по геологическому времени, Спрингер-Верлаг (Springer-Verlag)) Бассейн Неритовый открытый шельф Граница склона Внешний склон Риф края платформы Отмель края платформы Открытая платформа Ограниченная платформа Прим. : В целом модель основана на осадочных системах внутрикратонных бассейнов Приливнаянадприливная

Коралловые рифы

Бафлстоун Профиль и литофации современного кораллового рифа Рудстоун Флотстоун Бафлстоун Грейнстоун Байндстоун Фреймстоун Дистальн часть рифа Низина Гребень Фронт рифа Грейнстоун Рудстоун Проксимальн часть Прим. Фронтальная зона рифа с выступами и бороздами, рифовыми террасами и низинами при отливе и дистальная часть рифа, сложенная галькой и крупными кораллами

Разрушение карбонатных платформ Разрушение, "гибель" карбонатных платформ происходит вследствие быстрого падения уровня моря, либо – наоборот, в случае вследствие его быстрого повышения. В первом случае платформа осушается и на ней образуется карстовый (карст – Растворение, разрушение карбонатов под действием пресной воды) рельеф, причем глубина карстовой проработки соответствует величине падения уровня моря. После развития карстового рельефа платформа будет перекрыта обломочными отложениями. Палеокарст (древний карст) весьма перспективен с точки зрения коллекторских свойств и к разрушенным платформам подобного типа часто приурочены месторождения углеводородов. Во втором случае карбонатная платформа будет затоплена и выше мелководных отложений на ней будут отлагаться глубоководные осадки, но со стороны суши начнется привнос кластического материала, губительный для карбонатного осадконакопления

Современные кораловые рифы нетипичны для большей части карбонатных построек на любом промежутке геологического времени Прикрепляющийся известковый бентос Прикрепляющие ся метазоа Губки Углубления с внутренними осадками Куполообразн. и массивная метозоа Разветвляющаяся Метазоа Рыба Осадки

Разновидности карбонатных фаций склона Склоновый шлейф Склон открытой платформы Подошва склона Подводный конус выноса (Coniglio and Dix, 1992)

Ускоренная подводная цементация на крутом карбонатном склоне, Большая Багамская банка (Great Bahamas Bank) Сцементированные обломки известняка, покрытые коркой. Склон

Карбонатные фации бассейна -Обычно темно-серые карбонатные аргиллиты в хорошо развитых повторяющихся последовательностях тонких и ровных пластов Тонкие равномерно напластовавшиеся полупелагические известковые аргиллиты с глинистыми перегородками, Средний Кембрий, о-в Ньюфаундленд Тонкие равномерно напластовавшиеся известковые аргиллиты и переслаивающиеся глинистые известковые аргиллиты, Средний Ордовик, Аппалачи