Определение континентальных, лагунных и морских  фаций  по осадочным породам

Методические рекомендации

Название фации отражает исходные показатели древнего рельефа, поскольку фации могут быть морские (различные по глубине), переходные (лагунные) и континентальные (по типу экзогенных процессов). В каждой фации образуются характерные осадочные породы. Изучается распространение этой породы в плане (на  карте) и в разрезе. Каждая фация характеризует конкретные физико-географические условия накопления осадочной породы  и окаменелостей [6, 7].

Для определения фации по осадочным породам применяется литологический метод, в который входит изучение текстуры, структуры, химического и минерального состава породы. 

Главную роль в восстановлении первичной географической среды играют первичные текстуры.  Изучение первичной текстуры помогает в определении фации. Косо-слоистая, линзовидная и перекрестно-слоистая текстуры (рис.) образуются в русловой аллювиальной и дельтовой фациях  реки, эоловой (ветровой) фации.

Однородная неслоистая текстура характерна для элювиальной фации (фации коры выветривания), горизонтально-слоистая  текстура – для озерной, водно-ледниковой и    глубоководных морских фаций.

Оолитовая текстура осадочных руд и известняков свидетельствует о прибрежной фации. Пористые и кавернозные текстуры руд указывают на элювиальную фацию коры выветривания; пористый и натечный известняк, секреции известняка – на карстовую фацию. 

Вторичная текстура породы образуется в процессе диагенеза, когда осадок преобразуется в более плотную осадочную породу. Вторичная текстура также возникает при изменении фации в случае колебательных движений или метаморфизма. 

Вторичными текстурами являются оолитовая (бобовая), конкреционная и пористая (кавернозная). Часто вторичная текстура является поверхностной.  В континентальных фациях на поверхности образуются  следы капель  дождя, трещины  усыхания, кристаллы соли (в эоловой фации). В прибрежной и озерной фациях на поверхности возникают волноприбойные знаки, в мелководной фации – знаки ряби от волн (рис.).

Структура осадочной породы также указывает на способ ее образования, т.е. экзогенный процесс и фацию, иногда климат. Тонко- и скрытозернистая структура говорят о химическом осаждении в лагуне, море, озере. Биогенные структуры могут образоваться в мелком море, лагуне, а также в болотах или пресных озерах континента в условиях влажного климата.

На болотную, пресноозерную и преснолагунную фации указывают растительная структура торфа и углей, битумов, на древнее море -- наличие нефти. Биогенная структура известняка свидетельствует о прибрежной или мелководной, иногда озерной фации. Обломочная биогенная структура детритуса (обломки раковин) или детритусового известняка прямо указывает на прибрежную фацию.

Для изучения структуры обломочных пород применяется гранулометрический анализ. Для этого производится разделение рыхлой породы на фракции по размеру обломков с применением одного из двух способов: 1-й способ – просеивание через сито, 2-й способ – разделение на фракции в спокойной  или движущейся воде. В дальнейшем идет измерение величины обломков под бинокулярным микроскопом с последующим подсчетом количества обломков каждой фракции (для тонкообломочных пород). В сцементированных породах цемент растворяется кислотами или щелочами, а далее применяется один из двух способов разделения фракций. 

В дальнейшем оценивается весовой процент каждой обломочной фракции, по преобладающей фракции дается название породе. Результаты анализа отображаются в таблице, иногда в виде треугольника состава: алеврит, песок, глина.

Сложные текстуры и структуры характерны для катастрофических фаций, которые широко образуются как на континенте при оползнях, так и на подводном континентальном склоне океана в результате быстрых движений мутьевых потоков по крутому склону. В этом случае при взмучивании осадков в процессе движения мутьевых потоков происходит перемешивание, и формируются специфические рыхлые обломочные отложения мутьевых потоков – дебрит и турбидиты – сцементированные отложения различной обломочной структуры и с различной слоистостью (рис.). 

Оползневые отложения в море и на континенте имеют специфическую «вихревую» текстуру мелкообломочных и глинистых пород, дебрит – рыхлую текстуру и крупнообломочную структуру.  В турбидите наблюдаются элементы различных текстур и структур.

 При определении континентальной фации по структуре необходимо учитывать, что в эоловой фации – только песчаная фракция и хорошая сортировка и окатанность песка.

Если ни одна фракция не преобладает, нет сортировки и окатанности,  это  может быть склоновая, элювиальная или ледниковая фации. При средней окатанности и сортировке (одна фракция составляет 50-70%) вероятна речная аллювиальная фация. При хорошей окатанности и сортировке вероятны морские или пресноозерная фации.  В таких случаях гранулометрический анализ и тип окатанности и сортировки обломков сможет указать на определенную фацию.

Для точного определения фации тонкообломочных пород под бинокулярным микроскопом изучаются форма минеральных обломков и особенности их поверхности, определяется минеральный состав и органические остатки. Присутствие грубой неровной  поверхности не окатанных обломков укажет на континентальное происхождение фации, а гладкая поверхность песка или алеврита – на морские и озерные фации. При крупном размере угловатых обломков делается вывод о крутом склоне и близости гор. Мелкообломочная структура не окатанных обломков свидетельствует о дальности гор. Окатанные обломки  и хорошая сортировка говорят об обработке морской, озерной или речной водой.

Определение минерального состава обломков в песках и алевролитах способствует более точному определению фации. Изучение минерального состава глин  производится методом капли. Изучается процесс впитывания, поверхность после впитывания. Каолинит сразу впитывает воду и постепенно становится пластичным (элювиальная фация субтропиков). Гидрослюда не впитывается, капля скатывается  (ледниковая фация). Монтмориллонит быстро впитывает воду с увеличением объема и приподниманием поверхности (морская элювиальная фация на вулканогенных породах).

Определение минерального состава обломков в песках и алевролитах способствует более точному определению фации и климата. Изучается под микроскопом состав обломков и цемента. Изучение минерального состава глин  производится методом капли. Изучается процесс впитывания, поверхность после впитывания. Каолинит сразу впитывает воду и постепенно становится пластичным (элювиальная фация субтропиков). Гидрослюда не впитывается, капля скатывается  (ледниковая фация). Монтмориллонит быстро впитывает воду с увеличением объема и приподниманием поверхности (морская элювиальная фация на вулканогенных породах). 

Изучение минерального состава обломков позволяет судить о составе пород близлежащей горной области,  а также  климате. Так, глауконит (гидросиликат железа сине-зеленой окраски) и фосфорит указывают на умеренно глубоководную фацию и умеренно-влажный климат, присутствие плотного белого известняка – ту же фацию в аридном климате. Каменная соль и сульфаты натрия, кальция, магния (мирабилит, глауберит, тенардит, эпсомит), а также карбонат магния  (магнезит) характерны для озер и  лагун с повышенной соленостью и аридного климата. Карбонаты натрия  (сода) и бораты (бура) образуются в сухом континентальном климате озерной фации.

По геохимическим данным спектрального анализа определяется окислительно-восстановительный  потенциал водной среды. Окраска породы зависит от характера среды, ее потенциала. Белая окраска минералов говорит о  резко окислительной среде в сухом жарком или сухом субтропическом климате. Желтая, оранжевая, красно-коричневая окраски свидетельствуют об окислительной среде и присутствии 3-х валентного железа. Черная и темносерая окраски укажут на резко восстановительную среду, наличие органического материала. Темно-синяя, голубовато-серая окраска образуются в восстановительной среде. Зеленая окраска характеризует переменную среду и связана с накоплением 2-х и 3-х валентного железа в минералах хлорите или глауконите.

Определение окислительно-восстановительного потенциала водной среды производится  по присутствию определенных минералов. Акцессорные минералы пирит и марказит, глауконит образуются в переменной окислительно-восстановительной среде болот (пирит) или моря (глауконит). Вкрапления пирита, например, в угле говорят о резко восстановительной среде. Примазки и скопления лимонита, гематита обнаруживают резко окислительную среду. Наличие солей укажет на окислительную щелочную среду. Осадочные породы – гипсы, соли, магнезит, бурый железняк, боксит – образуются в окислительной и щелочной средах, известняк – в нейтральной, фосфорит – восстановительной среде.

Для изучения характера среды у обломочных пород определяется вид цемента. Для нейтральной среды характерен глинистый и известковый цемент, восстановительной среды – кремнистый и фосфатный,  окислительной – железистый.

Восстановительные среды характерны для  фаций глубоководных, болотных и пресноозерных. В остальных фациях - окислительная среда, более резкая в аридном климате.

Все данные литологического анализа позволяют определить фацию.

При определении фации помогает изучение формы осадочного тела в плане (на карте). Так, овальная или круглая форма осадочного тела в плане укажет на озерную фацию (рис.). Лентовидная форма характерна для речной аллювиальной фации. Форма в виде языка  говорит о лагунной либо ледниковой фации. Конусовидные формы отложений характерны для склоновых фаций – пролювиальной, делювиальной и коллювиальной, а также дельтовой фации. Фация с большой неопределенной площадью будет морской или элювиальной.

В случае несоответствия или несогласования всех показателей литологического анализа делается вывод об изменении фации, ее преобразовании в новую вторичную фацию под влиянием колебательных движений опускания или поднятия. В этом случае меняется среда и, соответственно, окраска породы. Часто изменения климата накладывают отпечаток –  изменяется окраска, появляются пятна новых экзогенных минералов.