ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2011, № 1, с. 67-78
УДК 551.351
РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАЛЕОЛИТОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ КЕМБРО-ОРДОВИКСКИХ ПЕСЧАНИКОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ
© 2011 г. Г. Берто (Guy Berthault), А. В. Лаломов*, М. А. Тугарова**
28 boulevard Thiers, 78250Meulan, Франция; Е-mail: berthault.guy@orange.fr *Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМРАН)
119017Москва, Старомонетный пер., 35; Е-mail: lalomov@mail.ru **Санкт-Петербургский государственный университет 198904 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9; Е-mail: tugarova@mail.ru Поступила в редакцию 16.09.2009 г.
Анализ палеогидродинамических характеристик среды осадконакопления позволил реконструировать условия образования толщи кембро-ордовикских песчаников (КОП) Ленинградской области. Проведенная реконструкция палеолитодинамических параметров показала, что реальное время формирования этой толщи (продолжительность седиментации) значительно меньше соотносимого с ней интервала стратиграфической шкалы. Такая ситуация встречается и в других осадочных формациях. Определение реальной скорости образования отложений может повлиять на прогнозную оценку минеральных ресурсов осадочного бассейна.
Литодинамические процессы являются одним из наиболее важных факторов при формировании терригенных осадочных толщ, поэтому исследование палеолитодинамики позволяет устанавливать условия образования обломочных отложений. Особый интерес представляет оценка количественных параметров палеолитодинами-ческих процессов. Такую возможность дают нам современные исследования в области гидротехники, гидродинамики и инженерной геологии, которые выявляют связи между гидродинамическими характеристиками среды осадконакопления, параметрами потока твердых наносов и текстурно-структурными характеристиками образуемых отложений. Установленные закономерности (с учетом поправок на решение обратной задачи) применяются для реконструкции параметров литодина-мических процессов палеобассейнов.
Для решения поставленной задачи исследование проводилось в несколько этапов:
1. По гранулометрическому составу и текстурным особенностям отложений были реконструированы гидродинамические параметры среды осадконакопления. Соотношения скоростей потока (размывающей скорости и начальной скорости выпадения осадков данной размерности) с гранулометрическими характеристиками осадков установлены в результате экспериментальных и натурных наблюдений [НщМгош, 1935; Гришин,
1982]. При палеолитодинамических реконструкциях надо учитывать, что в образованных осадках фиксируется минимальная величина скорости потока в момент выпадения переносимого обломочного материала в придонном слое. Несомненно, что в фазе устойчивой транспортировки материала (а тем более, в фазе эрозии) скорость потока была больше той, которая существовала при образовании очередного осадочного слоя. Поскольку установить величину этого превышения с достаточной степенью достоверности в большинстве случаев не представляется возможным, получаемая при расчетах величина скорости потока является минимальной.
2. Имея расчетные значения скорости палео-потока в исследуемой фациальной зоне, зная зависимости потока твердых наносов от гидродинамических характеристик среды и учитывая гранулометрический состав отложений можно оценить
1
емкость потока наносов . Здесь надо принимать во внимание, что такие зависимости чаще всего носят эмпирический характер, и каждая из них
1 Под емкостью потока наносов понимается максимальное количество материала, способное перемещаться в единицу времени во вдольбереговом потоке наносов. Мощность потока наносов характеризует реальный расход наносов. Для насыщенных потоков в условиях обеспеченности потока рыхлым материалом, емкость и мощность потока совпадают [Морская ..., 1980].
67
5*
Рис. 1. Схема района работ.
1 — Балтийско-Ладожский глинт; 2 — расположение опорных разрезов.
имеет свою область применения. Так, к примеру, уравнение Шези дает наиболее достоверные результаты для глубоких потоков с относительно мелким материалом, когда отношение глубины потока к диаметру частиц стремится к бесконечности [Julien, 1995]; уравнение Багнольда [Bag-nold, 1956] применимо для полностью турбулентной среды при больших мощностях потоков и т.д. Правильность выбора метода для реконструкции литодинамических параметров конкретной зоны исследуемого палеобассейна во многом определяет точность получаемых результатов.
3. Зная геометрические параметры исследуемой свиты (протяженность в двух взаимно перпендикулярных направлениях и среднюю мощность), имея оценку емкости потока наносов в пределах этой палеофациальной зоны и учитывая частичный эрозионный срез данного комплекса отложений, а также устойчивость направления палеопотока, можно оценить реальное время осадконакопления данной свиты, используя модель "заполнения резервуара" (reservoir sedimentation) [Julien, 1995].
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Литодинамическая реконструкция проводилась для песчаной части разреза кембро-ордовик-ской толщи Ленинградской области. Первые геологические данные по этому разрезу были получены еще в XIX веке. Стратиграфические, палеонтологические, литологические результаты более поздних исследований [Рухин, 1939; Ульст, 1959 и др.] и опубликованные в последнее время [Геология ..., 1991; Попов и др., 1989; Дронов, Федоров, 1995 и др.] позволили существенно детализировать ли-
тостратиграфическое расчленение разреза, но это относится, преимущественно, к его ордовикской глинисто-карбонатной части. Песчаная часть кембро-ордовикской толщи по-прежнему остается сложным объектом для стратиграфов и плохо разделяется на отдельные слои, которые можно было бы прослеживать от обнажения к обнажению.
Полевые работы по изучению терригенных кембрийских и ордовикских отложений Ленинградской области проводились на разрезах, считающихся опорными для данного региона. Основное внимание было уделено обнажениям долин рек Тосны и Саблинки, где полностью вскрывается терригенная песчаная толща, залегающая между "синими глинами" нижнего кембрия и черными сланцами пакерротского горизонта нижнего ордовика. Также был изучен ряд обнажений долин рек Ижоры, Волхова и Сяси (рис. 1).
В тектоническом отношении исследуемая толща расположена на северо-западной периферии Московской синеклизы, заложившейся в конце протерозоя, где преобладали эпейрогенические движения, определившие ее регрессивно-трансгрессивный характер [Гейслер, 1956]. В раннем палеозое в пределах северо-запада Русской платформы существовал мелководный морской бассейн с высокой гидродинамической активностью, северная граница которого определялась положением Балтийского щита, который служил источником поступления материала в область седиментации. Непосредственно в составе Балтийского щита кор выветривания не установлено, но минералогическая зрелость обломочного материала, поступавшего в бассейн осадконакопления
Рис. 2. Разрез кембро-ордовикских песчаников Ленинградской области.
1 — галька; 2 — крупно-среднезернистые пески; 3 — тонкозернистые пески; 4 — глины; 5 — глинистые сланцы; 6 — раковинный детрит; 7 — однонаправленные косослоистые серии; 8 — перекрестная косая слоистость; 9 — знаки ряби. Sbl — Саблинская свита, нижняя подсвита; Sb2 — Саблинская свита, верхняя подсвита; Ld — Ладожская свита; Т8 — То-сненская свита.
(содержание неустойчивых к выветриванию минералов в тяжелой фракции КОП не превышает 10—15%), свидетельствует о глубоком химическом выветривании пород в области сноса [Гур-вич, 1978].
В строении толщи снизу вверх по разрезу выделяются три свиты (рис. 2).
Саблинская свита среднего кембрия (в^Ь). Классические обнажения свиты находятся в долине реки Тосна близ пос. Ульяновка. Саблинская свита сложена светло-серыми, розоватыми и желтоватыми, иногда ожелезненными, хорошо сортированными мелкозернистыми кварцевыми слабосцементированными песчаниками с прослоями пластичных коричневато-серых глин толщиною 0.5—1 см.
Саблинская свита подразделяется на две под-свиты, сходные по литологическрому составу, но различающиеся по характеру текстур: в нижней подсвите преобладают горизонтальные параллельно-слоистые текстуры со знаками ряби и мелкой перекресной косой слоистостью; для
верхней подсвиты характерны однонаправленные косослоистые текстуры. Подробный текстурный анализ толщи КОП будет проведен в следующем разделе.
Свита распространена по всей Ленинградской области к востоку от р. Луга и залегает с размывом на "синих глинах" нижнего кембрия. Граница размыва относительно ровная, врезы широкие, с пологими бортами, амплитуда палеорельефа достигает нескольких метров. С запада на восток мощность Саблинской свиты увеличивается от 2—3 м до 10—13 м.
Ладожская свита (вдМ) залегает с размывом на саблинских песчаниках. Она представлена желтовато-серыми средне и мелкозернистыми хорошо сортированными кварцевыми и кварц-полевошпатовыми слабосцементированными песчаниками с раковинами лингулат, линзами и изомет-ричными пятнами, обогащенными оксидами железа.
Нижняя граница свиты носит явно выраженный эрозионный характер, в пределах отдельных
Рис. 3. Знаки ряби в отложениях Саблинской свиты.
обнажений прослеживаются эрозионные врезы подошвы ладожской свиты шириною до 5—10 м и глубиною до 1 м. Во врезах эрозионного палеоре-льефа на границе присутствуют базальные галечники состоящие из глинистых окатышей коричневато-серых глин, встречающихся в отложениях нижележащей саблинской свиты. В нижней части свиты крупность песков увеличивается до средне-зернистых, встречаются косослоистые текстуры и знаки ряби. Выше по разрезу расположены массивные либо горизонтально-слоистые мелкозернистые песчаники с глинистыми прослоями толщиной до 0.5—1 см.
Отложения ладожской свиты характеризуются небольшой мощностью: в западной части Ленинградской обласи до 1—1.2 м, в восточной — до 3 м.
Тосненская свита (01ts) имеет почти повсеместное распространение в Ленинградской области. Залегает с размывом на песчаниках ладожской свиты, согласно перекрывается копорской свитой, представленной черными аргиллитами
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.