ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2004, № 5, с. 552-557
УДК 551
СЕДИМЕНТОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СТРАТИГРАФИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА СЕРИИ ТОНТО (БОЛЬШОЙ КАНЬОН р. КОЛОРАДО)
© 2004 г. Ги Берто (Guy Berthault)
28 bouleverd Thiers, 78250 Meulan, Франция Поступила в редакцию 27.10.2003 г.
В результате седиментологического анализа и реконструкции условий образования осадочных пород серии Тонто Большого Каньона реки Колорадо показано, что отложения, относящиеся к разным стратиграфическим подразделениям, образовывались одновременно в разных литодинамичес-ких зонах кембрийского палеобассейна. Таким образом, в данном случае стратиграфическое подразделение осадочных слоев, основанное на принципах Стено, не соответствует особенностям реального осадочного процесса.
В предыдущей статье [Берто, 2002] на основе экспериментов по отложению разнозернистых песков в условиях потока было продемонстрировано, что три принципа - суперпозиции, непрерывности и первоначального горизонтального положения слоев, положенные Николасом Стено в основу современной стратиграфии, должны быть пересмотрены и дополнены.
На основании стратифицированности осадочных толщ Н. Стено предположил, что осадочные слои отлагались последовательно в течение времени, вследствие чего и была создана стратиграфическая шкала, ставшая основой относительной геохронологии. Поскольку непосредственное прослеживание одних и тех же слоев на больших расстояниях невозможно, была предложена стратиграфическая единица более высокого порядка, называемая "ярус" (stage). Согласно классическому определению, ярус - стратиграфическая единица, определяемая эталонным разрезом (страто-типом) и характеризующаяся группой палеонтологических, литологических или структурных критериев, имеющих универсальное значение [Aubouin, 1967]. Как возрастное подразделение он соответствует "веку": так, например, черные мергели из района Оксфорда (Англия) являются стратотипом оксфордского яруса, который соответствует оксфордскому веку по геохронологической шкале. Теоретически свиты, имеющие одинаковый стратотип, имеют один и тот же возраст по всей планете, что позволяет коррелировать их между собой.
Эта картина осложнятся сменой литологических фаций по простиранию слоев, поэтому определяющим для корреляции отложений в пределах
больших географических областей является индекс ископаемых форм, основанный на принципе палеонтологической идентичности. Он основан на положении, что палеонтологически идентичные слои имеют одинаковый возраст [АиЪошп, 1967].
Большинство стратотипов располагается в англо-парижском бассейне, где были заложены основы глобальной стратиграфической шкалы. Для этого региона очевидно, что слои, относящиеся к соответствующим стратотипам, сменяют друг друга в вертикальной последовательности в соответствии с принципом суперпозиции. Например, оксфордский ярус предшествует киммерийскому.
В осадочных бассейнах геологи выделяют толщи, соответствующие трансгресиям и регрессиям, разделенные несогласиями, выражающимися в смене ориентации наслоения и в наличии поверхности эрозии. Поскольку ярусы и отделы выделяются в основном по палеонтологическим характеристикам отложений [Геологический словарь, 1960], стратиграфические единицы не учитывают литологический состав и несогласия в последовательности осадочных слоев. Так как ярус (и соответственное подразделение возрастной шкалы - век) являются первичными элементами для создания стратиграфических подразделений более высокого ранга - отдел (эпоха), система (период), эратема (эра), эти единицы также не принимают во внимание седиментологические процессы.
Это краткое изложение основ стратиграфической шкалы необходимо для последующего обоснования необходимости учета седиментологичес-
ких данных при интерпретации стратиграфической последовательности.
ОТЛОЖЕНИЯ БОЛЬШОГО КАНЬОНА И ИХ СТРАТИГРАФИЯ
Такая интерпретация (основанная, в том числе, и на результатах наших экспериментов [Julien и др., 1993]) может быть проиллюстрирована на примере толщи осадочных пород Большого Каньона р. Колорадо и, в частности, серии Тонто (Tonto Group), относящейся к кембрийской системе (рис. 1) в соответствии с описанием, приводимым в работе [Grand Canyon, 1989].
Лежащий в основании осадочной толщи до-кембрийский фундамент состоит из сильномета-морфизованных и тектонически смятых хлорит-слюдистых кристаллических сланцев с подчиненным количеством амфиболитов, гнейсов и карбо-натно-силикатных пород серии Вишну. Розовые полевошпатовые граниты Зороастр рассекают породы Вишну серией даек и пегматитовых жил, достигающих мощности в несколько десятков метров. Породы Вишну и Зороастр относятся к нижнему протерозою. В тектонических депрессиях эти породы иногда бывают перекрыты вулкано-генно-осадочной толщей верхнепротерозойской суперсерии Гранд Каньон (Grand Canyon Supergroup). На большей части территорий серия Тонто непосредственно залегает на породах Вишну и Зороастр [Grand Canyon, 1989].
В составе серии Тонто выделяются три свиты: песчаники Тапеатс, сланцы Брайт Анжел и известняки Муав.
Песчаники Тапеатс, залегающие в основании протерозойского осадочного чехла, имеют широкое территориальное распространение. Свита состоит преимущественно из средне-грубозернистого кварцевого песчаника, мощность которого достигает 40-100 м. В основании свиты часто преобладают галька и валуны. Средняя часть толщи состоит из грубозернистого песчаника с косой слоистостью потокового типа. Падение слойков на запад и юго-запад указывает на преобладающее направление водного потока. В верхней части свиты наблюдается горизонтальная слоистость со знаками ряби, отмечается уменьшение размера обломочного материала до мелкого песка и алеврита, которые постепенно переходят в вышележашие сланцы свиты Брайт Анжел.
Сланцы Брайт Анжел. Зеленовато-серые сланцы с примесью алеврита и песка достигают мощности 100-120 м. Характерным для этой толщи является наличие прослоев песчанистых доломитов, алевритистых известняков, зеленых глау-конитсодержащих песчаников и темно-коричневых ожелезненных прослоев. Сланцы Брайт Анжел представляют собой более глубоковод-
lili'
i i i i
э • о. о. о°«
lili
III
lili
s
lili
III
lili
o
C
D
-C
PR,
свита Кайбаб (Kaibab)
свита Tcros^ (Topowear)
свита Кокониньо (Coconino)
свита Хермит (Hermit)
свита Супаи (Supai Group)
свита Сапрайз Каньон (Surprise Canyon)
свита Редуолл (Redwall Formation)
свита Tемпле Бат (Temple Butte)
О & H 3
к о о M hO
а o
fe с s g
о н
свита Муав (Muav Formation)
свита Брайт Анжел (Bright Angel Formation)
свита Тапеатс (Tapeats Formation)
кристаллические сланцы Вишну (Vishnu) и граниты Зороастр (Zoroaster)
1
+
Ш
ггп
Рис. 1. Стратиграфическая колонка отложений Большого каньона.
1 - кристаллические сланцы; 2 - граниты; 3 - валун-но-галечный конгломерат; 4 - песчаники; 5 - алевролиты; 6 - глинистые сланцы; 7 -известняки.
ные отложения, образованные в условиях более слабой гидродинамической активности, чем песчаники Тапеатс. Толща имеет градационный переход к вышележащим известнякам свиты Муав.
Известняк Муав. Желтовато-коричневый известняк с примесью песка и алеврита мощностью от 100 до 300 м. Непосредственно выше контакта со сланцами Брайт Анжел присутствуют небольшие прослои глины. Мощность известняков увеличивается, а содержание песчано-алевритовой примеси уменьшается в западном направлении.
Поскольку три вышеописанные свиты не разделяются стратиграфическими несогласиями и имеют между собой постепенные переходы, они объединены в одну серию Тонто, которая перекрыта мощной толщей песчаников, алевролитов, сланцев и карбонатных пород девонской, каменноугольной и пермской систем.
P
554
ГИ БЕРТО (ОиУ ББЯТИЛиЬТ)
Аризона
Нью-Мексико
Интенсивно размываемая поверхность (>2 м/с)
Муав (€) Брайт Анджел (€) Тапеатс (€)
Угловое несогласие
Формации Зороастр и Вишну (до ■£)
Направление трансгрессии
Направление возрастания крупности осадков
(<0.5 м/с)
В скобках - скорости течения
Направление возрастания придонной скорости
Направление уменьшения мощности осадочного чехла
W
Е
N
Рис. 2. Модель формирования осадочных отложений кембрийской трансгрессии на территории штатов Невада, Аризона и Нью-Мексико.
Зоны: 1 - верхняя часть континентального склона; 2 - смежная мелководная область; 3 - подводные песчаные дюны; 4 - пески с параллельной слоистостью и знаками ряби; 5 - алеврито-глинистые отложения с градационной слоистостью; 6 - известковый ил самой глубоководной зоны.
СЕДИМЕНТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СЕРИИ ТОНТО
Осадочные породы серии Тонто были образованы в обстановке трансгрессии в условиях интенсивной эрозии подстилающих пород. Эта эрозия сильнее проявилась в западной и центральной частях Большого Каньона, где песчаники Тапеатс залегают прямо на сланцах и гранитах Вишну и Зороастр. Наименьшая глубина эрозии подстилающих пород отмечается в западной части, где песчаники Тапеатс залегают с угловым несогласием на породах суперсерии Гранд Каньон. Модель формирования отложений серии Тонто показана на рис. 2.
Для понимания того, каким образом рассмотренные выше свиты (Тапеатс, Брайт Анжел и Муав) соотносятся между собой в вертикальном и латеральном направлениях, необходимо учесть, что их образование было тесно связано с интенсивным потоком, эродировавшим кристаллические сланцы серии Вишну и граниты формации Зороастр. Эта эрозия привела к образованию обломочного материала разной размерности - от глины и песка до гальки и валунов. В.В. Лебедев
[1959] определил начальную скорость движения для частиц разного диаметра в зависимости от глубины потока. Для гальки такая скорость варьирует от 2 до 3 м/с, для валунов она превышает 6 м/с. Таким образом, скорость течения во фронтальной зоне потока была достаточна для транспортировки валунов из зоны 1 в зону 2 (см. рис. 2) и, следовательно, превышала 1.5 м/с.
По мере развития трансгрессии увеличивалась глубина бассейна и, соответственно, уменьшалась скорость течения, тем не менее, оно оставалось достаточно интенсивным для транспортировки более мелких галечных обломков в зону 2, где скорость тече
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.