ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2010, № 3, с. 268-308
УДК 551
ОСАДОЧНЫЕ БАССЕЙНЫ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ
И ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ. СООБЩЕНИЕ 2. ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДНЫЕ БАССЕЙНЫ
© 2010 г. В. Н. Холодов
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: rostislavn@yandex.ru Поступила в редакцию 20.05.2009 г.
В статье рассматриваются осадочные породные бассейны; доказывается, что осадочным породным бассейном следует называть часть стратисферы, обладающую общим термобарическим режимом, типом флюидодинамики и сочетанием эпигенетических полезных ископаемых. В верхней части земной коры предлагается различать три типа флюидодинамики: инфильтрационный, элизионный и эксфильтрационный. Преобладающий тип флюидодинамики отражается в наиболее распространенной минералого-геохимической зональности и ассоциации эпигенетических месторождений; в стратисфере они позволяют выделять инфильтрационный и элизионный типы породных бассейнов. Описываются особенности строения разнотипных породных бассейнов и анализируется их связь с геотектоникой.
Поверхность современных континентов и дно Мирового океана являются ареной, на которой непрерывно развиваются процессы мобилизации, переноса и осаждения осадочного материала; в конечном счете этот процесс создает стратисферу, или слоистую оболочку Земли, прерывистым слоем покрывающую верхние слои литосферы.
Стратисфера, впервые выделенная В.И. Вернадским, сложена чередованием осадочных, реже вулканогенно-осадочных и эффузивных пород; сверху она ограничена зоной развития кор выветривания и почв, а снизу — областью распространения метаморфических и магматогенных пород.
В пределах современного континентального блока Земли (149 х 106 км2) стратисфера покрывает 119 х 106 км2 или около 80% площади суши [Ро-нов, 1993]. Здесь она представлена всеми подразделениями фанерозоя и неметаморфизованной части докембрия. В районах развития орогенов и в краевых частях древних платформ мощность осадочного чехла достигает 20—30 км и более, в центральных частях древних платформ она сокращается до 5— 6 км и постепенно выклинивается в сторону щитов и центральных частей ороге-нов, где на дневную поверхность выходят породы "гранитно-метаморфического слоя".
Та часть планеты, которая скрыта водами морей и океанов и чаще всего фигурирует под термином "Мировой океан", занимает площадь в 361 х 106 км2; собственно океаническая часть этого сектора составляет 297 х 106 км2, причем 76% этой площади покрыто осадками и осадочными
породами. В океанах на 2-ом сейсмическом базальтовом слое лежат осадочные отложения 1-го сейсмического слоя, значительно уступающие по своей стратиграфической распространенности осадочным толщам континентов; здесь самые древние отложения принадлежат верхней юре и перекрываются толщами мезозоя и кайнозоя. Максимальные мощности осадочных толщ зафиксированы на шельфах и в дельтах крупных рек, где они достигают 18—20 км. В других частях шельфа толщина осадочного чехла обычно не превышает 5—6 км, на континентальном склоне она уменьшается до 2.5 км. Еще меньшие мощности стратисферы фиксируются в пелагиалях, по мере приближения к срединным океаническим хребтам; в конечном счете, в этом направлении собственно осадочные образования выклиниваются, и на дне появляются базальты и их метаморфические производные.
Термобарические показатели стратисферы в значительной степени зависят от внутренних энергетических факторов нашей планеты.
По мере углубления в стратисферу температура возрастает в полном соответствии с геотермическим градиентом; на каждые 33 м она повышается на 1°С. Это означает, что на глубинах в 5—6 км температура в среднем составляет 150— 180°С, что превышает точку кипения воды при нормальном давлении.
Следует также иметь в виду, что такие усредненные показатели не всегда отвечают реальным значениям; как показали исследования В.И. Кононова, Я.Б. Смирнова, М.Д. Хуторского,
Б.Г. Поляка и других ученых, тепловые потоки резко усиливаются в пределах альпийских ороге-нов континентов, поднятий островных дуг и срединных хребтах океанов, и ослабевают на древних платформах континентов.
Не менее любопытно поведение давления. При погружении в глубь стратисферы геостатическое давление растет с огромной скоростью; углубление на 100 м приводит к его росту до 27 атм. Это означает, что на глубине в 5—6 км давление будет составлять 1350—1620 атм.
Значение приведенных данных трудно переоценить, поскольку стратисфера формируется путем непрерывного наращивания слоев сверху; каждый последующий пласт перекрывает предыдущий и как бы "утапливает" его в глубь системы. Получается, что с течением времени каждый возникший пласт осадочного материала опускается все глубже и глубже в область высоких температур и давлений, а слагающие его минералы должны при этом адекватно реагировать на изменение термобарических условий.
Стратисфера повсеместно пронизана газоводными флюидами — водой, жидкими углеводородами нефтяного ряда и газами, причем вода играет главенствующую роль. "Вода стоит особняком в истории нашей планеты, — подчеркивал В.И. Вернадский. — Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества — минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало. Все земное вещество — под влиянием свойственных воде частичных сил, ее парообразного состояния, ее вездесущности в верхней части планеты — ею проникнуто и охвачено. Не только земная поверхность, но и глубокие — в масштабе биосферы — части планеты определяются в самых существенных своих проявлениях ее существованием и ее свойствами" [Вернадский, 1960, с. 16].
По составу, генезису и флюидодинамике воды стратисферы сильно различаются в разных ее частях. В верхней части осадочной оболочки континентов (до 1—2 км) распространены преимущественно почвенные, грунтовые и инфильтрацион-ные воды, генетически связанные с поверхностью планеты; в придонной части осадков Мирового океана развиты иловые воды, представляющие собой преобразованную часть морской воды. Для них характерно либо полное отсутствие связи со слоистостью осадочных отложений, либо четкий контроль напластованием пород-коллекторов.
На глубинах, превышающих 2—3 км, развиты возрожденные или элизионные воды, нефтегазоносные флюиды и глубинные рассолы; они генетически связаны с уплотняющимися пластичными осадочными породами — глинами, черными сланцами, углями, солями и др. породами-донорами.
Здесь перемещение вод контролируется залеганием пород-коллекторов и расположением зон тре-щиноватости; тектонические разломы и трещины, наряду с хорошо проницаемыми пластами, являются важным фактором, контролирующим гидродинамику зоны. Большинство исследователей-гидрогеологов (А.М. Овчинников, А.А. Карцев, В.В. Ко-лодий, С.Р. Крайнов, Е.А. Басков, А.В. Кудельский, Е.В. Пиннекер, Ф.А. Макаренко и др.) проводят нижнюю границу распространения движущейся воды в стратисфере на глубинах 12—16 км, хотя для непосредственного исследования эти области остаются пока недостижимыми.
Можно предполагать, что в связи с резким сокращением пористости на больших глубинах основным типом флюидодинамики становится движение вод по трещинам и разломам. Вероятно, что в нижних частях стратисферы господствуют экс-фильтрационные воды, т.е. воды, возникшие в связи с процессами метаморфизма и магматогенной деятельности, а основные преобразования минералов осадочных толщ осуществляются не только в результате взаимодействия вода—порода, но и путем твердофазных изменений.
Как указывал Е.А. Басков [1983], нижняя граница устойчивого состояния воды определяется рубежом в 1000—1100°С; после достижения этих температур обычно начинают преобладать явления диссоциации молекул воды. Температурный рубеж в 1000—1100°С, вероятнее всего, располагается на глубинах 15—20 км в районе современного вулканизма и на глубинах 200—250 км в области древних платформ.
Имеются предположения, что полная диссоциация молекул воды происходит в нижней части мантии, на ее границе с земным ядром.
В этой связи следует особо отметить новые и неожиданные открытия, сделанные с помощью геофизики.
Методами сейсмического зондирования (ГСЗ) была установлена слоистая структура земной коры и верхней мантии, выразившаяся в наличии целого ряда сейсмических горизонтов, характеризующихся пониженными скоростями и повышенным количеством субгоризонтальных площадок ("непрозрачные" комплексы) по сравнению с перекрывающими и подстилающими их "прозрачными" толщами. Эти горизонты, рассматриваемые в качестве волноводов, отождествляются с насыщенными флюидами зонами разуплотнения [Павленкова, 1988]. Горизонты разуплотнения установлены в самых различных районах и прослежены на глубинных интервалах 5-7; 10; 20-30; 40-50; 70-80; 100; 200 км (Б.С. Вольвовский, И.С. Вольвовский, Р.Г. Гарец-кий, И.С. Гулиев, С.Н. Иванов, Н.В. Черский и др.). Однако наиболее выдержанные зоны
разуплотнения тяготеют к глубинам 10—25 км в земной коре и 100—150 км в верхней мантии.
Эти волноводы, или зоны разуплотнения, хорошо выражены на временных разрезах отраженных волн и имеют толщину от 1—2 до 20 км и более. В земной коре наряду с субгоризонтальными зонами разуплотнения установлены также наклонные волноводы, имеющие листрическую форму и являющиеся связующими элементами между зонами уплотнения различных глубинных уровней [Соколов, Холодов, 1993].
К сожалению, состав флюидов в волноводах глубоких зон остается не установленным, а это сильно обедняет наши представления о строении и гидродинамике глубоких зон литосферы.
О ПРОБЛЕМАХ, СВЯЗАННЫХ С ОСАДОЧНЫМИ ПОРОДНЫМИ БАССЕЙНАМИ
Под осадочным породным бассейном (бассейном породообразования) мы будем понимать фрагмент стратисферы, обособленный от нее в процессе последующего геологического или геолого-морфологического развития и связанный между собой единством термобарических условий и общей гидродинамикой флюидов.
Важнейшими факторами в развитии вторичных (эпигенетических) процессов минералообра-зования в породных бассейнах является величина теплового потока, опре
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.