Скорости осадконакопления

Оцениваются они не только с целью воссоздать механизм заполнения осадочного бассейна разнофациальными комплексами осадков, но прежде всего для того, чтобы дать количественную оценку этого процесса.
Расчет скоростей осадконакопления применительно к древним отложениям требует учета таких факторов, как перерывы в осадочном процессе, интенсивность межслоевых размывов, степень уплотнения пород. Общая формула, по которой следует оценивать скорости осадконакопления, представляется в виде:

где К — коэффициент, учитывающий сокращение первоначальных мощностей слоев, это своего рода осредненная мера уплотнения осадочной толщи; H — максимальная мощность отложений в границах выделенного стратиграфического подразделения; T — продолжительность этого подразделения; Т* — суммарное время перерывов в осадконакоплении; р — мера, учитывающая интенсивность межслоевых размывов в процессе формирования слоистой толщи.
Методика оценки скорости осадконакопления, опирающаяся на вероятностную модель слоенакопления А.Н. Колмогорова, подробно изложена в ранее опубликованных монографиях.
Ясно, что при Т* = 0, т. е. перерывы в накоплении осадков отсутствуют, значение v будет соответствовать скорости осадконакопления применительно ко всей толще H безотносительно к литологическому составу слоев. Если время Т* велико, но учесть его численное значение невозможно, то вычисленные значения v будут резко занижены по отношению к действительным. Если мы имеем дело с толщей турбидитов (суспензионнопотоковый седиментогенез), то (T—T*) - 0, a v - 00. Понятно, что бесконечно больших скоростей осадконакопления в природе не бывает. Поэтому данную ситуацию надо понимать таким образом, что турбидиты образовались геологически мгновенно, в течение перерывов в осадконакоплении, о чем мы уже писали выше, а все время T* либо приходится на пелагическую седиментацию, что приводит к расслаиванию единичных циклов турбидитов тонкими глинистыми слоями, либо в это время осадки не накапливаются, по крайней мере их следы в турбидитовой толще не видны.
Вообще говоря, даже если пренебречь T*, К и р в приведенной выше формуле, то полученное значение и, хотя и будет резко заниженным, но все же эта величина будет выражена в единицах скорости: сантиметр в год (см/год), миллиметр в 10в3 (мм/10в3) или метр в 10в6 лет (м/10в6 лет). Ho в каком смысле она будет скоростью именно осадконакопления? Рассмотрим два крайних случая.
1. Пусть в разрезе отсутствуют перерывы в седиментации (T* = 0). Тогда полученное значение v будет по смыслу соответствовать скорости осадконакопления, но только окажется существенно заниженным, поскольку не вводятся поправки на уплотнение осадка (К) и межслосвые размывы (р), на которые, как легко догадаться, также требуется время. Поэтому более точно в этом случае говорить о приращении мощности разреза за тысячу или миллион лет, ибо и скорости формирования конкретных видов пород существенно различны.
2. Лишь часть стратиграфического объема времени, причем весьма незначительная, уходит на накопление осадков, в остальное время осадконакопление отсутствует. Тогда ясно, что полученное значение v будет характеризовать лишь осрсднснную скорость осадконакопления, причем и в этом случае она будет заниженной. Однако если в первом примере занижение скорости было за счет занижения числителя, то во втором — за счет завышения знаменателя.
Рассмотренные случаи имеют чисто методический характер, они дают основание не абсолютизировать вычисленные значения скоростей осадконакопления и осознать их сугубо относительный характер. Накопленный опыт позволяет сделать следующие выводы.
1. Скорость осадконакопления — величина всегда осредненная. Она зависит от многих факторов, воздействующих на систему седиментации, и существенно меняется как во времени (в пределах стратиграфической колонки), так и в пространстве (для разных фациальных зон). Поэтому применительно к древним осадочным толщам рассчитанное отношение мощности разреза к стратиграфическому объему времени, хотя и выражено в единицах скорости, с учетом изложенного правильнее понимать не как скорость осадконакопления, а как интенсивность нарастания мощности разреза в единицу времени.
2. Диапазон изменения скоростей осадконакопления огромен: от 0,00001 (красные глубоководные глины) до 1—2 см/год (соляные марши), т. е. они различаются в сто тысяч раз. Однако скорости накопления подавляющего большинства фациальных типов осадков очень низкие. И если при таких малых скоростях за десятки миллионов лет в разрезе тем не менее фиксируются пачки пород мощностью в десятки и сотни метров, то мы вправе говорить о чрезвычайной устойчивости осадочной системы.
3. Геологи привыкли оценивать скорости осадконакопления в единицах Бубнова: миллиметр в 10в3 (мм/10в3) или метр в 10в6 (м/10в6) лет. Такой подход вызван объективными причинами, ибо геологи располагают достоверными сведениями лишь о мощности разреза и значительно менее достоверными о длительности соответствующего стратиграфического интервала. Однако полученные при этом цифры создают иллюзию высоких, а порою и лавинных значений скорости. Это существенно смещает действительную значимость скоростей накопления осадков в сторону явного преувеличения роли этого процесса в механизме заполнения осадочного бассейна полиформационными комплексами и вызывает недоразумения чисто «психологического» характера, когда скорости осадконакопления, равные, к примеру, 100 м/10в6 лет, относятся к категории значительных.
Когда же появились работы по тектонике плит и геофизики опубликовали первые данные о скоростях спрсдинга и субдукции (они измеряются сантиметрами в год), то геологи, принявшие данную концепцию и понимавшие, что именно эти геодинамические режимы предопределяют функционирование осадочных бассейнов как целостных тектоно-седиментологических систем, тем не менее пытались соотнести известные им значения скоростей осадконакопления с вновь получаемыми сведениями о скоростях движения плит, по-прежнему, оперировали значениями скорости в единицах Бубнова и не делали попыток привести сравниваемые величины к общему знаменателю. Легко понять, что такой подход порождает ряд недоразумений, мешающих изучению действительной роли седиментологических процессов в разных моделях рифтогенеза, спрединга и субдукции и приводящих к неверной оценке их значимости.

С учетом всего изложенного можно предложить следующую классификацию скоростей осадконакопления (табл. 1.1). Конечно, с определенной долей условности, но все же можно связать разные скорости осадконакопления не только с широтной климатической зональностью, что вполне естественно, но и с геодинамической позицией осадочного бассейна. Так, по возрастанию скоростей осадконакопления выстраивается следующий ряд бассейнов: внутриплитные океанические бассейны (абиссальные равнины), для которых типичны крайне низкие, очень низкие и низкие скорости накопления осадков > рифтовые долины срединно-океанических хребтов, окраинные моря, бассейны зрелых пассивных окраин, континентального подножия и ПКВ, характеризующиеся низкими и умеренными скоростями пелагической седиментации > рифтогенные впадины континентов, верхние фены ПКВ (высокие и очень высокие скорости осадконакопления). Для всех прочих типов бассейнов, таких как межконтинентальные рифты, авлакогены, надрифтовыс впадины, преддуговые и междуговые бассейны, предгорные и межгорные прогибы, т. с. бассейнов, испытывающих активное воздействие тектонического фактора в период своего существования (импульсивный характер прогибания, растущие во времени сжимающие или растягиваюшие напряжения, локальные структурные подвижки), скорости осадконакопления являются прямой функцией именно тектонического фактора, а потому в разные отрезки геологического времени они варьируют от очень низких (карбонатные фации) до умеренных (терригенные фации мелководья) и даже высоких (континентальные фации, заполняющие бассейн во время эвстатических понижений уровня океана).
Как видим, в построенный ряд попали главным образом бассейны, отложения которых не оставляют заметного следа в геологической летописи, за исключением, может быть, окраинных морей и бассейнов пассивной континентальной окраины. Для бассейнов же, с геологической точки зрения наиболее интересных, прямой зависимости скоростей осадконакопления от геодинамической позиции бассейнов не отмечается. Следовательно, необходимо устанавливать более опосредованные связи темпов осадконакопления — важнейшей характеристики системы седиментации — с факторами, контролирующими формационное выполнение бассейнов. Наилучшим образом такие связи можно обосновать только в рамках тектоно-седиментологических моделей всех основных геодинамических типов осадочных бассейнов.
Наконец, последнее, но крайне важное для анализа истории осадконакопления в осадочных бассейнах, обстоятельство. Надо установить, является ли скорость осадконакопления функцией геологического времени и если да, то желательно знать, существует ли корреляция между скоростью накопления осадков и дробностью подразделений стратиграфической шкалы. Иначе говоря, если в пределах геологических веков и даже эпох скорости осадконакопления существенно меняются, ибо они, как уже отмечалось, являются функцией прежде всего внешних факторов воздействия на систему седиментации, имеющих сравнительно короткопериодическую природу колебаний, то сказываются ли эти колебания на изменении темпа аккумуляции осадков? Иными словами, можно ли говорить о прогрессирующем росте скоростей осадконакопления в течение фанерозоя от кембрийского периода к неогеновому?
Л.Э. Левин по материалам глубоководного бурения установил, что темп седиментации зависит не от времени (возраста осадков), а от направленности и интенсивности тектонических движений, необратимости эволюции земной коры и от климатической зональности в океанах. Геологи, изучающие древние осадочные толщи континентов, обратили, однако, внимание на то, что существует прямая зависимость наибольших мощностей осадочных разрезов от возраста, т. е., чем моложе геологическая система, тем большими мощностями она представлена. Отсюда и возникла проблема прогрессирующего роста скоростей осадконакопления во времени, которая уже почти 50 лет периодически активно обсуждается в геологической литературе. Проблема эта, как легко догадаться, имеет отнюдь не академический интерес. От се решения напрямую зависит вопрос о литогеодинамических реконструкциях осадочных палеобассейнов. Поэтому рассмотрим возможные подходы к ее решению.
Существуют две гипотезы, объясняющие различные тенденции изменения скоростей осадконакопления. Согласно первой, сформулированной еще в работах Г. Штилле, И. Умбгрова и А. Холмса, скорости осадконакопления направленно возрастают во времени. Это явление названные ученые, а впоследствии также Б.М. Келлер, Л.И. Салоп и другие связывали с ростом темпа тектонических движений, которые вследствие сокращения более молодых тектонических циклов по сравнению с более древними вызывали ускоренное протекание всех геологических процессов, в том числе и процессов осадконакопления.
Вторая гипотеза родилась в качестве своеобразной альтернативы первой, и автором ее, скорее всего, является американский геолог Дж. Гиллули, который в своей длительной полемике с Г. Штилле пытался обосновать недоказуемость исходных положений первой гипотезы. В противовес ей он высказал тезис о том, что нет оснований для утверждения о направленном росте в ходе геологического развития земной коры интенсивности тектонических движений и процессов горообразования, а следовательно, и роста скоростей осадконакопления.
Мы уже касались этого вопроса в ранее опубликованной монографии. В итоге всестороннего анализа был сделан вывод о том, что «для уверенного заключения о прогрессивном росте скоростей осадконакопления в течение фанерозойского этапа развития Земли нет оснований». (Заметим, что в той работе, по существу, речь шла не о скоростях осадконакопления, а о темпах приращения мощности осадочного разреза за единицу геологического времени, т. е. позитивное решение проблемы заведомо облегчалось.)
Означает ли это, однако, что скорости накопления осадков в разные периоды фанерозоя оставались неизменными? Нет, конечно. Мы отмечали уже, что они испытывали постоянные колебания, чутко реагируя на интенсивность и направленность тектонических перестроек, короткопериодические вариации климата, эвстатические изменения уровня океана. Все это важно и с чисто практической точки зрения, особенно при прогнозных исследованиях на нефть.