Строение поверхностей наслоения. Определение кровли и подошвы слоёв

При изучении осадочных отложений одной из основных задач является определение кровли и подошвы пласта и установление относительной последовательности пород (слоёв) разреза и их происхождения. Для этого используется большое количество внешних признаков: фациальные признаки, цвет породы, наличие конкреций и включений, характер строения несогласованных слоёв и особенности строения поверхностей наслоения или приграничных участков слоёв.

К признакам, которые можно выявить на поверхности наслоения или в приграничной части, относятся: знаки ряби; линии и знаки прибоя; следы периодических потоков или знаки струй; трещины высыхания; следы падения капель дождя и града, иероглифы механического происхождения; иероглифы биогенного происхождения и прочие следы, оставляемые организмами; отпечатки кристаллов; следы выхода пузырьков газа; наличие конкреций, обломков туфов; стилолиты и фунтиковые («конус в конус) текстуры; и т.д.

Знаки ряби. Рябью называют грядки, образуемые на поверхности рыхлого осадка движениями воды или ветра. Они позволяют определять кровлю, подошву и условия образования слоя. Основными типами ряби являются: 1 – рябь эоловая; 2 – рябь течений; 3 – волновая рябь; 4 – перекрёстная рябь (рис. 1.11, 1.14).

Рис. 1.11. Следы ряби на верхней плоскости плиток известковой породы. а – симметричная рябь волнения; б – перекрёстная рябь (бугорки).

Эоловая рябь несимметрична (рис. 1 14). Более крутой склон грядки расположен с подветренной стороны. Гребень слега заострён и указывает на положение кровли слоя, а ложбинка более пологая. На гребнях песчинки часто грубее, чем в желобках. Рябь характеризуется небольшой амплитудой колебания – отношение высоты к длине волны от 1:20 до 1:50. Обычно длина не больше нескольких сантиметров и лишь в грубых песках может достигать 25 см. Расположение грядок субпараллельное.

Рябь течений – речных и морских – обычно похожа на эоловую рябь, но отличается большей амплитудой (от 1:4 до 1:10), т.е. большей крутизной. Крутой склон грядки направлен в сторону течения. В отличие от эоловой ряби, более крупные песчинки накапливаются в желобках. Длина волны от нескольких мм. до нескольких см. и очень редко до нескольких метров. Образуется на разных глубинах – вплоть до 800 м.

Рис. 1.12. Ложное напластование. а – обусловленное концентраций чешуек слюды на более крутых склонах хребтиков ряби (по Д.Вудворту); б – внутренняя структура (косая слоистость) в погребённых хребтиках ряби (по Р.Шроку).

Для валиков ряби течений типичной внутренней структурой является особый род косой слоистости (рис. 1.12), которая обычно наклонена вниз по течению и грубо параллельна склону валика, также обращенного вниз по течению. Крупная рябь образуется в условиях сильных течений, мелкая – в мелкой воде, а мелкая «рябь язычками» с «раздавленными» гребнями – в мелкой воде на поймах, в приливной полосе и в заливах.

Рис. 1.13. Волновая рябь. а – следы ряби и их отпечатки в покрывающем слое. Видна внутренняя структура хребтиков ряби, отсутствующая в перекрывающем слое. б – характерные профили волновой (осцилляционной) ряби. в – профиль волновой ряби. Зная, что хребтики второго порядка располагаются в углублениях, можно установить в нормальном или опрокинутом залегании находится слой. г – схема эрозии волновой ряби. Однако и в этом случае возможно сохранение внутренней структуры, по которой определяется нормальное или опрокинутое залегание слоя.

Волновая рябь симметрична (рис. 1.13, 1.14). Ряды острых гряд, разделены широкими ложбинами, в средине которых иногда бывают более низкие острые гребни. Острый гребень указывает на положение кровли. Длина волн колеблется в зависимости от глубины и силы течения. Чем глубже и сильнее волнение, тем больше длина волны и амплитуда. Короткие и мелкие волны образуются в мелкой воде при слабом волнении.

Перекрёстная рябь (рис. 1 11) возникает при наложении на ранее образованную рябь новой ряби другого направления или в результате разложения волны на две системы перекрещивающихся колебаний. Обычно образуется в мелкой воде, где движение воды ограничено угловатым границами берега, и представляет собой неправильные ряды многоугольных ямок, образованных пересекающимися системами гребней).

Волноприбойные знаки или знаки прибоя (рис. 1.17а) иногда путают со знаками ряби. Они представляют систему мелких, перекрывающих друг друга кривых песчаных валиков, выпуклых в сторону суши, достигающих 2-3 мм высоты и сложенных из тонких песчинок.

Рис. 1.14. Профили трёх характерных типов следов ряби.

Образовались в зоне прибоя (морского или озёрного). Встречаются в ископаемом виде крайне редко.

Следы струек течения (рис. 1.17б) наблюдаются в волноприбойной зоне на глинистом или песчаном пляже и представлены двумя вариантами. В первом – струйки ветвятся в сторону моря, во втором – струйки сливаются в направлении моря (по строению напоминают речную систему) и образуются при замирающей волне или спадающем приливе.

Трещины высыхания. При высыхании на воздухе тонкозернистые осадки (алевритовые, глинистые, карбонатные и др.) с поверхности растрескиваются и покрываются характерным мозаичным узором из трещин, который указывает на кровлю пласта (рис. 1.15, 1.16).

Рис. 1.15. Следы трещин усыхания (высыхания) на границах напластований. а – типичные трещины усыхания: захоронённые обломки образуют межформационный конгломерат из угловатых обломков; в верхнем сланце V-образные трещины усыхания заполнены песком; на нижней части схемы изображен тонкий слой глины с хорошо развитыми трещинами усыхания. б – сложные трещины усыхания: пласт известняка и глины с трещинами усыхания, заполненными породой пласта, лежащего выше.

Рис. 1.16. Формы трещин усыхания в илистых донных отложениях. а – радиальные (в такырах и солончаках); б – правильные, полигональные; в – сетчатые; г – вогнутые.

Трещины высыхания можно наблюдать у высыхающих луж, пойм, такыров и т.д. Трещины позднее могут заполняться более крупнозернистым материалом. Иногда при высыхании и растрескивании отделяются плитки, края которых иногда закручиваются вверх (реже вниз), или плитки скручиваются в трубочки.

Следы падения капель дождя, града сохраняются обычно в осадках прибрежной приливно-отливной зоны в кровлевой части слоя и имеют округлые или овальные формы вмятин с неровными валиками вокруг них (рис. 1.18). На эти структурные формы очень похожи следы выхода пузырьков газа. При уплотнении рыхлых осадков газ выдавливается и, выходя наружу, образует лунки размером до 7 мм и более. Они отличаются гладкой поверхностью и обычно отсутствием приподнятого края (валика). Иногда сохраняются узкие субвертикальные каналы выхода газа, заполненные позднее инородным материалом.

Иероглифы (гиероглифы) механического происхождения разнообразны по происхождению. Иногда они наблюдаются внутри слоя, но чаще на поверхности. Глубина рельефа от нескольких миллиметров до 10 сантиметров и более. Часто имеют вид гроздевидных или сосковидных образований (следы неравномерного размыва сильным течением или наплывания полужидкого осадка) (рис. 1.19) или параллельных нарезок, штрихов, или широких линейно вытянутых грядок, иногда пересекающихся и очень причудливых (следы волочения). Струи указывают на направление, а их морфология – на характер течения. Иероглифы биогенного происхождения и другие следы, оставляемые организмами (биоглифы, ходы червей, следы ползания и отпечатки следов животных или частей донных животных или растений – их разнообразие очень велико).

Иероглифы биогенного происхождениямогут быть как в мелководных, так и в относительно глубоководных осадках в кровле или в прикровлевой части слоя.

Рис. 1.17. Следы прибоя и периодических потоков а – следы прибоя, оставленные волнами на песчаных отложениях морского берега (пляжа); длина следов прибоя колеблется в пределах 1 м; слева показаны разрез мелкого хребтика и отпечаток его в покрывающем слое; б – следы струек, стекающих к морю после отлива: 1 – разветвлённая система мелких бороздок, соединяющихся по направлению к морю в общий канал; 2 – широкая система бороздок, разветвляющаяся по направлению к морю на ряд мелких протоков; 3 – борозды обтеканию, образовавшиеся при наличии на берегу обломков пород ил раковин. На подошве верхнего пласта наблюдаются отпечатки следов струек.

Рис. 1.18. Глинистый сланец со следами мелких дождевых капель и ямками от крупных градин. Стрелки указывают направление падения градин и капель.   Рис. 1.19 Механические иероглифы стекания ила во флише Закарпатья. Уменьшено ~ в10 раз.

Отпечатки кристаллов, обычно приурочены к прикровлевой части слоя в осадках прибрежной приливно-отливной зоны. Это слепки полостей или пустот от растворившихся кристаллов солей, выделившихся при высыхании воды в осадках и особенно на берегах солёных озёр и такыров. Иногда это слепки кристаллов льда.

Включения (конкреции и секреции, окатанные и неокатанные обломки горных пород и минералов и др.) и ориентировка слагающих породу зерен и обломков. Конкреции (округлые образования небольшого размера одинакового минерального состава) могут образовываться в глубоководных условиях и слагать слои, а также – на стадии диагенеза осадков. Секреции – обычно округлые образования одного или разного минерального состава. Образуются на стадии диагенеза за счет последовательного отложения минерального вещества на стенках пустот. Иногда в качестве пустот органического происхождения могут быть раковины и по характеру их заполнении можно судить о том, когда этот процесс происходил (рис. 1.22).

Рис. 1.20. Местные размывы, ксенолиты и отторженцы в стратиграфическом разрезе (по М. Биллингсу). Стрелочками указано направление от кровли к подошве пластов

Конкреции, случайные валуны и гальки, обломки туфов и эоловые многогранники, наблюдаемые на границе двух пластов, дают возможность определить условия накопления и кровлю пласта. Нижние слойки продавлены обломком или валуном, средние примыкают к нему, а верхние параллельно перекрывают его. Кроме того, обломки нижележащих пород могут находиться среди пород вышележащего слоя в его основании. А вымоины в плоскости наслоения, заполненные материалом соседнего слоя, также указывают на кровлю этого пласта (рис. 1.20).

Конгломераты и галечники в составе разрезанередко указывают на перерыв в осадконакоплении. Уплощенные гальки в речных конгломератах наклонены против течения воды. В устьевых расширенных участках рек и на побережьях водоёмов наклон галек и косой слоистости обычно совпадает; В морских отложениях в прибрежной зоне –гальки ориентированы вдоль линии прибоя (рис. 1.21).

Рис. 1.22. Формы заполнения раковин а – незаполненная; б – жеода (на внутренней поверхности расположены вторично образовавшиеся кристаллы кальцита; в – заполненная; г – заполненная частично; д – заполненная разнородным материалом (ил и кальцит); е, и – сложное однородное заполнение (указывает на изменение пространственного положения пласта в период накопления осадка); ж, з, к – примеры неполного заполнения отдельных форм раковин; п.н.з. – плоскость несовершенного заполнения.
Рис. 1.21. Основные типы ориентировки галек в реках, дельтах и на побережье (по Л.Б. Рухину). 1 – направление течения реки; 2 – направление движения волн; 3 – береговая линия.

Рис. 1.23. Стилолиты. А и Б – образцы стилолитового известняка; В – взаимосвязь стилолитов с напластованием: а – обыкновенная стилолитовая структура со столбиками, имеющими вертикальное расположение; б – стилолитовый шов в наклонно залегающем песчанике; в – стилолиты в пластах, обладавших первичным наклоном; г – стилолитовый шов в серии крутонаклонных пластов известняка.

Стилолиты или сутуры (рис. 1.23) – мелко- или грубозазубренные темные линии, наблюдаемые иногда в поперечных разрезах в поперечных срезах известняковых пород и характеризуются наличием в них тонкой глинистой плёнки. «Фунтиковые» или «конус в конус» текстуры встречаются в тонких прослоях известняка среди глинистых слоёв. Перечисленные структуры могут образовываться как до, так и после нарушения первичного залегания пород. Если биссектрисы углов зубцов или конусов примерно перпендикулярны к поверхностям наслоения, то они образовались до нарушения залегания пород (рис. 1.23а), а если расположены под углом – то после нарушения (рис.1.23 б, в).