Методы фациальном анализе в литологии

Введение

 

Фациальный анализ —  это средство для воссоздания  физикогеографических обстановок геологического прошлого. Он слагается из комплекса приемов и методик, позволяющих на основании литологических признаков и свойств осадочных пород, комплекса заключенных в них органических остатков и следов жизнедеятельности, особенностей распространения и взаимоотношения осадочных тел, определять условия осадконакопления. Естественно, что решение подобной обратной задачи возможно лишь с учетом знаний об обстановках и условиях, где и при каких условиях, формируются те или иные осадочные комплексы с присущими им особенностями.

Фациальный анализ, представляет собой актуальное направление при поисках и разведке нефти и газа. Литолого-фациальный анализ позволяет определять условия, благоприятные для нефте- и газообразования, воссоздавать палеогеографическую и палеотектоническую обстановки. Детальные литолого-фациальные карты продуктивных отложений нефтегазовых месторождений позволяют выбрать рациональную систему разработки и способствуют увеличению коэффициента нефтеотдачи.

В последние годы анализ условий накопления древних осадочных пород, как прогрессивный метод геологических исследований, получил дальнейшее развитие, будучи подкреплён интенсивным изучением их современных аналогов. Экономическая значимость фациального анализа  осадочных образований с каждым годом возростает, особенно при поисках углеводородов в трудно разпознаваемых  ловушках литологического и стратиграфического типов.

 

 

 

 

 

 

 

§ 1   ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ФАЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА

При фациальном анализе стоит задача восстановления физико-географических особенностей среды района в течение определенного времени и установления их отличий от условий, существовавших в то же время на соседних участках.

Так как понятие фации включает обстановки и их отличия от смежных обстановок, это предопределяет необходимость изучения внутренних свойств объекта (т.е. минеральный состав, структура, текстура, органические остатки, цикличность) и его внешних связей (характера изменчивости).

Подобный комплексный  анализ позволяет путем изучения коррелятных отложений, т. е. отложений, возникающих одновременно с образованием скульптурного рельефа, не только восстанавливать условия образования осадков, но и реконструировать обстановки, где осадконакопления в этот период не происходило. Все реконструкции так или иначе опираются на знание современных обстановок осадконакопления.

При этом нельзя все современные условия механически переносить на древние эпохи, т. е. полностью абсолютизировать принцип актуализма, необходимо учитывать общую эволюцию Земли и геологических процессов. Относительно постоянными в истории Земли были процессы механического переноса и отложения осадков по законам механической осадочной дифференциации.

Вместе с тем, даже в этих относительно простых случаях при постоянстве механизмов осаждения эволюция физико-географических обстановок земной поверхности, обусловливала изменение характера фациального облика некоторых терригенных отложений.

Что касается геохимических обстановок, состава фауны и флоры, определяющих условия и характер отложения хемогенных, биохемогенных и органогенных пород, то они существенно менялись.

Это определяет необходимость постоянного сопоставления и сравнения с современными осадками и обстановками, что является одним из методов и одной из основ фациального анализа.

Таким образом, для фациального  анализа необходимо комплексное использование материалов исследования (рис. 1), которое включает:

1. литологическое и геохимическое изучение осадочных пород, т.е. их вещественного состава, структурных и текстурных особенностей, прежде всего тех, которые имеют генетическое значение (литофациальный анализ);
2. изучение остатков древних организмов и следов жизнедеятельности с целью восстановления условий обитания и захоронения;
3. установление и интерпретация изменчивости одновозрастных отложений, т.е. смены в пространстве их состава, структуры, текстуры, остатков фауны и флоры, следов жизнедеятельности и т. д.;
4. изучение формы осадочных тел, их строения и взаимоотношения с одновозрастными геологическими телами, а также подстилающими и покрывающими отложениями.

Рис. 1. Блок схема основных направлений фациального анализа

   

 

 

 

§ 2. ЛИТОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ДЛЯ  ФАЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА

При исследовании любой  осадочной горной породы рассматривается обычно три основных момента:

1. состав породы (минералогический, химический (для крупнозернистых)и петрографический);
2. структура породы — размер, форма и характер отсортированности слагающих ее фрагментов (обломочных зерен в обломочных породах, органогенных остатков в органогенных породах);
3. текстура породы— характер взаимного расположения этих фрагментов. Каждый из этих аспектов литологии пород имеет важное генетическое значение.
1. Генетическое значение состава пород

[Исследование состава обломочной части осадочных горных пород дает материал не только для восстановления условий его осаждения, длительности, направления и дальности переноса, но, и для некоторых реконструкций областей сноса, в частности, в решении вопроса о составе пород в областях питания и иногда частично о климате.

Так обилие в тяжелой фракции апатита, циркона, рутила, роговых обманок, а в легкой фракции калиевых полевых шпатов и кварца свидетельствует о размыве гранитоидов. Ассоциация магнетита, титаномагнетита, сфена, основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов наиболее характерна для основных и ультраосновных пород. Последняя ассоциация позволяет предполагать относительно недалекий перенос и аридный климат в пределах области питания, поскольку многие из этих минералов легко истираются при механическом переносе и быстро разрушаются при выветривании в условиях гумидного климата.

Развитие дистена, ставролита, силлиманита, граната, андалузита при значительном количестве в легкой фракции кварца с волнистым и мозаичным угасанием указывает на размыв метаморфических комплексов.

Общая бедность минералами тяжелой фракции, наличие переотложенного глауконита, остатков фосфоритов, кремней, кварцитов свидетельствует о развитии на водосборной площади осадочных пород. Значительно труднее интерпретировать мономинеральный состав обломочной части осадочных пород.

Состав обломочной части  дает возможность устанавливать  положение областей сноса и пути переноса обломочного материала изучением изменчивости состава и процентных соотношений минералов. Если полученные материалы по процентному содержанию различных кластогенных минералов в ряде разрезов изучаемого стратиграфического подразделения, то можно построить карту или схему количественного размещения минералов по площади. Направление относительного уменьшения содержания неустойчивых минералов и соответственного роста устойчивых, показывает удаление от источника питания и тем самым намечает общие пути переноса материала. При достаточно крупных размерах бассейна, когда обычно существует несколько областей сноса, строят карты терригенно-минералогических провинций — областей седиментации, охарактеризованных одним комплексом легких и тяжелых минералов, связанных с определенными питающими провинциями. Выделяя в пределах одной области седиментации отдельные терригенно-минералогические провинции, можно выяснить, откуда поступал обломочный материал в каждую часть бассейна, установить пути переноса, а часто и выявить неизвестные ранее области суши.

Аутигенные минералы осадочных пород тоже имеют важное значение для реконструкции физико-географических и часто геохимических особенностей сред осадкообразования. При этом необходимо различать минералы, выпавшие в осадок химическим или биохимическим путем в стадию седиментации. Первые — кальцит и доломит в карбонатных породах, сульфаты и галоиды в эвапоритах, пластовые фосфориты характеризуют обстановку бассейна седиментации; вторые — обстановку диагенеза и лишь частично, в каких-то очень общих чертах, могут быть использованы при выяснении собственно седиментационных условий. Минералы, которые однозначно определяют обстановку седиментации, немного.

Наиболее распространенные карбонатные минералы (кальцит и доломит) образуются в широких пределах солености — от слабо минерализованных, практически пресноводных условий до морских, нередко с несколько повышенной соленостью. В то же время достаточно точно установлено, что они образуются в зоне относительно высоких температур. Современные неритовые карбонатные осадки располагаются двумя полосами примерно в пределах 15—25° обеих широт.

Наличие мощных толщ гипсов и ангидритов (или нахождение их в цементе базального типа пойкилитовой структуры), а также галоидных солей четко указывает на высокие стадии засолонения бассейнов, которые обычно определяются резкой аридизацией климата. Причем, чем более растворимые соли встречаются в породе, тем больше стадия засолонения и, в общем случае, тем более сухой и жаркий климат они характеризуют. При этом наличие хлоридов и хлорид-сульфатов говорит о связи соленакопления с морскими бассейнами, карбонатов и сульфатов натрия — с континентальными (озерными). Нахождение автохтонных углей, напротив, свидетельствует о влажности климата и достаточно высокой температуре (по крайней мере, положительной среднегодовой).

В настоящее время  все большее генетическое значение приобретают геохимические показатели, поскольку геохимия рассматривает историю отдельных элементов, их миграцию и осаждение. В принципе можно использовать данные о любых элементах, однако элементы с высоким кларком — породообразующие—Са, Mg, Si, AI, в отдельных породах Fe, Na, P, Sr и некоторые другие, образуют: минералы и горные породы. В генетическом анализе обычно изучаются не сами элементы, а состоящие из них минералы и породы. 

Имеются определенные геохимические  показатели условий с точки зрения их окислительно-восстановительного потенциала. Так, в отложениях, формирующихся в восстановительной среде, и часто обогащенных органическим веществом, повышены концентрации меди, никеля, ванадия, молибдена и некоторых других элементов. Например,  свинец осаждается  в сероводородной восстановительной обстановке, в бессероводородной среде свинец растворим и его содержания весьма низки.

Геохимические данные, в частности содержание стронция, магния, изотопные соотношения и т. д. используются и в других направлениях генетического анализа, например при определении палеотемператур]¹.

 

2. Генетическое значение структуры пород

[Теоретическая основа генетической интерпретации данных о структуре обломочных пород достаточно проста. Размер обломков зависит, прежде всего, от контрастности рельефа и динамики среды отложения, отсортированность — от длительности перекоса и стабильности гидродинамики, окатанность — от длительности транспортировки (при равных прочих условиях). При этом могут возникать определенные соотношения между параметрами, характеризующими структуру— максимальным и медианным размером частиц, их окатанностью и др.

По структуре обломочной части можно косвенно судить о рельефе областей питания. Чем он выше, тем более грубозернистый материал образуется и тем его больше.

Уже само наличие грубообломочных  пород говорит о резкой расчлененности рельефа, а размер галек и валунов позволяет в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор. Расчеты показали, что контрастность рельефа в течение геологической истории направленно растет. Так, в Азии, после байкальской складчатости и горообразования, высота хребтов составляла 1500—2000 м, после герцинской 3000— 4000 м, киммерийской 5000—6000 м и, наконец, современная, после альпийского орогенеза 7000—9000 м. (по Б. К. Прошлякову и  В.Г. Кузнецову, 1991г.)

Поскольку способы переноса и отложения обломков зависят от динамики водного потока, которая в значительной мере определяется физико-географическими условиями, то на основе диаграммы СМ можно с определенной степенью вероятности восстанавливать эти условия.

Диаграммы Пессега, как  и другие генетические диаграммы, с той или иной достоверностью определяют именно динамику среды осаждения. А    эта   динамика   может   быть   одинакова   в   разных   фациях (пляжи моря и крупного пресноводного озера). В разных фациях могут быть одинаковые формы движения воды (реки и морские течения), в пределах одной группы фаций или даже одной фации могут быть движения разного типа или разной интенсивности (в русловых фациях характер движения и его ийтенсивность различны в стержневой зоне и у берегов, на перекатах и в западинах и т. д.). Кроме того, структура обладает определенной консервативностью и при переотложении осадка в ней сохраняются (наследуются) особенности исходных пород и осадков, Так некоторые современные эоловые пески Кара-Кумов попадают на генетических диаграммах в поле речных осадков.

Отсортированность отложений зависит от среды переноса и отложения (воздушной или водной) и характера ее движения. Эоловые осадки отличаются обычно высокой степенью отсортированности. Осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды, в связи с неоднократным взмучиванием и переотложением, характеризуются значительно лучшей отсортированностью по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды. Отсортированность отложений резко ухудшается, если обломочный материал поступает из различных источников сноса и перед захоронением не успевает пересортироваться в месте осаждения. В этом случае гистограммы гранулометрического состава становятся двухвершинными (распределение бимодально).

Очень важно выявлять и изучать тенденции и направления  изменений структуры. Например, осадки и образованные из них породы вблизи берегов в общем виде более грубозернистые, чем в центральных частях водоема. Более грубозернистый состав, отмечается также в полосе течений и в зоне более активного волнения на отдельных поднятиях рельефа дна. Поэтому, имея достаточно большое количество каменного материала из естественных обнажений и скважин и проведя массовые гранулометрические анализы, можно построить в изолиниях карты медианного диаметра обломочной части.