Стадия седиментогенеза презентация

ОБСТАНОВКИ
ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ
Морские
рифы, шельф, подводные каньоны, континентальный склон,
пелагические
Переходные
дельтовые, эстуариевые, лагунные, терригенные,
смешанные
терригенно-карбонатные,
карбонатные
Континентальные
речные, озерные, эоловые,
пустынные
From Nichols, 2009

http://images.slideplayer.com/13/4139917/slides/slide_15.jpg

Основные элементы пассивных континентальных окраин
ШИРОКИЙ ШЕЛЬФ + ПРИБРЕЖНАЯ РАВНИНА
КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ СКЛОН
КОНТИНЕНТАЛЬНОЕ ПОДНОЖИЕ
М.б. КРАЕВОЕ ПЛАТО – отделенный от шельфа его фрагмент

Основные элементы активных континентальных окраин
КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ
КОРА
ОКЕАНИЧЕСКАЯ
КОРА
КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ ОКРАИНА
ГЛУБОКОВОДНАЯ
КОТЛОВИНА
ОКРАИННОГО МОРЯ
ВУЛКАНИЧЕСКАЯ
ОСТРОВНАЯ
ДУГА
ГЛУБОКОВОДНЫЙ
ЖЕЛОБ
УЗКИЙ ШЕЛЬФ
ГЛУБОКОВОДНАЯ КОТЛОВИНА ОКРАИННОГО МОРЯ
ВУЛКАНИЧЕСКАЯ ОСТРОВНАЯ ДУГА
ГЛУБОКОВОДНЫЙ ЖЕЛОБ
М.б. КРАЕВОЙ ВАЛ ОКЕАНА – поднятие между абиссальной равниной
и глубоководным желобом, вытянутый параллельно желобу
АБИССАЛЬНАЯ
РАВНИНА

Западно-Тихоокеанский
Крутой угол наклона и изменчивость зоны субдукции от 45-650 до почти вертикального.
Изменчивость в распределении сейсмичности.
Андийский
Пологий наклон зон субдукции
Удаленность магматического фронта
от желоба
Н.Л.Добрецов и др., 2001
Сейсмичность
по всей
погружающейся
плите,
Алеутская дуга
Сейсмичность
приурочена к верхней
и нижней границе
погружающейся плиты,
Япония

Основные элементы пассивных континентальных окраин
Рис.из лекций А.О.Мазаровича
ШИРОКИЙ ШЕЛЬФ + ПРИБРЕЖНАЯ РАВНИНА КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ СКЛОН
КОНТИНЕНТАЛЬНОЕ ПОДНОЖИЕ
М.б. КРАЕВОЕ ПЛАТО – отделенный от шельфа его фрагмент

Sediment transported down the Rhone River into Lake Geneva can be detrimental to the lake quality. (Photo Credit: Rama, 2007, via Wikimedia)

Механические осадки рек
Транспортировка основной массы обломочных частиц осуществляется на поверхности Земли реками. Например, р.Миссиссиппи в год перено-сит в Атлантический океан 406 млн т веществ, что приводит к сниже-нию поверхности суши в области ее водосбора ежегодно на 56 мкм.
Обломочное вещество переносится реками тремя способами, которые определяются крупностью зерен и скоростью потока: 1) волочением по дну; 2)перекатыванием; 3)во влекомом состоянии - сальтацией (прыжками) или во взвешенном состоянии.
В процессе переноса происходит механическая дифференциация обломочного материала, которая контролируется следующими основными факторами:
- динамическими характеристиками водного потока (скорость течения, турбулентность, бурность, расход воды и т.д.),
- физико-химическими характеристиками обломочных частиц (размеры, форма, плотность, смачиваемость, характер поверхности, спайность, твердость, растворимость в воде и др.),
- геолого-геоморфологической обстановкой (горные, предгорные и равнинные территории, характер размываемых горных пород, неотектоническая активность и др.).

Виды механической дифференциации обломков по крупности
Под влиянием указанных факторов совершается дифференциация обломочных частиц по крупности, форме и плотности. Механическая дифференциация обломков по крупности наиболее четко прослеживается в трех направлениях: вниз по течению реки (продольная), в поперечном направлении к долине реки и по вертикали (в разрезе аллювия).
Продольная дифференциация приводит к резкому различию осадков горных, предгорных и равнинных рек. На горных участках рек отлагаются наиболее грубообломочные осадки (валунно-галечные). Они отличаются слабой сортировкой по крупности, значительным диапазоном обломков (от глыб до глинистых), обилием обломков пород и сростков минеральных зерен. В предгорьях речные осадки представлены гравийно-галечным материалом, а в равнинных зонах – песками и алевритами. Кроме того, вниз по течению рек происходит постепенное окатывание обломочных частиц, дробятся обломки пород и сростки зерен, истираются минералы с низкой твердостью.
Дифференциация в поперечном направлении сводится к изменению крупности обломочных осадков при переходе от русла к прирусловым отмелям и далее к пойме. Наиболее грубыми по составу являются русловые осадки, самыми тонкообломочными – удаленные от русла пойменные осадки.
Дифференциация в вертикальном разрезе заключается в изменении крупности речных осадков от нижних горизонтов к верхним. Русловые осадки в основании нередко представлены галечниками, а сверху - песками.

Механическая дифференциация по форме и плотности частиц
Наряду с дифференциацией обломков по крупности в долинах рек отчетливо прослеживается разделение их по форме частиц. Особенно это характерно для рек, где среди минеральных частиц широко распространены слюды и хлориты. Последние в большом количестве выносятся с гор и предгорьев, начинают отлагаться на равнинах и концентрируются в дельтах рек.
Дифференциация обломочных зерен по плотности обусловливает формирование в долинах рек россыпных месторождений полезных ископаемых (золота, платины, алмазов и др.). Они накапливаются в зонах повышенных скоростей водного потока, которые способствуют смыву более легких обломков (кварца, полевых шпатов и др.) и тем самым концентрации зерен повышенной плотности. Зоны концентрации приурочены к основанию русловых отложений и имеют вид гнезд, линз и прослоев. Необходимым условием при этом является присутствие на территории богатых источников россыпных минералов.

Механические осадки, отложенные ветром
При ветровом переносе происходит значительно более быстрое осаждение обломочных частиц (в 30-50 раз быстрее, чем в воде). Поэтому механические осадки отличаются слабой сортировкой по крупности зерен.
Процесс механической дифференциации частиц происходит в результате изменения скорости воздушного потока. Обычными осадками, отложенными ветром, являются пески, а также лессы.
Характерным признаком ветрового переноса частиц перед отложением является приобретение ими матовой поверхности из-за соударения зерен с большой скоростью. Признаки ветрового переноса хорошо различимы под электронным микроскопом в виде характерных ямок на зернах.

Химические осадки из ионных растворов
Остальная часть вещества в реках мигрирует в виде истинных, или ионных, растворов. Во многих реках общая масса вещества, переносимого в виде коллоидных и истинных растворов, значительно превышает массу обломочных зерен.
В виде истинных растворов переносятся ионы всех легко растворимых веществ – нитратов, хлоридов, карбонатов, сульфатов, в меньшей мере кремнезема, органических веществ, соединений железа, марганца, фосфора.
Основными ионами в речных водах являются следующие:
а) катионы: Na+, K+, Ca++, Mg++;
б) анионы: Cl-, SO4 --, CO3 --, NO3 -, HCO3 -.
Осаждение вещества из истинных растворов происходит по следующим причинам:
- в результате пересыщения раствора данным веществом,
- в процессе химических реакций.
Необходимым условием для образования пересыщенной среды является интенсивное испарение воды, что достигается в изолированных водоемах (озера, лагуны) в жарком сухом климате.

Последовательность выпадения солей
Процесс образования солей из истинных растворов А.Е.Ферсман предложил назвать галогенезом. Образованные при этом осадки В.М.Гольдшмидт назвал эвапоритами.
Наиболее обычный порядок выпадения соединений из истинных растворов в лагунах и озерах определяется степенью растворимости их в воде.
1) На начальных стадиях при солености среды до 15‰ выпадают наименее растворимые в воде карбонаты (причем сначала кальцит, затем доломит).
2) При более высоком осолонении среды (соленость 15-27‰) осаждаются сульфаты – гипс, ангидрит, глауберит, мирабилит, тенардит.
3) Наконец, при солености среды свыше 27‰ отлагаются хлориды – галит, сильвин, карналлит.

Прибрежно-морские механические осадки
Важную роль в качестве агентов переноса обломочного матери-ала играют морские волны. Обычной причиной возникновения волн являются сильные ветры. Ветровая волна проникает на значительную глубину, которая достигает в океане 200 м. Кроме того, возникновение гигантских волн (цунами) обусловлено землетрясениями; они проникают на глубину до 1000 м и более.
Основной ареной действия волн является прибрежно-морская зона. Волны сортируют обломочный материал по крупности, обеспечивают его идеальную окатанность, способствуют истиранию всех механически неустойчивых минералов. Одновременно происходит перенос обломочных зерен вдоль побережья океана на значительное расстояние в направлении ветра. Здесь же происходит и сортировка зерен по плотности, накапливаются минералы повышенной плотности, что приводит к формированию т.н. «естественных» шлихов. Так образуются прибрежно-морские россыпные месторождения титано-циркониевых минералов, золота, алмазов и др.

МОРСКИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ
ГЛУБОКОВОДНЫЕ: континентальный склон и континентальное подножие
МЕЛКОВОДНЫЕ: континентальный шельф

Часть переходной зоны континента,
которая представляет собой полого
наклоненную в сторону океана поверхность,
расположенную между береговой линией
и заметным перегибом склона.
Средняя глубина 130 м,
Максимальная 2000 м.
Рис. из лекционного курса МГУ
2004-05, лектор А.О.Мазарович
Из Сэлли, Обстановки,1989
Шельфы мира
подножие
прибрежная
равнина
береговая линия
шельф
склон
подводный
каньон
МОРСКИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ
МЕЛКОВОДНЫЕ: континентальный шельф

Биогенные осадки
Организмы в процессе своей жизнедеятельности являются концентраторами различных веществ: в первую очередь – карбонатов и кремнезема, а также элементов - фосфора, углерода, железа, марганца и др. Они отлагаются в их скелетах, раковинах и даже телах.
Кремневые организмы (губки, радиолярии, диатомеи) извлекают из морской воды кремнезем. При их отмирании образуются кремниевые осадки (диатомовые и радиоляриевые илы) и кремниевые породы (диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки).
Организмы с карбонатным скелетом или раковиной извлекают карбонаты кальция и магния, после их отмирания образуется осадок - известковый ил, а впоследствии карбонатные горные породы - ракушняки, рифовые известняки, биогермы и т.д.
Мягкие тела простейших организмов являются аккумуляторами фосфора. После их гибели и разложения фосфор переходит в раствор, из которого в дальнейшем химическим путем осаждаются фосфориты. Более сложные организмы (позвоночные) концентрируют фосфор в своем скелете. После их гибели образуются костяные брекчии.
Наземная и водная растительность концентрируют углерод. После захоронения растений образуются торф, ископаемые угли. Фитопланктон морей и лагун после отмирания дает начало битумам и нефти.
Важную роль в седиментогенезе играют различные бактерии, например, серо- и железобактерии. Некоторые из них концентрируют золото.
Гравийные и песчаные частички могут переноситься птицами в зобу.

РИФЫ
Рис. из лекционного
курса МГУ 2004-05,
лектор
А.О.Мазарович
колония кораллов
(Thecosmilia)
Рифы, триас, Австрия
Фото из: M.Tucker
Sedimentary Petrology
древние коралловые рифы
(Rugoza, Tabulate) среди
шельфовых известняков
Фото из: M.Tucker
Sedimentary Petrology
МОРСКИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

Темпеститы (Tempestite) – штормовые осадки

Debris-flow, (E.Mutti),
КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ
СКЛОН
МОРСКИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

ОПОЛЗНИ и ОЛИСТОСТРОМЫ
Олистострома на правом берегу р.Ваамочка
(Корякское нагорье), видны глыбы пород
разного состава в терригенном матриксе
(фото А.О.Мазаровича), из лекций в МГУ
Общий вид олистостромы,
видны блоки разнообразных пород,
погруженных в матрикс
Фото С.Д.Соколова
МОРСКИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

В 60-х и 70-х годах XX столетия наступил новый всплеск интереса к хаотическим комплексам, так как стало понятно, что они являются не только своеобразным типом геологических образований, но и отражают важные закономерности тектонической жизни Земли и служат мощным средством для определения стиля тектонических движений и для межрегиональной корреляции геологических событий.
Затравкой для постановки новых работ по изучению хаотических комплексов послужили работы геологов Итальянской нефтяной компании, от имени которых Ж.Флорес (1955) предложил для обозначения осадочных хаотических комплексов Центрально-Сицилийского бассейна термин «олистостром» от греческих слов «олисто» (скользить) и «строма» (накапливаться). Термин «олистолит» (скользить + порода) применяется к отдельным включениям.
на хаотическом комплексе Южного склона Б.Каваза;
Международная рабочая группа:
на хаотическом комплексе Гарцгероде (Гарц)

Наиболее существенные черты строения
хаотических комплексов:
***
Гетерогенность (ассоциация с другими типами отложений, наличие двух разнородных составляющих – матрикса и включений)
***
Хаотичность внутреннего строения (отсутствие осадочных структур и текстур, слоистости и стратификации, незакономерное размещение включений, непостоянство соотношения объемов матрикса и обломков)
***
Значительные объемы грубокластического материала всех размеров и форм
***
Неокатанность обломков, глыб и блоков
***
Смешение пород различных генетических типов (осадочных,
магматических, метаморфических, хемогенных).
Микститы (от mixture – смесь) – грубокластические комплексы пород любого литолого-петрографического состава и генезиса, состоящие из обломков любых размеров и формы, незакономерно рассеянных в более тонкозернистой, чем обломки, массе (матриксе), несортированные и нестратифицированные.
Термин «микститы» был впервые предложен Л.Шермерхорном и удачно употреблялся для обозначения хаотических комплексов Н.М.Чумаковым, И.В.Хворовой, С.В.Руженцевым, С.Д.Соколовым

Морские течения
Подводные течения в морях и океанах представляют собой своеобразные каналы транспортировки песчаных и гравийных зерен, в то время как глинистые частицы отлагаются в спокойных зонах океана. Нередко эти течения являются продолжением речных потоков на дне океанов. Зона действия морского течения довольно узкая (не более нескольких десятков км), но простирается на расстояние до 10 тыс. км. Скорость течения достигает 10 км/час.
Особым видом океанических течений являются турбидиты. Они представляют собой мутьевой поток разнородных частиц, который создается в результате стремительного обрушения по крутому океаническому склону обломочного материала. Данный процесс получил название лавинная седиментация. Причиной такого обрушения являются землетрясения, волны цунами и даже сильные штормы. Эти своеобразные «грязевые» потоки могут двигаться со скоростью до 100 км/ч. Их осадки иногда покрывают площади в сотни кв. км. Признаком турбидитного происхождения является градационная слоистость осадков на дне океана.

Химические осадки коллоидного происхождения
Речные воды и морские течения переносят огромное количество коллоидных веществ, масса которых нередко превышает массу обломочного материала.
Коллоидные частицы (мицеллы) имеют весьма малые размеры – от 1 до 100 мкм. 1 мкм = 0,001 мм = 0,0001 см = 0,000001 м
Кроме того, все они имеют одинаковый электрический заряд, вследствие чего отталкиваются друг от друга. Это обусловливает сколь угодно длительный процесс их перемещения (миграции).
В коллоидальном состоянии переносятся глинистые частички, кремнезем, органическое вещество, соединения железа, марганца, фосфора и ряда малых элементов (V, Cr, Ni, Co и др.). Многие другие элементы сорбируются мицеллами выше перечисленных веществ.
Значительная часть коллоидного вещества осаждается в устьях рек, дельтах, старицах и прибрежной части моря. Часть его осаждается в нижних и средних течениях рек вместе с глинистым веществом.

Коагуляция коллоидов
Переход коллоидных частиц в осадок называется коагуляцией коллоида и обусловлен следующими факторами:
- действием электролитов, в результате которого происходит нейтрализация зарядов коллоидных частиц, и они под влиянием силы тяжести оседают на дно водоема, слипаются и увеличиваются в размерах;
- слиянием разнозаряженных коллоидов, что также приводит к нейтрализации зарядов мицелл;
- испарением воды, что сопровождается увеличением концентрации коллоидных частиц выше допустимого предела и их осаждением;
- под влиянием различных облучений (гамма-излучения, рентгеновского и др.),
- при попадании коллоидных растворов в узкие трещинки, капиллярные каналы и т.д.

ОСОБЕННОСТИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ
НА ПАССИВНЫХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОКРАИНАХ:
ШЕЛЬФ ШИРОКИЙ, С РАЗНООБРАЗНЫМИ ШЕЛЬФОВЫМИ ФАЦИЯМИ, ПЕРЕГИБ (БРОВКА ШЕЛЬФА) РАСПОЛОЖЕНЫ НА РАЗНЫХ ГЛУБИНАХ – В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ ДО 400-600 М, В НИЗКИХ ГЛУБИНА МЕНЬШЕ
ПРИСУТСТВИЕ МОЩНОЙ ДЕЛЬТОВОЙ СИСТЕМЫ
НА КОНТИНЕНТАЛЬНОМ СКЛОНЕ ОБЫЧНО ГЛУБОКОВОДНЫЙ КОНУС ВЫНОСА (КАНЬОН).
МОЩНЫЕ ТОЛЩИ ОСАДКОВ, НАКАПЛИВАЮЩИЕСЯ В ТЕЧЕНИЕ
ДЛИТЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
ВЫЗРЕВШИЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ, ПРАКТИЧЕСКИ ЛИШЕННЫЙ ВУЛКАНОКЛАСТИКИ.
СОСТАВ ПЕСЧАНИКОВ ОЧЕНЬ ОДНОРОДНЫЙ НА ДОСТАТОЧНО
БОЛЬШИХ ТЕРРИТОРИЯХ

Руды химического происхождения
Особенно массовое осаждение коллоидов наблюдается в прибрежной области моря и основной причиной является слияние разно-заряженных коллоидов, вынесенных реками.
Здесь нередко встречаются коллоиды кремнезема (отрицательные мицеллы) и гидроксидов железа (положительные), что приводит к нейтрализации зарядов и коагуляции с образованием железных руд.
Другим характерным примером являются коллоиды алюминия (+) и глинистых частиц (-), обусловливающие образование бокситов.

Процессы химической дифференциации вещества
Осадконакопление из коллоидных и истинных растворов контролируется процессами химической дифференциации вещества. Основными факторами химической дифференциации являются:
физико-химические параметры среды (рН, Eh, температура, давление),
концентрация вещества в растворе,
растворимость соединения в воде.
Роль химической дифференциации проявилась в разобщении зон накопления таких элементов, как Fe, Al, Mn, P, Mg, K, Na и создании условий для высокой степени их концентрации.
В результате процессов химической дифференциации образуются крупнейшие месторождения железа (бурые железняки), алюминия (бокситы), марганца (железо-марганцевые конкреции), фосфора (фосфориты), солей (сильвинит, каменная соль) и ряда других полезных ископаемых.