Инверсионная модель циклогенеза: интерпетация трансгрессий и регрессий

УДК 552.578.2061.4(571.1) А.Л. Бейзелъ

ИНГГ СО РАН, Новосибирск

ИНВЕРСИОННАЯ МОДЕЛЬ ЦИКЛОГЕНЕЗА: ИНТЕРПЕТАЦИЯ ТРАНСГРЕССИЙ И РЕГРЕССИЙ

На основе разработанной ранее инверсионной модели циклогенеза пересматривается интерпретация морских трансгрессий и регрессий (ТР). Они делятся на две группы, соответствующие первой и второй фазам географического цикла. Эти группы ТР принципиально различаются между собой и совершенно по-разному ведут себя во времени и пространстве.

A.L. Beisel

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG) Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

AN INVERSION MODEL OF THE CYLOGENESIS APPLIED FOR THE TRANSGRESSIONS AND REGRESSIONS INTERPRETATION

An inversion model of cyclogenesis based on the concept of a geographical cycle (GC) has been developed. The cycle is presented by phases of relief rejuvenation due to tectonic movements and its subsequent alignment under action of surface factors. Transgressions and regresses are subdivided on two groups connected with first or with second phases of GC. They have essentially different nature and absolutely differently behave in time and space.

В последние годы автором разрабатывается инверсионная модель циклогенеза, основанная на концепции географического цикла (ГЦ). Они представлены фазами омоложения рельефа (изменения структурного плана) за счет тектонических движений и последующего его выравнивания под действием экзогенных факторов. Эти две фазы различаются на глубоком термодинамическом уровне - первую можно представить себе как стадию поступления эндогенной энергии в экзосферу, а вторую - как стадию диссипации этой энергии. Трансгрессии и регрессии (ТР), равно как и большинство других геологических процессов и явлений, разделяются на две группы, связанные с первой либо со второй фазами ГЦ. Соответственно, они глубоко различаются между собой по своей природе и совершенно по-разному ведут себя в геологическом времени и пространстве. Вслед за Н.Б. Вассоевичем эти группы ТР можно назвать мутационными и миграционными. Тектонически обусловленные (мутационные) ТР происходят очень быстро, в геологическом масштабе времени мгновенно, и они выражаются в разрезах в виде разнообразных поверхностей несогласий. Иначе говоря, они не представлены в

разрезах слоями, пачками или системными трактами, т.е. имеют «нулевую» мощность. Отсюда следует, что «мутационные уровни» будут изохронными поверхностями. На континентах им отвечают поверхности выравнивания, а в морских разрезах - аналоги поверхностей выравнивания, совпадающие с подошвами регионально выдержанных глинистых толщ. Миграционные регрессии и трансгрессии развиваются в течение всего цикла и образуют литологические границы, скользящие от подошвы до кровли цикла. Вместе с тем, миграционные тренды состоят из наборов циклов низшего порядка, т.е. миграции при ближайшем рассмотрении состоят из последовательностей тектонических «микрособытий», однако здесь данный аспект не рассматривается.

Самая общая схема формирования мутационных ТР показана на рис. 1. Здесь представлен исходный внемасштабный высотно-батиметрический профиль (а) и три варианта его преобразования дифференцированными тектоническими движениями. Это и есть омоложение рельефа: область источников сноса испытывает подъем, а осадочный бассейн опускается. Данные движения происходят одновременно, и их можно рассматривать как взаимно компенсационные. Во всех трех случаях направленность и амплитуда тектонических движений одинаковы, они различаются только положением шарнира наклоняющейся поверхности относительно береговой линии. Если шарнир находится между береговой линией и воздымающимся источником сноса (1б), то происходит трансгрессия; если шарнир расположен в пределах морского бассейна (1 в), то имеет место регрессия; если же шарнир примерно совпадает с береговой линией (1 г), то она смещаться не будет.

а

б

т

Рис. 1. Принципиальная схема образования событийных трансгрессий и регрессий при подъеме горной страны в сочетании с компенсационным погружением прилегающей территории (объяснения в тексте). 1 - шарнир наклоняющейся поверхности

Для всех перечисленных на рис. 1 вариантов имеются геологические примеры на материале Западной Сибири и за ее пределами. Тектонически

обусловленная трансгрессия имела место, например, в подошве васюганского горизонта, аналогичная регрессия - в подошве китербютского горизонта, а «нейтральный» вариант - это так называемая баженовская трансгрессия, когда углубление бассейна произошло при неизменных контурах бассейна. Следует заметить, что в таком крупном осадочном бассейне как Западносибирский все три варианта могут иметь место одновременно. Тектонические движения в разных источниках сноса могут происходить в разное время и иметь противоположную направленность. Хорошим примером такого рода может служить также Енисей-Хатангский прогиб. Разными исследователями отмечалось, что Таймыр и Сибирская платформа часто работали в «противофазе» - оживление сноса с одного источника сноса сопровождалось его затуханием на другом и наоборот.

Колебания уровня моря имеют самое непосредственное отношение к трансгрессиям и регрессиям. При наличии вертикальных тектонических движений в прибрежной зоне относительный уровень моря изменяется по определению. Однако, в случае «в» на рис. 1 возникает вопрос - где брать точку отсчета для определения колебаний? Слева от шарнира происходит падение уровня моря, а справа - его повышение. Игнорирование этих соотношений приводит к противоречиям при разработке кривых колебания уровня моря конкретных бассейнов и особенно при межбассейновых сравнениях.

Миграционные ТР формируются на стадии выравнивания рельефа и в целом обусловлены балансом материала в береговой зоне. Общая схема формирования этих ТР представлена на рис. 2.

Суша Море

Поверхность выравнивания

1 . ._ 2 з 4 XX«

• * * * X X

Рис. 2. Схема географического цикла в конечной стадии развития и осадочный комплекс, соответствующий эрозионному циклу В прибрежной зоне миграционная регрессия сменяется трансгрессией.

1 - поверхность выравнивания, 2 - поверхность выравнивания предшествующего цикла, 3 - преимущественно песчаные осадки, 4 -преимущественно глинистые осадки, 5 - пласт типа Ю2°

Балансовые соотношения тесно связаны со стадиями второй фазы ГЦ. В начальной стадии ГЦ обычно имеет место положительный баланс, что приводит к формированию берегов аккумулятивного типа, проградации дельт и береговых линий, т. е. к отступанию моря - регрессии. В ходе выравнивания рельефа снос осадков неуклонно сокращается и в конечной стадии ГЦ привнос осадков может оказаться меньше, чем его распределение по бассейну, т.е. баланс изменяется на отрицательный. В этом случае начинает развиваться миграционная трансгрессия.

Следует отметить, что миграционные ТР происходят при неизменном уровне моря, если рассматривать циклы данного порядка и не принимать во внимание колебания низших порядков. Если же брать их в расчет, то получится, что в условиях морской регрессии уровень моря будет повышаться, т.к. точка отсчета в процессе накопления осадочной толщи будет погружаться.

Рассмотрим возможные варианты последовательностей трансгрессивных и регрессивных событий. В настоящее время широко принято, что они чередуются между собой, и при этом наиболее «массовым» является вариант так называемого «трансгрессивно-регрессивного цикла». На самом деле данный вопрос оказывается сложнее. Прежде всего, в каждом конкретном случае необходимо определить, с какого типа событием мы имеем дело - мутационным или миграционным. Типы циклов как осадочных тел (циклитов) нужно определять на основе только миграционных трендов, поскольку мутационные события, как отмечено выше, представлены поверхностями, определяющими границы циклов. Осадочный цикл (циклит) - это тело, заключенное между двумя тектоническими событиями изменения структурного плана одного порядка.

С указанных позиций, можно выделить всего два типа циклов -регрессивный и регрессивно-трансгрессивный (рециклиты и репроциклиты по Ю.Н. Карогодину). Тем самым, мы приходим к выводу, что трансгрессивно-регрессивных осадочных циклов не существует. Трансгрессивными бывают только пачки, т.е. неполные циклы. Каждый цикл начинается с регрессии, которая может продолжаться да конца цикла, но иногда сменяется финальной трансгрессией.

Особого рассмотрения заслуживают базальные грубозернистые слои сравнительно небольшой мощности, залегающие в основании рециклитов и создающие впечатление трансгрессивных пачек. На самом деле они таковыми не являются, поскольку при их формировании не происходит «наступления моря на сушу», т.е. не соблюдается критерий трансгрессии. Грубый материал в самом начале цикла поступает в бассейн либо с резко возросшим речным стоком, либо формируется за счет подводных размывов и перераспределения ранее отложившегося материала после изменения рельефа морского дна.

Могут играть роль и некоторые другие факторы образования базальных слоев. Кроме осадков, в бассейн поступает резко увеличенный водный сток, происходит вынос озерно-болотных вод, обогащенных железом, органикой и другими компонентами. В результате происходит формирование пластов типа Ю20, широко известных в литературе по Западной Сибири и обычно

рассматривающихся как свидетельства морских трансгрессий. На рис. 2 показано, что эти пласты не являются трансгрессивными. Их можно использовать не только для вертикального расчленения разрезов, но и для латерального разграничения областей морской и неморской седиментации при палеогеографических построениях.

© А.Л. Бейзель, 2011