Литогенные движения

Если седиментационный процесс развивается длительно, то слои осадков один за другим переходят в погребённое состояние, постепенно перекрываясь все более мощными последующими накоплениями. Подвергаясь воздействию нарастающих с глубиной температур и давлений, осадки литифицируются. При этом объёмы многих разновидностей осадков, особенно торфа, угля, глин, аргиллитов, алевролитов и тонкозернистых глинистых песков, заметно сокращаются. В результате сокращения объёмов погребённых осадков перекрывающие напластования приходят в движение — они оседают, заполняя высвобождающееся пространство. Эти движения непосредственно связаны с процессом литогенеза, являются прямым следствием литогенеза и поэтому называются литогенными.

Масштабы сокращения объёмов и, следовательно, амплитуды литогенных движений могут быть определены двумя способами: путём прямых измерений в обнажениях или горных выработках и пересчётов значений пористости и плотности сжимающихся горных пород, залегающих на разных глубинах от земной поверхности. Попытки непосредственного измерения величины постседиментационного утончения сжимающихся пластов неоднократно предпринимались в Печорском (Войновский-Кригер, Погоревич, 1947; Приходько, 1963) и Донецком бассейнах (Зарицкий, 1966; Прокопченко, 1967). Было установлено, что мощность торфяного пласта при его погружении до глубин 2–3 км, где торф, пройдя буро-угольное преобразование, превращается в каменный уголь марок Д, Г, сокращается в 3.5–6 раз, а мощность углистых аргиллитов в этих же условиях уменьшается в 3–4 раза, среднезернистых песчаников — в 1.4 раза, крупнозернистых алевролитов — в 1.7 раза, мелкозернистых глинистых алевролитов — в 2.1 раза, аргиллитов — в 2.3 раза, аргиллитов, алевролитов и песчаников вместе взятых — в 1.5 раза. В то же время мощности крупнозернистых песчаников, конгломератов, карбонатных и хемогенных пород в процессе такого погружения остаются практически неизменными.

Расчётные определения постседиментационного утоньшения пластов возможны лишь в тех случаях, если масса и объёмы скелетного вещества породы в процессе литогенеза не изменяются или, в крайнем случае, меняются незначительно. Из всех осадочных пород этому условию удовлетворяют только глины, алевролиты, сильноглинистые песчаники. Для этих пород расчёты выполнялись многими исследователями (А. Г. Коссовская, Н. В. Логвиненко, В. Д. Шутова, Г. Н. Перозио, М. Ф. Викулова, Н. В. Марасанова, Н. Б. Вассоевич, Р. Е. Грин, X. Хедберг, Дж. Уэллер, И. И. Нестеров и др.). Наиболее представительный материал обработан А. А. Гореловым (1975). Построенные им графики зависимости пористости, плотности и коэффициента усадки от глубин залегания пластов показаны на рис. 15. При этом под коэффициентом усадки А. А. Горелов понимает отношение современной мощности пласта к той, которую пласт имел до погружения. На этом же рисунке рядом с графиком вычисленных коэффициентов усадки, показаны результаты прямых измерений. Видно, что величины усадки, полученные разными способами, в целом сопоставимы. Некоторые отличия у глин объясняются тем, что современная мощность сравнивается в одном случае с мощностью пласта глины, находящейся в текучем состоянии, когда пористость глины составляет 50–80 %, в другом — с мощностью пластической глины с пористостью 40–50 %.



Незадолго до А. А. Горелова столь же большую работу по вычислению усадок проделал американский геолог Дж. Уэллер (1961). Составленный им график уплотнения глин, хотя при его создании учтён менее обширный исходный материал, практически не отличается от графика А. А. Горелова. Важно, что свои расчёты Дж. М. Уэллер оформил в виде простой и наглядной номограммы, которой очень удобно пользоваться при определении амплитуд литогенных движений. Номограмма представлена на рис. 16. Работают с ней следующим образом. Например, нам нужно узнать, насколько утончится пласт глины толщиной 100 футов (30.5 м) после перекрытия его 1 000 футами более молодых осадков. Для этого кривую, помеченную цифрой «100» нужно проследить до пересечения с линией «1 000» шкалы покрывающих отложений и точку пересечения снести на шкалу уплотнений. В результате получим 31 %.



Литогенные движения проявляются чрезвычайно широко. Они характерны для материковых платформ, геосинклинальных и океанических седиментационных бассейнов любого положения, возраста, облика и генезиса. Литогенные движения приводят к увеличению вмещающей способности бассейнов и деформируют накапливающиеся в нем осадочные наслоения. Деформации представлены двумя морфологическими типами: общебассейновыми чашеобразными прогибаниями и локальными пликативными нарушениями. Оба типа деформаций связаны с неравномерностью уплотнения пород и поэтому называются структурами неравномерного уплотнения. Общее прогибание осадочных толщ обусловлено систематическим, закономерным увеличением суммарной мощности сжимающихся компонентов в направлении от периферии к центру бассейна. Образование локальных пликативных нарушений связано с неравенством мощностей этих компонентов на небольших соседствующих между собой площадях.

Локальные изгибы, связанные с неравномерным уплотнением осадков, образуются преимущественно над эрозионно-тектоническими неровностями поверхности фундамента. Нередко они бывают «бескорневыми». Последние чаще всего возникают над литологическими неоднородностями осадочных напластований, например над линзами слабоуплотняющихся (рифы, песчаные линзы) или, напротив, над линзами легкоуплотняющихся пород (зоны повышенной глинизации разреза). Формы, размеры и амплитуды литогенных структур разнообразны. Многие положительные складки неравномерного уплотнения оказываются нефтегазоносными. Поэтому они изучаются достаточно интенсивно, а их примеры приводятся во многих зарубежных и отечественных публикациях, в частности в работах С. Пауэрса, Л. Тиса, X. Хедберга, В. Мэннета, Л. Эзи, Ч. Невина, Р. Шерилла, Дж. Рича, Н. Ю. Успенской, В. Е. Хайна, В. Д. Наливкина, В. В. Белоусова, Г. Д. Ажгирея, Р. Г. Гарецкого, А. Л. Яншина, М. Ф. Мирчинка, О. М. Мкртчана, А. А. Горелова, Ю. П. Боброва, И. М. Мельника, Г. А. Дмитриева. Конкретные примеры пликативных структур неравномерного уплотнения показаны на рис. 17–19.







Литогенные движения, изгибая осадочнопородные наслоения, обусловливают возбуждение в них субгоризонтальных центростремительных дисторсионных движений. Амплитуды последних ничтожно малы, но они все же могут привести к образованию небольших разрывов сбросового типа, хотя отделить их от разрывов другого происхождения практически невозможно.