Карбонатные фации в геологической истории. Глава 4. Возникновение каркасообразующих организмов и их среднепалеозойские постройки | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Карбонатные фации в геологической истории. Глава 4. Возникновение каркасообразующих организмов и их среднепалеозойские постройки

В предыдущих главах рассматривались основы седиментологии, стратиграфии и петрографии карбонатных отложений; во второй части книги описываются различные примеры - комплексы карбонатных фаций, причем изложение ведется в более или менее геохронологическом порядке. Фациальные комплексы встречены в различных тектонических условиях;они характеризуют шельфовые циклы, купола и лоскутные, изолированные рифы на шельфах, постройки окраин шельфов, банки во впадинах и башенные рифы. Использованы данные как по хорошо изученным обнаженным площадям, так и по подземным резервуарам нефти. Приведенный материал может служить моделями при интерпретации менее изученных фациальных комплексов.

При карбонатном осадконакоплении значительные изменения биоты происходили в начале среднего ордовика, перед началом каменноугольного периода, в позднем триасе, в мелу и в раннетретичное время. Все эти изменения важны, так как оказывали влияние на размеры и количество каркасообразующих организмов, распределение биофаций, направления и формы осадочных тел и восприимчивость к диагенезу. В то же время наблюдается сходство в формах роста, проявляющееся в геологической летописи от системы к системе. «Карбонатные постройки подобны Шекспиру: пьесы живут - сменяются лишь актеры» (Гинзбург).

 

ДРЕВНЕЙШИЕ  ПОСТРОЙКИ

Первые существенные биологические изменения, повлиявшие на образование карбонатных рифов и куполов, произошли в среднем ордовике. Они были связаны с возникновением осаждающих карбонат кишечнополостных организмов, способных нарастать друг на друга, ветвиться и создавать каркас. До этого времени, со среднего докембрия вплоть до раннего ордовика, карбонатные постройки слагались в основном известковыми водорослями в форме мелких кустов или нитей или строматолитовыми пластинами, образующими комковатые или плосковолнистые слои. Эти небольшие ловушки или клейкие слои улавливали значительные количества карбонатного ила, который приносился медленными приливами или течениями. Подобный процесс хорошо изучен на современных приливных равнинах. Единственно прикрепленными сопутствующими морскими организмами, участвующими в создании построек, «улавливающих ил», являются губки и родственные им формы, найденные в окаменелом состоянии в кембрийских отложениях. В ранне- и среднекембрийское время археоциатиды сформировали невысокие иловые банки.

 

 

Рис. IV-1. Фации среднедокембрийской карбонатной платформы. Геосинклиналь Коронейшен, северо-западная часть Канадского щита, Северо-Западные территории, Канада. По Хофману [156], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников

/ - строматолитовые купола; 2 - волнистые строматолиты; 3 - столбчатые строматолиты; 4 - окончатое   строение   с   ветвлением;   5 - интракластический   грейнстоун;   6 - оолитовые   известняки

 

На основании региональных исследований, проведенных в основном канадцами - Эйткиным  [5]  и Хофманом  [156], установлено, что ограниченная в распространении и примитивная водорослевая флора была способна вызвать и стабилизировать накопление массивных карбонатных отложений на окраинах шельфов. Этот процесс был достаточно быстр для того, чтобы сформировать заметный рельеф вдоль тектонических шарниров (рис. IV-1). Выполненные черными глинистыми сланцами впадины, такие как впадина Бёрджес (средний кембрий провинции Альберта) и турбидиты среднего докембрия в районе Большого Невольничьего озера [156], находящиеся на мористой стороне таких платформ, свидетельствуют о существовании крутых склонов их окраин.

Из наиболее ранних построек Северной Америки наилучшим образом изучены, однако, небольшие иловые холмы, расположенные у краев широких шельфов кембрийско-ордовикских морей. Водоросли из этих карбонатных масс были описаны в верхнем кембрии Техаса Эром [3] - рис. IV-2. Из раннеордовикских куполов юго-западной части США Туми [365], Туми и Хэмом [369], и Райдингом и Туми [302] изучены проблематичные мутовчатые сифонеи Calathium, каменные губки Archeoscyphia, шиповатая строматолитовая Pulchrilamina и маленькие ветвящиеся, цилиндрические и корковые водоросли (?) Nuia, Epiphyton и Renalcis. Губки представляют собой небольшие корзинкообразные толстостенные формы (табл. VA). Водоросли обычно образуют корки, a Pulchrilamina формирует строматолитовую текстуру в кровле купола. В тех случаях, когда кембрийско-ордовикские отложения не подверглись доломитизации, прекрасно сохраняется внутренняя структура этих примитивных организмов, что позволяет проводить детальное микроскопическое изучение.

Купола сложены массивным микритом, представляющим, по-видимому, известковый ил, уловленный организмами. Мощность куполов редко превышает 10 м; большинство из них значительно меньше. Микрит, слагающий их ядра, может постепенно замещаться к периферии слоистыми биокластическими осадками. Однако на одной и той же постройке биокластические слои могут перекрывать отдельные части купола, указывая на существование местами значительного рельефа на дне моря (рис. IV-3). Строение многих куполов свидетельствует о наличии двух фаз формирования: 1) ранней фазы накопления массивных известковых илов, переполненных водорослями, которые улавливали осадок; 2) фазы роста строматолитовой покрышки купола. При повторении фаз образуются сложные массы (см. рис. IV-2). Купола могут быть прорезаны приливными каналами и разбиты трещинами в результате оползания, которые в свою очередь могут быть заполнены обломками иглокожих, брахиопод и трилобитов, а также литокластами (конгломератами из гальки полузатвердевших осадков приливной равнины) .

То, что даже такие небольшие купола расположены главным образом по краям Североамериканского кратона, в известняковых фациях гор Арбакльс и Бичита в штате Оклахома, в виде экзотических блоков в формации Маратон и в известняках Эль-Пасо в Западном Техасе, имеет, вероятно, палеогеографическое значение. Такие купола известны также в верхней части формации Погонип в Кордильерской геосинклинали в штатах Юта и Невада, где Чёрчем [68] описаны такие же губково-водорослевые комплексы. Россом и Корнуоллом [308] встречены карбонатные массы мощностью почти 100 м в' южной части штата Невада в районе Микельджон-Пик; образования состоят из слоистого микрита. Редкая макрофауна представлена лишь брахиоподами (несколько слоев), губками и головоногими. Эти крупные купола также находятся у края кратона. Во внутренних платформенных доломитовых фациях, таких как в формации Элленбёргер в Техасе, в типичных слоях свода Озарк и в доломитах Онеота и Манитоу в штатах Висконсин и Колорадо раннеордовикские купола встречаются реже и имеют меньшие размеры. Вероятно, эти области были слишком мелководны и обособлены, что не способствовало процветанию биологических сообществ.

Вышеупомянутые водорослево-губковые постройки преобладали на окраинах шельфов, а в виде небольших куполов и на мелководных шельфах на протяжении весьма длительного периода истории Земли. Со времени отложения формации Большого Невольничьего озера, описанной Хофманом, до начала среднего ордовика (450 млн. лет назад) прошло более миллиарда лет. В начале среднего ордовика в Северной Америке и вокруг Балтийского щита появляется первая истинно «рифовая» фауна. В кембрийских слоях найдено около 100 представителей семейств. Вдвое больше находят их в отложениях среднего ордовика, несмотря на вымирание двух третей семейств кембрийских трилобитов, составлявших большинство кембрийских форм. Многие виды новых семейств впервые появляются в небольших карбонатных постройках. Мшанки, ругозы, строматопороидеи и табуляты представляют собой ордовикский прикрепленный бентос, способный накапливать карбонаты. Представители других классов, таких как головоногие, трилобиты, брахиоподы и, кроме того, криноидеи и бластоидеи, приобретают большое значение в постройках.

Смена раннеордовикской фауны среднеордовикской произошла в период формирования в Северной Америке регионального несогласия. Это было событие почти такого же значения в истории эволюции, как и появление организмов с известковой раковиной в кембрии 150 млн. лет ранее и биологические изменения в конце палеозоя - 200 млн. лет спустя. Возникновение этих организмов, способных создавать определенные экологические сообщества, накапливать в тканях карбонат, широко распространяться и видоизменяться, было событием огромной важности в истории Земли.

На континентальных окраинах были построены крупные разобщенные карбонатные тела, а меньшие по размерам купола - на шельфах и в мелководных впадинах. Циркуляция вод стала более ограниченной и способствовала осаждению эвапоритов. В то же время внутренние части впадин в пределах кратона и на его краю испытывали недостаток поступления терригенного материала. В ходе регионального погружения впадины резче обособились от шельфов, которые росли за счет накопления карбонатных осадков. До этого времени карбонатные осадки поставлялись на шельфы за счет главным образом приливных течений; теперь же важным фактором стало органогенное накопление карбонатов. Эти ранние «рифовые» фауны и флоры имеют значительное экологическое сходство с таковыми мезозоя и современности. Представляет также интерес вспышка эволюции в этой биоте на протяжении среднего палеозоя.

Древнейшие среднепалеозойские карбонатные постройки подробно описаны Питчером. [277] и Туми и Финксом [368], которые изучали их в слоях Чейзи Новой Англии, в окрестностях оз. Шамплейн, в районе, простирающемся далее в Канаду от Монреаля в провинцию Квебек. Такой шельф наблюдается к западу от Аппалачской геосинклинали и к северу от оси Адирондак - Фронтенак. Здесь накопилась толща от 300 до 1000 м хорошо слоистых карбонатных пород, причем разрез начинается со среднего ордовика. В этих осадках встречаются микри товые купола, однако недостаточная обнаженность не позволяет установить региональные простирания и факторы, контролирующие размещение отдельных построек. Купола сформировались на мелководном шельфе в условиях различной подвижности вод. Все купола небольшие-от 2 до 8 м. Они имеют ту же форму и размеры, что и водорослево-губковые купола раннего ордовика и позднего кембрия, но фаунистически они богаче.

В куполах различаются разные биологические сообщества, но четко выраженная вертикальная последовательность фаун редка в этих древнейших слоях среднего ордовика. Рис. IV-4 представляет собой разрез этих куполов с фауной [277].

Древнейшие Чейзские купола принадлежат к наиболее мелким и представляют собой линейные гребни микрита, обросшие пластинчатыми или волнистыми колониями мшанок из рода Batostoma. С боков купола окружены перемытыми биокластическими и оолитовыми зернистыми известняками (пакстоун, грейнстоун). Позже в чейзское время (формация Краун-Пойнт), когда воды были менее подвижны и сократился привнос терригенного материала, купола слагались разнообразными комплексами организмов, но и эти купола оставались небольшими.

Наблюдается большое фаунистическое разнообразие:

1)          сообщество Solenopora (?)   и обрастающих строматопороидей,

2)    купола с преобладанием каменных губок Zittella.

3)          массы исключительно из табулят Billingsaria

и 4) купола из трех сообществ: а) строматолитовых водорослей и небольших бугорков Solenopora (?) с рассеянными многочисленными ортоцератидами, б) обрастающих мшанками Batostoma с трубчатыми табулятами Eofletcheria и в) Batostoma и Solenopora (?).

В небольших куполах провинции Квебек наблюдается некоторая последовательность фаун в вертикальном разрезе. Здесь нижние слои представлены биокластическим пакстоуном, перекрытым обрастающими мшанками, заключенными в микрит, а выше постепенно появляются обрастающие кораллы Billingsaria. Купола венчаются трубчатыми Eofletcheria или другими табулятами. В слоях Краун-Пойнт в окрестностях оз. Шамплейн по бокам куполов встречены конические губки Zittelella, перекрытые мшанковым микритом. Купол высотой 2 м увенчан пластинчатыми строматопороидеями. Купола рассечены каналами, заполненными калькаренитом, что весьма напоминает картину, наблюдаемую в раннеордовикских и позднекембрийских куполах. Формы роста различных среднеордовикских организмов приведены в табл.IV-1.

 

ТАБЛИЦА   IV-1

ФОРМА РОСТА ОРГАНИЗМОВ В ЧЕЙЗСКИХ КУПОЛАХ

 

Обрастающие (связывающие и

стабилизирующие тонкозернистый

осадок)

Бугристые (связывающие осадок)

Прямостоящие (каркас трубчатый)

Мшанки:

Batostoma, Cheiloporella

 

Atactotechus

Обрастающие строматопоры: Cystostroma

Pseudostylodictyon, коралл Billingsaria

Коралл Eofletcheria

Обрастающие кораллы: Billingsaria

Lamottia, Billingsaria (редки)

 

Обрастающие губки:

Zittelella (редки), пластинчатые

формы

 

Zittelella (наиболее обычны)

Водоросли:

Solenopora, Girvanella -ветвящиеся,  проникающие трубочки, Rothpletzella (мелкие   четкообразные водоросли)

Solenopora

 

Строматолиты: Sphaerocodium ? (сегменты)

 

 

 

Анализ пищевых цепей (трофический анализ) проводился Туми и Финксом [368]. Губки, строматопороидеи и мшанки рассматриваются как пожиратели взвеси, фильтрующие органический материал из умеренно спокойных вод. Среди них росли водоросли. Единственными представителями прикрепленного бентоса, напоминающими современных плотоядных кишечнополостных - макрофагов, были табуляты. Второстепенные обитатели представлены поедающими детрит трилобитами Glaphurus, пожирателями взвеси - весьма обильными прикрепленными иглокожими и брахиоподами, жившими в каналах или, возможно, на верхней поверхности купола. Из растительноядных форм следует отметить крупные гастроподы Maclurites. Многочисленные головоногие- возможно, единственные плотоядные - хищники. Такие же ассоциации гастропод и наутилоидей наблюдаются в раннеордовикских водорослево-губковых постройках.

Альберштадт и Уокер [6] описали среднеордовикские купола тех же размеров в формациях Картере и Холстон в штате Теннесси. Купола формации Холстон в фаунистическом отношении однообразны. Их разрез начинается с фазы стабилизированного детрита прикрепленных иглокожих и небольших ветвистых колоний мшанок; вверх по разрезу преобладают пластинчатые обрастающие колонии мшанок. Органогенные постройки в формации Картере сложнее. Осадок с обломками прикрепленных иглокожих, очевидно, стабилизировался ветвящимися формами Receptaculites (мутовчатая сифонея), обрастающими мшанками и прикрепленными иглокожими. На этом первичном сообществе поселялись пластинчатые строматопороидеи, а затем разнообразные сообщества куполовидных кораллов, пластинчатых строматопороидеи, ветвящихся мутовчатых сифоней, прикрепленных иглокожих и ветвистых мшанок. Наконец, в кровле купола преобладают пластинчатые строматопороидеи, аналогично обрастающим мшанкам в куполах формации Холстон.

Подобно всем другим более древним палеозойским куполам, росшим на мелководных шельфах, гидрологический режим и глубины вод имели меньшее значение, чем образование участков для роста организмов наряду с увеличивающимся разнообразием биологических сообществ [6, 7]. Последовательность сообществ иллюстрируется табл. IV-2.

 

ТАБЛИЦА   IV-2

ЭВОЛЮЦИЯ  ОРГАНИЗМОВ  В  ОРГАНОГЕННЫХ ПОСТРОЙКАХ

 

Обрастающие и пластинчатые формы

Разнообразие отсутствует, преобладает одна форма

Фаза многообразия: прямостоящие и  обрастающие формы преобладают

Значительное  разнообразие форм

Фаза колонизации

Разнообразие  форм увеличивается

Фаза стабилизации:

1)    спутанные массы прямостоящих
форм,

2)   прикрепленные иглокожие -
как ловушки для известкового
ила

Разнообразие форм уменьшается

 

СИЛУРИЙСКИЕ ПОСТРОЙКИ

Силурийские кораллово-строматопороидеевые микритовые купола и экологические рифы из карбонатных построек наиболее изучены в основном благодаря многочисленным и детальным исследованиям двух районов: обнажений на о-ве Готланд у Балтийского побережья Швеции (А. Хаддинг, В. Хеде, В. Юкс и А. А. Мантен) и в северной части Соединенных Штатов Америки, в штатах Иллинойс и Индиана (X. А. Лауенстем, Е. Р. Каммингс и Р. Р. Шрок, А. В. Кароцци, Д. А. Тексторис и Дж. Дж. К. Ингелс).

Небольшие силурийские купола о-ва Готланд расположены вдоль мелководного шельфа, окаймляющего Балтийский щит, лежащий к востоку от Каледонской геосинклинали. Венлокские купола Великобритании [71, 321] находятся внутри самой геосинклинали, но, предположительно, на мелководной платформе близ ее края.

Силурийские отложения в Северной Америке распространены широко, хотя и обнажаются в виде отдельных пятен на кратоне, и по сравнению с Европой здесь удается получить более ясное представление о тектоническом положении этих образований. В течение девонского времени силурийские отложения были в основном размыты, однако и по останцам можно прийти к выводу, что к среднесилурийскому времени практически весь континент был затоплен мелководными морями, в которых отлагались морские карбонатные толщи (рис. IV-5). Разбросанные купола и экологические рифы, сложенные водорослями, кораллами и строматопороидеями, окаймляли кольцом обширный центральный кратон и перекрывали его восточный край широким поясом, ныне обнаженным в штатах Индиана, Мичиган    и Иллинойс.    Кроме того, силурийские рифовые карбонатные постройки окаймляют тр* внутрикратонных впадины -впадину Мичиган, впадину Иллинойс (или Бейнбридж) и впадину Западного Техаса и Нью-Мексико (впадину Тобоса).

Кордильерская геосинклиналь также включает окраину шельфа силурийского возраста в центральной части штата Невада и на севере Скалистых гор в Канаде. Ни в одной из этих областей не были установлены барьерные рифы; наблюдается лишь относительно быстрая смена фаций от карбонатных пород с окаменелостями к глубоководным граптолитовым темным или красноватым глинистым осадкам. В штате Невада были детально изучены фации склона [419]. Развитые здесь турбидиты и оползневые отложения указывают на существование в прошлом крутого склона, но образования окраины шельфа подверглись здесь столь значительной доломитизации, что отдельные органогенные постройки не различимы, так что истинный характер окраины шельфа остается неизвестен. В большинстве случаев доломитизированные отложения кратона окаймлены региональным поясом известняков, но фауны этих районов одинаковы.

Об основных силурийских окраинах шельфа, действительно, известно слишком мало. Поэтому детальные описания силурийских построек связаны почти исключительно с областями шельфов, где в последние тридцать лет исчерпывающе исследованы несколько различных типов карбонатных масс, которые изучались сначала палеонтологически, а затем петрографически. Сильная доломитизация, столь характерная для силурийских отложений Северной Америки, затрудняет изучение.

Купола и рифы штатов Иллинойс и Индиана

Стратиграфический разрез в северных штатах Среднего Запада США представлен толщей мергелей, доломитов и известняков мощностью 100-200 м. Эта толща слагает обширный шельф между впадинами Мичиган и Иллинойс к западу от дуги Цинциннати - Файндлей. Обнажен только северный край этого шельфа; большая его часть лежит на глубинах в штатах Иллинойс и Айова. Рис. IV-6 показывает положение приблизительно 160 известных карбонатных построек в ниагарских слоях^ (венлок и лудлоу) на этом шельфе и вокруг впадины Мичиган. Шейвер [325] считает, что многие другие постройки не выявлены.

Лауенстем [221, 222] выделяет на шельфе пояса: 1) чисто карбонатного осадконакопления, 2) с низким содержанием обломочного материала и 3) с высоким содержанием терригенного материала. Эти пояса отражают направленные изменения в осадконакоплении на шельфе, погружающемся во впадину Иллинойс. Пояс, не содержащий обломочных осадков, обладает чертами, присущими приливной полосе и замкнутым морским бассейнам, большую часть которых покрывали нормальные, морские воды. На глубины вод, вероятно, указывает средняя высота построек над дном моря, которая в северных выходах составляет лишь несколько метров, но достигает 100 м в штате Иллинойс. В поясе, лишенном обломочного материала, и в поясе с низким его содержанием постройки размещены в виде неупорядоченных групп и линейное их расположение не наблюдается, за исключением тех участков, где они окружают впадину Мичиган.

Шейвер [325] привязал силурийские постройки штата Индиана к биостратиграфической шкале и сделал, на основании изучения фауны, некоторые интересные выводы. Известны почти 400 видов рифовых и внутририфовых организмов, характерных для этих построек. Фауна непрерывно эволюционировала на протяжении силурийского времени, причем она становилась богаче. Обитатели рифов (живущие на склонах, на вершине рифа и в нишах) становились более разнообразными по сравнению с каркасообразующими организмами, а формы, не связанные с рифами, изменялись незначительно. Этот факт, а также увеличивающееся распространение рифов вверх по разрезу указывают на то, что с течением времени постройки достигали базиса действия волн, и рост среднесилурийских рифов существенно ограничивал циркуляцию вод. Шейвер указал, что рост рифов на шельфе в штате Индиана происходил позже, чем это предполагалось ранее. Эти рифы частично являются эквивалентами эвапоритов Салина впадины Мичиган. Шельфовые постройки варьируют, причем их типы контролируются положением на шельфе, погружающемся к югу во впадину Иллинойс (рис. IV-7). Ниже описывается их пять типов.

1 Водорослево-губковые строматолитовые купола в штатах Огайо, Висконсин и в северной части штата Индиана [344, 356, 358]. Эти небольшие купола (некоторые менее 3 м в высоту и несколько десятков метров в поперечнике) росли в условиях замкнутых морских бассейнов в верхней части шельфа по периметру впадины Мичиган. Местами слои строматолитов брекчированы, что явилось результатом периодического высыхания и воздействия волн. В некоторых местонахождениях строматолиты венчают купола пелитоморфных известняков, относящихся к типу, описанному ниже.

2 Мшанковые купола пелитоморфных известняков с многочисленными строматактоидными текстурами. Эти купола соответствуют «рифам» Лауенстема [221, 2Щ и стадии 2 микрофации 3 Тексториса и Кароцци [357]. Они формировались ниже активного базиса действия волн и росли вверх на несколько десятков метров, причем эта высота опоеделялась частично глубиной вод (базисом действия волн).

Этот тип построек слагает основание строматопорово-табулятовых экологических рифов, но может встречаться и обособленно. Прорезаемый р. Уобаш Джорджтаунский риф был детально разбурен, что позволило увидеть его строение в трех измерениях (рис. IV-8, Джорджтаунский купол).

Рис IV-8 Простой среднесилурийский купол близ Джорджтауна в штате Индиана в поясе, не содержащем обломочного материала. По Ловенстему. Первичный рельеф низкий; купол сложен микритом, содержащим остатки мшанок и криноидеи. Рисунок внизу выполнен без соблюдения масштаба. Купол имеет около 2 км в поперечнике и высоту 40 м. Бурение позволяет оконтурить купол под ледниковыми наносами и частично под маломощным покровом девонских формации Джефферсонвилл и Кеннет-Кокомо. Петрографические данные по О. П. Маевски

 

Некоторые купола пелитоморфных известняков могут достигать в поперечнике одной мили; они представляют простые, низкие, конусообразные формы, сложенные чистыми известняками или доломитами и окруженные пористыми, глинистыми, отчасти кремнистыми доломитовыми вакстоунами, содержащими менее 10% биокластического материала. Порода купола - массивный вакстоун или пакстоун с содержанием биокластического материала от 5 до 50%.

Разнообразная фауна представленаостракодами, трилобитами, брахиоподами,кораллами, строматопороидеями, цефалоподами, гастроподами, двустворками и губками. Эта биота весьма сходна с биотой нормальных слоистых силурийских известняков;в описываемых куполах отсутствует вертикальная и латеральная дифференциацияфауны. Преобладающие типы обломочныхчастиц - обломки криноидей и колониймшанок - криптостомат, включающих многочисленные сетчатые и мелкие палочкообразные формы. Кораллы - главным образом небольшие, одиночные представителиругоз и колонии табулят. Строматопоры-небольшие колонии в виде кочанов капусты, которые не являются каркасообразующими. Водоросли редки - отмечены лишьнесколько представителей Solenopora. Повсеместна строматактоидная текстура. Петрографическое изучение показывает, что полости, образованные в результате разрушения ветвей мшанок и выноса известковогоматериала, заполнены кристаллическимкальцитом; таково же заполнение полостей,образовавшихся на месте предохранительных крышечек мшанок. Эти полости не рассматриваются как результат растворенияорганогенного каркаса, что предполагалосьЛауенстемом, Лисом, Лекомптом, Батерстом и другими исследователями (см.гл. V).     V

3. Криноидно-табулятовые купола пелитоморфных известняков в штате Айова (формация Гауер, [276, рис. ХН-4]). Это преимущественно массы пелитоморфного известняка, переполненного криноидеями и рассеянными колониями Favosites, Halysites и более редкими пластинообразными строматопорами. Высота этих тел колеблется от б до 30 м. Они росли в непосредственной близости к базису действия волн, о чем свидетельствуют хорошо развитые отложения  окраинной   (наветренной)   зоны.

На ранней стадии развития купола криноидей могли вызвать образование скоплений ила, которые на наветренной (обращенной   к северу   и западу)   стороне были разобщенными, но по мере движения к подветренной стороне и вверх по разрезу холмы эти постепенно сливались в главный холм, или купол На крутой наветренной стороне купола развивался покров из колоний табулят. На поздней стадии слившиеся массы превратились в платформу, поверхность которой располагалась вблизи базиса действия волн. Затем на наветренной стороне платформы развились колонии организмов в виде клинообразных (линзовидных) биостромов. Последние представлены водорослевыми строматолитами, скоплениями брахиопод - ринхонеллид и зарослей переплетенных лендроидных кораллов Amplexus с рассеянными колониями табулят Этот органогенный покров вниз по склону постепенно сменяется слоистыми плотными доломитами - литофацией спокойных вод, которая развита также на подветренной стороне комплекса.

4 Полно развитые экологические рифы. Развитие волноустоичивых тел построенных каркасообразующими организмами, детально описано Ловенстемом [221, 222] на примере построек в поясе с низким содержанием обломочного материала в штатах Иллинойс и Индиана. Исследования проводились как по скважинам, так и по наземным обнажениям. Позднее Тексторис и Кароцци [357] провели петрографические исследования рифов в указанном поясе, а Инглс, с присущим ему творческим воображением, детально исследовал Торнтонский риф [165]. Несмотря на различные подходы к данной проблеме и неравномерное палеонтологическое и петрографическое изучение, удается получить стройную картину образования построек. Они, в отличие от описанных выше формировались в более глубоководных условиях ниже по палеосклону. Некоторые из  них достигали значительной  высоты   (30-70 м)   над дном  бассейна.

Выделяется несколько стадий роста. Рост построек начинался с накопления криноидных известковых вакстоунов на глубинах ниже базиса действия волн, подобно постройкам формации Гауер в штате Айова. Фаунистически эти накопления соответствуют раннему сообществу Syringopora, Favosites, дендроидных табулят и незначительного количества строматопороидей, описанному Ловенстамом. Отмечаются сетчатые строматактоидные структуры и значительное количество глинисто-известкового заполнителя. Криноидеи представлены в основном Pisocrinus. Установлено несколько родов орнаментированных трилобитов и четыре рода губок.

Строматактоидные пелитоморфные известняки и известковые вакстоуны, а также известковые алевролиты, переполненные остатками мшанок, отвечают следующей главной стадии и соответствуют полному развитию купола, как это наблюдается в Джорджтауне и в большинстве построек в Уобаше и Мэттоке (стадии 2 и 3 Тексториса и Кароцци [357]).

Вверх по разрезу увеличивается число представителей разнообразной рифовой фауны, и в кровле они образуют настоящий каркас, построенный волноустойчивыми организмами, включающий внушительное количество форм - рифолюбов (обитателей ниш). Ловенстам отмечал возрастающее обилие строматопороидей и то, что кораллы Favosites, Halysites, Heliolites и Syringopora образуют лишь низкие бугры. Обильны криноидеи - камераты и брахиоподы, такие как Chonchidium, ринхонеллиды, атрипиды и спириферы. Отмечены также семь родов различных трилобитов и много моллюсков. На стадии образования каркаса (стадия подвижных вод Ловенстама [221], стадия 4 Тексториса и Кароцци [357]) постройка достигала базиса действия волн и получила расцвет типичная рифовая фауна. Вместе со строматопороидеями сосуществовали многочисленные и крупные кораллы - табуляты; появились новые группы кораллов, включая Arachnophyllum, Thecia, Alveolites, Fletcheria и Coenites. Губки исчезли. Трилобиты все так же разнообразны и представлены одиннадцатью родами, хотя выпуклые гладкопанцирные Bumastus наиболее обильны. Брахиоподы представлены также многими родами, включая толстораковинные Trimerellacea и пентамериды. На внешних краях постройки существовали конхидиумы. Важное значение имели также иглокожие: бластоидеи, цистоидеи (особенно Caryocrinites) и преобладающие камераты. Обитавшие на рифах хищники представлены 22 родами наутилоидей! На более ранних стадиях роста рифа, в условиях более спокойных вод, их раковины прямоконусные (ортоконы), а на поздней стадии, особенно на обращенной к шельфу стороне, в поясе с небольшим количеством обломочного материала - спиральные и короткоконусные (бревиконы). Гастроподы имеют различную форму раковин -от плоской до башенковидной. На поздней стадии развития рифа существовали также крупные проблематичные дазикладации Ischadites.

Последняя и заключительная стадия развития типичного силурийского шельфового рифа (стадии 5 и 6 Тексториса и Кароцци [357]) наступила тогда, когда постройка достигла базиса действия волн и рост вверх прекратился. Латеральная аккреция значительных по объему боковых отложений формирует платформу и, в меньшей степени на наветренной стороне ядро, при котором оно перекрывает боковые отложения Дифференциация фауны также способствует различению наветренной стороны постройки иногда развивались венчающие постройку биокластические оолитовые отложения' ьоковые (склоновые) отложения, главным образом криноидные, могут слагать большую половину постройки, свидетельствуя тем самым о том, что образование обильного биокластического материала за счет разрушения остатков обитателей ниш было на вершине рифа и продолжалось длительное время. Исключительное обилие органогенного материала на этой стадии свидетельствует о том, что глубины на платформе составляли первые метры. На рис. IV-9 показана схема роста постройки

Рис. IV-9. Идеализированная схема полно развитого среднесилурийского экологического рифа, обычного для нижнего пояса обломочных осадков Ловенстема [211] В кровле криноидно-мшанкового детритового известняка с микритовым заполнителем развит строматопоровый баундстоун.

Распределение фаций  в куполе согласуется со схемами, изображенными на рис ХII-5 и VI-25 Цифры на рисунке: 1 - базальное биокластическое скопление начальной аккумуляции 2 - постройка и микритового бафлстоуна ниже базиса действия волн, 3 - баундстоун гребня каркасного рифа, 4-боковые слои из обитавших на вершине рифа криноидеи но без обломков каркасообразователей, 5 - венчающий грейнстоун - криноидный песок

 

Изучение Торнтонского карьера,, расположенного к югу от Чикаго, проведенное Инглсом [165], позволило реконструировать последнюю стадию роста вершины рифа и соотношения со склоновыми отложениями на наветренной и подветренной сторонах. Обнажения этой постройки позволяют лишь частично наблюдать' фации ядра, которые составляют меньшую часть общего объема пород; большая их часть представлена круто падающими слоями склоновых отложений (углы наклона достигают 35° в стороны от центральной области ядра). Ясно показана асимметрия этой эллиптической массы, имеющей форму низкого конуса, причем слои склоновых отложений представлены в виде шлейфа на подветренной стороне..

Вокруг ядра закартированы небольшие побочные купола - холмы; ядро по составу сложное и наращивалось в стороны и вверх как в наветренном, так и в подветренном направлениях. На наветренной стороне рифа волноустойчивый каркас ядра выражен окаймляющими центральную часть грядами кораллово-строматопоровых известняков. На юго-западе (с наветренной стороны) пояс такого баундстоуна в четыре раза шире. Зона, где обычны гладкие выпуклые трилобиты Bumastus, рассматривается как плоская вершина рифа, окаймленная пляжем, на котором накапливались остатки ортоконических цефалопод. В лагуне, расположенной с подветренной стороны от главного кораллово-строматопорового гребня, обращенного на юго-запад, находились заросли криноидей с редкими табулятами. Более грубо обломочный криноидный детрит отмечен на юго-западной (наветренной) стороне. Присутствие иглокожих и цефалопод указывает на нормальную соленость вод и на достаточные глубины над вершиной рифа, а не на межприливные условия. Органогенно-обломочные слои относительно немногочисленны на наветренном склоне, но наращивают постройку в северо-восточном направлении. В юго-западном секторе постройки отмечаются брекчии, образованные за счет разрушения рифа, - необычная для силурийских рифов черта. Большая часть отложений пририфового шлейфа представлена маломощными, ритмичнослоистыми пластами доломитовых пелитоморфных и органогенно-обломочных известняков. На рис. IV-10 показаны восстановленные Инглсом ископаемые фации Торнтонского рифа.

5. Башенные или конические рифы Мичиганской впадины. Наложенные друг на друга и слившиеся рифы вышеописанного типа образуют среднесилурийский барьерный комплекс мощностью 150-1200 м, расположенный по краям Мичиганской впадины, которая представляла собой некомпенсированный прогиб с накопившимися в нем на протяжении этого времени осадками (30 м)-рис. IV-11. В этом барьерном рифе серия скважин прошла следующую толщу пород (залегающих выше базальных карбонатных пелитоморфных известняков): 1) грубозернистые карбонатные пески и гравелиты с косой слоистостью, переходящие вверх по разрезу в массивные пески (мощность 15-100 м); 2) флаутстоун с крупными колониями строматопор и табулят Coenites и Favosites в весьма грубозернистой песчаной связующей массе (15-80 м); 3) грубозернистые пески без окаменелостей,, переходящие вверх по разрезу через зеленые глины; 4) пятнистые и слоистые зарифовые известковые илы мощностью около 10 м. Эта регрессивная толща имеет венлокский возраст, но на стороне барьера, обращенной к впадине, присутствуют и более молодые силурийские (лудловские) образования со строматопорами и водорослями.

По северному и южному краям впадины параллельно барьерным рифам протягиваются пояса многочисленных изолированных построек. Аккумуляция осадков на их склонах, обращенных к впадине, соответствовала темпу осадконакопления во впадине. Бриггс и Гилл [52] и Мезолелла и др. [244] дали описание идеальной последовательности осадочных образований, развитых в этих венлокских конусных рифах (рис. IV-12). Разрез толщи начинается криноидно-мшанковым микритом, который формировался на некоторой глубине. На этой ранней стадии встречаются скопления криноидных калькаренитов, чаще - табуляты (роды Coenites, Favosites и Halysites) и строматопороидеи, которые обрастают водорослями. Косая слоистость обломочных отложений указывает на последующее понижение уровня моря. Значительная часть этой массы пород, возможно, подверглась вадозному диагенезу. Во время низкого стояния уровня моря (лудлоу) во впадине начали формироваться эвапоритовые отложения (подразделение А-1). Затем повышение уровня моря дало возможность формироваться пластинчатым строматопороидеям и водорослевым строматолитам. На следующий период осушения указывают плоскогалечные конгломераты, залегающие в кровле этого подразделения. В это время во впадине в осолоненных водоемах и на участках себхи шло осаждение мелководных эвапоритов (эвапориты А-2). Пиковые рифы впоследствии были погребены при накоплении толщи эвапоритов, которые слагают остальную часть формации Салина. Весьма похожие среднедевонские строматопоровые рифы, погребенные соленосными отложениями, известны также в области Зама Западной Канады, где из них добывается значительное количество нефти и газа. Водорослевые купола цехштейна встречаются по краям впадины и также погребены в толще эвапоритов. Эта обычная ассоциация имеет большое значение. Эвапориты отлагались во время понижения уровня моря и заполнения впадины цикличными осадками; купола возвышались над водой, выщелачивались и доломитизировались. Таким образом, пористость и проницаемость в органогенных карбонатных постройках возрастали периодически, во время заполнения впадины эвапоритами. Эти же эвапориты также запечатывали резервуары, образовавшиеся в период их формирования.

 

Рис. IV-12. Рост построек и эвапоритовое осадконакопление в процессе циклической и повторяющейся седиментации. По Мезолелла и др. [244], на окраине шельфа впадины Мичиган и на конических рифах передового склона.

Условные обозначения те же, что и на рис. III-1. Эвапоритовое заполнение межрифовых областей при низком стоянии уровня моря образует подразделения А-1 и А-2. В основании этих подразделений наблюдается размыв, образовавшийся, вероятно, в субаэральных условиях при осушении частей впадины и шельфа

Определение простирания, направления палеотечений и    палеоветров

При образовании куполов и экологических рифов на силурийском шельфе в штатах Индиана и Иллинойс ветры дули обычно с запада или юго-запада; такое же направление имело и вызванное этими ветрами волнение, что показывает, какого рода данные могут быть использованы при расшифровке направлений ветров и волнения даже в стабильных условиях шельфа. Такие особенности строения могут иметь рифы даже тогда, когда построенный организмами каркас не намного превышал уровень базиса действия волн и не обусловливал образование прибоя, а лишь достигал базиса действия волн.

1.      Форма. Поскольку рифовый каркас формируется на наветренной стороне, в то время как его обломки образуют шлейф на подветренной стороне благодаря преломлению волн, в результате образуется асимметричная форма. «Хвост» или двойные «рога», сложенные обломочным материалом рифа, вытягиваются в подветренном направлении. На подветренной стороне пласты боковых отложений не только простираются дальше от рифа, но и их склоны не такие крутые, как на наветренной стороне.

2.      Ядро каркаса разрастается, когда уровень моря стабилизируется, перекрывая боковые отложения лоскутного рифа со всех сторон, но в большей степени эта тенденция проявляется на наветренной стороне. Побочные рифы растут преимущественно на наветренной стороне.

3.      Параллельные, полукруглые пояса, более узкие и более многочисленные на наветренной стороне, образуются в результате дифференциации фауны; на этой стороне отмечается рост особых сообществ организмов, включающих кораллы, криноидеи и брахиоподы.

4.      Криноидный биокластический детрит, образовавшийся за счет разрушения колоний кораллов на флангах рифа, окружает ядро. Эти калькарениты имеют большую мощность на наветренной стороне. Более крупные, менее расчлененные фрагменты находятся на наветренной стороне, хотя отложения этого типа более широко распространены на подветренной стороне.

5.      Слои брекчий и грубообломочного детрита редко отмечаются на флангах этих силурийских рифов, но могут присутствовать на наветренной стороне.

6. Более глинистые отложения спокойных вод замещают рифовые калькарениты  на подветренной стороне; волновая деятельность препятствует отложению глинистого материала в наветренном квадранте.

Постройки острова Готланд

Силурийские карбонатные постройки разных типов хорошо изучены на островах Балтийского моря - о-ве Готланд и на ряде островов у побережья Эстонии. Имеется обширная литература, включающая описания исследований Хеде (1917-1960 гг.), Хеддинга (1927-1958 гг.), Джакса (1957 г.) и Мантена (1971 г.). В последней книге отложения о-ва Готланд описаны весьма детально; она также сопровождается обширной библиографией. Выходы отложений на о-ве Готланд являются частью пояса известняков и мергелей, простирающегося с северо-востока на юго-запад вдоль оси современного Балтийского моря. Эти и более древние палеозойские слои отлагались в условиях мелководных впадин или шельфа, располагавшихся к югу от Балтийско-Скандинавского щита и к востоку от Каледонской геосинклинали, мощные глинистые граптолитсодержащие отложения которой обнажаются в Южной Швеции (Скании) (рис. IV-13) и известны на глубине в районах к югу от Балтийского моря. Мощность силурийских отложений, обнаженных на о-ве Готланд, около 600 м; биостратиграфически они охватывают практически всю систему. Слои полого падают на юго-восток и обнажены в низком клифе, простирающемся под углом к длинной оси острова, который вытянут с севера на юг приблизительно на 100 км. Детально изученный разрез состоит из чередующихся пачек известняков, глинистых сланцев и мергелей. Литологические изменения разреза связаны с последовательными этапами обмеления и углубления морского бассейна и колебаниями привноса глинистого материала. Это типично неритовая толща, содержащая большое количество ископаемых органических остатков. В нескольких горизонтах имеются карбонатные постройки, которые залегают как в регрессивной, так и в трансгрессивной последовательности. Согласно данным Мантена, постройки изменяются от подошвы к кровле разреза.

Древнейшие и наиболее северные по положению слои Висбю содержат небольшие сфероидальные или в виде обращенного конуса с крутыми боковыми поверхностями выступы диаметром лишь в несколько метров. Они залегают в мергелях и не сопровождаются боковыми отложениями шлейфов. Количество видов ископаемых организмов ограниченное, причем главные рифостроители представлены колониями кораллов, имеющими форму колокола или башни, с редкими уплощенными строматопорами; по мнению Мантена, они почти не содержат водорослей. Криноидеи также отсутствуют. Заполнитель представлен известковым илом. Полагают, что такие постройки формировались в водах с илистой взвесью глубиной в несколько десятков метров. Слои Висбю имеют позднелландоверский возраст. Венлокские слои силура Эстонии содержат сходные по внешней форме небольшие постройки, которые, однако, отличаются видовым составом присутствующих в них организмов, представленных мшанками и известковыми водорослями. Хеддинг [139] описал сходный, но чисто водорослевый биогерм в Смойене, на северо-востоке о-ва Готланд.

Первые крупные постройки на о-ве Готланд обнаружены в венлокских слоях (холбургский тип, по Мантену). Некоторые из этих построек имеют площадь  100 м2 и уплощенную линзовидную    форму.    Они включают комплекс массивных микритовых «рифовых» известняков с обильными окаменелостями и имеют горизонтально залегающие или круто падающие слои боковых отложений. На основании полевых наблюдений устанавливается рельеф с размахом 5-15 м, но обычно он имеет меньшую амплитуду. В некоторых местах наблюдаются неслоистые массы, постепенно переходящие в боковом направлении в горизонтально залегающие между ними тонкослоистые отложения. В других местах эти массы перекрыты слоями боковых отложений. Такие слои имеют падение под углами до 25°, представляют собой ореолы, состоящие в основном из обломков криноидей. В кровле некоторых построек иногда наблюдаются следы морской эрозии.

 

Эти постройки напоминают некоторые постройки Северной Америки, а именно среднюю стадию развития последних, но они на о-ве Готланд меньше по размерам. Это линейно вытянутые массы караваеобразной формы, простирающиеся в северо-восточном направлении, причем длинные их оси вытянуты параллельно поясу обнажений. Постройки протягиваются, видимо, вдоль силурийской береговой линии, которая временами смещалась к востоку или западу. В целом пояс, включающий эти массивы, может достигать ширины в несколько километров; в них обнаружена весьма разнообразная фауна: около 15 родов табулят и хелиолитид и 25 родов тетракораллов, но по количеству видов строматопороидеи преобладают и являются главными каркасообразующими организмами. Водоросли также обычны. В целом в венлокских постройках и их боковых отложениях установлено 260 видов организмов. Условия среды отвечали эуфотической зоне неглубоких вод, располагавшейся не намного выше базиса действия волн (рис. IV-14).

 

 

Рис. IV-14. Силурийский риф на о-ве Готланд к северу от Лундсклинта в слоях Хёгклинт. Хобургенский тип рифа. По Мантену [230, рис. 49], с разрешения автора и издательства «Элсевиер», Амстердам

Наиболее высокие карбонатные постройки в силурийских отложениях о-ва Готланд (холмхалларский тип, по Мантену) имеют лудловский возраст и представляют собой крупные, уплощенные неправильные тела, сложенные главным образом крупными колониями строматопор и водорослей и почти не содержащие кораллов. Фауна по систематическому составу весьма ограничена; присутствуют значительные количества боковых отложений, представленных обломками криноидей. Эти массы, мощностью не более нескольких десятков метров, залегают в слоях чистых известняков и до площади могут превышать 1 км2. Они широкие и уплощенные и местами имеют серповидную форму. Выпуклость дуги гребня обращена в наветренную сторону, в направлении от береговой линии. Очевидно, условия среды, соответствующие этим образованиям, представляли собой неглубокие, очень чистые морские воды, возможно, до некоторой степени изолированные. На мелководность указывают многочисленные перерывы роста, заполнения гигантских трещин и крупные глыбы в склоновых отложениях на флангах построек. Кроме этих образований, на о-вах Карлсё имеются круговые рифы, сложенные крупными кораллами, перекрытыми строматопороидеями. Рифы на склонах или побочные постройки также известны в этом местонахождении.

Шельфовые рифы о-ва Готланд отличаются от рифов среднего запада Северной Америки. В общем условия на шельфе приближались к нормально морским и циркуляция вод была лучше. Привнос глинистого материала был значительнее в отложениях о-ва Готланд. Поскольку постройки здесь меньше по размерам, глубины были не столь большими, или погружение шло медленнее. Боковые отложения рифов о-ва Готланд указывают на меньшее постоянство направлений волнения и течений. Однако грубый криноидный детрит встречается ближе к ядрам рифов, и имеются данные, указывающие на то, что волнение распространялось с юго-востока, о чем свидетельствует дугообразная форма некоторых рифов.

В ядрах большинства построек не наблюдается вертикальной последовательности сообществ различных организмов. Возможно, они существовали в водах столь неглубоких и спокойных, что рельеф дна был недостаточен для того, чтобы обусловить биологическую зональность. В более крупных рифах на островах Карлсё крупные кораллы основания сменились многочисленными строматопорами, а Хеддинг [139] считал, что здесь улавливающие илистые частицы сфероидальные строматопоры и табуляты обусловили накопление микрита. Такие ядра росли до зоны накопления обломочных известняков с обильными водорослями, но вряд ли достигали зоны прибоя. В целом биологическая зональность выражена нечетко. Эта постройка и многие другие небольшого размера больше напоминают ранние и средние стадии североамериканских силурийских куполов и рифов. Иногда гладкие строматопоры, компактные массивные кораллы и линзы конгломератов в боковых отложениях, а также перерывы роста указывают на развитие постройки значительно выше базиса действия волн; этот тип рифов встречается редко. Большинство боковых отложений тонкозернистые. Хеддинг [139] неоднократно подчеркивал роль водорослей и других прикрепленных организмов в фиксации детрита. Встречаются желваки Solenopora и обрастающие губковые строматолиты. В мергелистых слоях, залегающих между куполами, отмечаются многочисленные водорослевые шаровые желваки (Sphaerocodium и Spongiostroma).

Представляется странным, что в постройках о-ва Готланд не обнаружено строматактоидных структур.

Учитывая сказанное об условиях осадконакопления, можно сделать следующие выводы. Рассмотренные постройки сформировались, вероятно, в весьма спокойных нормально морских водах, в которых направления течений и волнения не были постоянными. Область, где росли постройки, располагалась на значительном удалении от впадины и вблизи источника сноса тонкозернистого обломочного материала. Постройки начинали расти на мягком субстрате. Глубины вод были умеренными - несколько десятков метров. Местами в позднесилурийское время постройки достигали базиса действия волн. Некоторые из них достигали в своем росте глубин порядка 5 м и весьма напоминают рифовые тела штатов Иллинойс и Индиана.

Как в Северной Америке, так и в области Балтийского моря силурийские постройки представляют собой типичные образования стабильного шельфа, весьма напоминающие постройки в ордовикских отложениях. Они формировались как купола пелитоморфных известняков, переполненных мшанками, и зачастую венчались строматолитовыми водорослевыми покрышками; очевидно, они могли начинать расти на мягком субстрате в спокойных водах умеренной глубины. При достижении в росте базиса действия волн образовывалось ядро, сложенное коралловым и строматопоровым баундстоуном и формировались мощные склоновые отложения, состоящие из обломков или целых органических остатков, характерных для вершины постройки. Вероятно, каркасообразующие организмы росли только до уровня базиса действия волн и оставались покрыты водами глубиной в несколько метров. Более крупные банки и постройки окраины шельфа, если они вообще существовали, состояли из отдельных ядер или лоскутных рифов. Особенности строения силурийских построек представляют типичный пример последовательности стадий роста, наблюдаемой во многих других куполах, например в пермско-пенсильванских и юрских. Эта типичная последовательность кратко характеризуется ниже в данной главе и в гл. XII.

 

ДЕВОНСКИЕ ПОСТРОЙКИ

Древние девонские постройки представлены коралловыми и строматопоровыми лоскутными рифами, весьма напоминающими силурийские рифы., В слоях этого возраста не известны непрерывные образования окраин шельфа. В среднем и позднем девоне, однако, во всем мире отмечается расцвет эволюционного развития кораллов и строматопороидей, выразившийся в кульминации среднепалеозойской рифовой биоты. В качестве рифообразующих форм к преобладающим табулятам добавились колониальные тетракораллы - ругозы. Этот комплекс дал начало многим формам построек и существовал в различных тектонических условиях. Представлены почти все типы карбонатных построек- от микритовых холмов и куполов, увенчанных строматопорово-коралловой покрышкой, во впадинах и геосинклинальных прогибах, до микритовых холмов и куполов, фароподобных лоскутных рифов на шельфах и гигантских протяженных банок в окраинно-кратонных впадинах. В девонское время существовали также линейно вытянутые барьерные рифы.

Несмотря на значительные площади обнажений отложений среднего палеозоя в северном полушарии, карбонатные постройки конца силурийского и начала девонского времени встречаются весьма редко. Однако в Центральной Азии известны рифы с возрастом от лудловского до эмсского века. Штауфер [347] описал узкий силурийско-девонский риф протяженностью 25 км в окрестностях Ноушера в Северо-Восточном Пакистане вблизи р. Инд, недалеко от Кашмира и Афганистана. Этот риф расположен, вероятно, на простирающемся в широтном направлении краю платформы, хотя региональные соотношения здесь не вполне ясны. Он состоит из отдельных удлиненных куполоподобных ядер мощностью в десятки и длиной в сотни метров. Боковые фации представлены криноидными слоями и образовавшимися за счет разрушения рифа брекчиями, как литокластическими, так и биокластическими. Последние состоят из обломков криноидеи и дендроидных кораллов- фавозитид. В разрезах ядер этого рифа установлена интересная последовательность фаун, указывающая на рост до уровня базиса действия волн:

Слой 4 (верхний). Пластинчатые массивные строматопороидеи (более 30%), обильные ортоконические наутилоидеи. Водоросли отсутствуют. Другие кишечнополостные редки. Обычны гастроподы.

Слой 3. Пластинчатые массивные строматопороидеи (около 30%), ругозы, массивные Favosites, обычны криноидеи и гастроподы. Водоросли отсутствуют.

Слой 2. Многочисленные колонии Thamnopora и тонкие дендроидные фавозитиды. Массивные пластинчатые строматопороидеи (25%), обычны ругозы и криноидеи.

Слой 1. Колонии Thamnopora и дендроидные фавозитиды, массивные пластинчатые строматопороидеи (менее 20%). Обычны ругозы. Многочисленные брахиоподы.

Этот разрез ядер залегает на микритовых известняках с небольшим количеством окаменелостей (брахиоподы, криноидеи, рассеянные строматопороидеи).

Позднедевонские фации

Первые экологические исследования позднедевонских построек связаны с именем Мариуса Лекомпта, который проводил палеонтологические и стратиграфические исследования в Динантском бассейне Бельгии. Крупные залежи нефти были открыты в доломитизированных и частично измененных известняках верхнего девона Западной Канады в 50-е годы. Опыт Лекомпта стимулировал биологическое и петрографическое изучение североамериканских построек. Позднее наши знания о таких слоях пополнились данными о прекрасно обнаженных рифах позднедевонского возраста Западной Австралии. Московская впадина также содержит девонские залежи нефти. Никакие другие рифовые слои не были так тщательно изучены в столь различных многих частях Земного шара, как живетско-франские слои, изучавшиеся в 1950-1970 гг. Во всех рассматриваемых ниже постройках биологическое сообщество организмов в основном одинаково. Приводится обзор микрофаций и литофаций, объединяющий рассмотрение петрографических особенностей, органогенных составных частей и осадочных текстур. Необычайно широкое распространение и различия в географическом положении средне- и позднедевонских построек не позволяют перечислить все типы их микрофаций. Однако в областях, где проведено тщательное изучение, с удивительным постоянством повторяются приблизительно двенадцать типов. Они перечислены ниже последовательно от впадины к шельфу и сопровождаются описанием особых черт и условий среды образования. Этот список включает номера от 1-D до 13-D, причем буква D указывает на их принадлежность к девонским микрофациям, в отличие от стандартных микрофаций (СМФ). При выборе типов особое внимание уделено примерам из Западной Канады, где проведено наиболее детальное петрографическое изучение. Микрофотографии большинства этих типов микрофаций заимствованы из работ Клована [102], Фишбуха [ПО] и Дженика и Лербекма [170]. Изучая почти полностью обнаженные слои о-ва Арктик-Бэнкс, расположенного на северо-западе Канады, Эмбри и Клован [102] сопоставили эти фации с абсолютными глубинами вдоль склонов с органогенным карбонатным осадконакоплением, которое происходило предположительно при стабильном уровне моря. Произведенные ими оценки глубин приведены ниже. Некоторые из этих микрофаций включены в систему условных обозначений на идеализированной схеме строения постройки о-ва Арктик-Бэнкс, описанной Эмбри и Клованом (рис. IV-15). Классификация девонских фаунистических комплексов, основанная лишь на их соотношениях с зоной волнения, дана Лекомптом [209] и также приводится ниже.

Рис. IV-15. Биофации карбонатной постройки в пачке Мерси-Бей на р. Маннинг, Северо-Западные территории, Канада. По Эмбри и Кловану [102, рис. 4]. Номера от ID до 9D относятся к типам девонских микрофаций, описанных в гл. IV. Иллюстрация помещена с разрешения авторов и Канадского общества геологов-нефтяников

 

Бассейновые фации (фации впадины):

1D. Коричнево-черные обогащенные органическим веществом глины с Styliolina, Buchiola, Tentaculites, конодонтами, гониатитами. Отлагаются вокруг построек в глубоких водах с плохой аэрацией. Типичны для отложений Дюверней в Альберте и  для  межрифовых  отложений  впадины  Каннинг  в  Австралии  и  Динантского бассейна Бельгии.  По мощности отложений над постройками глубины вод оцениваются в несколько сотен метров. «Глубоководная зона» по Лекомпту.

2D. Серовато-зеленые глины с остракодами, Tentaculites, Buchiola и фораминиферами. Характерны для толщи глин Айртон, заполняющей пространства между банками в провинции Альберта Канады. Отлагались на глубинах, возможно, более 100 м. Шельф или платформа со свободной циркуляцией.

3D. Нормально морские известковые вакстоун и пакстоун. В штате Альберта часто коричневого или кремового цвета. Среди разнообразных фаунистических остатков преобладают криноидеи,  брахиоподы  (исключая ринхонеллиды);  рассеянные кораллы - ругозы и мшанки. В результате деятельности илоедов приобретают однородное сложение. Содержат многочисленные обломки пород. Биокластическии детрит довольно мацерирован. «Спокойная зона» по Лекомпту. СМФ-9 [170, табл. 2, фиг. 1].

4D. Глобулярные строматопоросодержащие шельфовые известковые вакстоун и пакстоун, слагающие биостромы. Содержат немногочисленные кораллы и багряные водоросли. В связующей массе обычные для нормально морских известняков организмы. Типично выражены они в формации Кэрн в Канадских Скалистых горах. Формировались, возможно, непосредственно ниже уровня базиса действия волн в весьма мелких водах шельфа. Особая разновидность СМФ-9 [ПО, таблицы 12, 13] -табл. XVII. Пологие склоны банок:

5D. Коралловые слои. Крупные колонии дендроидных и кустистых ругоз, таких как Disphyllum, и массивные формы, такие как Phillipsastraea, дендроидные строматопоры, подобные Stachyoides. Связующая масса представлена биокластическим известковым вакстоуном; частицы не имеют микритизированной оболочки. Образуются в относительно низкой части склона в условиях обогащения глинистым материалом. По Лекомпту, располагается ниже «зоны турбулентности». Эмбри и Клован [102] назвали их коралловым бафлстоуном и привели примеры из Арктического района. Глубины вод оцениваются в 20-30 м.

6D. Пластинчатые строматопороидеи (25-50%) с многочисленными Stachyoides (дендроидные строматопороидеи), сортированные пакстоун и известковый вакстоун. Включают также угловатые несортированные биокласты без микритизированной оболочки. Биота нормально морская и разнообразная с брахиоподами и криноидеями. Фации чистых известняков средней части склона; условия характеризуются отсутствием глинистого материала. В некоторых случаях ассоциируют с коралловыми слоями; зона субтурбулентности по Лекомпту. Названы Эмбри и Клованом [102] кораллово-пластинчато-строматопоровым «байндстоуном». Глубины вод оцениваются в 10-20 м [110, таблицы 16, 17] -табл. XVIII.

7D. Заросли Stachyoides. Баундстоун с многочисленными неправильными дендроидными формами и некоторым количеством пластинчатых строматопороидеи. Брахиоподы, криноидеи и багряные водоросли. Ниже середины склона встречаются грейнстоун и пакстоун [ПО, с. 19].

Фации края банки:

8D. Массивные неправильные колонии строматопороидеи, в средней части склона, их заполнитель - грейнстоун и пакстоун; много Stachyoides, багряных водорослей и нормально морских биокластов с микритизированной оторочкой. Сильно подвижные воды. «Зона турбулентности» по Лекомпту; вероятные глубины составляют несколько метров (табл. XVII).

9D. Массивные неправильные колонии строматопороидей с заполнителем - вакстоуном, в сторону банки постепенно замещаются зарифовыми фациями. Верхняя часть краевого склона. Нормально морские биокласты отсутствуют; больше сферических строматопороидей. Много Stachyoides. По Эмбри и Кловану глубины оцениваются от 10 м до уровня моря [170, табл. 6, фиг. 1, 2].

10D. Биокластический калькаренит, вакстоун - пакстоун; строматопороидей немного. Нормально морская фауна, местами с онкоидами; чередуются со строматопоровыми слоями .вдоль склона и во фронтальной части банки; включает также Afnphipora - зарифовый организм, который в условиях края банки находится, вероятно, в аллохтонном залегании. СМФ-9 [ПО, табл. 10; 170, табл. 4, фиг. 5].

Фации внутренних частей банки:

11D. Биостромы Amphipora, мелкие трубчатые строматопороидей в пеллетовом пелитоморфном заполнителе - вакстоуне. В подчиненном количестве пеллетовый калькаренитовый пакстоун. Микрофауна представлена кальцисферами и фораминиферами Parathurammina. Особый биостром с СМФ-6 [ПО, табл. 6, фиг. 1] - табл. XIX.

12D. Пеллетовый калькаренит с кальцисферами и фораминиферами, но без Amphipora. СМФ-18 [110, табл. 4, фиг. 2; табл. 9] -табл. XIX.

13D. Ламиниты, состоящие из окончатых водорослевых слоев. Некоторое количество Amphipora. СМФ-19 [ПО, табл. 5, фиг. 1].

Динантский бассейн Бельгии. Строматопоровые и коралловые конические постройки и их эквиваленты на шельфе

На рис. IV-16 и 17 показано положение хорошо известных бельгийских биогермов, описанных в период с 1954 по 1971 г. Лекомптом, который много сделал для обоснования фациальных реконструкций.

Слои в настоящее время сильно смяты вместе с карбоновыми отложениями в результате позднепалеозойского орогенеза и из-за задернованности их можно видеть главным образом в карьерах, расположенных на холмах. Однако на основании многолетних биостратиграфических исследований, проведенных в этом районе, установлены стратотипы ярусов девона. Кувен, Живет, Фран и Фаменн - населенные пункты в этом районе. Накопление осадков девона происходило в области, расположенной к югу от Брабантского массива, который являлся южным берегом континента древних красных песчаников; осадконакопление шло на узком шельфе и в узкой впадине варисцийской геосинклинали, где накапливались глины. На юге впадина была ограничена внутригеосинклинальными поднятиями - массивами Ставелот и Рокруа. С расположенного на севере Брабантского массива в прогиб сносились красноцветные терригенные обломочные осадки. Мощность верхнего девона во впадине составляет 510 м, что приблизительно в два раза превышает мощность отложений на шельфе. Морские регрессии и транскрессии в совокупности с периодическим привносом обломочного материала выразились в циклическом строении позднего девона. В периоды трансгрессий на шельфе преобладало карбонатное осадконакопление; формировались строматопоровые биостромы; одновременно ниже по склону, в пределах прогибающейся впадины начинали накапливаться карбонатные илы, слагавшие холмы или купола. В периоды регрессий или стабильного положения уровня моря обломочный материал сносился через шельф во впадину. В некоторых участках впадины продолжалось накопление карбонатных осадков, которое превосходило по масштабам как прогибание, так и привнос обломочного материала, что приводило к непрерывному росту изолированных карбонатных куполов, достигавших высоты в десятки метров. По мере этого роста вверх по разрезу куполов менялась фауна, приспособленная к условиям обмеления.

Рис IV-16 Распространение куполов (биогермов) и биостромов в живетских и среднефранских слоях Динантского бассейна, примыкающего к Брабантскому массиву, Бельгия. По Лекомпту [209, рис. 5}. Франские биогермы распространены во впадине к югу от шельфа, заполненной глинами, перекрывающими живетские слоистые известняки

/-береговая линия франского времени, подразделения F2; 2-биогермы в F2; 3 - биостромы в F2; 4 -береговая линия   живетского  времени;   5 - живетские    биостромы;     6 - кембрийско-силуриискии массив

 

Рис.  IV-17. Меридиональный разрез через Динантский  бассейн;  стратиграфическая модель среднефранских    (верхнедевонских) фаций. По Лекомпту [208]

/ - биостромы;   2 - известковые   доломиты;   3 - доломиты;   4- биогермы;  5 - глинистые  сланцы;     6 - отложения   франского  яруса   (F3)-другие условные обозначения см. рис. IV-18.

 

Купола были окружены темными глинами и перекрывали среднедевонскую карбонатную платформу. Они наращивались коралловыми известняками и венчались строматопоровой покрышкой, сложение которой становилось массивным и неправильным по мере достижения базиса действия волн. Переход от темных гониатитово-конодонтовых глин к брахиоподовым и коралловым известнякам, пластинчатым строматопоровым постройкам и массивным неправильным формам необычайно сходен с таковым в канадских постройках. Лекомпт полагал; что эта последовательность соответствует зональности прогрессивного обмеления. В настоящее время принято считать, что в образовании описанной зональности играли роль привнос глинистого материала и характер субстрата. Приводимый Лекомптом рис. IV-18 является классическим примером этой фаунистической последовательности.

Рис. IV-18. Биогермы средней части франского яруса (верхний девон) Динантского бассейна (Бельгия) и их боковые фации. По Лекомпту [209, рис. 9]. Условные обозначения к рис. IV-17 и IV-18.

Профиль, показывающий цикличность осадконакопления, обусловленного колебаниями уровня моря и ритмичной седиментацией на шельфах и отдельных куполах. Во время образования карбонатных осадков (трансгрессивная фаза чистых вод) осадконакоплейие на шельфах происходило быстро и приводило к образованию известняковой платформы вокруг Брабантского массива. За это время купола во впадине вырастали до зоны волнения, и наблюдаемая в них последовательность фаун отражает приспособление ко все более мелководным условиям обитания. Между куполами - маломощные темные известняки. Высоты куполов указывают на то, что глубины вне их достигали 100 м. С понижением уровня моря приливные равнины обнажались, на гребнях бассейновых куполов развивались более обильные строматопоры; происходило брекчирование куполов и образование трещин. В конце концов впадина заполнялась темными глинами, окружавшими купола; в этот период шельфы все еще находились над уровнем моря

/ - массивные Alveolites; 2 - сросшиеся Alveolites; 3 - брахиоподы; 4 - криноидеи; 5 - Disphyllum; 6 - гастроподы; 7 - Heliophyllum; 8 - Hexagonaria; 9 - аммониты; 10 - Receptaculites; 11 - одиночные кораллы; 12 - массивные строматопоры; 13 - сросшиеся строматопоры; 14 - ветвистые строматопоры; 15 - стебельчатые кораллы; 16 - строматактоидные текстуры; 17- ветвистые табуляты; 18 - известняковые желваки в глинах; 19- глины; 20- известняки; 21 - мергелистые известняки; 22 - комковатые известняки

 

Купола содержат значительное количество микритовой связующей массы и строматактоидные текстуры. Stromatactis был впервые описан из этих слоев; название относится к кристаллическим участкам с плоским основанием и разветвленной верхней частью. Значительная часть кристаллического кальцита и микритового осадка внутренних частей строматактоидных текстур, очевидно, заполняли полости, сохранившиеся под корками неправильных пластинчатых организмов (например, мшанок, Alveolites). О происхождении этих образований см. гл. V. Местами купола рассечены крупными трещинами, образовавшимися, очевидно, в результате значительных оползаний. Красноватый цвет большинства позднефранских осадков подчеркивает эти трещины и внутреннее заполнение строматактоидных текстур.

Боковые отложения бельгийских куполов представлены главным образом биокластическими среднеслоистыми известняками с брахиоподами, одиночными кораллами и конодонтами. В них присутствует небольшая масса энкринитов. Эти слои вклиниваются в массивные породы куполов. Установлено, что высота куполов составляла несколько десятков метров над морским дном. Купола Динантского бассейна являются хорошей иллюстрацией того, насколько эффективно может быть карбонатное осадконакопление даже в условиях быстрого прогибания и биологически неблагоприятных условиях, характеризующихся обилием терригенного глинистого материала. Если эти купола начинали расти ниже базиса действия волн и в илистых водах и не возвышались первоначально сколько-нибудь значительно над дном моря, верхние части их достигали в процессе роста зоны умеренной турбулентности. Поскольку для этих куполов не известны явно наветренные и подветренные боковые отложения и грубообломочные брекчии передового склона, можно предположить, что кровля этих биогермов оставалась на глубине нескольких метров ниже уровня моря. Отсутствие обрастающих форм и наличие нескольких форм зеленых и синезеленых строматолитовых водорослей на вершине построек подтверждают это.

Район Эйфеля

Важное значение имеет восточное продолжение классического бельгийского девона в Рейнских Сланцевых горах в районе Эйфеля в ФРГ. Тектоническое его положение здесь напоминает условия Брабаятского массива и узкого южного шельфа последнего, но строение их более сложное, а величина прогибания значительно больше. Ясно выраженная линейность в расположении построек свидетельствует о контроле разломами фундамента. На основании исследований Джакса  [179]  и Кребса [194] установлено, что северный массив окаймлялся, областью шельфа (рис. IV-19). К востоку от Рейна эта область прогибалась как краевой миогеосинклинальный шельф. Нормальные межрифовые фации (швельмские фации) представлены хорошо слоистыми темными известняками и аргиллитами с некоторым количеством терригенных пород. Изолированные удлиненные в северо-восточном направлении карбонатные массы и постройки расположены вдоль этого шельфа (дорпские фации). У края шельфа располагались постройки, значительно возвышавшиеся над морским дном (тип 2b на рис. IV-19). Общая мощность известняков дорпских фаций здесь приближается к 1000 м. Отдельные менее возвышавшиеся известняковые банки, чьи «рифовые» фации постепенно замещаются межрифовыми слоями, присутствуют в северной, наиболее внутренней части шельфа (тип Зс). Все эти банки широкие и уплощенные, имеют мощность, возможно, до нескольких сотен метров и площадь до 100 км2. Мелководная шельфовая область, подобная области, расположенной на севере Динантского бассейна, существовала к западу от Рейна и в которой немецкими геологами в зависимости от форм роста организмов, слагающих коралловые и строматопоровые биостромы, выделялись издавна луговые рифы [meadow, (rasen) reefs], «морковные» рифы [ruben (carrot) reefs], бугристые рифы [knobby (knollen) reefs] и глыбовые рифы (blocky reefs) -см. рис. IV-19.

Далее к югу в варисцийском Эйфельском прогибе также существуют рифовые постройки, которые отличаются от имеющих крутые склоны биогермов Динантской сланцевой впадины. Это более крупные и более плоские купола, расположенные на вулканических поднятиях и венчающиеся атоллоподобнымистроматопоровымипостройками (тип lb).

Рис. IV-19. Типы среднедевонских построек Рейнских Сланцевых гор и их тектоническое положение. По Кребсу [195, рис. 12]. Сплошной заливкой показаны области выходов построек на дневую поверхность. Сплошная линия разделяет шельф и расположенный на востоке прогиб; сеткой в нижней правой части рисунка показаны постройки, венчающие вулканические поднятия < в варисцийском геосинклинальном прогибе (тип lb); сеткой в верхней правой части рисунка показаны постройки на окраине шельфа, на краю стабильного блока (тип 2Ь); точками левой верхней части рисунка показаны постройки во внутренней части шельфа (тип Зс); точками в левой нижней части рисунка показаны биостромы, непрерывные рифовые слои на шельфе (также тип Зс). Типы построек даны по тектонической классификации Кребса и Маунджоя [196] и автора. Кребс [194] относил их к типам A, Bl, B2 и С. Иллюстрация помещена с разрешения автора и Общества специалистов прикладной палеонтологии и минералогии

 

Несмотря на то что средне-позднедевонские постройки в Эйфеле расположены в геосинклинальных условиях, для них характерно обычное распределение фаций, которое можно сравнить с таковой, наблюдаемой как для банок Бельгии, так и для банок Альберты [196]. Последовательность фаций Дорпского рифового комплекса в районе Эйфеля следующая:

Впадина - темные глины, черные тонкослоистые известняки, некоторое количество турбидитов.

Нижняя часть склона - калькарениты с окаменелостями, местами брекчии; фауна брахиопод, мшанок, криноидей.

Верхняя часть склона - фланг рифа; грубообломочные брекчии с друзовыми полостями; дендроидные и пластинчатые строматопороидеи.

Риф - массивные, неправильно-пластинчатые строматопороидеи с некоторым количеством ругоз и пластинчатых кораллов; водоросли не имеют большого значения; некоторое количество Solenopora.

Зарифовые фации - преимущественно рифогенный детритус; Stachyoides, Amphipora, пластинчатые кораллы; микритовые фации с иглокожими.

Постройки и банки окаймлены относительно узким поясом рифов с находящимися в них in situ строматопорами, с обломками в интерстициях и инкрустацией крупнокристаллическими друзами. В отличие от рифов Альберты на краях банок и в зарифовой области присутствуют иглокожие и кораллы. Это указывает на значительно меньшую степень изолированности внешнего шельфа. Некоторые из эйфельских банок не содержат внутренних лагунных фаций, а имеют лишь мощную покрышку, сложенную строматопорами и кораллами. Для некоторых участков ш'ельфовой области характерно чередование в вертикальном направлении слоев с обычными зарифовыми Amphipora, окончатых ламинитов, шаровых строматопороидей и микритовых известняков.

Банки впадины Альберта

Типичные рифовые фации среднего и верхнего девона распространены вдоль краев огромных плоских банок и широких шельфов, окаймляющих девонскую впадину Альберта, и вдоль простирающихся в ее пределах узких банок и линейных построек. Открытия залежей нефти в 1950 г. в обширной области равнин и предгорий Западной Канады привели к детальным исследованиям залегающих на глубине девонских отложений, распространенных к востоку от великолепных обнажений девона, лежащих западнее, в Канадских Скалистых горах. Поскольку в этих слоях Кордильерской миогеосинклинали обнажены карбонатные банки, разрезы горной части дают ценный ключевой материал для понимания глубинного строения впадины Альберта   (табл. IV-3).

 

Во время нефтепоисковых работ в прериях Канады было обнаружено три девонских впадины. Они лежат между докембрийским Канадским щитом и геосинклиналью Западных Кордильер. Это впадины (с севера на юг): Хэй-Ривер, Альберта и Уиллистон. В среднедевонское время во   впадинах возникли   строматопоровые постройки,   фации которых оконтуривают также края впадин. В течение регрессии к концу живета впадины были заполнены эвапоритами. Трансгрессии с северо-запада во фране происходили сначала эпизодически, а потом более постоянно до тех пор, пока в фаменское время не началась крупная регрессия. Отложения франской трансгрессии представлены   во   впадине Альберта двумя главными группами формаций; Биверхилл-Лейк и Вудбенд. В течение каждого из этих этапов осадконакопления положительные тектонические элементы фундамента слагали, очевидно, основания протяженных карбонатных платформ, окаймленных массивными и неправильными строматопоровыми накоплениями. Некоторые из них выглядят как огромные ореолы вокруг крупных тектонических элементов. Карбонатные постройки развивались также на многочисленных линейных субпараллельных структурах, а также на изолированных изометрических элементах, предположительно вдоль разломов фундамента и на горстах. Вдоль некоторых из них отмечены положительные гравитационные аномалии. Карта, представленная на рис. II-19, показывает довольно  четкое  северо-восточное  простирание  основных  тектонических элементов,   выраженное   линейными    постройками    и    простираниями краев шельфа. Постройки представляют собой преимущественно плоские   линзообразные  тела;   их  нижние  слои   постепенно  замещаются окружающими глинами.  Склоны на  краях построек имеют уклон от 3/4 до 5° и обычно (не всегда) круче на восточной или северо-восточной стороне, где наблюдается большее количество органогенных образований, сложенных баундстоуном. Мощность построек может составлять сотни метров, но размах рельефа, созданного возвышающимися над платформами банками, меняется от нескольких метров до 200 м. Многие постройки росли на первоначально сформированных даже более широких основаниях, свидетельствующих о том, что они могли быть остаточными органогенными накоплениями, сохранившимися в условиях регионального углубления моря и (или) привноса обломочного материала в результате того, что «держали голову над водой». Наличие многочисленных линейно вытянутых построек, простирающихся вкрест впадины Альберта, указывает на отсутствие дифференциации в строении построек в результате воздействия преобладающих ветров и течений. Органические сообщества могли процветать и в пределах полузамкнутой впадины на стороне, обращенной к открытому морю.

Расположенные между карбонатными банками участки впадины Альберта являются областями несколько более глубоководными, воды которых содержали значительное количество илистого материала. В результате первой трансгрессии, последовавшей за периодом накопления эвапоритов Елк-Пойнт, на больших площадях отложились серые глины и известняки с окаменелостями (формация Уотервейс); получили широкое развитие разобщенные карбонатные банки. Наилучшим образом изученный карбонатный комплекс этого наиболее раннего периода обнаружен в отложениях формации Свон-Хилс. Оба упомянутых подразделения являются подразделениями группы Биверхилл раннефранского возраста. Эти раннефранские постройки в региональном отношении расположены к северу и западу от области максимума карбонатного осадконакопления  позднефранского  времени.  Перед главной  стадией развития построек в вудбендское время и после образования платформы Кукинг-Лейк во впадинах накапливались маломощные черно-коричневые известковые глины Дюверней. Это время некомпенсированного прогибания совпадает со  значительным ростом окружающих впадину банок в вертикальном направлении. Серо-зеленые глины Айртон заполняли обрамленные рифами впадины, глубины которых составляли, возможно, 200 м (см. табл. IV-3).

Рис. IV-20. Поверхность морской карбонатной банки Редуотер, впадина Альберта, Канада. По Кловану [190, рис. 5]. Обращает на себя внимание широкая центральная депрессия, которая, возможно, является следствием позднейшего уплотнения и не является конседиментационной. Изолинии в футах. Сечение изолиний - 20 футов; структурные изолинии проведены по кровле формации Ледюк. Сетка оконтуривает участки площадью 6 кв. миль. Иллюстрация помещена с разрешения автора и Канадского общества геологов-нефтяников

 

Большинство построек подверглось доломитизации - процессу, который обусловил пористость, проницаемость и хорошее качество коллекторов. Несколько известняковых банок детально изучены как в палеонтологическом, так и в петрографическом отношениях. Перечисленные выше в этой главе типы микрофаций установлены главным образом на основе этих исследований. Большинство банок формации Свон-Хилс описано в работах Фишбуха, Меррея и Дженика и Лербекма [ПО, 170, 256], а в Канадских Скалистых горах проведены дополнительные исследования слоев формации Вудбенд [87, 88, 265]. Классическим примером является исследование Клована [190], посвященное банке ^ Редуотер, имеющей вудбендский возраст и лежащей восточнее одной из линейных структур, пересекающей   впадину   Альберта   (Римби - Ле дюк - Мидоубрук). Рис. IV-20 и 21 представляют профиль и схему распределения важнейших осадочных фаций этой банки. В основу рис. IV-22 положена реконструкция Фишбухом более древней и более плоской банки Свон-Хилс [ПО], но с меньшим преувеличением вертикального масштаба.

Рис. IV-21. Профиль рифового комплекса Верхний Редуотер, показывающий смену фаций на восточном краю крупной морской банки во впадине Альберта, Канада. По Кловану [190, рис. 11]. Значительное преувеличение вертикального масштаба; истинное падение слоев на восточном склоне лишь около 2°. Падение слоев к западу во внутренней части банки между скважинами Империал-Игрмонт и Империал-Симмонс является, возможно, следствием уплотнения. Иллюстрация помещена с разрешения автора и Канадского общества геологов-нефтяников

/ - мегалодоновые фации передового склона рифа (2); 2 - рифовый детритус (3), фации пластинчатых строматолитов; 3 - рифовый детритус, массивные строматолиты (5); 4 - органогенный риф (4); 5-8 - зарифовые фации (5- небиокластичеокие калькарениты; 6 - амфипоровые фации; 7-ламиниты; 8 - плотные, источенные сверлильщиками калькарениты)

 

Несмотря на различия возраста, размера и формы, обычно позднедевонские банки впадины Альберта низкие, уплощенные, изолированные постройки с существенно горизонтальной вершиной, содержащей отложения весьма мелководных лагун. Местами они развивались на более широком основании и возвышаются в виде уплощенных конических рифов. Циркуляция морских вод была ограничена, а ветры, волновая активность и течения были весьма умеренны. Характерно отсутствие оолитов, указывающее на спокойные воды и незначительные приливы. Многочисленные ряды органогенных построек также свидетельствуют о слабом гидрологическом контроле. Эвапоритовое осадконакопление происходило только на внутренних участках наиболее широких шельфов на юге. Иногда окончатые ламиниты указывают на суще ствование приливных равнин. В осадках наблюдается та же смена сообществ организмов в вертикальном направлении, которая описана Лекомптом для небольших биогермов Динантского бассейна Бельгии.

Рис. IV-22. Верхнедевонская карбонатная банка; нефтяное месторождение Свон-Хилс, Альберта. По Фишбуху [ПО, рис. 11а]. Банка представляет собой постройку, сложенную нормально-морскими известняками и мелководными образованиями с Amphipora А и дендроидными строматопороидеями (ветвистые значки). Эти отложения перекрываются слоями массивных обрастающих строматопороидей S и венчаются грейнстоунами волновой зоны. Римскими цифрами обозначены стадии роста, соответствующие хроностратиграфическйм подразделениям. Последние определяются по тонким глинистым пачкам, прослеживаемым через постройку. Вертикальная последовательность фаций повторяется в латеральном направлении от края банки к ее внутренним частям в большинстве хроностратиграфических подразделений. Условные обозначения см. рис. III-1. Иллюстрация помещена с разрешения автора и Канадского общества геологов-нефтяников

Отложения крутых склонов банки Канадских Скалистых гор

Несколько крупных карбонатных банок изучено в обнажениях верхнедевонских слоев Канадских Скалистых гор. Формы их варьируют от банок с весьма пологим рельефом [75, 88] и постепенной сменой фаций на значительных расстояниях до значительно более крутых окраин шельфа с размахом рельефа более 100 м и углами склонов 2-10° (например, на юго-восточной стороне долины ручья Вапиаби, для банки Миетте [265] и в комплексе Эншент-Уолл). Эти банки представлены преимущественно породами внутренних фаций - светлоокрашенными хорошо слоистыми известняками и доломитами с фауной замкнутых морских бассейнов (слои с Amphipora и пеллетовые пелитоморфные известняки с радиально-лучистыми кальцисферами). Их края, сложенные массивными светлоокрашенными крупнокристаллическими сахаровидными доломитами, должны представлять водорослевые и строматопоровые постройки. В горах эти фации носят название формации Саутеск. Отложения склонов представляют больший интерес. На расстоянии в несколько сотен метров явные фации банки уступают место разнообразным калькаренитам с онкоидами, крупными биокластическими обломками и местами с колониями кораллов. Криноидные слои и детрит Thamnopora обнаружены в таких слоях на ручье Вапиаби; в Миетте детрит литокластический - он представлен обломками сцементированного известкового песка в калькаренитовом заполнителе, зерна которого первоначально не были сцементированы. Этот калькаренитовый заполнитель позднее был сильнее уплотнен по сравнению с грубыми обломками, которые в нем заключены. Такие слои представляют, возможно, песчаные потоки на склонах. Эффектные мегабрекчии описаны в комплексе Эншент-Уолл; они образовались в результате перемещения грязевыми потоками огромных глыб, достигающих в поперечнике нескольких десятков метров. Эти глыбы залегают беспорядочно в микритовом заполнителе и принесены из различных участков банки. В мегабрекчиях не наблюдается градационной слоистости, но некоторые более мелкообломочные породы обладают ею (аллодапические известняки Мейсшнера). Слои мегабрекчии имеют мощность от 3 до 25 м; подошва их обычно плоская, но иногда наблюдаются ложбины (см. иллюстрации в работах Кука и др. и Маунджой и др. [76, 254]).

Эти мегабрекчии прослеживаются на несколько километров в пределы впадины, где они переслаиваются с темными аргиллитами и алевролитами. Для того чтобы развивались процессы оползания и течения, дающие начало формированию этим целиком подводным отложениям! необходимы склоны не более 2°. Предположительно толчком к развитию этих процессов служили штормовое волнение, цуны или землетрясения, хотя тектонические условия региона были, по-видимому, стабильными. Подобные грубообломочные осадочные отложения неизвестны на склонах низких банок, разбуренных во впадине Альберта.

Впадина Каннинг Западной Австралии

В семиаридной Северо-Западной Австралии имеются одни из лучших в мире обнажения средне- и верхнедевонских (живет и фран) карбонатных построек. Они расположены вдоль девонско-позднепалеозойской системы разрывов, которые рассекают и окаймляют узкий шельф Ленард на северо-восточном борту прогиба Фицрой. Этот шельф отделяет докембрийский блок Кимберли, входящий в состав Австралийского континента, от глубоководной впадины, заполненной позднее терригенными и ледниковыми пермскими осадками, ныне погребенными на глубине. Своими знаниями об особенностях палеогеографии и строении рифов мы обязаны отличным публикациям Геологической Службы Западной Австралии [278] - см. рис. IV-23.

Обнаженная часть шельфа Ленард простирается приблизительно на 400 км вглубь страны в юго-восточном направлении от г. Дерби в Западной Австралии. В его состав входят девонские слои мощностью около 500 м, содержащие классические межрифовые, предрифовые, рифовые и зарифовые фации. Постройки, расположенные вдоль шельфа, имеют различную форму: это или барьерный риф с крутыми склонами, погружающимися непосредственно в глубокий прогиб Фицрой, заполненный обломочными отложениями (Напиер-Рейндж); или это окаймляющие рифы с пологим рельефом, лежащие в пределах шельфа; карбонатные склоны, оконтуривающие острова и полуострова докембрийского «фундамента» (Оскар-Рейндж); атоллы и фаро с мелководными лагунами, обнажающиеся на крайнем юго-востоке шельфа в хр. Эммануэл-Рейндж (Багл-Гэп). Несмотря на крутой край шельфа, огромное количество обломков на передовом склоне рифа и близость к размываемой суше - условия, отличающиеся от особенностей построек впадины Альберта, - биота, развивавшаяся в этих двух областях, весьма сходна. Поучительно сравнить эти две столь удаленные области, и таким исследователям, как П. Е. Плейфорд, Е. Маунтджой, Дж. Л. Рэй и А. Дж. Уэллс, посчастливилось провести полевые работы в них обеих.

Рис. IV-23. Схематическая карта северной части впадины Каннинг в Северо-Западной Австралии. По Плейфорду и Лаури [278, рис. 1]. Пояс средне- и поздне-девонских рифов расположен вдоль края шельфа Ленард

/ - палеозой, мезозой и современные отложения; 2 - девонский рифовый комплекс; 3 - докембрий

 

Приводимое ниже описание базируется в основном на работе Плейфорда, посвященной барьерному рифу, тянущемуся вдоль хр. Напиер-Рейндж. Впоследствии ряд работ был посвящен атоллам и низким банкам, известным на более юго-восточных участках. Стратиграфические подразделения, показанные на рис. IV-24, относятся к юго-восточным участкам, но они применимы также к северо-западной части площади, где вся совокупность предрифовых фаций не расчленена и включена в формацию Напиер.

Рис. IV-24. Профиль, иллюстрирующий стратиграфические взаимоотношения средне-и верхнедевонского рифового пояса в районе Хилл-Эммануэл-Рейндж Северо-Западной' Австралии. По Плейфорду и Лаури [278, рис. 28]

Рис. IV-25. Наиболее эффектное обнажение массивного барьерного рифа в Уиннджа-на-Гордж Северо-Западной Австралии, окаймленного обломочными слоями передового склона и биостромовыми зарифовыми слоями. Высота обнажения несколько больше 100 м. Фото любезно предоставлено А. Дж. Уэллсом и лабораторией «Ройял Шелл Эксплорейшен энд Продакшен Ризёрч», Нидерланды

Предрифовые и межрифовые накопления отлагались на глубинах, превышающих 200 м. Эффектные слои, имеющие первичные углы  наклона до 25-30°, закартированы на протяжении нескольких километров. Эти значительные по объему накопления наращивали постройку в направлении впадины, примыкая к линейному рифовому массиву (рис. IV-25). Геометрические реконструкции, вытекающие из анализа этих наклонных слоев и данные, полученные по нескольким скважинам, свидетельствуют о том, что дно девонской  впадины могло  располагаться на глубине нескольких сотен метров. Это дно ныне погребено под толщей верхнепалеозойских отложений мощностью 4000 м, заполняющих прогиб Фицрой. Предрифовые осадки содержат глыбы рифовых известняков, достигающих 10-100 м в поперечнике. Мегабрекчии залегают среди литокластических известняков со структурой флаутстоуна - продукт гравитационных потоков обломочного материала на крутых склонах. Предрифовые слои содержат чрезвычайно обильную фауну, среди которой много окремнелых форм. Обычны обломки окаменелостей и разрушенных и переотложенных рифовых пород верхней части склона, например кораллов и строматопороидей. Еще более обычны среди окаменелостей обитатели собственно склона: брахиоподы, живущие в нескольких десятках метров ниже по склону на некоторых атоллах, губки, криноидеи и мшанки, а также обильные наутилоидеи. Отмечены криноидные известняки. С бентосной фауной смешана нектонная фауна открытого моря - гониатиты и конодонты. Наклонные соли предрифовых известняков в направлении впадины постепенно замещаются горизонтально залегающими алевролитами, которые включают также слои тонкозернистых известковых вакстоунов и пакстоунов. Фауна представлена в основном гониатитами и конодонтами (слои Гого). Выше залегающие красноцветные алевролиты Вирджин-Хилс, глины и известковые вакстоуны и пелитоморфные известняки (мадстоуны) характеризуются хорошо выраженными строматактоидными текстурами, которые, согласно интерпретации Плейфорда, представляют собой полости в тонких органогенных слоях (возможно, под колбообразными слоями с Renalcis), выполненные кальцитом, который замещает также заполнитель. Эти текстуры не связаны здесь с мшанками, как это наблюдается в силурийских слоях. Крупнокристаллический друзовый кальцитовый цемент обычен в некоторых раздробленных и брекчированных слоях. В этих склоновых отложениях обнаружены колбообразные полусфероидальные строматолиты. Если уровень моря в течение отложения предрифовых накоплений оставался стабильным, то такие строматолиты должны были отлагаться на глубине около 45 м. Водорослевые биогермы увенчаны обрастающими риф формами Renalcis (табл. ХХВ), которые жили, вероятно, в более мелких и более подвижных водах. Нерешенной проблемой для этих девонских слоев является вопрос о том, насколько низко по переднему склону понижался время от времени уровень моря. Крупнокристаллическое заполнение строкатактоидных текстур и полости в брекчиях также свидетельствуют об отложении из гораздо более мелких вод, чем считалось ранее, исходя из предположения о стабильном уровне моря.

Интересно, что как и в предрифовых брекчиях пермо-триасовых слоев Западного Техаса - Нью-Мексико и в Доломите в Италии, отмечается весьма незначительная доломитизация. Во всех указанных примерах, однако, доломиты играют существенную роль в кровле и в зарифовой части постройки. Ясно, что такая доломитизация не являлась синседиментационной.

Относительно узкий фронт рифа намечается резкой сменой круто наклоненных слоев переднего склона массивными неслоистыми отложениями. Местами контакт их почти вертикальный. Этот фронтальный пояс рифа редко достигает ширины 100-200 м и в нем, как и в современных барьерных рифах, наблюдаются перерывы, которые могут иметь ширину до 100 м. Часто можно видеть, что барьер представляет собой свободно стоящую, волноустойчивую вертикальную стену. Фронтальный пояс поставлял огромную массу обломочного материала - как литокластического, так и биокластического. В этом рифе нельзя установить детальную биологическую зональность, но некоторые важные обобщения можно сделать. Гребень рифа в среднем лишь на 60% представлен органогенным каркасом. Обломочный материал может достигать до 90% объема. Это главным образом тонкий биокластический обломочный материал. Наиболее характерными видами являются массивные неправильной формы строматопороидеи, увенчанные, вероятно, водорослями или фораминиферами Renalcis, которые обладали микропористостью, имеют в образце белый цвет и образуют неправильные обрастающие камеры. Присутствует также сходная форма Chabakovia. Считают, что эти водоросли (?) являются главным связующим элементом рифа. Они весьма напоминают трубчатые обрастающие фораминиферы позднего палеозоя. Встречаются также в большом количестве Solenopora и другие формы водорослей. Обычна крупная дазикладацеподобная форма Receptaculites. Присутствуют губки. Среди обитателей ниш обнаружена палочковидная строматопора Stachyoides, которая, по-видимому, пышно развивалась на боковых и фронтальных склонах рифа и непосредственно за ним. Кораллы редки (особенно в отложениях франского века) и полностью отсутствуют там, где риф достаточно широк. Встречаются они обычно за рифом. Несколько ниже гребня рифа на обращенном к морю склоне присутствует несколько других биологических сообществ, включающих брахиоподы и другие организмы открытого моря. Заполнитель становится микритовым и появляются строматактоидные текстуры.

В зарифовых слоях (известняки Пиллара) отмечаются как черты сходства, так и черты отличия при сравнении с хорошо изученными канадскими постройками. Это среднеслоистые, правильно горизонтально напластованные образования, редко отличающиеся от неслоистого края рифа Осадконакопление происходило в этих условиях более или менее независимо от собствено рифа. С барьера в лагуну поступало небольшое количество обломочного материала. Мощность склоновой толщи достигала сотен метров. Осадконакопление типично для шельфовых условий, характеризующихся быстрой сменой в разрезе различных типов пород, большинство которых отлагалось в спокойных, чистых, тропических водах, являвшихся средой, поставлявшей материал. В цикличных толщах обнаруживающих черты обмеления вверх по разрезу, и исчерпывающе описанных Ридом  [300], чередуются несколько различных типов органогенных осадочных пород. Эти типы осадков перечислены ниже в последовательности от подошвы вверх по разрезу:

a)    биокластические известковые вакстоун и пакстоун, переслаивающиеся с несколькими другими типами пород;  обычно залегают в основании осадочного цикла;

b)   обычные для живетских и нижнефранских слоев коралловые биостромы с пластинчатыми строматопорами; колонии кораллов имеют форму шаров или линз, рассеянных в микритовом заполнителе; структура флаутстоуна по Эмбри и Кловану [102]; кораллы представлены родами Hexagonoria, Disphyllum, Temnophyllum и Donia; встречаются табуляты Alveolites и Thatnnopora;

c)    биостромы, сложенные небольшими (до 0,5 м) сферическими строматопорами- главным образом рода Actinostroma, располагаются на расстоянии 100 м от рифа; обычно они микритовые;

d)   цилиндрические строматопоры рода Stachyoides, замещающие или перекрывающие сферические строматопоры;

e)    биостромы Атрhiроrа- тонких изогнутых строматопор, образующих «макароноподобные» породы; заполнитель варьирует от микрита до кристаллического кальцита; кальцисферы обычны; слои могут венчаться сферическими строматопорами;

f)    онколитовые слои; неправильные водорослевые обрастания раковин гастропод и криноидей; заполнитель обычно представлен литокластическим калькаренитом, частицы которого покрыты тонкой пленкой; встречается крупный моллюск Eumegalodon, а также гастроподы с толстыми раковинами;

g)    окончатые текстуры в пелоидном грейнстоуне - пакстоуне и вакстоуне с различным количеством микритового заполнителя; встречаются трещины усыхания; присутствуют обычно в кровле осадочных циклов;

h) оолитовые субфации [278, фиг. 24] весьма вероятно являющиеся синонимом вадозных пизолитов [92, 359] и не типичными хорошо сортированными, косослоистыми однородными оолитовыми образованиями; так же как и пермско-триасовые слои, этот особый тип пород имеет вадозное конкреционное происхождение, что указывает на многочисленные периодические колебания уровня моря во время накопления известняков Пиллара.

Зарифовая зона устанавливается также там, где граница распространения Атрhiроrа в сторону рифа и граница распространения Renalcis в сторону шельфа сближаются или слегка перекрываются. Здесь встречены сферические строматопоры, представленные, однако, не типичными неправильными формами. В том месте, где начинается зарифовая зона, слоистость становится тонкой и правильной.

В направлении шельфа вся эта толща быстро замещается грубыми терригенными конгломератами, валуны и гравийный материал которых снесены с расположенной поблизости суши, сложенной докембрийскими породами, вдоль которой формировался барьерный риф. Лагуна во многих местах была узкой. Известны участки, где снесенные с суши фангломераты, смешанные с большим количеством пелитового терригенного материала, почти подавляли рост рифа.

В целом зарифовые известняки Пиллара отлагались в более нормальных морских условиях с более открытой циркуляцией вод, чем соответствующие образования банок Альберты, где внутренние фации представляют собой довольно однообразное повторение литологических типов «е», «f» и «g», перечисленных выше. Об узости шельфа свидетельствует близость источника обломочного материала. Циклы указывают на изменявшиеся условия среды с колебаниями уровня моря. Какой тип рифа ограничивал эту лагуну? Этот риф был относительно узок и не непрерывен. Во многих местах он, вероятно, являлся волноломом, поскольку служил источником огромного количества обломочного детрита. Он обладал крутым и обрывистым склоном и поэтому во многих отношениях больше напоминает современный барьерный риф, чем другие палеозойские и мезозойские краевые постройки (профиль типа III).

Рис. IV-26. Профиль, иллюстрирующий развитие франского рифового комплекса Оскар-Рейндж вокруг острова, сложенного породами докембрийского фундамента. Обращает на себя внимание обмеление межрифовых впадин, которое, как полагают, явилось причиной отмирания комплекса. По Плейфорду и Лаури [278, рис. 44]

В нескольких десятках километров к юго-востоку вдоль шельфа зона построек расширяется, и сверху и вокруг поднятий докембрийского фундамента формируются шельфовые карбонатные платформы и склоны. Идеально округлые фаро (мелководный атол) с падениями слоев во все стороны можно наблюдать на картах и аэрофотоснимках. Можно изучать также различные стадии развития построек вокруг и сверху положительных элементов тектонического рельефа. Рост рифов. шел вверх или в стороны, в зависимости от соотношения между количеством образующегося карбоната и прогибанием. Каналы между платформами заполнены межрифовыми осадками; первичные падения слоев вне платформы не столь круты в защищенных лагунах, как на внешнем юго-западном краю шельфа; количество боковых отложений также невелико. Отмечается меридиональная ориентировка платформ, что, возможно, связано с тем, что их простирания формировались под воздействием ветров или течений. Постройки, вероятно, росли на барах, сложенных обломочными осадками (например, криноидными песками). На западной и юго-западной сторонах платформ (наветренной?) располагаются побочные водорослевые биогермы высотой до нескольких метров. На склонах этих шельфовых платформ и фаро исключительно обильны брахиоподы, представленные по крайней мере десятью родами.

Плейфорд описал и изобразил почти идеально округлое фаро с центральной лагуной, строматопоровым кольцевым гребнем и круто падающими боковыми слоями. На рис. IV-26 изображен разрез одной из этих мелководных платформ.

Марокко

В Западном Марокко и в северной части Западной Сахары известны платформообразные биогермы и округлые фаро, весьма напоминающие образования Австралии. Возраст их охватывает интервал от эйфеля до франского века: они, как и австралийские девонские рифы, весьма хорошо обнажены. Эти постройки лежат к востоку от меридиональной оси девонских поднятий, простирающейся вдоль марокканского побережья, достигают 100 м высоты и 1,5 км в поперечнике [101]. Слои падают от них во все стороны под углами 30-40°. Некоторые из этих биогермов являются микритовыми куполами, увенчанными строматопорами. Микритовые ядра с обильными строматактоидными текстурами содержат по 10-15% остатков мшанок и криноидей, а также немногочисленные кораллы, строматопоры, брахиоподы и трилобиты. Уплощенные тела заключают больше строматопор и кораллов. Наблюдается вертикальная фаунистическая последовательность от неветвистых Thamnopora к табулятам и Hexagonaria или от неветвистых Thamnoporа через пластинчатые кораллы и строматопоры к массивным формам строматопор и кораллов. Такие биогермы прослеживаются в верхнедевонских слоях на сотни километров на запад в Южном Марокко и в Алжире.

ВЫВОДЫ

Тектоническое положение построек. Среднепалеозойские карбонатные накопления имеют широкое разнообразие форм и занимают различное тектоническое положение. Способность к росту, в частности у девонской биоты, была значительной и могла компенсировать большое прогибание, хотя, однако, эти постройки не могли сопротивляться сильнейшему прибою.

Практически все эти карбонатные накопления росли до уровня базиса действия волн, но не обязательно до уровня моря. Тектоническая классификация, приведенная в гл. XII, построена на примерах средне-палеозойских построек и иллюстрирует большое разнообразие их тектонического положения. Во впадинах это микритовые купола (холмы) и конические (башенные) рифы с органогенным каркасом; размеры этих образований колеблются от 1 км2 до весьма значительных (крупные банки открытого моря). В Европе в варисцийской геосинклинали обнаружено также сообщество кораллов и строматопороидей. Более обычным является тот случай, когда биота формировала крупные банки и платформы, окаймляющие большие впадины во всех частях Земного шара. Такие образования включают линейно вытянутые окраины шельфов и площади, занятые изолированными банками, простирающимися параллельно внешним краям платформ. Даже на внутренних частях шельфов встречаются лоскутные рифы и отдельные холмы - купола. В их состав входят простые микритовые массы с водорослями, губками и мшанками, купола, увенчанные кораллами и строматопороидеями, и кольцевые фаро и атоллы, сложенные баундстоуном, с криноидными боковыми отложениями. Рис. IV-27 иллюстрирует эти обычные формы шельфовых построек.

Широтное распределение построек. Важно отметить, сколь в действительности широк диапазон распространения среднепалеозойских рифовых сообществ по широте относительно современного экватора Описанные Эмбри и Клованом [102] рифы о-ва Бэнкс Северо-Западных территорий Канады находятся за Полярным кругом (74°), а южный предел распространения рифов в Северной Америке - в Аризоне, почти под 30° широты. В Европе столь же широкий диапазон распространения рифов охватывает пространство от Новой Земли (75°) до Сахары (25°). Почти столь же широк диапазон распространения силурийских построек, которые в Северной Америке известны от Северо-Западной Гренландии (около 80°) до Западного Техаса (около 32°). Сравнимые с этими пределы распространения силурийских рифов наблюдают ся в Восточном полушарии. Остров Готланд расположен приблизительно под 57° с. ш., а Ноушера в Северном Пакистане под 34° с. ш. Эти данные свидетельствуют о существенно ином положении среднепалеозойского экватора, в частности в Северной Америке: интервал в 45° значительно больше, чем современный пояс тропических условий, в котором может развиваться рифовая биота, которая распространена в пределах одних и тех же кратонных плит.

 

Рис. IV-27. Типы среднепалеозойских шельфовых построек

а-микритовый купол с мшанками и (или) водорослями и губками; окружен глинами («сланцами»), обычно симметричный; b - изолированный или лоскутный риф со строматопоровой покрышкой; боковые отложения представлены криноидным детритом. Могут развиваться сложные формы с многочисленными ядрами и боковыми слоями; различаются наветренная и подветренная стороны; имеют удлиненную форму, вытянутую параллельно изобатам; с - крупные банки с низким рельефом, окаймленные строматопоровым кольцом. Размеры варьируют: от гигантских банок площадью в сотни км2 до круговых атоллов диаметром 1-2 км. Подветренная и наветренная стороны почти не различимы

Палеоэкология рифовых организмов. 1. Табуляты. В ордовикское и силурийское время их формы представляли собой небольшие желваковые или пластинчатые колонии, соединенные в цепочки или пучки, в особенности в мергелистых осадках. В девоне колонии редко превышали в поперечнике 1 м. Девонский род Alveolites представлен был разными формами роста; в нижних частях склонов это были небольшие пластинчатые тонкие образования, обрастающие другие организмы и встречающиеся обычно в микритовом заполнителе; в верхних частях- • крупные, неправильные и сферические массивные формы. Небольшие палочкообразные представители девонского рода Thamnopora образуют биостромы  («Rasenriffe»)  или заполняют промежутки между другими более крупными организмами. Они могут создавать также шаровидные колонии. Повсеместно встречающийся род Favosites образует небольшие плоские блюдцеобразные формы в спокойных водах на мергелистом субстрате или крупные, неправильные или шаровидные массы в постройках.

Поскольку многие мергелистые слои содержат биостромы Tabulata, эти кораллы по-видимому, приспособились к жизни в несколько мутной воде. В частности считают, что куполовидно-шаровидные и иногда удлиненные формы образовались в результате роста вверх выпуклых форм, что позволяло им не быть засыпанными «дождем» тонких частиц. В постройках табуляты обычно встречаются ниже по склону, чем строматопоры, но часто также сосуществуют с ними в верхних участках построек в условиях более «чистых» вод.

2. Колониальные ругозы. По-видимому, можно почти не сомневаться, что удлиненные искривленные или изогнутые рожки крупных одиночных кораллов являлись приспособлением к жизни на мягком субстрате. Цзен [377] считает, что некоторые из этих форм имеют тенденцию к срастанию на отдельных твердых участках дна. Одиночные тетракораллы наиболее обычны в хорошо слоистых межрифовых известняках. Приспособительные возможности колониальных Rugosa более сложны. В силурийско-девонских слоях их формы роста включают желваковые или массивные бугры (например, Hexagonaria). Цзен установил, что в девоне Бельгии этот род варьирует по формам роста от пластинчатых до шаровидных образований по мере подъема вверх по склону постройки и что чашечки отдельных кораллитов у лагунных форм становятся глубже. Крупнейшими колониальными тетракораллами являются замечательные дендроидо-ветвистые девонские формы, такие как Disphyllum, чьи колонии достигают 2 м в диаметре. Очевидно, Rugosa, подобно Tabulata, более способны противостоять условиям мутных вод по сравнению со строматопорами. В эпоху господства Tabulata в силуре и раннем девоне, в условиях нормальной солености и умеренной мутности вод, отмечается вертикальная последовательность от ругоз к табулятам и к строматопоровой покрышке; наблюдается значительное перекрытие форм.

Колониальные Rugosa встречаются также изолированными группами в глинистых мергелистых слоях в биостромах и в нижней части склонов на краях банок или рифов в несколько более глубоких и более заиленных водах. Дендроидо-ветвистые формы весьма характерны для этих условий; в юрско-триасовых отложениях их морфологическим эквивалентом являются представители «Thecosmilia».

Ниже приводится характеристика форм роста Цзена [377]. Она несколько видоизменена на основании данных, полученных в других районах и сравнения с современными формами гексакораллов.

а) Ветвистые формы - большинство из которых обитали в слабо защищенных нишах-

(1) небольшие и хрупкие: обитают в самой нижней части склонов на глинистом субстрате;

(2)    крупные и многочисленные: обитают выше по склонам в мелких водах умеренной подвижности, подобно современным Acropora cervicornis

(3)    кустисто-узловатые: подвижные и заиленные воды (форма 'роста подобная современным Porites).

в) Массивные формы:

(1) крупные шаровидные: мелкие воды с часто чередующимися периодами подвижности и покоя; условия заиления. „Knollenriffe" немецких авторов Обычны в биостромах, но не в настоящих постройках; являются эквивалентами биостромов, образованных шаровидными кочанообразными строматопорами. крупные и неправильные: зона базиса действия волн; рифовый баундстоун чистых вод. „Blockriffe" немецких авторов. Сравнимы с участками плоских коралловых рифов на Бермудских островах.

(2)    крупные блюдцеобразные: в постройках и несколько ниже по склонам.

(3)    небольшие тонкие блюдцеобразные: в самой нижней части склонов построек. (обратите внимание на сходство этих форм с формами современного рода Montastrea, обитающего на глубинах 30-50 м).

3.   Строматопороидеи. Эти проблематичные представители Hydrozoa или губок характеризуются мельчайшими порами и низкими обрастающими формами роста (за исключением более поздних дендроидных форм). Такие особенности не позволяют строматопорам успешно соперничать с кораллами в условиях заиленности вод. В среднем палеозое строматопоры более обычны, чем кораллы на крупных платформах и банках, сложенных чистым карбонатом. Вероятно, они лучше, чем кораллы, выносят условия теплых, бедных питательным веществом вод различной солености, но там, где воды в общем чистые, они могут существовать вместе с кораллами. Имеется много примеров, как строматопоры замещают Tabulata, и Rugosa по направлению к вершине рифов, для которых существуют другие независимые доказательства того, что они достигали базиса действия волн. Несколько основных форм роста строматопор имеют важное экологическое значение, а их положение относительно склонов и вершин карбонатных построек установлено исследованиями в Канаде, Бельгии и Швеции.

a)    Массивно-неправильные и обрастающие: наиболее высокая подвижность вод на уровне или выше уровня базиса действия волн; калькаренитовый заполнитель часто состоит из обломков дендроидных строматопор.

b)    Таблитчато-пластинчатые: развивались ниже уровня базиса действия волн, обрастая или скрепляя микритовую связующую массу. Их находят в нижней части склонов построек, обычно совместно с кораллами.

c)    Шаровидные (кочанообразные) формы: найдены в биостромах, обычно с микритовой основной массой; приспособлены к жизни на платформах или шельфах. Известны в этих условиях в девонских слоях Австралии, США, Канады и в районе Эйфеля в ФРГ, где такие образования носят название „Knollenriffe". Субсферическая форма, вероятно - приспособление, препятствующее накоплению на колонии тонких осадков. Сходная форма наблюдается у Favosites и некоторых колониальных Rugosa, а также у современных мозговидных кораллов, которые живут на участках с умеренной подвижностью вод.

d)    Хрупкие неправильные палочковидные формы роста; представлены исключительно родом Amphipora, который образует покров «макаронных пород» в спокойных замкнутых морских условиях с тыльной стороны рифов („Rasenriffe" немецких авторов).

e)    Утолщенно-дендроидная форма Stachyoides, такая же, как и у нескольких девонских табулят (например, Thamnopora), имеет широкие пределы распространения по глубинам. Обильные обломки таких строматопор, накопившиеся в нижней части склона банок, встречаются на древних краях банок; они постепенно замещаются внутренними фациями, которые состоят из Amphipora, кальцисфер и пеллет. Эти формы, вероятно, жили на защищенных участках в подвижных водах; они существовали в широком диапазоне глубин и, возможно, образовывали заросли непосредственно ниже базиса действия волн на переднем склоне рифов. Удлиненная палочковидная форма рассматривается также как приспособление, предохраняющее от заноса илом, взвешенным в воде.

4.   Водоросли. Роль водорослей как организмов, скрепляющих и
обрастающих вершины среднепалеозойских рифов, не была признана
до тех пор, пока не были выполнены тщательные петрографические
исследования. Водоросли присутствуют в различных формах [224].

a) Renalcis и Chabakovia - обрастающие организмы с мелкими камерами, с относительно толстой стенкой, имеющей пористую структуру; обычно относят к водорослям, но возможно, это фораминиферы. По строению они весьма напоминают обрастающие   трубчатые   позднепалеозойские   фораминиферы.   Неправильно-перистая   текстура характеризует баундстоуны от кембрия до девона, так же как корнуспириды характерны для пермо-пенсильвания (табл. XX). Слагают единственные истинно рифовые баундстоуны на девонских окраинах шельфов, характеризующихся крутыми склонами и обломочными брекчиями, в Канаде и Австралии.

b)    Багряные водоросли, такие как Parachaetetes и Solenopora, обычны в виде желваков в постройках во всех областях распространения девонских отложений, особенно на краях шельфов. Ни в силуре, ни в девоне они не образуют характерных корковых баундстоунов, но развиты повсеместно; служат индикаторами нормальных морских вод. В куполах Чейзи проблематичные Solenopora в сочетании с желваками синезеленых нитчатых водорослей и мшанками образуют небольшие постройки.

c)    Синезеленые нитчатые водоросли обволакивают частицц и образуют желваки и шары (онколиты); в, среднем палеозое они встречаются столь же часто, как и в отложениях других систем. Они могут быть найдены как в постройках, так и в межрифовых осадках.

d)    Улавливающие ил строматолитовые водоросли образуют в мелких водах постройки различного размера в отложениях от докембрия до силура.

e)    Гигантские дазикладации Nidulites и Receptaculites, которые ранее по традиции рассматривались как формы, родственные губкам, по строению значительно больше напоминают крупные дазикладации. Обычны в светлоокрашенных шельфовых известняках и в карбонатных постройках, имеющих возраст от среднего ордовика до девона включительно. В ордовике ассоциируют со строматопорами и колониями кораллов, с крупными гастроподами Maclurites и наутилоидеями; этот комплекс свидетельствует, вероятно, о весьма мелких, теплых и до некоторой степени подвижных водах на отмелях и банках.

5. Сообщества склонов. Эти сообщества весьма разнообразны.

a)   Прикрепленные иглокожие. Как правило, ранне- и среднепалеозойские постройки всех размеров окаймлялись зарослями и «лугами» прикрепленных иглокожих. Боковые отложения даже раннеордовикских куполов богаты обломками этих организмов. Криноидеи, бластоидеи и цистоидеи поставляют большую часть окружающего силурийские шельфовые купола биогенного детрита, а в девоне и миссисипии временами играют главную роль. Эти известковые пески обычно перевевались и косо наслаивались на передовых склонах; их слои имеют падение, направленное во все стороны от ядер куполов или вниз по склонам линейных построек. Исследования размера и степени дезинтеграции частиц, образовавшихся из криноидеи, были проведены в двух районах: Мантеном [230] в силурийских постройках о-ва Готланд и Инглсом [165] в Иллинойсе. В обеих случаях размер частиц и степень дезинтеграции возрастают по мере удаления от ядра постройки; в результате может быть установлена наветренная сторона постройки. Расположенные с подветренной стороны «луга» криноидеи, заполняющие лагуну, и распространенные такие биокластические образования в подветренном направлении описаны Инглсом для Торнтонской постройки.

b)   Брахиоподы также способны образовывать протяженные «луга» на склонах построек. Их обычно упоминают как второстепенные сообщества боковых отложений. Одной из наиболее замечательных форм является крупная теребратулида Stringocephalus, встречаемая в отложениях среднего девона. Пентамериды известны в боковых отложениях силурийского возраста. Филкокс [276] отмечает сообщества ринхонеллид во фланговых силурийских отложениях Айовы. Установлено, что в некоторых местах брахиоподы обитали в сходных условиях в более поздних постройках (Composita в  позднекаменноугольных,  ринхонеллиды  в  некоторых  юрских  и  триасовых  рифах).

c)   Выпуклые трилобиты с гладким панцирем, такие как силурийские представители рода Bumastus, вероятно, обитали в верхней части склонов построек. Скопления их панцирей могут быть встречены на вершинах и в верхней части склонов построек.

d)   Наутилоидеи. Эти формы обычно приурочены к нижней части склонов или накапливались в трещинах в боковых частях ядра или в боковых отложениях; присутствуют даже в микритовых ядрах раннеордовикских построек. Ортоконические формы отмечены Питчером [277] в слоях Чейзи, Инглсом [165] на вершинах силурийских рифов и Штауфером [347] в силурийско-девонских постройках. Наутилоидеи были, вероятно, хищниками, жившими на постройках, и их раковины сносились вниз по склонам или улавливались в заполнявшихся приливными водами понижениях на вершинах построек.

e)   Покровы, сложенные кораллами,, такими как Amplexus и табулятами Alveolites и Thamnopora, формировались на склонах некоторых построек.

Небольшие побочные биогермы известны в боковых отложениях силурийских куполов в шельфовых районах Иллинойса и Индианы и на склонах австралийских рифов. По положению и размерам они похожи на образования, известные в более молодых слоях пенсильванского и триасового возраста. Это обычно микритовые обра зования, возникавшие ниже базиса действия волн, вероятно, благодаря росту водорослей и улавливанию известкового ила очень маленькими и хрупкими дендроидными каркасными организмами.

Рис. IV-28. Распространение организмов в девонских рифах и внерифовых областях (Центральная Европа). По Крессу [195, рис. 14], с разрешения Общества специалистов прикладной палеонтологии и минералогии

Рис. IV-28 представляет собой схему распределения биоты в девонских рифах и банках района Эйфеля в ФРГ; она применима и для силурийских построек.

Эволюция фауны построек. В живетских и франских слоях отмечается расцвет среднепалеозойских рифовых фаун кишечнополостных. В Северной Америке большинство этих кораллов и строматопороидей внезапно появляются в среднем ордовике совместно с мшанками и губками и, развиваясь, постепенно увеличиваются в размерах и разнообразии до конца девона - фаменского века, когда они явно угасают. Постройки каменноугольного времени не являются коралловыми и не содержат большого количества строматопороидей.

1.       Губки являются одними из первых, появившихся вместе с кишечнополостными, организмов, улавливающих и связывающих осадок и строящих каркас. В среднем ордовике каменные губки замещают кембрийско-ордовикских археоциат и Calathium в качестве рифостроящих организмов. В рифах Чейзи губки занимают, по-видимому, 25-50% площади наиболее низких куполов и вверх по разрезу постепенно замещаются выделяющими карбонат кораллами и строматопороидеями.

2.   Мшанки, как ветвящиеся, так и обрастающие, обильны на ранних микритовых стадиях развития ордовикских и силурийских куполов в Аппалачской миогеосинклинали от штата Нью-Йорк до Виргинии. Возникая в среднем ордовике, мшанки ассоциируют с удивительно разнообразной фауной кишечнополостных, которые постепенно замещающих. С биологической точки зрения, разнообразная биота чейзских построек Краун-Пойнт, по-видимому, образует первое существенно сложное сообщество организмов. Оно включает обычные формы экологических ниш рифов, в том числе хищников. Кроме того, наиболее ранняя неводорослевая постройка окраины шельфа (формация  Холстон   в   Теннесси)   является   морфологически   сложной,   но   исключительно мшанковой. Сообщества мшанковых микритовых куполов ордовика и силура в девоне, по-видимому, сменяются кораллами, но вновь появляются в раннекаменноугольное время, когда важное значение приобретают сетчатые мшанки, а кораллы угасают.

3.       Строматопороидеи являются более крупными и более многочисленными и разнообразными формами в девоне, чем в более раннее время. По-видимому, они доминируют на вершинах куполов, даже в ордовике; их характерные формы в девоне в большей степени связаны с различными экологическими зонами.

4.       Табуляты, хотя и имеют меньшее, чем ругозы, значение в девоне, являются первыми плотоядными кишечнополостными (Lamottia в чейзских отложениях), которые развивались на протяжении позднего ордовика и силура, образуя разнообразные шаровидные и блюдцеобразные формы, в девоне постепенно заменились ругозами. В девоне Tabulata до некоторой степени угасают, но все еще сохраняют свое разнообразие. В зависимости от соотношений с базисом действия волн род Alveolites варьирует от дендроидных до тонких пластинчатых обрастающих микритом форм и до массивных неправильных.

5.   Тетракораллы ругозы развивались на протяжении среднего палеозоя, постепенно замещая Tabulata. Силурийские Rugosa меньше по размерам, чем девонские. Крупные дендроидно-ветвистые формы, такие как Disphyllum, не известны в отложениях силура.

6.       Купола, образованные улавливающими ил строматолитовыми водорослями; менее обычны в девоне, чем в силурийских и ордовикских слоях. Обрастающий баундстоун, образованный проблематичными водорослями, слагает некоторые девонские рифы (Renalcis и Chabakovia), но не наблюдался в силуре и низах девона. Этот органогенный баундстоун весьма напоминает таковой позднекаменноугольного и пермского времени.

7.       Криноидные боковые отложения в девоне не столь обильны, как в силуре, но вновь имеют важное значение в раннекаменноугольное время.

Глубины и подвижность вод на вершинах построек. Существует мнение, что эти карбонатные накопления, возможно, росли до уровня базиса действия волн, но не обязательно достигали уровня моря и не обуславливали образования зоны прибоя. За исключением некоторых девонских построек, наиболее благоприятные глубины существования описанных сообществ организмов составляли предположительно 5 или 10 м.

1.       Мощные боковые отложения, развитые вокруг шельфовых построек, являются преимущественно чисто биокластическими, состоящими из организмов, обитавших на склонах или на вершине построек. Многие из них (криноидеи, бластоидеи, мшанки и длинные, тонкие прямые наутилоидеи) имели столь хрупкое сложение, что не могли противостоять мощному прибою на вершинах построек.

2.   Слои брекчий с переотложенными, ранее сцементированными обломками пород, снесенных с передней части рифа, - редки, хотя и наблюдаются в Австралии и Канаде в постройках со склонами, крутизной >2-30°. Более типичны боковые отложения, состоящие из обломков организмов, росших в зоне базиса действия волн.

3.       Среднепалеозойские организмы, обладающие способностью строить каркас, малы по сравнению с мезозойскими и голоценовыми формами. Большинство крупных колоний представлено дендроидо-ветвистыми формами, обитающими довольно низко на склонах. Наиболее впечатляющим сообществом обрастающего баундстоуна являются невысокие массивные неправильные строматопоры и водоросли (?) Renalcis на гребне западно-австралийских девонских рифов.

4.   Обычное отсутствие эвапоритовых отложений себхи или отложений приливной равнины во внутренних частях большинства фаро (мелководных атоллов) и наличие громадных окаймленных строматопорами банок в Австралии и Канаде имеют важное значение, особенно если учесть, что девон был временем накопления эвапоритов. Характерное сообщество амфипоровых пеллето-кальцисферовых вакстоунов и пакстоунов представляет собой осадки замкнутых лагун и свидетельствует о том, что морские воды имели доступ поверх кольца барьера во внутреннюю часть банки. Некоторые зарифовые области, например шельф Ленард в Австралии и внешний шельф района Эйфеля в ФРГ, содержат даже слои с кораллами и иглокожими.

Диагенез: 1. Многие постройки, сложенные кораллами и строматопорами, содержат крупные поры и полости, унаследованные от первичной мегапористой текстуры рифа, источенной и пронизанной отверстиями. Более мелкие поры характерны для баундстоуна, образованного скоплениями Renalcis. Цементация этих среднепалеозойских пород происходила, по-видимому, в результате жизнедеятельности организмов и полностью в морских условиях. Истинное происхождение крупнокристаллической друзовой облицовки полостей и заполнение их кристаллическим кальцитом остается, однако, тайной. Возможно, что они формировались в зоне морских брызг, подобно друзам арагонита, наблюдаемым ныне на аридном побережье Омана. Но поскольку наблюдаются также строматактоидные заполнения полостей в куполах пелитоморфных известняков, вероятно, они произошли в условиях спокойных вод - или на дне, или в толще осадка. Их рассматривали даже как образования, связанные с отложением материала в полостях метеорными водами. Поэтому их нельзя считать особенно надежным индикатором высокой энергии морских вод. Этот вопрос обсуждается также в последующих главах.

2.       Строматактоидные текстуры - кристаллы кальцита с плоским основанием и разветвленной верхушкой - обычны в постройках шельфовых областей и впадин, но только там, где ядра построек и боковые отложения содержат много пелитоморфных известняков. Эти текстуры неизвестны в нормально слоистых пелитоморфных известняках. Характеристика этих текстур и предположения, касающиеся их происхождения, изложены в гл. V. Первичные полости имеют, вероятно, в основном оползневое происхождение и указывают на то, что микритовые породы ядра обладали пористостью и проницаемостью на ранних стадиях формирования.

3.       Признаки субаэральных условий могут быть обнаружены в отложениях краев шельфа и внутренних частей некоторых банок. Клован описывает кольцо окончатых ламинитов, окружавших остров и отлагавшихся на приливной равнине на восточной стороне комплекса Редуотер. На основании петрографического изучения пород края и внутренних частей банки установлено, что цементация, а также растворение происходили в условиях циркуляции метеорных вод.

4.       Преобладание строматопороидей в среднем палеозое благоприятно сказывается на пористости и проницаемости сложенных ими карбонатных слоев. То что первичная рыхлая сеть столбиков и пластинок строматопороидей могла слагаться арагонитом, следует из сравнения их сохранности с сохранностью ругоз и табулят. Строматопороидей в большей степени, чем кораллы, подвержены выщелачиванию и изменению с замещением кристаллическим кальцитом и доломитом.

 

О статье: 

Цитируется по изданию: Дж. Л. Уилсон. Карбонатные фации в геологической истории. Пер. с англ., М., Недра, 1980, 463 с-Пер. изд.: ФРГ, 1975. All Rights Reserved. Authorized translation from English language edition published by Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York.