Фации ледниковых отложений. 2

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений

Курсовая работа на тему

 «Фации ледниковых  отложений»

 Уфа  2012

Содержание 

Введение

Ледники производят большую  разрушительную и созидательную  работу. Благодаря их деятельности видоизменяется рельеф земной поверхности, перемещается значительное количество обломочного материала и накапливаются разнообразные осадки. К ледниковым фациям относятся продукты, образованные в ходе геологической  работы ледника. Ледниковые отложения отличаются составом и физическо-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического интервала.

           Целью данной курсовой работы является рассмотрение основных особенностей и характера ледникового осадконакопления, а также обобщение материалов полученных в результате изучения современных осадков.

           Поставленными задачами являются: изучение вещественного состава, характера накопления, процессов формирования, основных факторов образования осадков и обстановки осадконакопления.

1. История развития гляциальной теории осадконакопления

В последние годы XIX столетия решился ожесточенный спор  по вопросу происхождения так называемого дрифта, т.е. поверхностных отложений, содержащих крупные глыбы разнообразных горных пород. «Дилювиальная» гипотеза и ее ответвление - гипотеза «дрифта» постепенно сменились гляциальной или ледниковой гипотезой, которая утверждала, что этот материал переносился и отлагался площадными ледниковыми покровами и ледниками в периоды похолодания климата.

Вплоть до 50-х годов  XX столетия гляциальная гипотеза предлагала единственное объяснение дрифтоподобным породам или валунникам (тиллитам), наблюдавшимся в древних толщах. В результате был сделан вывод, что большинство геологических периодов включали ледниковые эпохи.

Однако появившаяся в 50-х годах гипотеза турбидитных течений предложила иное объяснение происхождения осадков, похожих на тиллиты. Такие осадки независимо от их ледникового или иного происхождения называют диамиктами, которые определяются как плохо сортированные обломочные отложения, содержащие крупные обломки, рассредоточенные в мелкозернистой основной массе. Они являются важными составными частями аллювиальных и глубоководных конусов выноса.

Разработка этой гипотезы послужила толчком к пересмотру генезиса якобы ледниковых пород, что  вызвало горячие споры между сторонниками их ледникового происхождения и теми, кто отдавал предпочтение их генезису, связанному с гравитационными течениями. Возросший интерес к выработке надежных критериев ледникового генезиса пород, вскрыл значительные неясности в знании ледниковых процессов и их продуктов.[2]

2. Современные ледники

Ледник представляет собой  массу льда, которая претерпевает деформацию благодаря силе собственного веса. Существует постоянный тепло- и массообмен между ледником и атмосферой над ним и ложем или водным массивом под ним. От вариации массы ледника зависят размеры его поверхности и мощность льда, а температурный режим, вероятно, влияет на многие геологически важные ледниковые процессы. Непрерывный тепло- и массоперенос, который в конечном счете является ответной реакцией на климатические изменения, контролирует равновесие между эрозией и отложением, и также самим характером процессов осадконакопления.[2]

1. Классификация ледников

Среди ледников, в зависимости  от стадии их развития, формы и соотношения  областей питания и стока выделяются 3 типа:

1. Горные (долинные);
2. Материковые (покровные);
3. Промежуточные.

Горные или альпийского типа, ледники. Они приурочены к молодым высокогорным районам, созданным альпийскими тектоническими движениями. Среди них по стадии развития могут быть выделены различные разновидности: долинные, простые, сложные, полисинтетические, висячие и каровые  ледники.

Материковые или покровные, ледники. К этому типу относятся крупные ледники, покрывающие целые острова и континенты. Характерными особенностями, отличающими их от горных, являются: 1) большая мощность льда; 2)отсутствие влияния доледникового рельефа на их распространение; 3) отсутствие четкого разделения области питания и области стока; 4) радиальный характер движения льда к окраинам ледникового покрова; 5) плосковыпуклая форма поверхности ледника, образующая подобие щита или купола. Распространены материковые ледники в полярных станах. Классическими примерами их являются ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды.

Промежуточные ледники. К ним могут  быть отнесены плоскогорные и предгорные ледники.

Типы ледников связаны  взаимными переходами. Закономерно  нарастающее похолодание климата  и увеличение доли твердых атмосферных  осадков могут привести к последовательной смене простых форм ледников все  более и более сложными, вплоть до образования сплошных материковых покровов.[1]

2. Основные свойства ледников.

Течение ледников. Ледники движутся благодаря внутреннему течению, скольжению по ложу и образованию разломов. Ледниковый лед течет как любое кристаллическое твердое тело, когда его температура близка к точке плавления. Согласно уравнению напряжения, в ледниках напряжение сдвига прямо пропорционально мощности льда и углу наклона поверхности скольжения. Таким образом, самая высокая деформация сдвига будет наблюдаться у основания ледника, а максимальная скорость – на его поверхности. В ледниках, которые также скользят по ложу, общая скорость скольжения на поверхности равна сумме скорости базального скольжения и скорости внутренней деформации. Обычные скорости находятся в пределах десятков – сотен метров в год.

Тепловой  баланс. Потепление и отдача теплоты ледником прямо связаны с климатом. Холодный климат способствует привносу к леднику холодного снега и окружению ледника холодным воздухом. Поэтому ледник, содержащий лед, находящийся главным образом ниже точки таяния при данном давлении называется холодным или полярным ледником. В отличие от этого теплый климат (например, морской)  приводит к зимним оттепелям, во время которых вода просачивается внутрь ледника или проходит сквозь него по промытым туннелям. Большая часть такого ледника, называемого теплым, близка к точке плавления при данном давлении. Часто ледники сложены обоими типами льда – холодным и теплым.

Теплоперенос осуществляется прежде всего путем проводимости, а когда скорости высоки, то также путем адвекции. Температурное влияние кратковременных сезонных вариаций ограничено верхними 20 м ледника. Дополнительными источниками тепла, поступающего к основанию ледника, является геотермальное тепло и теплота трения. Холодные ледники характеризуются температурным градиентом с увеличением температуры вниз и по течению.(Рис. 1, А)

Баланс массы. В леднике могут происходить быстрые с геологической точки зрения колебания массы льда.Рис. 1. Схема распределения температур (А) и течения льда (Б) в ледниковом покрове

 Под аккумуляцией понимается  весь материал , дополнительно поступивший в ледник преимущественно за счет снегопадов. Абляцией называется удаление материала из ледника при таянии базального льда, поверхностном стоке, таянии, сублимации и обрушении айсбергов. Линия равновесия отделяет участки верховья ледника с чистой аккумуляцией от участков низовья ледника с чистой абляцией. (Рис. 1, Б) Алгебраическая разность величин аккумуляции и абляции за данное время называется чистым балансом массы ледника или чистым бюджетом массы.[2]

3. Современные ледниковые обстановки осадконакопления

Таблица 1. А - некоторые распространенные пути переноса осадков в ледниковой системе. Б - примеры осадочных процессов и их продуктов во всем диапазоне предледниковых обстановок.

Ледниковая и связанные  с ней обстановки охватывают целый  комплекс субобстановок, каждая из которых характеризуется особым набором процессов, влияющих на осадконакопление. Отложения всех субобстановок классифицируются на генетической основе. (табл. 1)

Собственно ледниковая обстановка включает в себя все площади, находящиеся  в непосредственном контакте с ледниковым льдом. В ней различаются три  зоны. Базальная (субгляциальная) зона находится в нижней части ледника, где проявляется влияние контакта с ледниковым ложем(рис. 2). Надледниковая (супрагляциальная) зона включает верхнюю поверхность ледника, испытывающую влияние сезонных колебаний, а также отдельные массы мертвого льда. Внутренняя часть ледника, или внутриледниковая зона, обычно содержит в неизменном виде осадок, попавший в тело ледника. Предледниковая (прогляциальная) обстановка наблюдается у края ледника и испытывает сильное его влияние. Непосредственно примыкает к леднику приледниковая зона предледниковой обстановки. Предледниковая обстановка включает также морскую ледниковую (гляциомаринную) обстановку, флювиогляциальную и ледниково-озерную обстановки. Частично перекрывается с предледниковой обстановкой перигляциальная обстановка, которая испытывает влияние характерных для нее климатических зон, примыкающих к ледниковому щиту.[2]

Рис. 2. Типы ледников, ледниковых обстановок и ледниковых форм рельефа.

1. Базальная зона.

Многие из характерных  черт ледниковой эрозии и отложения  формируются процессами, происходящими  в базальной зоне. Эти процессы тесно связаны, во-первых, с температурным режимом ледника и его ложа и, во-вторых, с фазовыми переходами в системе лед-вода у основания ледника, т. е. с тем, находится ли основание ледника в замерзшем состоянии, в состоянии замерзания, таяния или равновесия.

В простом варианте общее  распределение подледникового отложения  и эрозии контролируется в целом  характером замерзания и таяния. Участки  ледника, испытывающие чистое замерзание в базальной зоне, будут вовлекать  подледниковый материал в свое основание, а участки таяния будут отлагать дебрис на поверхность ложа с постепенной аккумуляцией базального или подледникового тиля. Механизмы подледникового отложения включают так называемое накопление под ледником валунной глины, в ходе которого обломочные частицы у подошвы активного ледника выталкиваются на поверхность субстрата, и динамическое вытаивание, при котором блоки загрязненного дебрисом льда отделяются от основания ледникам, и по мере постепенного таяния льда обломочный материал присоединяется субстрату.[2]

2. Надледниковая, приледниковая и предледниковая зоны.

Абляция на краю ледника  приводит к аккумуляции внутриледникового дебриса на верхней и нижней поверхностях (рис. 3).

Верхняя поверхность ледника  может, таким образом, быть облицованной надледниковыми осадками. Это вызывает отделение крупных блоков ледникового льда, обогащенного дебрисом, от тела ледника, их захоронение и сохранение по мере отступания края активного ледника. При таянии и сублимации мертвого льда с обломочным материалом могут формироваться морены вытаивания и морены сублимации соответственно. Подледниковые морены статического вытаивания и сублимации (которые сбрасываются у основания блоков мертвого льда) во многом похожи на морены подледникового накопления, особенно в литифицированных отложениях, но при наличии некоторых характерных черт они вполне различимы.

Рис. 3. Осадконакопление в надледниковой, при- и предледниковой зонах медленно отступающего субполярного ледника.

Так, просачивание воды сквозь недавно аккумулированную морену и объединение окраинных потоков в виде туннелей, проникающих сквозь блоки мертвого льда, способствуют образованию линз и прерывистых слоев в различной степени стратифицированного и сортированного осадочного материала, который может деформироваться в результате неравномерного проседания при таянии погребенных масс льда. Надледниковые (поверхностные) морены аккумулируются на верхней поверхности погребенного мертвого льда. Надледниковые морены вытаивания могут формировать покровы мощностью несколько метров, но сочетание крутых склонов и высокого перового давления воды позволяет жидкой вязкой, водонасыщенной глинистой массе стекать вниз. Переотложенные таким образом отложения обычно называются флюидальной мореной (мореной течения), но им больше подходит название диамиктон течения осадка или диамиктон течения, так как результаты неледникового гравитационного течения осадка здесь оказываются наложенными на первичные ледниковые продукты. Кроме того, удаление поверхностной морены вытаивания обнажает погребенный лед и способствует его быстрому таянию по всей площади, этот процесс называется отступанием фронта ледника. Массы надледниковых осадков соскальзывают по крутым ледяным склонам, где они отлагаются в форме осадков гравитационных потоков.[2]

3. Обстановки осадконакопления:

Флювиогляциальная обстановка. Наносы, сложенные гравием и песком, отлагаются по соседству с ледником в количествах, пропорциональных талым водам и осадку. Это обстановка аналогична на гумидным аллювиальным конусам выноса с ветвящимися потоками. Преобладание в этой обстановке деятельности речных разветвленных потоков связано с сочетанием большого уклона, переменного расхода воды и крупного размера обломочного материала.

Эоловая обстановка. В эоловом осадконакоплении вокруг ледников принимают участие как сильные катабатические ветры, так и условия общей неустойчивости климата. Песок, переотложенный из ледниковых отложений, в частности из выступающих над водой и осушенных аллювиальных конусов выноса, приобретает форму эоловых дюн. Алевритовый материал также легко выдувается из флювиогляциальных зандров и выпадает ниже по направлению ветра в виде лёсса. Лёссы наблюдаются в форме покровов мощностью до нескольких десятков метров и распространяются на сотни километров от края ледника.

Почвообразователная обстановка. Выходящие на поверхность 
осадки преобразуются под влиянием процессов почвообразования. Эти процессы включают вертикальную миграцию карбоната, окислов железа, 
силикатов и других соединений в почвенных растворах. Структурные изменения могут быть вызваны просачиванием вниз грунтовых вод, которыми тонкий материал переносится в поверхностные отложения.

Криотурбация – это процесс физического разрушения верхних слоев почвы, который протекает в условиях чередования промерзания и оттаивания в перегляциальном климате. Для нее характерны вращения обломков, развитие морозных клиньев и форм закручивания.

Ледниково-озерная  обстановка. Озера являются характерной чертой предледникового ландшафта. Они образуются в результате перегораживания речных путей ледниковыми плотинами, формирования обратного наклона местности при изостатическом прогибании в связи с ростом ледника, а также возникновения неровностей рельефа при ледниковом осадконакоплении или эрозии.

Рис. 4. Осадконакопление в ледниковом озере. Тремя источниками осадков яляются подводный зандровый конус выноса, приледниковая дельта и дельта, намытая потоком ледниковой талой воды.

Дельты на окраинах ледниковых озер имеют разнообразную форму, но общим  для них является крутое падение  передовых слоев, переходящих по падению в слабонаклонные конечные передовые слои. Дельты обычно занимают небольшую часть всей площади озера, а вся остальная её часть покрыта донными алевритами и глинами.

Осадконакопление на дне  ледниковых озер контролируется в основном двумя механизмами (Рис. 4):

1) Несущими осадочный  материал потоками, транспортирующими  тонкий осадок по дну озера   в форме плотностных придонных  течений. 

2) Сильными сезонными  колебаниями расхода талых вод  и осадочного материала, приводящими  к отложению очень мелкого  песка и алеврита летом и  глины зимой.

 Образующиеся в результате накопления на дне озера отложения характеризуются ленточной текстурой. Варва (годичный слой) представляет собой тип ритмичного осадка, который образовался в течение одного года и состоит из крупнозернистого летного слоя, перекрытого тонкозернистым зимним слоем. Иногда наблюдается базальный третий слой, сложенный мелким песком или более крупным материалом.

Ледниково-морская обстановка. Ледниково-морская обстановка испытывает непосредственное влияние расположенных по соседству ледников и талой ледниковой воды и косвенное влияние других факторов, таких как изостазия и эвстазия. Здесь выделяются следующие разновидности ледников (рис. 2): 1) омываемые приливами долинные ледники и морские ледниковые покровы, которые заканчиваются на дне ниже уровня моря. Линия обламывания в этом случае совпадает с линией налегания. 2) Языки плавающего льда, или шельфовые ледники, которые образуются между линией обламывания и линией налегания.

В воде лед с гораздо  большей скоростью подвержен  абляции (главным образом благодаря  обрушению и образованию айсбергов) по сравнению со льдом на суше. Кроме  того, размеры морского ледникового  покрова могут оставаться неизменными  лишь в том случае, если дно наклонено  от ледника.

Основными факторами, которые оказывают влияние на ледниково-морскую седиментацию, являются:

1)принадлежность ледника к лежачему на твердом ложе (наземному) или плавающему типу (что влияет на перенос обломочного материала);

2) количество талой воды (что влияет на перенос взвешенного осадка);

3) рельеф морского дна;

4) характер океанических течений и ветрового режима.

Эти факторы контролируют широкое разнообразие процессов, результатом  которых является целый спектр продуктов  осадконакопления и связанных с ними стратиграфических разрезов. Рис. 5. Ледниково-морское осадконакопление перед краем омываемого приливами ледника с обводненным основанием

[2]

4. Ледниковые осадочные фации

Основная задача описательно-генетической классификации фаций состоит в том, чтобы позволить интерпретировать обстановки осадконакопления, основываясь на идентификации особых характерных свойств пород, образованных показательными в этом отношении процессами осадконакопления. На основании рассмотрения современных обстановок осадконакопления и осадочных фаций, а также анализа фаций, связанных с пятью главными эпохами оледенения в истории Земли (раннепротерозойской, позднепротерозойской, раннепалеозойской, позднепалеозойской и позднекайнозойской), выделяются четыре генетические группы отложений с основными составляющими их фациями:

1) подледниковая, первично массивный диамиктон, отложившийся в виде донной морены;

2) надледниковая, диамикт, переслаивающийся со стратифицированными отложениями;

3) предледниковая, как субаэральные, так и субаквальные наносы;

4)субаквальная, включающая ледниково-озерные ленточные глины (варвиты) и ледниковые морские тонкослоистые осадки (ламиниты) и диамиктоны.

Несмотря на то что некоторые осадочные породы, такие, как диамиктоны, присутствуют во всех обстановках, их особенности в каждом случае различны. [2].

1. Подледниковые фации.

Выделяются четыре генетические подледниковые фации: морена подледникового накопления, морены вытаивания, сублимации и подтаивания. Важным аспектом рассматриваемых подледниковых отложений являются установление и использование подледниковых деформационных текстур для определения направлений движения и условий у основания ледника.

Морены  подледникового накопления являются характеристической фацией для всех ледников. Валунные глины (тилль), являются самой обильной из моренных фаций и диагностической для ледниковых отложений. Морены подледникового накопления (скоплений тилля) имеют следующие черты: во-первых, представлены диамиктами; во-вторых, почти полностью по всему объему имеют массивное сложение; в-третьих, прослеживаются по меньшей мере на несколько километров; в-четвертых, имеют мощность от нескольких метров до десятков метров и, в-пятых, содержат большое разнообразие типов обломков, часть которых бывают ограненными или покрытыми штриховкой.

В пространственном отношении мощность таких морен растет в направлении от области питания ледника к его краю и снова уменьшается у каймы, т. е. перед передним краем ледника. Покровы морен накопления коррелируются на площади в несколько тысяч квадратных километров. Преобладание в валунных глинах материала местного происхождения позволяет предполагать, что весьма важным фактором контроля состава и мощности морены является степень подверженности субстрата эрозии. При наличии значительных местных перепадов рельефа ледниковые отложения увеличиваются в мощности в понижениях и уменьшаются или совсем исчезают на возвышенных участках.

Эрозия на нижнем контакте морены может быть обнаружена при  картировании в региональном масштабе, при наблюдении в обнажениях, при появлении в пределах моренной глины материала, явно происходящего из подстилающего слоя, и, наконец, в случав наличия борозд и штриховки на валунах ледниковой мостовой в основании тиллита.

Структура морен  подледникового накопления крайне изменчива. Обычно она характеризуется очень  плохой сортировкой. Критерием для разделение компонентов породы на облики и цементирующий материал принята размерность в 2 мм.

Состав морены варьирует в соответствии с составом и эрозионной способностью внебассейновых и внутрибасеейновых источников сноса, расстоянием от них и некоторыми особенностями ледника. Имеются три основных типа исходного материала:

1) внебассейновые породы, главным образом кристаллические или метаоса-дочные;

2) внутрибассейновые осадочные породы;

3) внутриформационные, переотложенные ледниковые осадки, такие, как зандровые отложения и ламиниты, которые обычно бывают слабо литифицированными и поэтому быстро дезинтегрируются в процессе ледниковой эрозии и переноса до размера составных частиц.

Обломки могут быть огранены, отполированы, трещиноваты или покрыты штриховкой. Штриховка и огранка могут образоваться, когда твердые обломки трутся о твердый субстрат или застревают на дне и затем сдираются камнями в основании ледника. Содержание обломков, которые обнаруживают штриховку, сильно варьирует от одной морены к другой от 1—2% до более 30%. Ледниковый перенос включает не только дробление, которое увеличивает угловатость, но и истирание, которое увеличивает окатанность. Длинные оси обломков в моренах часто ориентированы параллельно направлению течения ледника, хотя иногда может наблюдаться и поперечная ориентировка.

Текстура характеризуется  двумя типами:

1) линзами и слоями стратифицированных сортированных осадков;

2)полосками или пятнами.

Осадочные тела представлены сортированными осадками, которые имеют шнуркообразное залегание и отложены в данном месте подледниковыми талыми водами. Обычно они сложены параллельно- и косослоистыми песчаниками или конгломератами, иногда с прослоями аргиллитов или диамиктитов. В разрезе они выглядят в виде линз или прерывистых пластов. В некоторых из наблюдавшихся случаев в их составе были плоские таблитчатые формы с грубозернистым материалом в подошве и треугольные формы с конгломератами в кровле. Контакты бывают постепенными, резкими и деформированными. Большая часть этих осадочных тел интерпретируется как отложения подледниковых или внутриледниковых потоков, поэтому их присутствие служит важным доказательством подледникового происхождения включающих их массивных тиллитов. Однако деформированные стратифицированные тела, приобретшие в результате ледниковых сдвиговых деформаций эллипсовидные очертания.

Полосчатая слоистость часто наблюдается в нижних частях морен, в целом характеризующихся массивной текстурой, в ассоциации с эрозионными контактами и криотектоническими нарушениями в перекрывающих пластах. Своим полосчатым обликом они характеризуют чередованию окраски, состава и вариациям в распределении зерен по размеру.

Морены  вытаивания в основном связаны  с отложением из неподвижного льда в надледниковой окраинной зоне (статическое вытаивание), также возможно их образование под активном льдом (динамическое вытаивание).

 При статическом вытаивании образующаяся морена большую часть своего объема получает из базальной зоны, вполне вероятно, что в ней находят отражения особенности строения последней. Кроме того при отложении путем статического вытаивания будет сохраняться такая текстура, как полосчатость, а также возникать новые, в частности, текстуры деформации, связанные с неравномерным проседанием, и линзы стратифицированных осадков, отложенных из промоин талой воды, проникающей сквозь неподвижный лед.

Процесс, посредством  которого отлагаются морены динамического вытаивания, в значительной степени гипотетичен. Вытаявший материал уплотняется надвигающимся на него ледником и не отличается от морены подледникового накопления. Однако, если смещение его было минимальным из-за большого давления подледниковой воды, хрупкий материал и внутриледниковой текстуры могут сохраниться в морене. Таким образом, полосчатость с большей вероятностью присутствует в моренах динамического вытаивания, чем в моренах накопления.

Сублимационные  морены. Идентификация сублимационных морен особенно важна, так как они являются показателями аридного полярного климата. Для них характерна тонкая полосчатость, которая, как представляется, возникает при сублимации и отложении полос внутриледникового дебриса, и не сохранилась бы в моренах вытаивания и в скоплениях тилля. Здесь же могут также присутствовать вертикально стоящие камни, ранее попавшие в глубокие расселины ледника. Установление этой фации в литифицированных тиллитовых комплексах чрезвычайно затруднительно.

Морены  подтаивания. Образуются под некоторыми морскими (или озерными) ледниковыми покровами. Они очень похожи на морены под-ледникового накопления, но плавучесть льда приводит к меньшему уплотнению осадка и меньшей ориентированности обломков, а происходящее иногда всплывание или отъединение льда от морского дна способствует образованию нерусловых стратифицированных отложений водного происхождения. Возврат ледника к своему ложу делает возможным образование подледниковых деформационных структур.

Подледниковые деформации. Движущийся ледник может передавать напряжение подледниковому субстрату, вызывая тем самым развитие гляциотектонических структур. Образование, которое деформировалось под ледником с превращением в диамикт, называется деформационной мореной.

В стратифицированных отложениях, локализованных как в пределах донной морены, так и под ней, могут наблюдаться мелкомасштабные складки и сбросы. Получить представление о характере движения из анализа складок бывает трудно, однако надвиги и нормальные ступенчатые сбросы представляют собой настоящие индикаторы движения, если они наблюдаются в подледниковой обстановке. (Рис. 5)