Речные обстановки

ФАЦИАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ТЕРРИГЕННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ

Современные обстановки терригенного осадконакопления характеризуются определенными ландшафтами, охватывающими часть земной поверхности с определенным климатом, рельефом, гидрологическими и атмосферными характеристиками, биоценозом, почвами. Древние обстановки осадконакопления также соответствуют определенным палеоландшафтам, которые являются результатом взаимодействия климатического и тектонического факторов, выраженных через рельеф. В достаточно стабильных климатических условиях основным фактором, непосредственно формирующим ландшафты, является рельеф территории, который определяется тектоническим режимом.

Существуют многочисленные классификации современных обстановок осадконакопления и древних осадочных фаций / 61 /. Различаясь в основном в деталях, эти классификации подразделяют обстановки осадконакопления на континентальную, переходную и морскую группы, в каждой из которых присутствуют продукты терригенной седиментации. В данном разделе рассматриваются наиболее важные примеры терригенного осадконакопления в каждой из указанных групп (табл. 2).

Аллювиальные отложения накапливаются как в гумидных так и в полуаридных климатических условиях. Они известны во всех типах тектонических обстановок, однако существенное значение речные отложения приобретают в областях с высокими скоростями тектонического прогибания. Увеличенные мощности аллювиальных отложений отмечаются в активных тектонических обстановках таких как краевые прогибы, рифтовые или сдвиговые бассейны. Два главных фактора – тектоническая обстановка и климат, определяют природу и объем осадочного материала. В активных тектонических обстановках с контрастным рельефом, где градиент уклона рек обычно очень высокий, осадочный материал характеризуется повышенной грубостью и высоким значением отношения песок/глина. В областях пассивного тектонического развития с низкими градиентами уклона рельефа средний размер обломочных зерен заметно уменьшается, а осадочные отложения характеризуются более низкими отношениями песок/глина.

Важнейшей гидрологической характеристикой любой реки является расход воды, который определяет объем и тип осадочного материала. Расход воды меняется сезонно, отражая сезонные климатические изменения. В периоды паводков он возрастает на порядок и обеспечивает основной привнос обломочного материала за короткий отрезок времени. Паводковые отложения являются одной из наиболее характерных особенностей речных образований. Эти катастрофические или событийные седиментационные эпизоды легко идентифицируются и представляют один из лучших диагностических критериев для установления аллювиальных отложений.

Таблица 2

Классификация обстановок осадконакопления

Обстановка	Тип седиментационной системы	Субобстановка
Континентальная	Речная: меандрирующая река	Русловая Пойменная
сплетенная река
прямолинейная река
ветвящаяся река
Переходная   Прибрежно-морская	Дельтовая: речная	Дельтовая равнина Фронт дельты (авандельта) Продельта
волновая
приливная
Терригенные береговые линии шельфа	Пляж Прибрежные бары Вдольбереговые барьерные острова Лагуна Приливно-отливные каналы и отмели
Морская (глубоководно-морская)	Подводный склон и подножье	Каналы и каньоны Прирусловые валы Конус выноса

Формирование аллювия как продукта переноса и отложения терригенного материала речным потоком происходит одновременно с образованием эрозионной долины. Поэтому фациальный характер аллювиальных осадков и их мощность неразрывно связаны с развитием самой долины. К главнейшим фациям аллювия относятся русловые и пойменные, которые у большинства речных систем обладают общими признаками.

Русловые отложения накапливаются непосредственно в области русла. Основной объем осадочного материала приурочен к внутрирусловым барам-осередкам и побочням. Формирование этих аккумулятивных форм происходит за счет бокового наращивания.

Пойменные (внерусловые) осадки накапливаются за пределами области русла. Их осаждение ограничено пространством, затопляемым во время паводков, когда река выходит из берегов и заливает прилегающую территорию пойменной равнины. Мощность этих осадков увеличивается в основном в вертикальном направлении, поэтому их называют осадками вертикального приращения.

Поскольку основное количество песчаного материала накапливается в пределах русла реки, морфология речного канала служит важным фактором, определяющим геометрию и внутреннюю архитектуру песчаных фаций. По морфологическому признаку речные русла принято разделять на прямолинейные (straight), меандрирующие (meandering), сплетенные (braided) и ветвящиеся (anastomosing) / 53, 54, 68, 69 /. Прямолинейные речные русла встречаются редко, имеют преимущественно деградирующий характер, они обычно короткие и чаще всего переходят в участки русел сплетенного типа. Прямолинейные реки лишены резко выраженных излучин, текут только по одному руслу, вдоль которого тянутся узкие прибрежные бары-побочни, расположенные то у одного, то у другого берега. Анастомозирующие реки, не так давно описанные Д. Смитом / 88 /, характеризуются наличием извилистых нерегулярно соединяющихся и разъединяющихся русел, разделенных стабилизировавшимися островами, покрытыми плотной растительностью. Такие реки транспортируют почти исключительно тонкий взвешенный материал, отлагают небольшое количество осадков и характеризуются очень высоким отношением глина/песок. Также как и прямолинейные реки анастомозирующие речные русла не играют существенной роли в формировании песчаных пород-коллекторов.

Почти все реки, осаждающие большие количества обломочного материала, относятся к меандрирующим или сплетенным рекам, на примере которых рассмотрены основные модели аллювиальных фаций.

Меандрирующие реки формируются в пределах аллювиальных равнин с низкими градиентами уклонов, где расходы воды невелики и относительно постоянны. Характерной особенностью этих рек является регулярное смещение излучин и сопутствующее ему боковое приращение меандровых отмелей / 34, 53, 72, 73, 95 /.

В наносах меандрирующих рек представлены, как правило, русловые и внерусловые осадки, а также отложения старицы (рис. 9).

Отложения русловой субфации формируются у внутренних изгибов меандров, когда река врезается в берег вдоль внешнего края его изгиба; русловые отмели – побочни, образуются в результате наносов. При этом базальная часть отложений русловой отмели, представленная наиболее грубыми фракциями, отлагается непосредственно у подмываемого берега, где течение реки самое сильное. На более пологом внутреннем склоне берега реки аккумулируются песчаные отложения средней части отмели, а ее верхняя часть обычно образуется в период паводка в условиях мелких вод при низкой скорости течения (рис. 10). Таким путем формируется характерная для аллювиальных отложений последовательность напластования, которая устойчиво выдержана для большинства меандрирующих рек и может быть принята в качестве стандартной модели.

Рис. 9. Элементы речной долины / 95 /.

Побочень

Активный канал

Активный канал

Латеральная аккреция

Старичное озеро

Побочень

Рис. 10. Схема образования прирусловых баров-побочней и старичных озер / 72 /.

В модели Вишера показано / 93 /, что вертикальный разрез осадков речной отмели образует снизу вверх последовательность с уменьшающейся гранулометрией и характерными седиментационными текстурами: 1) нижняя пачка песчаных осадков с крупными или средними размерами зерен, с диагональной слойчатостью большого масштаба, отложенная водным потоком в условиях нижнего режима течения; 2) пачка осадков со средними или мелкими размерами зерен, с горизонтальной слойчатостью, отложенная в условиях верхнего режима течения; 3) пачка осадков с очень мелкими размерами зерен, характеризующаяся диагональной слойчатостью малого масштаба и связанная с нижним режимом течения.

Алленом / 53 / представлена принципиальная модель руслового осадконакопления, основанная на циклическом строении аллювиальных разрезов, в которых им выделены шесть закономерно сменяемых друг друга литотипов: А – конгломераты, В₁ – песчаники с диагональной слоистостью большого масштаба, В₂ – песчаники с горизонтальной слоистостью, В₃ – песчаники с диагональной слоистостью малого масштаба, С – переслаивание песчаниковых и алевролитовых отложений, D – алевролиты. Отложения литотипа А, представленные сравнительно маломощными и быстро выклинивающимися пластами внутриформационных конгломератов, считаются осадками, выстилающими русло, литотипы В₁, В₂ и В₃ – осадками отмелей, а литотипы С и D – внерусловыми осадками (рис. 11).

А	Б

Рис. 11. Иллюстрация модели седиментации на выпуклом берегу русла реки (А) и типовая форма каротажной кривой ГК прируслового бара-побочня (Б). Объяснение фаций А, В₁, В₂, В₃, С, D в тексте; 1 – эрозионная поверхность, связанная с миграцией русла, 2 – поверхность выпуклого берега на разных этапах его миграции.

Эта закономерность в смене литотипов четко фиксируется на каротажных диаграммах ПС и ГК, имеющих колоколовидную форму с прямой подошвенной линией и плавным переходом к кровельной линии.

Отложения внерусловой (пойменной) субфации формируются из суспензии на заливаемых участках речной поймы, когда реки выходят из берегов. Они отличаются тонкой слоистостью, содержат знаки ряби и горизонты трещин высыхания, заполненные песком. За пределами русла выделяют отложения береговых валов, песков пойменных разливов и собственно пойменные образования (внутренней поймы).

Береговые валы формируются в периоды паводков, когда часть обломочного материала выносится рекой за пределы стационарного русла и откладывается в узкой полосе пойменной равнины. Отложения состоят из мелкозернистых песчаников или алевролитов. Зернистость осадочных пород укрупняется по направлению к берегу русла. В песчаниках преобладает диагональная слоистость малого масштаба, нередки восходящие знаки ряби. Алевролиты обычно обладают слоистым строением или массивны. В отложениях береговых валов встречаются корненосные горизонты. Песчаные тела не имеют площадного распространения (их ширина десятки метров), характеризуются незначительной мощностью (0,5-2,5 м). На каротажных кривых ПС, ГК они выделяются групповыми аномалиями треугольной формы средней интенсивности.

Пески пойменных разливов представлены более крупнозернистым материалом, чем в береговых валах, но более мелкозернистым, чем в русловых осадках. Размеры зерен обычно уменьшаются по мере удаления от русла. Подошва песчаных тел имеет эрозионный характер, в строении пород преобладают горизонтальная слоистость и диагональная слоистость малого масштаба. Образование отложений песков разлива связано с прорывом берегового вала полыми водами и выносом обломочного материала на пойму. Эти отложения аккумулируются в зоне перехода от внешней (песчаной) части поймы к ее внутренней (глинистой) части. Мощность отложений обычно составляет не более 2-3 м при ширине сотни метров. На каротажных диаграммах ПС, ГК они характеризуются групповыми аномалиями треугольной формы средней и высокой интенсивности.

Отложения внутренней части поймы представлены материалом самых мелких фракций, накопившихся на наиболее удаленных заливаемых участках пойменной равнины, а также в пределах пойменных озер и болот. Среди глинистых отложений здесь иногда встречаются прослои алевролитов и тонкозернистых песчаников. В большинстве случаев разрезы внутренней поймы сложены тонкогоризонтальнослоистыми алеврито-глинистыми осадками, перекрытыми отложениями тонких илов. Строение осадочных отложений зависит от климатических условий. Влажный гумидный климат благоприятен для развития интенсивного растительного покрова и формирования почвенных горизонтов и торфяных залежей, которые служат надежным индикатором пойменных условий осадконакопления. Среди озерных отложений могут встречаться окаменелые остатки рыб и раковины моллюсков.

Отложения старичной субфации накапливаются в пределах брошенных русел, возникающих, когда река прорывает шейку меандра и прокладывает новое русло. На месте бывшего русла обычно образуется старичное озеро, заполняемое отложениями аналогичными осадкам внутренней части поймы. В плане эти тонкозернистые отложения имеют шнуровидно-изогнутую форму, а в разрезе они непосредственно залегают с резким контактом на остаточных русловых конгломератах без каких-либо промежуточных слоев отмелевых песков.

Песчаные отложения внутрирусловых баров-побочней формируют породы-коллекторы хорошего качества. Пески пойменных разливов могут слагать более маломощные второстепенные коллекторы в крупномасштабных речных системах, тогда как пойменные отложения представляют экранирующие толщи. Меандрирующие реки обычно образуют песчаные пояса, сложенные латерально аккрецированными индивидуальными барами-побочнями. Эти меандровые пояса распространяются в ширину до нескольких километров и могут образовывать превосходные стратиграфические ловушки, особенно там, где песчаный пояс испытывает региональный наклон / 68 /.

Сплетенные реки. Чаще всего тип речной системы, обозначенный термином «сплетенная река» (braided river) на русский язык переводится как разветвляющаяся река, что не отвечает точному значению процесса. Процессы, имеющие место в рассматриваемых речных системах с избытком кластического материала, направлены именно на «сплетение» потоков – их расхождение, схождение и взаимное наложение в пространстве с образованием сложно переплетенной сети в пределах широкого русла или долины. Такие речные системы приурочены к участкам с более крутыми уклонами и более высоким расходом воды, чем в случае меандрирующих рек. Обычно это предгорные районы с большим объемом атмосферных осадков и незначительным растительным покровом, не препятствующим речному стоку и способствующим избыточной аккумуляции речных наносов.

Сплетенные реки формируют слабоизвилистые русла с многочисленными барами-осередками и разделяющими их каналами (рис. 12). Бары могут быть вытянуты параллельно оси речного русла (продольные бары) или расположены поперек руслового канала (поперечные бары). Они обычно состоят из песка с незначительной примесью гравийного материала, тогда как русловые каналы сложены более грубыми осадками гравийного и галечного размеров. Этим рекам свойственно высокое песок+гравий/глина отношение. В процессе своего развития сплетенные реки испытывают значительные латеральные смещения по песчаной аллювиальной равнине, что в итоге приводит к формированию обширных покровов, состоящих из слившихся песчаных и гравийно-галечных тел. В зависимости от преобладающего состава отложений эти реки делятся на преимущественно гравийные и преимущественно песчаные / 69 /. Доля более мелкозернистых осадков обычно невелика, тонкозернистые песчаники и алевролиты накапливаются в периоды низкого уровня воды в «затухающих» руслах разного порядка.

Общей особенностью аллювиальных отложений является выклинивание отдельных групп слоев на сравнительно коротком расстоянии. Благодаря повторяющимся отмираниям русел и флуктуациям расхода воды здесь обычно отсутствуют латерально выдержанные циклические серии, подобные тем, которые встречаются в меандрирующих руслах.

Рис. 12. Схема строения сплетенной реки / 69 /

В аллювиальных осадках сплетенных рек главную роль играют отложения баров-осередков. В случае гравийных баров, часто встречающихся в верховьях реки, отложения лишены отчетливо выраженных седиментационных текстур или в их строении можно наблюдать слабо проявленную горизонтальную слоистость. Гравийные отложения нередко переходят по сторонам в гравелисто-песчаные осадки с диагональной слоистостью большого масштаба. Такие отложения накапливаются в нижнем конце гравийного бара, а их диагональные слои наклонены в направлении течения реки.

Вниз по течению реки уменьшаются размеры зерен обломочного материала и возрастает степень его сортировки. Здесь отмечаются серии, демонстрирующие уменьшение размерности вверх по разрезу – от гравия через песок к алевролитам. Эти серии, образующиеся при латеральной миграции баровых и канальных отложений, имеют мощность от десятков сантиметров до 5 м и хорошо распознаются в керне скважин и на каротажных диаграммах (рис. 13). Каждая серия начинается с базальных грубокластических остаточных русловых отложений, которые сменяются вверх по разрезу косослоистыми грубо- и среднезернистыми песчаниками. Доля грубообломочных гравийно-конгломератовых отложений сильно варьирует, от практически полного отсутствия до 100%.

1 2 3 4 5 6

Рис. 13. Строение седиментационных серий и формы каротажных кривых ГК для внутрирусловых баров сплетенных рек: 1-3 – разрезы баровой отмели вверх по течению реки; 4-6 – разрезы баровой отмели вниз по течению реки /Bridge et al., 2000/.

Анализ современных систем сплетенных рек показывает, что подавляющее большинство седиментационных серий отличается сложным и неупорядоченным строением. Они состоят из вертикально и латерально слившихся индивидуальных канальных и баровых осадочных последовательностей, формирующих мощные (десятки метров) и латерально выдержанные (десятки километров) песчаные тела. Поэтому отношение параметров ширина/мощность у сплетенных речных систем значительно выше, чем у меандрирующих русел. Песчаные тела-коллекторы могут охватывать площади в сотни и тысячи квадратных километров / 68 /.

Дата добавления: 2014-12-16