7.2 Карбонатные формации

Карбонатные толщи после терригенных занимают второе место в составе осадочной оболочки земной коры. Оценка относительной распространенности глин, песчаников и известняков выражается соотношением 81:11:8 /22/. По В. И. Попову и В. Ю. Запрометову /23/ 10—15% осадочных формаций континентальной коры представлено карбонатными формациями, которые известны, начиная с раннего докембрия, широко распространены в позднем докембрии, палеозое, мезозое и кайнозое. Состав карбонатных формаций на протяжении истории Земли изменялся. Карбонатные формации, образованные доломитами с магнезитами, известны в докембрийских отложениях, доломиты также широко распространены в палеозойских толщах. В мезозойских и кайнозойских отложениях преобладают известняки. Эволюция биосферы обусловливает изменение состава породообразующих организмов биогенных карбонатных пород.

Карбонатные осадочные формации представляют большой интерес для народного хозяйства. Многие разности карбонатных пород используются в промышленности как естественные строительные и облицовочные материалы, сырье на известь и цемент, флюсы и др. В сельском хозяйстве карбонатные породы применяются для известкования почв. Кроме того, с карбонатными формациями связаны многие месторождения нефти, горючих сланцев; они вмещают месторождения бокситов, марганца, железа, фосфоритов, полиметаллов. Карбонатные толщи представлены различными карбонатными формациями. Отдельные типы карбонатных формаций выделены и охарактеризованы М.С. Швецовым, И.В. Хворовой, Б.М. Келлером, В.Г. Кузнецовым, Г.Ф. Крашенинниковым, А.Г. Бабаевым, И.К. Королюк, С.В. Максимовой, С.Л. Афанасьевым, Е.М. Хабаровым, С.Ф. Бахтуровым и др.

Группирование карбонатных формаций разные авторы осуществляют с разной степенью детальности и по разным принципам. Среди карбонатных формаций выделяют: платформенные и геосинклинальные (Л.Б. Рухин); рифовую, слоистоизвестняковую, доломитовую (Э.Н. Янов); субформацию карбонатного флиша (В.Е. Xaин). B.И. Поповым и В.Ю. Запрометовым /23/ среди карбонатных формаций выделены восемь генетических семейств. В каждом семействе - от двух до пяти генетических типов.

Основываясь на характеристике состава и строения карбонатных толщ, И.К. Королюк разработала и предложила свою классификацию карбонатных формаций /19/. В основу классификации положен принцип наличия в толщах биогермных построек. Она выделила три группы карбонатных формаций.

1. Формации, почти лишенные органогенных построек (группа «кархем»). Это формации, сложенные тонкозернистыми тонко и микрослоистыми хемогенными, биохемогенными и биогенными известняками и первичными доломитами. Типичные формации — доломитовые и пелитоморфных известняков, меловые, глобигериновых известняков.

2. Формации, в которых органогенные постройки имеют незначительное развитие или, если они и развиты, то не они составляют преобладающий материал в разрезе формации (группа «карбио»). Это формации слоистых детритовых и биоморфных известняков, иногда с доломитизированными известняками и доломитами. Типичные формации — окская формация нижнего карбона Подмосковья, московская формация среднего карбона Подмосковья, формации оолитовых известняков, слоистых известняков с рассеянными органогенными постройками^

3. Формации с массовыми органогенными постройками и продуктами их разрушения. Это различные рифогенные формации, среди которых в зависимости от типов органогенных построек, от характера сочетаний их между собой, количества и первичной сохранности, И. К. Королюк выделяет: формации рифовые, биогермных массивов, банково-рифовые и рифоидные.

Принципы, положенные И.К. Королюк в основу классификации карбонатных формаций, позволяют ориентировать нефтепоисковые работы в сторону высокоемких коллекторов в карбонатных толщах рифовых массивов. Только один признак — степень участия организмов, способных создать каркас для биогермных построек, по-видимому, недостаточен для общей классификации карбонатных формаций по их составу и строению и не дает воззожности систематизировать карбонатные формации.

Если терригенные формации мы систематизируем по минеральному составу (зрелости) обломочного вещества, степени его механической дезинтеграции (размерности обломочного материала), способу его выпадения в осадок, очевидно, с таких же позиций надо подходить к систематике карбонатных формаций. Опираясь на принципы систематики, отмеченные выше, класс карбонатных формаций подразделяется на три больших подкласса: известняковые формации, доломитовые формации и смешанные. Доломитовые формации широко развиты в разрезах докембрийских отложений, известняковые — в фанерозойских, а смешанные встречаются в составе всех стратиграфических подразделений.

Известняковые формации. Образуют разнообразную по происхождению, составу исходного вещества и практическому значению группу формаций, приуроченную к различным типам структурных элементов платформ и геосинклинальных областей. Развиты известняковые формации также в структурах, формирующихся в обстановке орогенного режима—в краевых, прогибах и межгорных впадинах.

Главными членами известняковых формаций являются различные типы известняков, мергели. В качестве второстепенных встречаются доломиты, гипсы, ангидриты, песчаники и алевролиты, конгломераты и гравелиты, глины, аллиты, горючие сланцы, силициты, фосфориты,— т. е. широкий спектр пород, парагенетически связанных с известняками. Причем для разных генетических типов известняков характерен свой набор второстепенных членов ассоциаций. По преобладающим типам пород известняковые формации можно разделить на семейства: обломочных, биогенных, биогенно-хемогенных известняков.

Формации обломочных известняков. Обычно обломочные известняки участвуют в строении толщ различного состава. Особенно часто они принимают участие в строении толщ органогенных известняков — рифогенных формаций, образуя шлейфы, обрамляющие биогермные массивы. Тем не менее, иногда обломочные известняки образуют крупные скопления — самостоятельные формационные тела, в которых другие типы известняков имеют подчиненное значение. В качестве одного из примеров формаций — представителя данной группы можно привести формацию красных брекчиевидных известняков титонского яруса юго-западного Крыма. Ее состав и строение охарактеризованы в работах И.В. Архипова.

Главные члены формации: красные, розовые, серые известняковые брекчии, переходящие в брекчиевидные и мелкообломочные известняки. Второстепенные — розовые, желтоватые и серые пелитоморфные и коралловые известняки. Строение толщи толсто- и среднеслоистое, ее форма в плане — неправильная асимметричная. Мощность — до 800 м. Фациально связана с ритмично построенной глинисто-известняковой формацией (кимеридж-титонский флиш, по И.В. Архипову).

По-видимому, к этой же группе формаций следует отнести норийские отложения Передового хребта Большого Кавказа, описанные Э.Н. Яновым /39/ как красноцветная морская известняковая формация. По Э.Н. Янову, залежь этой формации имеет линзовидную форму мощностью до 500 м. В ее строении участвуют фиолетовые брекчиевидные алевритистые и песчанистые известняки, местами водорослевые. В известняках присутствуют зерна кварца, обломки серого известняка, песчаники. Второстепенные члены парагенеза - кварцевые и кварц-полевошпатовые песчаники, гравелиты, конгломераты, образующие прослои мощностью до 2—3 м. Обломочные породы также пестроцветные. По мнению Э.Н. Янова, данная парагенетическая ассоциация формировалась в полуизолированном бассейне (заливе) на этапе относительного тектонического покоя.

Формации биогенных известняков. Анализируя разнообразие толщ биогенных (органогенных) известняков с точки зрения особенностей их строения, форм залежей, условий формирования, рудоносности, можно сделать заключение о том, что состав породообразующих организмов позволяет выделять разные формации биогенных известняков. В этом случае формации могут служить индикаторами палеогеографических обстановок, позволят установить связи парагенезисов карбонатных пород с морфоструктурами палеорельефа, понять эволюцию карбонатных формаций в истории Земли.

На примере мезозоя и кайнозоя северного обрамления бассейна Тетис отчетливо видно, что разделение толщ биогенных известняков по породообразующим организмам позволяет более определенно осуществлять палеотектонические реконструкции и прогнозную оценку территорий. На разных интервалах стратиграфического разреза, в разных зонах здесь обособлены толщи пелециподовых ракушечных (в том числе устричных), рудистовых, нуммулитовых, мшанково-криноидных, мелоподобных (кокколитофоридовых), орбитолиновых, кораллово-водорослевых, цефалоподовых (аммонитико-росса) известняков и мергелей. Каждая из этих толщ имеет свое «лицо», сложена определенным набором типов пород, обладает характерным строением разреза и связями со смежными формациями. Наконец, каждая из этих толщ занимает вполне определенное стратиграфическое положение. Эволюция беспозвоночных и водорослей, служивших породообразующими организмами карбонатных толщ, изменения в соотношении биогенного и хемогенного осадконакопления в истории Земли, позволяют говорить о направленной эволюции карбонатных формаций.

Среди формаций биогенных известняков, по-видимому, следует выделять группы формаций, образованные преимущественно водорослевыми известняками (строматолитовые, кокколитофоридовые), водорослево-археоциатовыми, кораллово-водорослевыми, мшанковыми, цефалоподовыми, фораминиферовыми, брахиоподовыми, гастроподово-пелициподовыми и другими группами породообразующих организмов. Некоторые из представителей этих групп формаций по своему внутреннему строению относятся к рифовым, другие - всегда образуют слоистые толщи.

Ниже мы дадим очень краткую характеристику отдельных представителей некоторых перечисленных групп формаций, опираясь, главным образом, на примеры мезозойских-кайнозойских толщ юга страны.

Формации пелециподовых ракушечников. Характерным представителем этой группы формаций являются толщи сарматских и мэотических известняков Южного Причерноморья и Крыма. Главные члены ассоциации — желтоватые светлые известняки-ракушечники, состоящие из обломков и целых раковин двустворок, обычно песчанистые, алевритовые, иногда переходящие в алевролиты. В качестве второстепенных членов присутствуют обломочные породы, алевритистые глины, иногда — гипс; обычен глауконит, нередко желваковые фосфориты. Толщи известняков средне- и мелкослоистые. Образуют крупные плащеобразные залежи мощностью 30—50 м. Распространены формации в окраинных платформенных прогибах, а также в орогенных впадинах, развивавшихся как полуизолированные бассейны с повышенной или пониженной соленостью.

К этой же группе формаций относятся толщи устричных известняков мела и палеогена юго-востока Средней Азии. Толщи устричных известняков мощностью 30—40 м характерны для среднего и верхнего альба, верхнего сеномана, сантона-кампана, среднего эоцена. Чаще это чистые изрестняки, но иногда они содержат прослои зеленой алевритистой глины или алевролита, нередко заключают прослои красных глин и гипсов. Устричники слагают обособленные тела в Ферганской впадине. Местами они расслоены пачками глин и переходят в устрично-глинистую формацию.

Формации фораминиферовых известняков. К этой группе следует отнести толщи нуммулитовых, орбитолиновых, швагериновых известняков, пользующиеся наиболее широким распространением в окраинных платформенных прогибах и во внешних геосинклинальных зонах.

Очень характерной является формация нуммулитовых (симферопольских) известняков ранне-среднеэоценового возраста в Крыму. Формация четко обособлена в разрезе. Главными членами формации являются нуммулитовые известняки, чистые и глинистые, второстепенными — мелоподобные мергели. Формация образует плащеобразную залежь мощностью до 45 м. Вверх по разрезу и по латерали она сменяется формацией мелоподобных мергелей с нуммулитами. Строение формации трансгрессивное, среднеслоистое. Область ее распространения тяготеет к зонам конседиментационных поднятий в морском бассейне.

Формации орбитолиновых известняков описаны в разрезе верхнего баррема-апта на территории Центрального Ирана, Южного Афганистана, Южной Турции, северной части Аравийского полуострова. Их структурная приуроченность не вполне ясна.

На Восточно-Европейской платформе ассельско-сакмарско-артинские отложения выражены формацией слоистых швагериновых и фузулиновых известняков, слагающих толщу в 150—200 м мощности. Среди фораминиферовых известняков распространены мелкодетритовые разности и небольшие биогермные массивы. Местами известняки доломитизированы и толща содержит прослои доломитов.

Формации кораллово-водорослевых известняков пользуются широким распространением в области Тетис в разрезе юрских и неокомских отложений. Обычно являются одним из типов так называемых «биогермных», «рифовых», «рифоидных» формаций.

Характерным представителем этой группы формаций является толща верхнеоксфордских известняков Юго-Западного Крыма. Толща оксфордских кораллово-водорослевых известняков образует высокие обрывы южного склона Главной гряды Крымских гор (гора Ай-Петри). Известняки отдельных массивов пелитоморфные серые, светло-серые, розоватые, перекристаллизованные. Толща включает линзы грубослоистых брекчиевидных известняков, иногда тонкослоистых глинистых. Местами в основании толщи биогермных кораллово-водорослевых известняков отмечаются прослои оолитовых песчанистых известняков, песчаников, мелкогалечных конгломератов. Форма тела — караваеобразная, линзовидная, мощность—до 700 м.

В разрезе неокома юга Украины и Западной Европы встречаются аналогичные формации, известные под названием известняков «ургонской фации». В Украинских Восточных Карпатах известняки образуют линзы (?) мощностью 2—300 м и длиной до 3 км в мергельной и песчано-алевролитовой толще. Наряду с колониальными кораллами и водорослями, в известняках много остатков гастропод, орбитолин, мшанок, рудистов.

Формации кокколидофоридовых известняков (писчего мела, мелоподобных известняков и мергелей) широко распространены в разрезе верхнего мела, палеоцена, эоцена Европы, Северной Африки, на юге Северной Аме­рики. На платформах в строении формаций участвуют мел, мелоподобные мергели; в качестве второстепенных членов присутствуют опоки и глауконитовые песчаники, фосфориты. В складчатых областях основу формации слагают светлые, белые, иногда серые и розоватые мелоподобные, иногда фарфоровидные известняки, мергели с отдельными прослоями известковистых глин, глауконитовых песчаников. Нередко в разрезе формации отмечается ритмичность, выраженная чередованием известняков чистых и глинистых. Преобладают микрозернистые известняки. В пределах Северного Предкавказья в разрезе верхнемеловой формации мелоподобных известняков и мергелей, по данным В.Г. Кузнецова, мелоподобные известняки приурочены к верхней части формации, плотные фарфоровидные — к турону-кампану, а рыхлые встречаются отдельными пластами по всему разрезу.

В разрезах Горного Крыма верхнемеловые отложения выражены двумя формациями мелоподобных известняков и мергелей. Нижняя - соответствует сеноману-коньяку, верхняя — сантону-маастрихту. Они разделены поверхностью перерыва и характеризуются различным типом внутреннего строения: нижняя — трансгрессивным, верхняя — регрессивным. Мощности формаций составляют 120-250 м. К разновидности этой же группы формаций следует отнести извест­няковый флиш турона-кампана горной Кахетии (Л. И. Татаришвили), имеющий мелко-, средне- и крупноритмичное строение. Главными членами являются мелоподобные известняки, мергели. В качестве второстепенных членов присутствуют силициты, гидрослюдистые и монтмориллонитовые глины, алевролиты и песчаники. Первый элемент ритма образован мелкодетритовыми известняками псамитовой или алевритовой размерности; второй элемент ритма — микрозернистыми известняками и мергелями. Карбонатный флиш описан в многочисленных работах Н.Б. Вассоевича, Б.М. Келлера, С.Л. Афанасьева в разрезе верхнемеловых отложений Западного Кавказа.

Формации хемогенно-биогенных известняков. К рассматриваемой группе формаций относятся карбонатные толщи, сложенные пелитоморфными, микрозернистыми, оолитовыми, псевдооолитовыми комковатыми известняками, содержащими прослои и линзы детритовых и биогенных известняков и доломитов. В разрезе формаций нередко присутствуют мергели, глины, горючие сланцы, известняковые брекчии.

Строение формаций на площади подвержено значительным изменениям. Характерны биогермные постройки различных размеров. Толщи в целом слоистые. Ритмичность выражена сменой в разрезе микрозернистых глубоководных(?) известняков мелководными мелкодетритовыми, оолитовыми, комковатыми.

В качестве представителя этой группы формаций следует упомянуть толщу келловей-оксфордских известняков юго-востока Туранской плиты. Состав этой формации по материалам бурения охарактеризован А.Г. Бабаевым. Характер ритмичности толщи в юго-западных отрогах Гиссара описан И.Г. Михеевым. К этому же формационному типу с точки зрения наличия биогермов И.К. Королюк относит карбонатные толщи ордовика-силура Эстонии.

Приведенные отдельные примеры нескольких групп известняковых формаций, отличающихся типом биогенных известняков, условиями накопления, практическим применением, свидетельствуют о разнообразии известняковых толщ как геологических формаций. Выделение просто «известняковой» формации, как это еще продолжает иметь место в работах некоторых тектонистов и литологов, представляется недостаточным для решения прикладных задач формационного анализа.

Доломитовые формации. Доломитовые формации выражены мощными толщами доломитов с прослоями магнезитов, известняков, обломочных и кремнистых пород. М.А. Семихатов охарактеризовал их в разрезе рифея Енисейского Кряжа и Прибайкалья. На Урале — это саткинская и бакальская свиты. Э.Н. Янов /39/ эту группу формаций, называет «доломитовой формацией». Он отмечает ее в разрезе нижнего протерозоя Восточного Саяна, в верхнем протерозое—нижнем кембрии Селенгино-Яблоновой системы, Аргунского и Буреинского массивов, п-ва Канин, Урала, а также в ордовике - девоне Южного Тянь-Шаня и Урала. Доломитовые формации также имеются в разрезе верхнего триаса и верхней юры Кавказа. По латерали рассматриваемая группа формаций замещается известняковыми, кремнисто- и глинисто-карбонатными; по вертикали — нередко также алюмосиликатными обломочными формациями.

По М.А.Семихатову, доломитовая аладьинская формация Енисейского Кряжа образована светло-серыми и желтоватыми доломитами толстоплитчатыми и массивными, мелкозернистыми. Отмечаются горизонты (8—10 м) доломитовых брекчий. Мощность формации 500—800 м.

Накопление формаций, сложенных доломитами, происходило, вероятно, в окраинных платформенных прогибах, во внешних прогибах геосинклинальных систем, на срединных массивах. С данной группой формаций связаны месторождения магнезитов, сидеритов, гипса.

Группа доломитовых формаций изучена недостаточно. Вероятно, в составе этой группы могут быть выделены разные подгруппы формаций. Сами доломиты могут иметь как первичное, так и вторичное происхождение.

Смешанная группа карбонатных формаций является наиболее многочисленной, типичной для платформ, геосинклинальных и орогенных комплексов. К ней следует относить формации с содержанием карбонатных пород не менее 30% мощности разреза в центральных частях формационных залежей. По типам строения формации этой группы также резко отличаются друг от друга. Среди них встречаются глинисто-карбонатные толщи с крупными биогермными массивами (верхнеюрская судакская, казантипская миоценовая формации Крыма) и толщи тонкоритмичного флишевого строения (терригенно-карбонатные флишевые комплексы нижнего мела Грузии) и т. д. Очень характерно тонкослоистое ритмичное сложение кремнисто-карбонатных серий.

Флишеподобный глинисто-известняковой формацией местами представлены кимеридж-титонские отложения в Горном Крыму (Байдарская, Варнаутская котловины, окрестности Феодосии). В ее разрезе прослои обломочного известняка (3—10 см) ритмично чередуются с зеленовато-.серыми известковистыми глинами.

Очень характерной глинисто-ракушечниковой формацией выражена толща верхнего мела Афгано-Таджикской впадины. Многократное чередование устричных известняков, полимиктовых глауконитовых песчаников, гидрослюдистых глин, мергелей, образующих пачки в 2—3 и до 10м, создает неповторимую специфику парагенезиса, В качестве второстепенных членов в ее разрезе присутствуют красноцветные глины, гипсы, доломиты.

В целом следует отметить, что терригенно-карбонатные формации всегда в той или иной степени ритмичны, обладают направленным изменением состава по разрезу и площади. Их мощности, морфология залежей изменяются в широких пределах. Также различны условия их накопления.

Кремнисто-карбонатные формации. Эта группа представлена формациями, в наборах которых принимают участие различные типы известняков, доломиты, силициты и глинистые сланцы.

И. К. Королюк /19/ к группе кремнисто-карбонатных формаций относит доманиковую формацию, соответствующую верхней части франского яруса Приуралья. Ее подстилают и перекрывают известняковые формации. Доманиковую формацию слагают микрозернистые кремнистые, глинисто-кремнистые, битуминозные известняки. Им сопутствуют органогенные: птероподовые, пелециподово-птероподовые, птероподово-цефалоподовые и остракодовые известняки. Второстепенными членами являются стяжения и пропластки кремней, кремнистые мергели, доломиты, горючие сланцы, аргиллиты. Все породы темноокрашенные. Для толщи характерна тонкая слоистость без признаков ритмичности. Все породы обогащены органическим веществом сапропелевого типа. Накопление формации происходило в условиях прогиба, недокомпенсированного сносом осадков.

Близкими характеристиками обладают битуминозные карбонатно-сланцевые формации, описанные С.Ф. Бахтуровым в разрезе верхнего рифея (каланчевская), венда (тинновская), нижнего и среднего кембрия (куонамская), силура (чамбинская) Восточной Сибири/1/. В строении указанных формаций автором выделены парагенезисы разных рангов (наборы, сообщества наборов, комплексы). В строении всех формаций участвуют черные аргиллиты, известняки и доломиты. В каждой присутствуют типичные для нее породы: в каланчевской — черные кристаллические и онколитовые известняки, серые кристаллические известняки и доломиты; в тинновской — антрацитовидные известняки и черные аргиллиты; в коунамской и чамбинской — светло-серые кристаллические и биодетритовые известняки.

В качестве примера известняково-кремнистой формации И.К. Королюк приводит зилимскую формацию среднего карбона — касимовского яруса Приуралья, сложенную ритмично чередующимися светлыми известняками и кремнями. Частое их чередование (0,1—0,25 м) придает толще матрасовидный облик, что послужило поводом к наименованию — «матрасная формация». Пластовые силициты содержат остатки губок. Известняки детритовые, органогенные. Мощность формации — 400-500 м.

Также в Приуралье, на западном крыле Предуральского прогиба, выделяется куруильская кремнисто-карбонатно-глинистая формация (визейский и серпуховской ярусы). Формация подробно охарактеризована И.В. Хворовой. И.К. Королюк считает, что от «матрасной» ее отличает значительное содержание глинистых пород, микроритмичное строение пачек, иной характер кремней (спонголиты). Известняки нередко оолитовые, реже фораминиферово-сгустковые, зернистые с примесью зерен кварца, вулканического стекла. Высказано мнение, что куруильская кремнисто-карбонатно-глинистая формация является типичной для внешних бортов флишевых трогов на стадии, предшествующей флишеобразованию.