Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литология грязевулканических отложений Восточного Средиземноморья

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Ахманов, Григорий Георгиевич, Москва

Моим родителям, с любовью

/ /

С/ /

к

/

е \

/

московским государственный университет

им. м.в. Ломоносова

геологический факультет

На правах рукописи УДК 551.311.8:552.5(262.2)

Ахманов Григорий Георгиевич

ЛИТОЛОГИЯ ГРЯЗЕВУЛКАНИЧЕСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОЧНОГО СРЕДИЗЕМНОМОРЬЯ

Специальность 04.00.21 - литология

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

вед.науч.сотр. А.Ф. Лимонов

москва - 1999 г.

Оглавление

Введение........................................................................................................................... 1

Глава I. Физико-географическая характеристика Восточного

Средиземноморья........................................................................................... 7

Глава II. Геологическое строение Восточного бассейна Средиземного моря.... 11

2.1. Стратиграфия и особенности строения осадочного чехла Восточного Средиземноморья............................................................................................. 11

2.2. Тектоника.......................................................................................................... 30

2.3. Основные этапы геологического развития Восточного Средиземноморья.................................................v.................................................. 36

Глава Ш. Грязевой вулканизм Восточного Средиземноморья............................. 43

3.1. Общие сведения о грязевом вулканизме....................................................... 43

3.2. Методы изучения подводных грязевых вулканов......................................... 47

3.2.1. Дистанционные методы................................................................................... 47

3.2.2. Прямые методы............................................................................................... 50

3.3. Грязевые вулканы Восточного Средиземноморья........................................ 52

3.3.1. История открытий грязевых вулканов на Средиземноморском вале...................... 53

3.3.2. Морфология и типы подводных грязевых вулканов Восточного Средиземноморья............................................................................................ 57

Глава IV. Методика изучения грязевулканических отложений!........................... 62

Глава V. Литология сопочных отложений Средиземноморских грязевых

вулканов.......................................................................................................... 67

5.1. Отложения грязевых вулканов района Кабблстоун 3................................... 67

5.1.1. Гранулометрический состав.............................................................................. 68

5.1.2. Гравийно-галечная составляющая сопочной брекчии.......................................... 69

5.1.2.1. Основные петротипы............................................................................. 70

5.1.2.2. Анализ генетических признаков.............................................................. 89

5.1.2.3. Определения возраста............................................................................ 92

5.1.3. Песчаная и алевритовая составляющие грязевулканических отложений................ 101

5.1.4. Пелитовая составляющая................................................................................. 104

5.1.5. Интерпретация результатов изучения сопочной брекчии...................................... 106

5.2. Отложения грязевых вулканов района Олимпи/Прометей 2....................... 111

5.2.1. Гранулометрический состав.............................................................................. 111

5.2.2. Гравийно-галечная составляющая сопочной брекчии................ ........................... 113

5.2.2.1. Основные петротипы............................. ................................................ 113

5.2.2.2. Анализ генетических признаков.............................................................. 121

5.2.3. Песчаная и алевритовая составляющие грязевулканических отложений................ 127

5.2.4. Пелитовая составляющая................................................................................. 127

5.2.5. Определения возраста..........................................................................;........... 129

5.2.6. Интерпретация результатов изучения сопочной брекчии...................................... 131

5.3. Отложения грязевых вулканов района Поднятия ООН............................... 135

5.3.1. Гранулометрический состав............................................................................. 135

5.3.2. Гравийно-галечная составляющая сопочной брекчии.......................................... 137

5.3.2.1. Основные петротипы.............................. ................................................ 137

5.3.2.2. Анализ генетических признаков.............................................................. 151

5.3.2.3. Определения возраста............................................................................ 155

5.3.3. Интерпретация результатов изучения сопочной брекчии.............. ........................>165

5.4. Погребенные грязевулканические отложений района Олимпи по результатам глубоководного бурения............................................................. 170

5.4.1. Структурно-вещественные типы отложений и их генетическая интерпретация...... 170

5.4.2. Вертикальное распределение потоков грязевулканических отложений.................. 173

5.5. Особенности состава и строения матрикса сопочных отложений............. 177

5.5.1. Соотношение матрикса и обломков.......................... ......................................... 177

5.5.2. Формирование матрикса.................................................................................. 179

5.6. Генезис сопочной брекчии Средиземноморских грязевых вулканов......... 181

5.6.1. Источники материала....................................................................................... 181

5.6.2. Условия формирования................................. .................................................... 181

5.6.3. Способы отложения.................................. ........................................................ 182

Глава VI. Состав осадочного чехла Средиземноморского вала и условия его

формирования по данным изучения грязевулканических

отложений...................................................................................................... 184

Глава VII. Генетические признаки грязевулканических отложений.................. 192

Основные выводы..........................................................................................................201

Литература.......................................................................................................................205

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Грязевой вулканизм - уникальнейшее явление природы, издавна привлекавшее пристальное внимание естествоиспытателей всего мира. Интерес к этой проблеме сильно возрос в последние годы, когда в результате морских экспедиций на акватории Мирового океана были открыты многочисленные современные проявления грязевого вулканизма, получен материал подводных грязевулканических извержений, описаны особенности строения грязевулканических построек. Одним из таких недавно открытых районов широкого проявления грязевого вулканизма является Восточный бассейн Средиземного моря.

Идея данной работы родилась в 1995 году, когда в результате трех научных экспедиций по программе ЮНЕСКО/МГУ «Плавучий университет» в Восточном Средиземноморье были открыты и опробованы более 20-ти грязевых вулканов. В Московском университете была собрана уникальнейшая база данных, не имевшая аналогов в мире, и ясно наметилась необходимость широкого описания и обобщения новых данных по литологии грязевулканических отложений. В проведении таких работ были также весьма заинтересованы западные геологи - партнеры по программе и все, кто активно работает в этом регионе.

Грязевулканические отложения несут важнейшую информацию о литологическом составе толщ, прорываемых грязевыми вулканами. Они позволяют непосредственно изучать глубоко погребенные (5-7 км) осадочные формации Восточного бассейна Средиземного моря, недоступные пока и в обозримом будущем прямому бурению на акватории. Идея о том, что «грязевой вулкан - это бесплатная разведочная буровая», была высказана Д. В. Голубятниковым еще в 20-е годы нашего столетья (Голубятников, 1923). Однако до настоящего времени не было прецедентов изучения грязевулканических отложений, заканчивающегося построением прорываемого разреза с максимально возможной детальностью. Данные, собранные по литологии грязевулканических отложений Восточного Средиземноморья, предоставили автору шанс не только провести такие исследования, но и подойти к разработке общей методики подобных работ, необходимость в которой особенно возросла с развернувшимися в последние годы широкомасштабными исследованиями грязевулканических проявлений на акватории Мирового океана.

Многочисленные открытия новых грязевых вулканов, сделанные в последние годы в морских экспедициях, подталкивают к переосмыслению роли

грязевулканических отложений в формировании осадочного чехла Земли, традиционно считавшейся ничтожно малой. Такое переосмысление целесообразно начать с обобщения и четкой формулировки основных генетических признаков грязевулканических отложений, которые позволили бы распознавать отложения грязевых вулканов в древних осадочных разрезах. В последние годы автору неоднократно приходилось слышать о проблемах интерпретации, возникавших у различных исследователей, сталкивавшихся с древними «предположительно грязевулканическими отложениями». Эти проблемы связаны как с общей конвергентностью генетических признаков осадочных пород, так и, главным образом, с отсутствием четко сформулированных признаков грязевулканических отложений. В данной работе предпринята попытка восполнить этот пробел.

Цели и задачи исследований. А: Разработать универсальную методику литогенетического изучения грязевулканических отложений. Б: Всесторонне детально охарактеризовать отложения грязевых вулканов, открытых в последние годы на Средиземноморском вале в Восточном бассейне Средиземного моря. В: На основании данных такого изучения реконструировать осадочный разрез, прорываемый вулканами в Восточном Средиземноморье. Г: На примере современных отложений изученных подводных (Восточное Средиземноморье) и наземных (Керченский п-ов) грязевых вулканов сформулировать главнейшие генетические признаки грязевулканических отложений, позволяющие распознавать их в древних осадочных толщах.

В процессе работы решались следующие задачи: (1) детальное комплексное литологическое изучение состава и текстурно-структурных особенностей отложений различных типов грязевых вулканов Восточного Средиземноморья, формирование базы данных, выделение общих черт и различий; (2) литологическое и палеонтологическое изучение обломков пород из грязевулканических отложений и сравнение их литологии с возможными аналогами в разрезах суши; (3) реконструкция разрезов, прорываемых грязевыми вулканами, для каждого грязевулканического района Средиземноморского вала, выделение на их основе осадочных серий, общих для всего региона и представленных локально; (4) поиск удачных методических приемов изучения и составление общей методической схемы исследований; (5) обобщение оригинального фактического материала и анализ литературных данных, выявление закономерностей строения грязевулканических отложений и определение их основных генетических признаков.

Материалы и методы. В основу работы положен оригинальный фактический материал, собранный автором в морских геологических экспедициях в Восточном Средиземноморье, проводившихся в рамках Международной программы «Плавучий университет» под эгидой ЮНЕСКО, а именно:

1. Образцы грязевулканических брекчий (обломки пород и заполнитель) и пелагических осадков из грязевулканических районов Олимпи/Прометей 2 и

Кабблстоун 3, отобранные в рейсе с борта НИС «Геленджик» в 1993 и 1994 гг. соответственно;

2. Образцы грязевулканических брекчий (обломки пород и заполнитель) и пелагических осадков из грязевулканического района Поднятия ООН, отобранные в рейсе с борта НИС «Профессор Логачев» в 1995 году.

В работе также использованы данные изучения образцов глубоководного бурения по программе ODP. Образцы предоставлены участником 160-ого рейса ODP доктором Дж. Вудсайдом (Свободный Университет Амстердама, Нидерланды).

Данные литологического изучения более 1500 образцов из грязевулканических районов Восточного Средиземноморья обсуждаются и обобщаются в работе. Все образцы описывались визуально и под бинокуляром, более 1000 образцов изучены в шлифах под поляризационным микроскопом, для 20 образцов выполнены детальные гранулометрический и минералогический анализы, для более чем 70 образцов выполнен рентгенофазовый анализ. В работе использованы данные возрастных датировок около 200 образцов, полученные в рамках совместных проектов палеонтологами Миланского университета (Италия) проф. И. Премоли, проф. М.Б. Чита, доктором Э. Эрба и в МГУ - доктором A.C. Алексеевым.

Методическая схема исследований грязевулканических отложений опробовалась также на образцах (более 500), собранных автором в морских экспедициях 1996 года на борту НИС «Геленджик» (грязевулканические районы Средиземного и Черного морей), 1997 года на борту НИС «Академик Борис Петров» (Восточное Средиземноморье, грязевулканический район подводных гор Анаксимандра) и 1998 года на борту НИС «Профессор Логачев» (Северная Атлантика, грязевой вулкан Хаакон Мосби).

Оригинальные данные геофизических исследований, выполненных в рейсах, в которых автор принимал участие, легли в основу описания морфологии тел, слагаемых морскими грязевулканическими отложениями. Эти данные, детальное описание колонок (более 60), отобранных из грязевых вулканов, а также результаты изучения разрезов и образцов (более 50), собранных автором во время полевых работ на грязевых вулканах Керченского полуострова летом 1995 года, использованы при описании важнейших генетических признаков грязевулканических отложений.

В работе использован обширный литературный материал Последних лет.

Научная новизна и практическое значение. Основу данной работы составляют литологические описания главнейших типов пород, встреченных в обломках грязевулканических отложений вулканов Средиземноморского вала, открытых в 1993-1995 годах. Детальные литологические исследования и работа по типизации пород, встреченных в обломках из отложений грязевых вулканов, выполнены впервые для этого региона. Впервые эти исследования подкреплены определениями возраста обломков из грязевулканичеких отложений. Эти данные, несомненно, будут представлять интерес для исследователей, занимающихся геологией Восточного

ППГП1—I II АГ—

□овдспис

Средиземноморья.

Впервые на основании изучения обломков из грязевулканических отложений сделана попытка полной реконструкции осадочного разреза, прорываемого грязевыми вулканами, и на основании этих данных рассмотрена геологическая эволюция региона в целом. Разработана полная методическая схема проведения таких исследований, применение которой возможно и для прочих районов проявления грязевого вулканизма как на суше, так и в акваториях Мирового океана.

Впервые детально рассмотрены и сформулированы генетические признаки современных грязевулканических отложений, определены признаки, позволяющие распознавать их аналоги в древних осадочных разрезах.

Методика выявления грязевулканических отложений и приемы их изучения для оценки состава погребенных осадочных комплексов могут иметь практическое значение при геолого-разведочных работах. Использование грязевых вулканов в качестве «бесплатных разведочных буровых» также является единственным на данный момент способом прямого изучения вещества древних осадочных серий глубоководных бассейнов.

Защищаемые положения. Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие защищаемые положения:

(1) Современные грязевулканические отложения Средиземноморского вала представлены глиной песчаной, алевритовой, с примесью гравия, гальки и валунов, весьма плохосортированной и резко отличающейся от вмещающих пелагических тонкокарбонатных осадков бассейна. Крупные обломки из грязевулканических отложений этого региона представлены широким спектром фрагментов осадочных пород. В составе обломков пород грязевулканического района Кабблстоун 3 выделяется 16 литотипов, в районе Олимпи - 12 и в районе Поднятия ООН - 12 литологических типов пород. Они характеризуют прорванные грязевыми вулканами погребенные толщи, отражают особенности строения и геологической эволюции отдельных районов и региона в целом. Состав грязевулканических отложений Средиземноморского вала (т.е. минеральный состав матрикса и литология обломков) не менялся существенно от извержения к извержению в процессе эволюции грязевых вулканов.

(2) Грязевулканические отложения могут быть использованы для реконструкции погребенных толщ, прорываемых вулканом и восстановления истории развития района.

(3) Состав грязевулканических отложений Средиземноморского вала свидетельствует о том, что по крайней мере с апта на территории современного Восточного Средиземноморья существовал глубоководный бассейн. Палеогеновое время на территории современного Восточного Средиземноморья характеризуется сокращением площади морских бассейнов. Миоценовое осадконакопление в бассейне характеризовалось широким развитием турбидитовых конусов выноса на фоне пелагической, преимущественно карбонатной садки теплого моря.

(4) Грязевулканические брекчии обладают определенным комплексом генетических признаков, позволяющим распознавать их в древних осадочных разрезах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 4-х научных статьях, три из которых в международных изданиях, в главах 3-х монографий, изданных ЮНЕСКО и 14-ти тезисах международных совещаний. Они неоднократно докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры литологии и морской геологии геологического факультета М�