Відкладення турбідут та послідовність Буми

Що спричилює потік турбідут

Потік турбідут починається звичайного морського осадочного матеріалу, який не може залишатися на місці. Три фактори домінують: землетруси, які вибивають осад, накопичений на підводному увіщенні, і відправляють його в обертання вниз по схилу протягом секунд; завантаження хвилями шторму, коли великі хвилі повторно напружують передній край дельти або увіщеність шельфового краю до тих пір, поки він не розмокає і не ковзає; і збільшення нахилу схилу, повільний процес, в якому осад просто накопичується на схилі доти, поки гравітація не перемагає, і купа обрушується під власною вагою без будь-якого необхідного зовнішнього тригера. Коли починається збій, вибитий осад змішується турбулентно з навколишнім водяним стовпом, створюючи суспензію, яка помітно щільніша за навколишній чистий морський розчин. Ця різниця в щільності є причиною того, як потік рухається: замість того, щоб розсідатися назовні, осад, що містить його, тримається за дно і тече вниз по схилу під дією сили тяжіння, по суті, поводиться як підводний лавина або потік щільності. Потоки турбідут були безпосередньо виміряні, коли вони руйнували підводні телеграфні кабелі послідовно, доказом того, що деякі рухаються зі швидкістю понад п'ятдесят кілометрів на годину в своїй найенергійніші фазі. Коли потік подорожує, він може зростати за допомогою процесу, який називається запалюванням, захоплюючи більше осаду та води з дна та схилу, який перетинає, або може почати скидати свою грубішу речовину майже відразу, якщо схил стає більш рівним. Більшість потоків турбідут слідують підводним каньйонам, які ефективно спрямовують їх з континентального схилу на глибинне дно, де дно різко вирівнюється. Це перехід від крутого, каньйонного потоку до широкого, майже плоского заглибленого дна запускає гальмування, яке відповідає організованій депозиції, оскільки сповільнений потік поступово втрачає турбулентну енергію, необхідну для утримання більших частинок у суспензії. Масштаб цих подій справді важко переоцінити. Деякі потоки турбідут, задокументовані з сучасних розривів підводних кабелів і кернів осаду, оцінюються в кілька сотень кубічних кілометрів осадового матеріалу в одному випадку, що триває лише кілька годин, перерозподіляючи більше осадового матеріалу протягом дня, ніж річка може нести в океан у десятиліття звичайного потоку.

Фізика поступового осадження

Структура з п’яти шарів у турбідуті не є випадковим позначенням; це безпосередній, фізичний наслідок того, як частинки різних розмірів поводяться під час руху турбулентної течії, втрачаючи енергію. Це поведінка ґрунтується на основному принципі гідродинаміки: швидкість осадження зерна у воді збільшується з розміром зерна, тобто грубі піщані зерна осідають значно швидше, ніж тонкий олівіт, який своєю чергою осідає швидше за частинки глинистого ґрунту. Коли течія турбідуту досягає пікової швидкості, турбулентність утримує в суспензії частинки різного розміру, зіштовхуючи та хаотично змішуючи їх. У момент, коли течія починає сповільнюватися, більш грубі та щільні зерна першими втрачають турбуленту підтримку, яка утримувала їх у суспензії, тому вони осідають з суспензії першими, поки потік продовжує нести багато енергії. Це створює основу відкладення. З подальшим уповільненням поступово дрібніші матеріали залишаються в суспензії на довший час, тому кожен наступний шар, що відкладається над попереднім, фіксує подальшу стадію зниження енергії течії. Це кардинально відрізняється від того, як утворюється звичайний, незритий шар морського осаду. Звичайне фонове морське осадження — це повільний, безперервний дощ дрібних частинок, переважно глинистих та мікроскопічних раковин організмів, що осідають через воду протягом років, десятиліть або століть, створюючи тонкий, однорідний, дрібнозернистий шар без внутрішнього сортування та без грубої основи. Турбідут, навпаки, відкладається одним коротким, високоенергійним подією, який триває може бути кілька хвилин або годин, і тому він показує різку, гостру основу, яка безпосередньо лежить на вершині будь-якого попереднього дрібного осаду, негайно покрита відносно грубим матеріалом, який не повинен там бути за спокійних умов. Цей контраст — різка ерозійна або завантажена основа, вкрита грубим осадженням, яке поступово дрібнішає до глинистих відкладень — це саме те, що робить послідовність Буми таким однозначним діагностичним сигналом. Жоден повільний, стабільний процеси осадження не створює сортування грубого в тонкий, як це відбувається повторно та передбачувано лише прискореним, осадовим гравітаційним потоком.

П'ять відділів: Ta через Te

Арнольд Бума у своїй схемі 1962 року розділяє ідеалізований тубікуліт на п’ять відділів, позначених Ta в основі до Te у верхній частині, кожен з яких відповідає окремій стадії занепадаючої енергії течії. Ta – це великий або гранований відділ, зазвичай грубий до середнього піску, який відкладається настільки швидко від найенергійнішої частини потоку, що не вистачає часу для формування дрібних внутрішніх структур, таких як ламіни; зерна просто опускаються з хаотичної суспензії, часто демонструючи поступове звуження віднизу доверху всередині шару. Tb – це відділ паралельних ламінацій, що складається з піску дрібнішого за Ta і має плоскі, горизонтальні ламіни. Вони утворюються, коли потік переходить у верхню течію плоско-поверхневі умови, де потік все ще рухається досить швидко, щоб організувати зерна в тонкі горизонтальні листи, але втратив хаотичну турбулентність етапу Ta. Tc – це відділ з перехресними ламінаціями потоку, що складається з дрібного піску, укладеного в невеликі хвилясті форми, оскільки слабкий потік більше не може транспортувати пісок як лист, але все ще може штовхати його по днищі хвилями, створюючи невеликі перехресні ламіни, які часто є найбільш помітною частиною послідовності. Td – це відділ паралельних ламінацій глинистого матеріалу, що позначає точку, коли потік стає занадто слабким для утворення хвиль у всіх; глина опускається в слабкі, плоскі ламіни за умов дуже низької залишкової енергії потоку, що представляє останній крик організованої потоком організації. Te – це пелагічний або гемепелагальний глиняний відділ, найтоншезерновий покрив послідовності, який відкладається не самим потоком, а простим гравітаційним осіданням суспендованого ґлини після того, як тубікуліт практично припинив рух; цей відділ може накопичуватися значно довше, ніж чотири піщані відділи нижче нього в сукупності, іноді перетікаючи у фоновий морський ґil, що слідує за ним. Один тубікуліт рідко зберігає всі п’ять відділів повною товщиною. В залежності від сили початкового потоку та відстані від його джерела деякі шари показують лише Ta і Te, а все між ними зруйновано або ніколи не було відкладено, тоді як віддалені, низькоенергетичні тубікуліти можуть показати лише Tc через Te. Ця часткова консервація сама по собі є діагностичною та дає геологам приблизне уявлення про те, наскільки близько або далеко знаходиться певна відкладена порода від її тригерованого зсуву схилу.

Читання скель: Турбідути як доказове джерело

Для геолога-полевика, що вивчає викладки давніх морських відкладень, навіть часткове послідовність Бу – потужний, конкретний доказ того, що певну породу відклали течією турбідуту, а не звичайним фоновим осадженням. Кілька ознак працюють разом, щоб зробити цю ідентифікацію надійною, а не спекулятивною. Найважливіший підказка – різкий, часто ерозійний нижній край ділення Ta, який часто позначений структурами солосника, такими як флут-касти та канавки на нижній стороні піщаного каменю. Це відбувається тоді, коли турбулентна течія, насичена осадками, розчищає і викарбувує м'який мул на морському дні безпосередньо перед тим, як скидає свій піщаний набіг у западину, зберігаючи відбиток візерунка розчищення, який вказує прямо на напрямок джерела течії – інформацію, яку не міг би надати звичайне осадження. Внутрішнє сортування та послідовність структур осадових порід, піщані шари, що ущільнюються вгору через ламінати, хвилясті піски, ламінати глини та, нарешті, глина, практично неможливо створити жодним повільним процесом відкладення. Звичайний морський мул накопичується як тонкі, безструктурні шари тонкої глини без твердої основи та без внутрішнього сортування піску; знаходження сортування піску-глини, вкритого тим самим тонким фоновим мулом, що сильно свідчить про дискретний високоенергетичний процес, який перервав спокійне середовище відкладення. Тяжке те, що послідовність повторюється протягом стратиграфічного розділу, стовпчики турбідутів один на одному, кожен з яких відокремлений поверненням до фонової гемепілагічної глини, ще більше підтверджує інтерпретацію, оскільки це показує, що глибоководне середовище було неодноразово позначене дискретними потоковими подіями, а не переживало єдину незвичайну подію. Геологи також вивчають супутні види палеонтології, оскільки турбідути часто містять рослинні та морські рослини, що транспортуються далеко в глибоководні води, змішані з глибоководною глиною та організмами верхнього шару, комбінація, яка сама по собі є сильним сигналом про осадження, яке було перенесено катастрофічно з більш відкритого середовища в глибокий басень, де воно не належить до нього за звичайних обставин.

Чому важливою є турбідути для розвідки нафти та газу

Поза своєю науковою цінністю при реконструкції давніх осадових середовищ, відклади турбідут несу значний економічний сенс, оскільки розділи нижньої Буми (Ta, Tb, Tc) часто утворюють виняткові нафтові резервуари. Розуміння цього потребує розгляду як властивостей порід, які надають турбідути, так і геометрії їхнього відкладення. Грубі до дрібного пісок нижніх Бумів зазвичай достатньо добре сортований і містить достатньо простору між частинками, що забезпечує хорошу пористість та проникність – дві властивості, які визначають, скільки нафти чи газу може зберігати камінь і наскільки легко ця рідина може протікати крізь нього до свердловини. Безпосередньо під ним і часто закриті тонким, непроникним шаром Te мулу та фоновим гемелігійним глиною, що слідує за кожним шаром турбідут, ці піщаники часто утримуються в напрузі відмінним природним герметиком, захоплюючи будь-які гідровуглеці, які пізніше мігрують у пісок. Геометрично турбітні піщаники часто відкладаються як подовжені канальні заповнення або широкі субмарини фанні лобні структури в місцях роتوндів підводних каньйонів – структури, які можуть простягатися на кілометри та стояти вертикально через повторні потокові події, що будують фан на фані протягом геологічного часу. Це створює товсті, поздовжні, з’єднані резервні інтервали, саме таку велику обсяг сховища, яка робить нагромадження нафти комерційно вигідним для розробки. Деякі з найбільш продуктивних глибоководних нафтових і газових полів у всій Мексиканській затоці, в Південній Африці та Північному морі серед багатьох інших басень виробляються з резервуарів із піщаних турбідутів. Геологи-розвідники конкретно картографують давні системи підводних фанів за допомогою сейсмічних даних, шукаючи характерні для турбітного відкладення канали та лобні структури, а після буріння свердловини ідентифікація Бумів у зразках керну допомагає підтвердити якість резервуарів і передбачити, як піщаники з’єднані поздовжно, що безпосередньо впливає на рішення щодо розміщення додаткових свердловин. Таким чином, осадова структура, вперше описана в скелях Альп у 1950-х роках і формалізована Бумою в 1962 році, залишається десятиліттями пізніше одним з найбільш комерційно значущих патернів у всій седиментарній геології.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Turbidite Deposition and the Bouma Sequence і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.