Литология грязевулканических отложений Восточного Средиземноморья

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 МГУ и Центра ЮНЕСКО по морской геологии и геофизике, а также на следующих международных семинарах, конференциях и конгрессах: Вторая международная конференция по программе ЮНЕСКО «Обучение через исследования» (Амстердам, Нидерланды, 1994 г.) — 16-ое Региональное Европейское Совещание по Седиментологии Всемирной Ассоциации Седиментологов (Экс-ле-Бен, Франция, 1995 г.) — Третья международная конференция по программе ЮНЕСКО «Обучение через исследования» (Кардифф, Великобритания, 1995 г.) — Международный Научный Конгресс студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука — третье тысячелетие» (Москва, Россия, 1996 г.) — Четвертая международная конференция по программе ЮНЕСКО «Обучение через исследования» (Звенигород, Россия, 1996 г.) — Пятая международная конференция по программе ЮНЕСКО «Обучение через исследования» и Международный Конгресс: «Газ и флюиды в морских осадках: газогидраты, грязевые вулканы, тектоника, осадконакопление и геохимия Средиземного и Черного морей» (Амстердам, Нидерланды, 1997 г.) — Шестая международная конференция по программе ЮНЕСКО «Обучение через исследования» и Международное Совещание: «Карбонатные горы и холодноводные рифы» (Гент, Бельгия, 1998 г.).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю А. Ф. Лимонову, открывшему для соискателя удивительный мир Средиземноморской геологии.

Автор искренне признателен М. К. Иванову, директору Центра ЮНЕСКО/МГУ по морской геологии при геологическом факультете. Без его постоянной поддержки и опеки эта работа никогда бы не состоялась.

Автор благодарен проф. О. В. Япаскурту, И. С. Чумакову, Е. В. Козловой, Т. А. Шардановой, H.A. Соловьевой за критические замечания и рекомендации к работе.

Автор выражает благодарность Министерству Природных Ресурсов и Министерству Науки и Технологий РФ, персонально проф. И. Ф. Глумову и В. Н. Живаго, а также ЮНЕСКО и персонально доктору А. Е. Сузюмову за многолетнюю поддержку проекта «Плавучий университет», в рамках которого была осуществлена данная работа. Автор искренне благодарит сотрудников НПО «Южморгеология» и ПМГРЭ и коллективы НИС «Геленджик» и НИС «Профессор Логачев» .

Автор признателен проф. В. Т. Трофимову за постоянную поддержку на всех этапах проведения этих работ.

Работа выполнена в тесном сотрудничестве с европейскими учеными Р. Кидом, Дж. Вудсайдом, Н. Кеньоном, Б. Крониным и др. Автор признателен Российскому Комитету по высшему образованию и персонально П. А. Ситалеву за организацию стажировки в Миланский университет (Италия). Чрезвычайно плодотворным и приятным было сотрудничество с микропалеонтологами проф. М. Б. Чита, проф. И. Премоли, Е. Ерба (Италия) и A.C. Алексеевым (МГУ).

Многие идеи, воплощенные в диссертации, родились благодаря работе в кругу единомышленников — сотрудников, аспирантов и студентов Центра ЮНЕСКО/МГУ по морской геологии и кафедры литологии и морской геологии. Автор выражает глубокую признательность проф. В. Т. Фролову, проф. П. Н. Куприну, проф. П. П. Тимофееву, О. В. Крылову, A.M. Ахметжанову, C.B. Буряку, И. Ю. Беленькой, A. J1. Волконской, В. М. Сорокину, A.C. Полякову, B.JI. Косорукову, B.JI. Лукше, М. Н. Щербаковой, Т. И. Лазиной, Г. И. Рязановой, Ю. В. Ростовцевой, И. И. Плюсниной, Г. М. Седаевой и др.

Автор глубоко признателен О. М. Зайцевой, Л. Т. Дацко, Г. П. Архиповой, Е. Ш. Шахуновой.

Огромное искреннее спасибо хочется сказать П. В. Шашкину за неоценимую помощь в оформлении этой работы. Большую помощь в оформлении оказали также А. П. Сауткин и А. Н. Стадницкая.

Отдельной строкой автору хотелось бы поблагодарить Д. Н. Бадикову за постоянную поддержку.

Эта работа никогда бы не состоялась без внимательности и доброжелательного отношения многих людей. Автор безмерно признателен всем, кто помогал ему на разных этапах и искренне сожалеет, что не имеет возможности упомянуть здесь всех поименно.

ОСНОВНЫЕ выводы.

Грязевой вулканизм — явление характерное для Средиземноморского вала.

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. Минеральный состав глинистого матрикса и набор обломков может сильно варьировать для разных районов и, в определенных пределах, для разных грязевых вулканов в пределах одного грязевулканического района. Крупные обломки из грязевулканических отложений этого региона представлены широким разнообразием фрагментов осадочных пород разной литологии, генезиса и возраста.

2) В составе обломков пород грязевулканического района Кабблстоун 3 выделяется 16 литологических типов пород (карбонатные — 7, обломочные силикатные — 4, глинистые — 5). Породы, представленные в обломках из грязевулканических отложений района Олимпи, могут быть описаны 12 литотипами (карбонатные — 5, обломочные силикатные — 3, глинистые — 4). Среди обломков пород грязевулканического района Поднятия ООН выделяется 12 литологических типов пород (карбонатные — 7, обломочные силикатные — 2, глинистые — 3). Некоторые типы пород, такие как микритовые известняки, глобигериновые известняки и большинство глин, широко представлены в обломках всех грязевулканических районов Средиземноморского вала. Они характеризуют прорванные грязевыми вулканами погребенные толщи, распространенные на всем протяжении Восточного Средиземноморья. Большая часть обломков, представленных разнообразными обломочными карбонатными и силикатными породами, характерна лишь для определенных грязевулканических районов и не встречается в других. Фрагменты таких пород отражают особенности строения и геологической эволюции отдельных районов.

3) Формирование вещества матрикса грязевулканических отложений Средиземноморского вала начинается на глубине корней грязевых вулканов, откуда пластичные глинистые массы начинают свое движение к поверхности. Эти глинистые массы представляют собой основу матрикса грязевулканических отложений, которые затем значительно изменяют свой состав, двигаясь по подводящему каналу наверх. Обломки пород, слагающих вышележащие серии, ассимилируются матриксом по ходу движения. Механическая и химическая деструкция этих обломков происходит постепенно и может привести к полному «растворению» обломка в матриксе. Начинаясь глубоко в недрах осадочной толщи, формирование матрикса грязевулканических отложений продолжается непрерывно вплоть до излияния вещества на поверхность. Состав матрикса грязевулканических отложений тесно связан с составом обломков и изменяется по мере их механической и химической дезинтеграции. Для отложений грязевых вулканов Восточного Средиземноморья ряд устойчивости различных типов обломков к интеграции в матриксе от менее устойчивых к более устойчивым составляет: глинистые породымикритовые известнякифораминиферовые известняки с микритовым цементом и пеллоидные известнякиорганогенно-обломочные известнякиалевролитыпесчаникикристаллические известняки и кальцитовые жилыполевые шпатыслюдакальцитагрегаты халцедонаагрегаты кварцамонокристаллы кварца.

4) Состав грязевулканических отложений Средиземноморского вала (т.е. минеральный состав матрикса и литология обломков) не менялся существенно в процессе эволюции грязевого вулкана.

5) Грязевулканические отложения могут быть использованы для реконструкции погребенных толщ, прорываемых вулканом и восстановления истории развития района. Наиболее информативной для таких изучений является крупнообломочная часть грязевулканических отложений. Мелкообломочная составляющая всегда представлена дезинтегрированными частями более крупных обломков и несет заведомо меньше информации о текстурных особенностях пород, характере контактов, циклической сменяемости и пр.

6) Оптимальная схема исследования крупнообломочной составляющей грязевулканических отложений для восстановления погребенного разреза и истории района должна включать в себя: (а) детальное литологическое описание каждого обломка с особым вниманием к любым признакам, важным для дальнейшего генетического анализа, таким как текстурные особенности, характер контактов с другими типами пород, характер циклической сменяемости и др.- (б) формирование групп (литотипов), в которые входят обломки аналогичные по всему комплексу признаков — фрагменты предположительно одной породы- (в) изучение литотипов в шлифах и с применением других точных методов, при необходимости корректировка выделенных при макроописании групп- (г) интерпретация генетических признаков литотипов, установление способа формирования- (д) выделение основных осадочных комплексов, из которых состоит разрез, прорываемый вулканом, на основании литологических особенностей выделенных литотипов, данных микропалеонтологических исследований и результатов генетического анализа- (е) расположение выделенных осадочных комплексов в стратиграфической последовательности и интерпретация геологической эволюции района.

7) Состав грязевулканических отложений Средиземноморского вала свидетельствует о том, что, по крайней мере, с апта на территории современного Восточного Средиземноморья существовал глубоководный бассейн. В конце раннего мела западный сектор современного Восточного Средиземноморья представлял собой относительно узкий, но глубоководный юго-западный залив Южного Неотетиса, служивший своего рода отстойником терригенного глинистого материала, где формировались мощные глинистые серии. В позднем мелу залив расширился, поступление терригенного глинистого материала в западный сектор бассейна уменьшилось, в районе установилась карбонатная пелагическая седиментация, на фоне которой на приподнятых участках морского дна в относительно узких частях бассейна формировался морской перлювий под действием сильных водных течений, возникших в ответ на позднемеловую структурно-тектоническую перестройку бассейнов океана Тетис. Палеогеновое время на территории современного Восточного Средиземноморья характеризовалось сокращением площади морских бассейнов, их вероятным разобщением с установлением в пределах каждого специфических условий седиментации, диктуемых локальными геологическими и гидрологическими условиями с общим доминированием механогенной седиментации. Миоценовое осадконакопление в бассейне характеризовалось широким развитием турбидитовых конусов выносов на фоне пелагической, преимущественно карбонатной садки теплого моря. Отложения мессинского эпизода и плиоцена в грязевулканических отложениях Средиземноморского вала почти не представлены и не несут никакую дополнительную информацию об условиях осадконакопления в это время.

Конфигурация бассейна Восточного Средиземноморья существенно менялась в ходе геологической эволюции, постепенно приближаясь к современной. На стиль седиментации, помимо эвстатических колебаний уровня Мирового океана, существенное влияние оказывали локальные тектонические движения в областях сноса и в пределах бассейнов осадконакопления.

8) Грязевулканические брекчии обладают определенным комплексом генетических признаков, позволяющим распознавать их в древних осадочных разрезах. Грязевулканические отложения составляют субизометричное в плане, линзовидное, грибовидное или цилиндрическое в разрезе геологическое тело, имеющее поперечное сечение до первых километров и резкий контакт с вмещающими породами. Грязевулканические брекчии представлены обычно весьма плохосортированной глиной песчаной, алевритовой, с примесью гравия, гальки и валунов. Они составляют стратифицированный комплекс с мощностями одного слоя (потока) от нескольких сантиметров до нескольких метров, меняющимися по простиранию. Каждый отдельный грязевулканический поток обычно в целом имеет беспорядочную текстуру.

Для подводных грязевых вулканов может быть характерен парагенез потоков с беспорядочной текстурой с градационно-слоистыми грязевулканичекими отложениями, переотложенными локальными турбидитами, абсолютно аналогичными по вещественному составу. Прочие элементы парагенетической ассоциации, в которой могут быть встречены продукты грязевулканической активности, определяются, главным образом, обстановкой осадконакопления.