Што такое паток каламутнасці ў седыменталогіі?
У седыменталогіі адным з найважнейшых працэсаў для разумення ўтварэння адкладаў у глыбакаводных асяроддзях з'яўляюцца каламутныя плыні. Гэтыя патокі, якія часта называюць «патокамі масы адкладаў», рухаюцца ўніз па падводных схілах пад дзеяннем сілы цяжару. Нягледзячы на тое, што яны адбываюцца пад паверхняй, гэты працэс можна параўнаць з «гразевым воблакам», якое хутка слізгае па марскім дне, пераносячы часцінкі адкладаў з мелкаводных участкаў у больш глыбокія басейны. Разуменне каламутных плыняў дапамагае геолагам інтэрпрэтаваць гісторыю асяроддзяў адкладаў, картаграфаваць патэнцыйныя падводныя геалагічныя небяспекі і нават ацэньваць утварэнне вуглевадародных рэзервуараў.
Разуменне патоку каламутнасці
Каламутная плынь — гэта паток вадкасці (звычайна марской вады) з высокай каламутнасцю з-за канцэнтрацыі ўзважаных асадкаў (пяску, глею, гліны). Гэтая сумесь вады і асадкаў мае большую шчыльнасць, чым навакольная вада, таму яна, як правіла, прытрымліваецца рэльефу марскога дна і рухаецца ўніз. Па меры руху патоку асадкі могуць заставацца ўзважанымі з-за ўнутранай турбулентнасці; аднак, па меры слабення энергіі патоку, асадкі асядаюць і ўтвараюць характэрныя пласты, вядомыя як турбідытныя адклады.
У адрозненне ад звычайных рачных плыняў, якія ў асноўным абумоўлены паверхневымі градыентамі, мутныя плыні абумоўлены розніцай у шчыльнасці і гравітацыйнымі сіламі. Таму яны класіфікуюцца як шчыльныя плыні, якія характарызуюцца здольнасцю пераадольваць вялікія адлегласці па дне глыбокіх акіянскіх басейнаў.
Як утвараюцца каламутныя патокі?
Патокі каламутнасці звычайна выклікаюцца падзеямі, якія дэстабілізуюць адклады на кантынентальным схіле або на ўскрайку кантынентальнага шэльфа. Некаторыя распаўсюджаныя фактары ўключаюць:
1. Падводныя апоўзні і абвалы схілаў
Асадкі, якія назапашваюцца на схілах, могуць разбурыцца (абвальвацца схілы) з-за празмернай нагрузкі, землятрусаў або змяненняў поравога ціску. Абвальваючыся матэрыял можа ператварыцца ў больш цякучы і турбулентны паток асадкаў.
2. Землятрус
Вібрацыі могуць парушыць стабільнасць адкладаў і справакаваць вызваленне завіслых рэчываў, ствараючы вялікія і хуткія патокі каламутнасці.
3. Вялікія паводкі з сушы (гіперпікнальны паток)
Пры пэўных умовах рачная вада, вельмі багатая на адклады, можа мець большую шчыльнасць, чым марская вада, таму яна «апускаецца» і цячэ як шчыльная плынь у глыбокае мора.
4. Штормы і моцныя хвалі
На плыткіх шэльфах штормы могуць узбудзіць асадак і накіраваць яго да краю шэльфа, дзе ён падае ўніз па схіле і выклікае каламутныя патокі.
5. Вулканічная актыўнасць і піракластычныя патокі ў мора
Вулканічны матэрыял, які паступае ў мора, можа змешвацца з вадой і ўтвараць патокі шчыльнасці асадкавых патокаў.
Па сутнасці, мутныя патокі ўзнікаюць, калі ёсць паступленне асадкавых адкладаў і ўмовы, якія дазваляюць завіслым асадкам рухацца ўніз па схіле з дастатковай энергіяй.
Механізм руху і паводзіны патоку
Патокі каламутнасці рухаюцца як «воблака» асадкавых патокаў, часта больш шчыльныя ўнізе і больш разрэджаныя ўверсе. Хуткасць патокаў можа адрознівацца — ад павольнай да вельмі хуткай — у залежнасці ад аб'ёму асадкавых патокаў, градыенту схілу і ўзроўню турбулентнасці. У многіх выпадках гэтыя патокі могуць праходзіць дзясяткі і сотні кіламетраў ад сваёй крыніцы, ідучы па падводных каньёнах, а затым распаўсюджваючыся вонкі, утвараючы падводны веер.
Канцэптуальна сістэмы мутнасці часта падзяляюцца на некалькі зон:
– Крыніца/зона эрозіі: участак схілу, дзе вызваляюцца асадкавыя патокі і пачынае фармавацца паток; часта там, дзе адбываецца моцная эрозія.
– Транспартная зона: паток сканцэнтраваны ў рэчышчы і здольны пераносіць пясок.
– Зона седыментацыі: энергія памяншаецца, каналы могуць пашырацца або заканчвацца, асадак адкладаецца, утвараючы долі і пясчаныя пакрыцці.
Змены энергіі патоку таксама кантралююць памер пераносных зерняў. Па меры памяншэння энергіі спачатку асядаюць больш буйныя зерні (пясок), затым глей і гліна. Гэты працэс утварае ступеністае напластаванне, якое з'яўляецца класічнай характарыстыкай турбідытаў.
Турбідытавыя адклады і паслядоўнасць Боума
Асноўным прадуктам патокаў каламутнасці з'яўляюцца турбідытавыя адклады, якія пазнаюцца па сваіх адметных асадкавых структурах і схемах напластавання. Адной з найбольш вядомых мадэляў для апісання ўнутранага складу турбідытаў з'яўляецца паслядоўнасць Боума, асабліва для «класічных» турбідытаў пясчана-алейчатага тыпу. Проста кажучы, гэтая паслядоўнасць апісвае змену ад высокай да нізкай энергіі на працягу адной падзеі адкладу:
– Ta: масіўны пясок або пясок нармальнай фракцыі (буйны ўнізе, драбнейшы ўверсе) з-за хуткага асадка.
– Tb: паралельнае слаістасць, што сведчыць аб тым, што паток пачынае станавіцца больш рэгулярным.
– Tc: пульсацыя перакрыжаванага слаістага памяншэння энергіі.
– Td: тонкая слаістасць на глеі.
– Te: геміпелагическая гліна/сланец, якая павольна асядае пасля памутнення.
Не ўсе турбідыты дэманструюць поўную паслядоўнасць Ta–Te. Многія радовішчы дэманструюць толькі частковыя стадыі, якія залежаць ад умоў патоку, паступлення асадкавых парод і працэсаў пасля адкладання.
Асадкавае асяроддзе, звязанае з патокам каламутнасці
Найбольш распаўсюджаныя патокі каламутнасці ўзнікаюць у:
– Кантынентальны схіл і кантынентальнае ўзняцце
Тэрыторыя з дастатковым нахілам для ўзнікнення шчыльных плыняў.
– Падводныя каньёны
Функцыянуе як «канал», які факусуе паток.
– Фанаты падводных лодак
Вялікая веерападобная асадкавая сістэма ў глыбокім моры, якая часта складаецца з дамбаў-канальных адкладаў і доляў.
– Глыбакаводныя басейны
Гэта месца назапашвання дробных турбідытаў, асабліва ў дыстальнай частцы.
У многіх басейнах турбідыты назапашваюць тоўстыя пакеты асадкавых парод, якія фіксуюць тэктанічную гісторыю, паступленне асадкавых парод з сушы і ваганні ўзроўню мора.
Чаму важны паток каламутнасці?
1. Ключ да рэканструкцыі геалагічнай гісторыі
Турбідыты фіксуюць эпізадычныя падзеі: апоўзні, землятрусы або буйныя паводкі. Вывучаючы іх пластовыя заканамернасці і размеркаванне, геолагі могуць інтэрпрэтаваць дынаміку басейнаў і змены ў асадкавых асяроддзях з цягам часу.
2. Мае дачыненне да разведкі нафты і газу
Шматлікія радовішчы вуглевадародаў размешчаны ў турбідытавых пясчаніках, асабліва ў падводных канечных сістэмах. Турбідытавыя пясчанікі могуць мець добрую парыстасць і пранікальнасць, хоць іх унутраная неаднароднасць патрабуе стараннага мадэлявання.
3. Дапамагае зразумець небяспекі падводнай геалогіі
Патокі каламутнасці могуць пашкодзіць інфраструктуру, такую як падводныя тэлекамунікацыйныя кабелі і трубаправоды. Разуменне шляхоў распаўсюджвання і магчымых выпадкаў каламутнасці карысна для змяншэння рызыкі.
4. Важна для палеасейсмалагічных даследаванняў
У некаторых рэгіёнах турбідытавыя пласты могуць быць звязаны з мінулымі буйнымі землятрусамі. Гэта робіць турбідыты натуральным «архівам» для вывучэння частаты землятрусаў у зонах субдукцыі.
Як распазнаць турбідыты ў полі або ў керне
Седыментолаг звычайна ідэнтыфікуе турбідыты па камбінацыі наступных характарыстык:
– Нармальны градуяваны пласт (памер зерня павялічваецца ўверх).
– Структура ламінату Bouma (частковая або поўная).
– Базальны кантакт эразійны і часам утрымлівае адзіныя сляды (напрыклад, адбіткі канаўак), якія дапамагаюць вызначыць кірунак палеаплыняў.
– Паўтарэнне шматслаёвых пакетаў, якія адлюстроўваюць эпізадычныя падзеі (ложы падзей).
– Бакавы пераход ад адкладаў у рэчышчы (больш тоўстыя і грубыя) да адкладаў у долях/надбярэжжы (больш тонкія і драбнюткія).
Для картаграфавання геаметрыі турбідытавых пясчаных цел у маштабе басейна часта выкарыстоўваюцца аналіз памеру зерня, петраграфія і геафізічныя дадзеныя (напрыклад, сейсмічныя).
Закрыццё
Каламутныя плыні — гэта шчыльныя плыні, насычаныя асадкамі, якія рухаюцца ўніз па падводных схілах з-за розніцы ў шчыльнасці і гравітацыі. Гэты працэс утварае турбідытавыя адклады, якія маюць характэрную слаістасць, якую часта апісваюць як паслядоўнасць Боума. У седыменталогіі каламутныя плыні маюць вырашальнае значэнне, таму што яны кантралююць перанос асадкаў у глыбіні акіяна, ствараюць падводныя вентылятарныя сістэмы і захоўваюць інфармацыю аб мінулых геалагічных падзеях. Акрамя таго, разуменне каламутнасці таксама мае практычнае значэнне для разведкі рэсурсаў і змякчэння рызык для падводнай інфраструктуры. Вывучаючы турбідыты, мы па сутнасці чытаем «запіс падзей», якія адбыліся на марскім дне і сфармавалі асадкавы ландшафт, з якім мы сутыкаемся сёння.
