Процессы четвертичного седименто- и литогенеза отложений в различных структурно-морфологических зонах Центральной Атлантики

3. Несмотря на различия вещественного состава отложений, в рассмотренных структурно-морфологических зонах развиты генетически однотипные комплексы отложений механогенного и биохемогенного рядов. Высокая расчлененность рельефа дна в сочетании с высокой геодинамической активностью обуславливают широкое развитие склоновых процессов. Последние способствуют концентрированию неокисленного органического вещества, активизирующего раннедиагенетические процессы.

Как было показано выше, детальное изучение вещественного состава отложений полигона Кабо Верде и впадины Маркова позволили сказать, что отложения полигона Кабо Верде формируются под влиянием многих факторов, основными из которых являются: биопродуктивность океана, снос пелитоморфного материала с суши, склоновые процессы, в меньшей степени, гидротермальная и вулканическая активность.

На формирование отложений впадины Маркова оказывали влияния ряд факторов, среди которых преобладающими можно назвать также биопродуктивность океана, процессы преобразования и разрушения пород магматического субстрата, склоновые процессы, гидротермальную и вулканическую активность.

На каждом изучаемом полигоне выделено по 5 литологических типов осадков. Литологическим типам отложений Кабо Верде была присвоена нумерация 1-5, а литотипам, впадины Маркова - I-V. Выделенные литотипы по способу их накопления в соответствии с классификацией В.Т. Фролова [1984] можно объединить в два генетических ряда:
1. биохемогенный, характеризующийся спокойным седиментогенезом, при котором происходит равномерное накопление осадка по принципу <частица за частицей>;
2. механогенный, соответствующий гравитационному (склоновому) седиментогенезу, с высокой ролью склоновых процессов.

К первому ряду относятся 2 литотипа, включающие в себя литологические типы I и IV во впадине Маркова и, соответственно, 1 и 4 на полигоне Кабо Верде. Оба литотипа характеризуются спокойными и стабильными условиями осадконакопления, но различаются по вещественному составу, что связано, в первую очередь, с изменением глубины карбонатной компенсации в момент накопления осадков и, как следствие, существенным изменением скорости осадконакопления.

Осадки первого литотипа представлены относительно однородными илами коричневых оттенков. Они сформировались под влиянием фоновой седиментации, при интенсивном поступлении карбонатного материала (СаСО₃ до 75 %). Следов растворения раковин фораминифер в этих слоях не наблюдается.

Образование отложений литотипа 4 соответствует периодам минимального карбонатонакопления. Это глинистые илы рыжевато-коричневого цвета с богатой кремневой фауной. Содержание СаСО₃ в них не превышает 10 %.

Отложения литотипа IV во впадине Маркова не получили широкого распространения и встречены лишь однократно в колонке 1703. Здесь отмечаются следы растворения раковин фораминифер и, также как на полигоне Кабо Верде, обнаруживается большое содержание кремнистой фауны (в основном диатомовых водорослей).

Ко второму ряду относятся отложения трех литологических типов - 2, 3 и 5 на Кабо Верде, II, III и V во впадине Маркова.

Отложения литотипа 2 и II получили широкое распространение и идентичны на обоих полигонах. Это илы, содержащие большое количество включений инородных данному слою илов, <скатившихся> из вышележащих по склону осадков. Во впадине Маркова эти отложения встречаются чаще, чем на полигоне Кабо Верде, и преобладают здесь над отложениями остальных литотипов. Процесс формирования данных отложений напоминает небольшие подводные обвалы, либо близок к оползневому. Материал при этом не разжижается и не сортируется. Осадок внутри включений сохраняет свою первоначальную структуру и состав.

Также со склоновыми процессами связано образование литотипа V и 5, представленного фораминиферовыми илами. Формирование этих осадков связано с гравитационными процессами, при которых происходит ослабление контактов между частицами, взмучивание и дифференциация илистого материала, в результате чего накапливались фораминиферовые илы, с неровным размывом залегающие на более глинистых подстилающих отложениях.

Особенностью илов впадины Маркова и Кабо Верде является наличие отдельных прослоев темно-серых илов с низкими (восстановительными) значениями Eh (до +80 мВ) и дефицитом кислорода, что, в общем, не типично для пелагических осадков срединной Атлантики (особенно для впадины Маркова, расположенной на большом удалении от материков).

Такие отложения были отнесены к литотипу III впадины Маркова, и 3 на полигоне Кабо Верде. Они представляют собой глинистые, реже слабокарбонатно-глинистые восстановленные серые и темно-серые илы с повышенными содержаниями С_орг. Обычно четко наблюдается неоднородность внутреннего строения данного слоя, связанная с влиянием гравитационных процессов при накоплении осадка. Процесс формирования данных отложений связан с потоками жидких илов, к появлению которых приводит образование у дна высоко концентрированной, но еще разжиженной (неконсолидированной) массы частиц, способной стекать под собственной массой в глубоководные участки.

Выделяется два подтипа: а) ил глинистый, местами слабокарбонатно-глинистый, темно-серого цвета, на ощупь маслянистый; и б) ил глинистый до слабокарбонатно-глинистого, более неоднородный, серого цвета. Для последнего характерным является более высокое содержание карбоната, более светлая серая окраска и меньшее количество органического вещества. Их можно назвать промежуточными, между литотипом 3а и 1.

Сравнение мощностей осадков, относящихся к различным генетическим рядам, показывает, что на слои 2-ого генетического ряда (механогенного) часто приходится до 60-70 % от общей длины керна. Широкое развитие различных типов склоновых отложений обусловлено геологической позицией исследованных полигонов.

Данные полигоны характеризуются сильной расчлененностью рельефа и высокой активностью тектонических процессов. Это способствует формированию склоновых отложений механогенного ряда (по Фролову, 1985) с различными механизмами накопления. От активности тектонических процессов зависят скорости вертикальных движений, частота и сила землетрясений, инициирующих подводные обвалы, оползни и мутьевые потоки.

Морфологические характеристики дна существенно влияют на характер протекания склоновых процессов: при более крутых углах наклона склонов происходит перенос вещества на большее вертикальное расстояние, с отрывом переносимого осадка от поверхности склона, вследствие чего происходит <взмучивание> и дифференциация илов, в то время как на более пологих склонах чаще происходят оползневые процессы.

Комплексы механогенных отложений часто окрашены в серый цвет и резко отличаются от коричневых слоев нормальной (спокойной) седиментации. Появление серого цвета косвенно указывает на развитие в этих слоях восстановительных процессов.

Во впадине Маркова восстановленные слои литотипа III (Eh до +80 мВ; O₂ < 5 % об) имеют резкие литологические границы, а внутри них часто отмечаются глинистые окатыши. Как правило, они подстилаются горизонтами с высокими Eh (до + 500 мВ) и более высокой концентрацией О₂ (до 20-25 % об). Наиболее контрастно восстановленные слои выделяются на периферии впадины, вблизи ее крутых склонов. В центральной части впадин неоднородности вертикальной изменчивости Eh и состава газов заметно сглаживаются. По своим геохимическим характеристикам эти осадки скорее являются аналогами отложений подножия континентального склона, формирующихся в поле влияния мутьевых потоков. Таким образом, в таких механогенных отложениях активность восстановительных процессов оказывается заметно выше, чем в слоях <спокойной> седиментации.

Теоретически на окислительно-восстановительную обстановку раннего литогенеза в пределах САХ может оказывать влияние гидротермальный процесс, например, усиление бентосной биологической активности в местах развития черных курильщиков. Тем более, здесь имеются газохимические признаки наличия последних [Лаврушин и др., 2005]. Вероятно, они находятся в бортовых частях впадины [Демидова и др., 2003] и могут частично формировать склоновые осадки, питающие мутьевые потоки. Однако при грунтовом опробовании такие поля не были обнаружены, а в серых прослоях отсутствуют какие-либо геохимические признаки привноса гидротермального вещества, обогащенного Cu, Zn, Pb.

Поэтому наблюдаемому явлению можно дать другое объяснение. Скорость накопления пелагических илов, как правило, невысока и редко превышает первые мм/тыс.лет [Лисицын, 1978]. При таких скоростях спокойного пелагического осадконакопления даже то небольшое количество органических остатков, достигающих дна, успевает почти полностью разложиться еще на поверхности осадка. Растворенный в иловых водах кислород при этом почти не расходуется, и длительное время сохраняется в толще осадка, препятствуя развитию анаэробных процессов сульфат-редукции и метаногенерации. Поэтому в толще таких отложений сохраняются высокие Eh и присутствует кислород, а окраске слоев доминируют оттенки коричневого цвета (так называемые <красные пелагические глины>).

Исследуемые полигоны располагаются в тектонически активных районах и, соответственно, характеризуется высокой сейсмической активностью. Очевидно, сейсмические события периодически провоцируют подводные обвалы, оползни и сход мутьевых потоков со склонов впадины. В результате развития склоновых процессов локально возрастают скорости осадконакопления, что, приводит к быстрому захоронению свежих органических остатков, попадающих в толще осадков.

Однако переотлагаются в первую очередь одновозрастные, только что накопленные осадки верхнего полужидкого слоя. Перенос вещества происходит на небольшие расстояния. Осадки самого верхнего биопродуктивного слоя обогащены органическим веществом, в первую очередь за счет живых бентосных организмов, продуктов их жизнедеятельности, бактерий, а также отмершей, но еще не полностью разложившейся органики. Быстрое захоронение этого органического вещества в процесс переотложения активизирует раннедиагенетические процессы.

Эту гипотезу подтверждают исследования С_орг в осадках полигона Кабо Верде. Они показали, что в отложениях, накопленных в спокойных условиях, значения С_орг не превышают 0,35%. Напротив, в темно-серых илах с признаками переотложения и аномально низкими Eh значения С_орг оказываются, как правило, выше - 0,6-0,8%, достигая в темных маслянистых прослоях 2,39%.

Течение верхнего, еще не сформированного слоя, приводит к неоднородному перераспределению органического вещества, находящегося в нем, что обуславливает усиление пятнистой окраски при диагенетических процессах. Данный эффект часто наблюдается в нижних частях колонок.

Таким образом, развитие склоновых процессов способствует обогащению осадка органическим веществом и, как следствие, активизации раннедиагенетических восстановительных процессов.