2-1

Antra dalis

2 skyrius. Įvadas į nuosėdines struktūras

„The data is in the strata“

Nuosėdinės struktūros yra, aišku, tokios, kurios yra randamos nuosėdinėse uolienose. Čia aprašoma vidinės megaskopinės nuosėdinių uolienų struktūros (kurios kartais vadinamos raštu) ir neliečiama nuosėdinių mikroskopinių struktūrų – mikrostruktūrų (kartais vadinamos audiniu arba petrostruktūrų). Pirmiausia, reikia pasiaiškinti nuosėdinės struktūros apibrėžimą. Šnekamojoje kalboje, nuosėdinė struktūra yra suprantama kaip struktūra, kuri susidarė dėl nuosėdų iškritimo tam tikroje aplinkoje, ir turi būti pakankamai didelė, kad būtų pastebėta plika akimi, ir, tuo pačiu, pakankamai maža, kad sutilptų vienoje atodangoje. Kanalas yra laikomas paprastai nuosėdine struktūra. Smėlio kopos irgi yra paprastai laikoma nuosėdine struktūra, bet kaip su povandeniniais barais ar barjerinėmis salomis, kurios yra taip pat kopos, tik didelės ir sudėtingos? Ar koralinis rifas yra nuosėdinė struktūra? Bet ji organinė ar neorganinė? Šie klausimai išryškina problemą, kuri dažnai iškyla ir su kitais, bet kokiais apibrėžimais: tiksliai apibrėžti kas yra nuosėdinė struktūra yra sudėtinga.

Tradiciškai, nuosėdinė struktūra yra laikoma mažesnio mastelio bruožas, kaip kad jau minėtos ruzgos ir įkypas sluoksniuotumas.

Nuosėdines struktūras galima tyrinėti ant skardžių, karjeruose ar upių šlaituose. Didelius kanalus ar įkypą sluoksniuotumą galima taip pat tyrinėti antžeminiu radaru. O taip pat gręžinių kerne. Nuosėdines struktūras yra lengviausiai aprašyti kerne, nes pavyzdžių dydis, kuriuos reikia aprašyti, yra mažas. Kur uolienos atsidengia dideliuose plotuose, nuosėdinės struktūros yra labiau akivaizdžios. Ten gali matytis, kad įkypi sluoksniai gali būti grupuojami į didesnius vienetus; kad ruzgos yra sluoksnio sudėtinė dalis; kad nuošliaužų struktūra yra sudaryta iš sulankstytų sluoksnių su įvairiais nuosėdinių struktūrų tipais. Tampa aišku, kad nuosėdinės struktūros nesusidaro pavieniui, izoliuotos. Taigi, atsiranda iššūkių dėl struktūrų stebėjimo, nustatymo ir klasifikacijos.

Yra du pagrindiniai požiūriai į nuosėdinių struktūros stebėjimą. Pirmasis požiūris yra apsimesti, kad atodangos yra gręžinys ir aprašyti išsamų nuosėdinį pjūvį. Taip bus

aprašyta vertikali sekcija, kuri turi ribotą lateralų (šoninį) paplitimą. Visos naftos kompanijos ir universitetų geologijos katedros turi savo aprašymo schemą ir simbolių rinkinį. Aprašymas turi būti pakankamai išsamus, kad būtų galima tiksliai atlikti nuosėdinės aplinkos atkūrimą.

Antrasis būdas yra sukurti atodangos, arba bent jau jos didžiosios dalies, dviejų dimensijų aprašymą. Aprašymai gali būti atliekami ant milimetrinio popieriaus, naudojant matavimo juostą ("metrą") ir gulsčiuką. Skaitmeninė fotografija su nešiojamais kompiuteriais gali būti labai naudinga, nes galima tiesiogiai užnešti ant nuotraukų taškus, komentarus ir pan.

Kalbant apie nuosėdinių struktūrų interpretaciją, struktūros yra labiausiai reikšmingos iš visų nuosėdinių uolienų bruožų, nes, priešingai nuo grūdelių ir fosilijų, negali būti perdirbtos vėlesnių etapų1. Jos nedviprasmiškai atspindi nuosėdinius procesus, kurių metu jos susidarė. Nuosėdinių struktūrų kilmės interpretacija remiasi šiuolaikiniais atitikmenimis, laboratoriniais eksperimentais ir teoriniais fizikiniais modeliais.

Nuosėdinės struktūros santykinai skirstomos į pirmines ir antrines.

Pirminės struktūros yra tokios, kurios susidarė nuosėdose sedimentacijos metu arba iškart po to. Tokių struktūrų kilmė gali būti fizinė (terigeninė2), cheminė ir biogeninė (organinė). Tokių pat kilmių gali būti ir antrinės nuosėdinės struktūros, kurios susidaro praėjus tam tikram laikotarpiui po sedimentacijos (Lentelė A).

Prieš pradedant detalesnį susipažinimą su nuosėdinėmis struktūromis, pirmiausiai reikia jas suskirstyti į grupes (klases) pagal tam tikrus požymius - suklasifikuoti. Klasifikacijų yra vairių, bet čia bus naudojamasi kombinuota klasifikacija, kuri apima struktūrų formavimosi laiką ir uolienų tipą, kuriose tos struktūros dažniausiai randamos (Lentelė 2.1).

Yra trys pagrindinės grupės, kurios gali būti apibrėžtos pagal jų morfologiją ir formavimosi laiką. Pirmoji grupė yra iki-nuosėdinės {predepositional} struktūros, žiūrint sluoksnio, esančio betarpiškai aukščiau aukščiau tos struktūros, atžvilgiu. Šios struktūros yra sąlyčio paviršiuje tarp sluoksnių. Jos dar vadinamos jas tarpsluoksninėmis {interbed} struktūromis, nors ir jos

1 Kodėl?2 t. y. susidarusios terigeninėse uolienose - nuolaužinės

nuosėdos (molis, aleuritas, smėlis, žvirgždas, gargždas ir kt.), nusėdusios vandenynų, jūrų negilioje priekrantėje (šelfo zonoje) ir paplūdimiuose. Jos susidaro iš sausumos paviršiaus uolienų ir mineralų dūlėsių, kuriuos nuplovė vanduo (bangų mūša, priekrantinės srovės, upių ir kt. tėkmės) ar atnešė vėjas. Kartais terminas vartojamas kaip sinonimas norint įvardyti visas klastines uolienas, susidariusias jūrose, vandenynuose ir žemynuose (Enciklopedinis Geologijos Terminų Žodynas (EGTŽ), sudarė Viktoras Kemėšis, Augustinas Linčius, Juozas Paškevičius, Atsakingasis redaktorius Juozas Paškevičius).

2-2

susiformavo iki viršutinio sluoksnio susidarymo. Ši grupė daugiausia sudaryta iš erozinių struktūrų, tokių kaip išplovų-ir-užpildo, kaneliūrų ir išrėžų. Kartais jos yra kolektyviai vadinamos pado žymėmis arba dugno struktūromis.

Antrosios grupės struktūros yra sin-nuosėdinės {syndepositional}- susidaro uolienos klostymosi metu. Tam, kad išvengti genetinio atspalvio, ši grupė gali būti vadinama intrasluoksninėmis {intrabed} struktūromis (esančiomis pačiame sluoksnyje, sluoksnio viduje), kad atskirti nuo iki-nuosėdinių tarpsluoksninių struktūrų. Kaip matyti iš Lentelės B, šios struktūros susidaro įvairaus grūdelių dydžio terigeninėse uolienose, o taip pat chemogeninėse ir organinės kilmės uolienose.

Trečia struktūrų grupė yra po-nuosėdinė {postdepositinal}. Šios struktūros yra antrinės ir jos sujaukia ir/ar pertraukia pre- ir sin-nuosėdines, inter- ir intra-sluoksnines struktūras (Lentelė 2.1).

Prie šių gana gerai apibrėžtų struktūrų grupių galima pridėti dar vieną grupę. Ši ketvirta grupė, pavadinta "kitos", apima įvairias struktūras, kurios negali būti priskirtos kitoms, jau paminėtoms, grupėms. Šių įvairių nuosėdinių struktūrų morfologija ir kilmė yra aprašoma atskiruose poskyriuose.

Dalinai čia bus taip pat aprašomos struktūros pagal tai, kokiose uolienose jos sutinkamos dažniausiai.

2.1 Stratigrafiniai principai ir jų pritaikymas struktūrinėje geologijoje

Esminės koncepcijos (žr. Pirmą dalį) nuosėdinių uolienų geologijoje paprastai yra vadinami stratigrafiniais principais. Šie principai arba koncepcijos yra nuosėdinių

uolienų tyrimo pagrindas.

Dirbant su deformuotomis, pvz. suraukšlėtomis nuosėdinėmis uolienomis, sluoksnių pado ir kraigo padėtis nebėra horizontali, t.y. nebėra pirminė. Sluoksniai gali būti pasvirę ar apvesti „aukštyn kojom“ ir tada yra svarbu nustatyti, kuri ribinė plokštuma yra kraigas, o kuri yra padas, t.y. atrasti kur yra pirminis storymės viršus – pirminė kryptis-į-viršų, kuri taip pat vadinama jaunėjimo kryptimi3. Terminai „jaunėjimas“, „jaunėjimo kryptis“ arba „kryptis į viršų“ yra vienareikšmiai. Pvz. palinkusios storymės jaunėjimas yra į pietvakarius. Naudojantis, pvz. sluoksnių tęstinumo principu, galima atrasti lūžių, nedarnų ir pan. buvimą.

2.2 Priedas. Nuosėdų ir nuosėdinių uolienų klasifikacija

Vienas iš nuosėdinių uolienų suskirstymo būdas yra parodytas paveiksle 2.1. Kaip ir kitos gamtinių procesų ir jų produktų klasifikacijos, ši turi kai kurių anomalijų (cheminė kalcio karbonato nuosėda yra priskiriama klinčiai, ne evaporitui) ir santykinių suskirstymų (pvz. klintis yra uoliena, turinti kalcio karbonato 50% ir daugiau), bet bendrai paėmus ji yra labai naudinga.

Terigeninė klastinė medžiaga yra medžiaga, kuri sudaryta iš dalelių arba klastų, kurie susidarę iš anksčiau egzistavusios medžiagos. Klastai yra, iš principo, detritiniai grūdeliai, nueroduoti nuo pamatinės uolienos ir dažniausiai yra sudaryti iš silikatinių mineralų: terminai detritinės nuosėdos ir siliciklastinės nuosėdos irgi yra naudojamos. Klastų dydis kinta nuo molio dalelės dydžio, matuojamos mikronais, iki riedulių, kelių metrų 3 Pagal superpozicijos principą, sluoksniai gulintys aukščiau

yra jaunesni.

Lentelė 2.1: Nuosėdinių uolienų klasifikacija, paremta struktūrų susidarymo laiku, uolienų, kuriose yra struktūros suformavo, atžvilgiu. O taip pat kokiose uolienose ir aplinkoje struktūros susidarė.

Formavimosi laikas Kilmė/Aplinka

Pirminė

Iki-nuosėdinė

(tarpsluoksninė)Erozinė

Sin-nuosėdinė

(intrasluoksninė)

Terigeninė

- Lutitai (dumblainiai)

- Smėliai

- Stabiagrūdės uolienos (struktūrinės reikšmės neturi)

Chemogeninės

Biogeninės

AntrinėPo-nuosėdinė

(antrinė)

- Fizinės deformacijos

- Chemonės disturbacijos

- Biogeninės

2-3

skersmens. Smiltainiai ir konglomeratai apima 20-25 % viso nuosėdinių uolienų, o dumblainiai – 60%.

Karbonatai, pagal apibrėžimą, yra uolienos, kuriose kalcio karbonatas (CaCO3) sudaro 50% ar daugiau. Gamtinėse aplinkose pagrindinis kalcio karbonato šaltinis yra kietos organizmų dalys, daugiausia bestuburių, kaip moliuskų. Klintys sudaro 10-15% visų nuosėdinių uolienų.

Evaporitai yra nuosėdos, susidarę iškrentant druskoms iš vandens dėl garavimo.

Vulkanoklastinės uolienos yra vulkaninių išsiveržimų produktas arba vulkaninių uolienų dūlėjimo produktas.

Kitos nuosėdos ir nuosėdinės uolienos yra geležingos nuosėdinės uolienos {ironstones}, fosfatinės nuosėdos, organiniai klodai (anglies ir naftingų skalūnų), titnagai (silicingos nuosėdinės uolienos). Šios užima kur kas mažiau tūrio nei kitos nuosėdinės uolienos paminėtos aukščiau, maždaug 5%, bet kai kurios turi ekonominę svarbą.

2.2.1 Terigeninės klastinės uolienos ir nuosėdinės uolienos

Tam, kad nuosėdos (nerišli masė) taptų uolienomis turi įvykti litifikacija – virtimo į rišlią uolieną procesas. Dumblas, aleuritas (dulkis) ir smėlis yra nerišlūs agregatai ir po litifikacijos tampa dumblainiu arba lutitu {mudstone, lutite}, aleurolitu {siltstone} ir smiltainiu {sandstone}, t.y. kietomis uolienomis.

Viena iš šių uolienų nuo kitos atskiriama tam tikru

grūdelių dydžiu.

Jeigu visos dalelės būtų sferos, kubo ar kitokios paprastos geometrinės formos, tada jų dydį galėtumėme matuoti atsižvelgiant į jų spindulį ar sienelę. Tačiau nuosėdinių grūdelių formos yra labai įvairios ir netaisyklingos, todėl išmatuoti jų dydį nėra tiesmukiška užduotis. Tuo būdu, grūdelių dydis yra išmatuojamas sijojant nuosėdas per sietus, kurių akutės dydis žinomas. Tiksliau, vieno sieto akučių dydžiai nėra vienodi, bet sietai turi akučių dydžio intervalą. Nuosėdos, pasilikusios tarp dviejų sietų, kurie turi tam tikrus akučių dydžius, vadinama frakcija. Panaudojus keletą sietų yra nustatoma kokia vieno dydžio frakcija užima procentinę (svorio) dalį tam tikroje nuosėdinėje uolienoje.

Ribinis grūdelių dydis, arba frakcijos intervalas, gali truputį skirtis priklausomai nuo autoriaus ir šalies.

Yra naudoja keletas frakcijų suskirstymo principų.

Vienas tokių suskirstymų pagal grūdelių skersmenį yra geras būdas pradėti rūšiuoti ir pavadinti terigenines klastines nuosėdas ir uolienas: gargždas ir konglomeratas sudarytas iš grūdelių, didesnių nei 2 mm; smėlio dydis yra 2 ir 1/16 mm (63 mikronai), o dumblas, įskaitant molį ir aleuritą) sudarytas iš mažesnių nei 62 mikronai dalelių. Yra nemažai šios klasifikacijos modifikacijų, tačiau sedimentologai paprastai naudoja Udden-Wentworth grūdelių dydžių skalę (Pav. 2.2) terigeninių klastinių uolienų pavadinimui nustatyti.

2.2.2 Udden-Wentworth grūdelių dydžių skalė arba fi (φ) skalė

Paveikslas 2.1: Nuosėdų ir nuosėdinių uolienų klasifikacija

2-4

Ši skalė, paprastai žinoma kaip Wentworth skalė, yra labai paplitusi agregatų klasifikacija. Suskirstymo pagrindas yra faktorius 2, t.y. vienos frakcijos ribos dydis nuo kitos skiriasi dviem kartais. Pvz. vidutingrūdžio smėlio grūdeliai yra tarp 0.25 ir 0.5 (t.y. 0.25, x 2, “0.5), stambiagrūdžio smėlio – 0.5 - 1.0 ir t.t.. Taigi, tai yra logaritminė progresija, bet logaritmas yra su dviejų baze, ne dešimties, kuri yra populiari „log“ skalė. Be to, tokia skalė atspindi gamtiškoje sutinkamą grūdelių pasiskirstymą, nes kiekviena nuosėdinė dalelė/grūdelis yra linkęs dalintis į dvi dalis.

Keturios ribos yra gana gerai pripažintos:

molis (<4 μm)

aleuritas (4 μm iki 63 μm)

smėlis (63μm or 0.063 mm iki 2.0 mm)

gargždas (>2.0 mm)

Fi skalė yra Wentworth skalės skaitmeninė išraiška. Graikiška raidė φ (fi) yra dažnai rašoma kaip skalės vienetas. Naudojant logaritmą su dviejų baze, grūdelių dydžiai fi skalėje skaičiuojami pagal formulę:

φ =-log2 (grūdelių skersmuo, mm)

Minus ženklas yra rašomas dėl to, kad granulometriniuose grafikuose grūdelių dydis mažėtų iš kairės į dešinę. Naudojantis šia formule, grūdelis, kurio skersmuo yra 1 mm yra 0φ: didėjant grūdelių dydžiui, 2 mm yra -2φ, ir t.t.; mažėjant grūdelių dydžiui, 0.5 mm yra +1φ, 0.25 mm yra 2φ, etc.

Paveikslas 2.2: Udden–Wentworthrūdelių dydžių skalė klastinėms nuosėdoms: klastų skersmuo yra naudojamas frakcijų riboms nustatyti, o fi reikšmės yra -log2 (grūdelių skersmuo, mm). Kairėje pusėje yra pateikiama Lietuvoje priimtos frakcijų ribos.