1
Pánevní analýza (základní pojmy)
1. Klasifikace pánví a depoziční prostředí (úvod)
Sedimentární pánve - oblasti, kde dochází k akumulaci sedimentu ve značné mocnosti a jeho
zachování po geologické jednotky času.
K těmto oblastem přiléhají oblasti s erozí (dlouhodobou) a oblasti, kde jsou erozní a depoziční
procesy v rovnováze.
Nejrůznější tvary a rozměry sedimentárních pánví (obvykle v des. - stovkách km).
Obvykle deprese
Aktivní depoziční pánve
Neaktivní ale nedeformované pánve
Silně deformované pánve
Zachování původního tvaru a kompletního sedimentárního záznamu
Tektonické klasifikace pánví (globální a regionální tektonika) - desková tektonika
Vlastnosti sedimentární výplně pánví jsou ovlivněny dalšími faktory
Sedimentární procesy a facie jsou řízeny paleogeografií (morfologie, klima, horniny a
tektonická aktivita ve zdrojové oblasti), depozičním prostředím, vývojem horninotvorných
organismů, atd.
Klasifikace pánví dle kriterií rozpoznatelných přímo v terénu (litofacie, faciální sledy a
asociace, depoziční prostředí, geometrie sedimentárních těles).
1.1. Tektonická klasifikace pánví
Desková tektonika
Řada klasifikací pánví
-typ podložní kůry, typ pohybu desek.
Základní prototypy pánví.
Vnitrodeskové poklesové/prohybové pánve
(sag basins)
Kontinentální kůra, divergentní pohyb
desek, extenze, termální efekt, pomalá
subsidence. V případě velkých pánví
mohou chybět zlomové systémy na okraji
pánve či centrální riftová zóna
Obrázek 1: Sag basin (Mann, 2006)
2
Subsidence díky ztenčování kůry, rozdílech v měrné hmotnosti, další dlouhodobá subsidence
díky termálním vlivům, depozici.
Cold spot
Vnitrozemské příkopy a rifty
Úzké protáhlé pánve, zlomové omezení, symetrický či asymetrický průřez (halfgraben).
Obrázek 2: Halfgraben (upraveno podle Allen, 2006)
Zakrnělé rifty a aulakogeny
Přechodná kůra
Pánve na pasivním okraji
Centrální části pánve v hloubkách kolem 2-3 km. Asymetrický depoziční systém - klínovitá
tělesa sedimentů.
Oceánské poklesové (sag) pánve nebo rodící se
oceánské pánve
Oblast mezi středooceánským hřbetem a vnějším
okrajem přechodného typu kůry
Pánve vázané na subdukci
Konvergentní okraje a orogenní deformace
Patří sem hlubokomořské příkopy, předobloukové,
zaobloukové a vnitroobloukové pánve
Obrázek 3: Subdukce (Einselle, 2000)
3
Obrázek 4: Pánve na konvergentním rozhraní, předoblouková pánev, zaoblouková pánev (Einselle, 2000)
Pánve spojené s terány
Pozice mezi mikrokontinenty, které mají alespoň částečně kontinentální kůru. Samotné pánve
jsou obvykle situovány na oceánské kůře.
Transformní (strike-slip) pánve a příkopy (wrench)
Transtenzní a transpresní složka
Pánve vázané na kolizi
Patří sem zbytkové pánve (zbytky
oceánských pánví), předpolní a periferní
pánve, týlové (retroarc) a vnitrohorské
pánve, pánve panonského typu.
Obrázek 5: Kolizní pánve nahoře, dole
příkladstrike-slip pánve (Einselle, 2000)
4
Vývoj skutečné pánve se v mnoha ohledech liší od modelu. Během vývoje může docházet ke
změnám typu pánve (polyhistory basin) a tak ke komplexní tektonické a depoiční historii
pánve.
1.2. Tektonika a vyplňování pánve
Tektonické pohyby ovlivňující pánev jako celek se odráží i v charakteru pánevní výplně. Tři
koncové členy:
Pre-depoziční pánve
Tektonika předchází sedimentaci. Pokles
hloubky depozičního prostředí v čase,
postupné vyplňování pánve. Sedimentární
transport, laterální i vertikální faciální
asociace jsou dominantně ovlivněny
morfologií pánve.
Syn-depoziční pánve
Sedimentace je ovlivňována tektonikou rozdílná
subsidence. Změny orientace
transportu, změny mocností. Role
morfologie pánve v závislosti na vztahu
sedimentační rychlosti a rychlosti
subsidence.
Post-depoziční pánve
Velmi malý vztah mezi transportem,
distribucí a faciemi a následně vyvinutou
pánevní strukturou.
Obrázek 6: Vyplňování sedimentární pánve
(Einselle, 2000)
Nejrůznější přechody mezi těmito koncovými členy. Komplexní historie pánve.
1.3. Morfologie pánve a depoziční prostředí
Tvar pánve je v obecné míře řízen tektonickými procesy.
Morfologie pánve určená sedimentárním povrchem je výsledkem vzájemného vztahu mezi
tektonikou a sedimentací.
Jen velmi volný vztah mezi tektonickými procesy a depozičními prostředími. Jednotlivá
depoziční prostředí se vyvíjí v nejrůznějších tektonických režimech (tvar celé pánve,
vertikální a laterální změny facií, provenience…).
Erozní báze („erosional base level“), redistribuce materiálu v rámci pánve (např.
mělkomořské vs. hlubokomořské depoziční prostředí).
5
Metody studia moderních a fosilních sedimentů
Depoziční prostředí
Několik tisíc depozičních pánví - limitované množství depozičních prostředí
Klasifikace pánví dle depozičních prostředí (predepoziční morfologie, klima).
Vyplňování pánví
 Fluviální prostředí - erozní báze, přínos sedimentů, spádová křivka (gradient vs. směr
transportu)
 Glaciální a eolické prostředí - ledovcová eroze, deflace (tvorba depresí), akumulace
sedimentů (tvorba elevací). Migrace materiálu.
 Lakustrinní prostředí - zdrojová oblast vs. klima vs. subsidence
 Delty - přechodné prostředí. „nadvodní část“ - fluviální a jezerní procesy, „podvodní“
část hydrodynamické a chemické procesy moře.
 Okrajová a epikontinetální moře - výměna vody s oceánem
 Mělká moře a kontinentální šelf- redistribuce materiálu
 Hlubokomořské pánve - šelf, kontinentální svah, kontinentální úpatí (continental
slope, continental rise) - Atlantický typ okraje kontinentu.
 Podmořský systém hrástí a příkopů
 Submarinní hřbety, platformy a podmořské hory - slabý sedimentární záznam, velmi
kontrastní k okolí (biogenní, biochemické nebo chemické sedimenty).
Akumulace sedimentů a sedimentární facie - obecné trendy
Vliv terigenního přínosu sedimentů a rychlost depozice klesá v řadě: kontinetální pánve se
značným reliéfem-ploché oblasti-mělká moře- hluboká moře
Pánve s nízkou depoziční rychlostí mají tendenci akumulovat sedimenty relativně bohaté
organickou komponentou. Mají obvykle dlouhou dobu trvání a proto často ovlivněné
synsedimentární tektonikou.
6
Rozsáhlé chemogenní sedimenty (evapority) - obvykle jezera nebo okraje mělkých moří.
Pouze velmi rychlé a nepravidelné tektonické pohyby a v určitých typech pánví dochází
k přímému vlivu tektoniky na sedimentární facie. Za tímto účelem spíše geometrie pánevní
výplně, sedimentační rychlost atd.
1.4. Shrnutí
● Sedimentární pánve lze klasifikovat dle deskové tektoniky. Faktory ovlivňující vznik
pánve také ovlivňují tvar pánve i geometrii pánevní výplně. Endogenní procesy
● Depoziční prostředí a sedimentární facie v rámci pánevní výplně jsou z velké míry řízeny
jinými procesy (přínos sedimentu, „autochtonní“ produkce sedimentu, distribuce a
redistribuce sedimentů, hydrologický režim….). Exogenní procesy.
● Obdobné sedimenty a sedimentární facie se mohou vyskytovat v různých typech pánví doplňující
klasifikace pánví s ohledem na depoziční prostředí.
● K pochopení vývoje pánve (důvodu vzniku pánve, jednotlivá depoziční prostředí a jejich
vývoj) je nutné studovat pánve různými metodami (rozdílná škála metod).
Depoziční prostředí a faciální modely (přednáška Základy sedimentologie)
Kontinentální sedimenty
Glacigenní sedimenty
Fluviální sedimenty, aluviální kužely a kuželové delty (fan delty)
Eolické sedimenty
Vulkanoklastické sedimenty
Jezerní sedimenty
Pobřežní a mělkomořské sedimenty (siliciklastické i karbonátové)
Pobřežní sedimenty
Mělkomořské sedimenty (siliciklastické)
Karbonátové plošiny a reef-laguna komplexy
Marinní delty
Estuária
7
2. Sedimenty riftových pánví
Velká variabilita
Malé riftové struktury- sukcese: fluviální sedimenty-jezerní (playa) sedimenty-fluviální
sedimenty
Kontinentální okraje – vývoj k hlubokomořským marinním sedimentům (sledy prohlubování
a změlčování)- střídání deltových, šelfových sedimentů a sedimentů kontinentálního svahu
(střídání fází riftingu).
Proměnlivá rychlost subsidence - změny tvorby depozičního prostoru- střídání progradace a
retrogradace
Velké kontinentální rifty – komplexní vývoj, role topografie pro vývoj pánve a její
hydrogeologický a sedimentologický charakter.
Zjednodušené faciální modely
Asymetrické rifty
Half-grabeny – značně asymetrická pánevní výplň (přínos sedimentu, depozice na opačných
stranách pánve, přínos z okrajů pánve)
Osní vs. boční přínos, změny pozice vodního toku.
Role klimatu
Rychlost subsidence – marinní prostředí, karbonáty, evapority.
Výzdvih a sklon okrajů pánve může zabránit přínosu
Migrace zlomové aktivity (role hrástí a příkopů)
Příklady mladých riftových pánví
Východoafrický rift
Délka 4000 km
Velká variabilita riftových pánví a jejich výplně
Západní rift: (jezera, rozdíly okrajů a dna 3 km), vulkanická aktivita chybí
Východní rift: (nižší reliéf, příčné hřbety, řada drobných pánví, role pre-riftové topografie),
významý vulkanismus, jezerní, fluviální a aluviální sedimenty
Obrázek 7: Východo africký rift, upraveno
Goldbach 2012
8
Rudé moře a Suez
Pokročilá fáze vývoje Východoafrického riftového systému
70 MA – 4 fáze vývoje:
1. Pre-rift (křída-eocén)
2. Tvorba riftu (oligocén)
3. Subsidence (Miocén) _ pokles centra 6-7 km, výzdvih okrajů 2-3 km.
4. Rozšiřování oceánského dna (pliocén-recent)
Rio Grande rift
Velký, vnitřně rozdělený riftový systém
Délka asi 1100 km (Colorade-Texas).
Vývoj od oligocénu, významný vulkanismus
Rýnský příkop
Levostraný horizontální posun, komplexní vývoj
vázaný na Alpský orogén
Migrace zóny maximální subsidence z jihu k severu
Počátek riftingu v eocénu
Jezerní sedimenty (role klimatu), marinní ingrese,
fluviální sedimenty, vulkanická aktivita.
(Rýnský příkop, upraveno Goldbach 2012 dle Hagen 2008)
„Starší“ riftové pánve
Rozpad kontinentu Pangea v triasu a spodní juře
Zakomponování do struktur pasivního okraje (Atlantický a Indický oceán)
9
Vnitrodeskové poklesové pánve („sag basins“)
Vznikají z velkých depresí korového
dosahu, které vykazují malou roli extenze.
Typická je pomalá nelineární extenze
trvající dlouhé časové období (200-600
M.a.). Subsidence je vyvolána především
termální kontrakcí, eklogitizací spodní
části kůry a/nebo vnitrodeskovým
stresem.
● Časté jsou dvě nebo více fází
tektonické a sedimentární evoluce
(iniciální „riftový“ cyklus, po kterém
následuje jeden či dva
poklesové/„sag“ cykly).
● Depoziční prostředí jsou
kontinentální, lakustrinní nebo
mělkomořský. Časté jsou výrazné
klimatické změny, sedimentace
karbonátů, evaporitů, uhelné
sedimenty, tillity, atd.
Obrázek 8: Sag basin (Einselle, 2000)
Obrázek 9: genetické typy jednotlivých sedimentárních pánví Evropy (data AAPG datapages, úprava
v GIS, Goldbach, 2012)
10
3. Pasivní kontinentální okraje („Continental Rises and Terraces“)
Stadium „driftu“ (post-rift) - styk kontinent-oceán
Ochlazování litosféry – proces termální subsidence, nakloněné bloky a kry- proces
zatížení(„loading“)
Tři typy pasivního kontinentálního okraje
Nevulkanický pasivní okraj – zlomově omezená mozaika bloků (segmentace stovky km),
malá role vulkanické aktivity, nejčastější případ
Vulkanické pasivní okraje
Riftové-transformní okrajeVelmi
rozdílná šířka, častá vnitřní segmentace
Tvorba bathymetrického/sigmoidálního profilu (příbřeží, šelf, kontinentální svah, dno pánve)
Překrytí starší výplně riftových pánví
Atlantický typ „zralého“ kontinentálního okraje
Sedimentační procesy: výčasy, vlnění, oceánské a gravitační proudy. Role klimatických
změn.
Změny relativní hladiny (sekvenční stratigrafie) – progradační a retrogradační cykly
Obrázek 10: z http://hays.outcrop.org/GSCI100_08F_TT/lecture13.html
Typy sedimentace v rámci kontinentálního okraje
Siliciklastická sedimentace
Přínos klastických sedimentů z pevniny, podélný transport oceánskými proudy
11
Tvorba klínovitého tělesa sedimentů, flexurní prohnutí, migrace okraje subsidence do
kontinentu
Deltová sedimentace:
Výrazná role morfologie okraje („vazba s aktivním riftingem“) – pozice velkých toků
(Amazonka, Niger, Mississippi) a tektonické linie (New Madrid line, Benue,
Amazonas a Solimos)
Delty: přínos množství materiálu- pohyb sedimentu za hranici kontinentální/oceánská
kůra
Role diapirismu evaporitů (evapority – synriftové stadium)- Severní moře, Mexický
záliv
Karbonátová sedimentace
Mělkomořské karbonáty, karbonátové reefy na okraji šelfu (svahové procesy,
gravitační proudy)
Kombinace těchto siliciklastické a karbonátové sedimentace
Shodné rysy depozičního vývoje protilehlých pasivních okrajů oceánu během synriftového
stadia, značné rozdíly během post-riftového stadia.
Vyplnění až po úroveň hladiny
Vyzdvižení částí pánví na pasivním okraji- pobřežní pánve.
Uzavření oceánu, subdukce a kolize je zakomponování sedimentů pasivního okraje do
akrečních klínů či orogennů (deformace, metamorfóza).
Příklad
západní pobřeží Severní Ameriky
„Podvyživené“ okrajové pánve, podmořská plošiny/roviny a oceánské
pánve
Transport „přebytečného“ sedimentu přes okraj šelfu do hlubších částí pánve v pokročilém
stadiu vývoje pánve při relativně pomalé subsidenci.
Rychlá subsidence – „podvyživené pánve“
Podmořská plošiny (1-3 km hloubky) – izolace od terigenního přínosu
Pokles oceánské kůry (2,5 km středooceánský hřbet vs. 4,0-5,0 km oceánské pánve)
Jemnozrnné hlubokomořské sedimenty (role CCD)
Zachování pouze v rámci ofiolitů (Newfoundland, Kypr, Omán)
12
Kontinentální svahy
Recent - kontinentální
svahy se siliciklastickou
sedimentací (velká šířka
50-150 km, sklon několik
stupňů)
Karbonátová sedimentace
– větší sklon, široká
depoziční oblast
Depozice – suspenze,
gravitační proudy
Eroze či nedepozice –
oceánské/konturové
proudy (role nízké
hladiny)
Konstruktivní a
destruktivní fáze vývoje
depozice na
kontinentálním svahu
Významné role
morfoologických elevací
(tektonika, vulkanismus,
diapirismus, karbonátové
nárůsty)
Obrázek 11: Kontinentální svahy (Einselle, 2000)
Pánve na konvergentním rozhraní
Zánik či zkracování litosféry
Aktivní ostrovní oblouk vs. aktivní okraj kontinentu
Charakter podložní kůry – rozdílná subsidence, mocnosti sedimentů
Rozdíly v charakteru konvergence (relativní pohyb desek, charakter desek, směr a rychlost
subdukce, rozdílná morfologie okrajů desek)
Role extenze (zachování vulkanických a sedimentárních sledů)
Kompresní systém oblouk-příkop
Vysoká rychlost konvergence, protisměrně nebo velmi šikmá orientace, malý sklon zóny
subdukce.
Komprese v nadložní desce, silná zemětřesná aktivita v široké zóně, příkrovová tektonika
stovky-tisíce km za obloukem
Relativně mělké příkopy, rozsáhlý vápenato-alkalický magmatismus, výrazný reliéf
„Retro-arc foreland basins“ (východní Andy)
Rychlost a charakter sedimentu závisí na klimatu a charakteru říční sítě
Extenzní systém oblouk-příkop
Nízká rychlost konvergence, protisměrná či šikmá kolize, „slabá“ zemětřesná aktivita
v relativně úzké zóně, značný sklon zóny subdukce
13
Korová extenze – stovkyaž tisíce km od příkopu (vnitroobloukové a zaobloukové pánve).
Bloková morfologie pánví (zlomy, orientace ker).
oceánské okraje Pacifiku
Hluboké příkopy, rozsáhlý vápenato-alkalický a bazaltický vulkanismus
Kombinace kompresních, extenzních rysů a horizontálních posunů na destruktivních okrajích.
Hlubokomořské příkopy a akreční klíny
Chladnutí oceánské kůry, pokles do hloubek, hlubokomořské sedimenty, zachování
tektonických struktur
Flexurní ohýbání v zóně subdukce, periferní pahorek (cca 150 km vzdálenost od příkopu,
relativní výška cca 500m) - reaktivace zlomů vzniklých v rámci riftingu - vznik reliéfu bloků řada
lokálních pánví (turbidity).
Akreční komplex/prisma
Hloubky a tvar příkopu- role rychlosti subdukce, reliéfu subdukující desky, rychlosti a
charakteru přínosu sedimentů do pánve (detritické vs. hlubokomořské sedimenty)- míra
vyplnění příkopu.
Laterální přínos sedimentu vs. osní transport, blízké vs. vzdálené zdroje
Proximální vs. distální oblasti, rozdílná intenzita přínosu materiálu při okraji kontinentu a
v rámci oceánu.
Aktivní násuny
(„décollement“) - potenciál
zachování sedimentů
prismatu – rezistence vůči
smykovému namáhání –
vnitřní segmentace v rámci
akrečního prismatu (vývoj
v čase)- deformace
sedimentů.
Chaotické struktury
(gravitační -tektonické
deformace, pohyb vody).
Sundský oblouk, Shimano
belt-Shikoku,Chilský
příkop
Interpretace
Obrázek 12: (Einselle, 2000)
Předobloukové pánve („Fore-arc basins“)
Vznik mezi vulkanickým obloukem a hlubokomořským příkopem
Pozice na oceánské nebo přechodné kůře
Rozdíly v batymetrickém profilu předpolních pánví, vývoj obvykle z vnitřní strany akrečního
klínu
Sundský oblouk - plochý tvar, široké (stovky km) ploché svahy
Krétský oblouk - komplexní mozaika pánví a elevací
Subsidenční historie velmi komplikovaná
14
Relativně hrubozrnná sedimentace (vulkanoklastika, fluviální a deltové sedimenty) hlubokovodní
sedimentace s turbidity s celkově CU trendem, rychlé vyplňování (flexurní
subsidence)- migrace zóny maximální subsidence-široká plochá změlčující se pánev.
Zdroj především z vulkanického oblouku (spadová pyroklastika, submarinní gravitační
proudy) - mocnosti sedimentů několik km.
Příklady:
Jihoamerické předpolní pánve (Ekvádor, Peru, Chile), Great Basin (Kalifonie), Sumatra-Jáva,
Nové Hebridy, Mariany, Malé Antily
Vnitroobloukové pánve („Intra-arc basins“)
Migrace vulkanické aktivity
Extenzní aktivita v rámci vulkanického oblouku, růst a kolaps magmatických dómů, vznik
kalder - tvorba depocenter - především vulkanoklastické sedimenty.
Vznik vnitroobloukových pánví z pánví předobloukových či zaobloukových (změna
charakteru subdukce).
Zaobloukové pánve („Back-arc basins“)
Extenze v rámci destruktivního okraje vývoj na oceánském, kontinentálním či přechodném
typu kůry
Možnosti vzniku:.
A) Separace ostrovního nebo kontinentálního vulkanického oblouku do řady bloků (čedičový,
CA vulkanismus)-tvorba nové oceánské kůry - „aktivní“ zaobloukové pánve (okraje Pacifiku,
Středozemní a Tyrhenské moře).
A. Změna charakteru subdukce- posun subdukční zóny ve směru do oceánu-„pasvní“
zaobloukové pánve (Beringovo moře, Korálové moře).
Hlubokomořské a vulkanoklastické sedimenty,
Velmi proměnlivé sedimentární sledy, zdroj z obou okrajů
Omezená velikost - vyplnění a uzavření pánve
Asymetrický tvar – vulkanický oblouk (násuny) vs. blokově/zlomově omezený vnější okraj
Časná stadia aktivní zaobloukové pánve (hřbet Iwo Jima, Japonské a Filipínské moře,
Mariany)
Soustava asymetrických příkopů („half-grabeny“) - separace řadou horizontálních posunů
Sedimentace především pyroklastické a gravitační proudy, spadová pyroklastika.
V pozdějších stadiích vývoje narůstá role hlubokomořské sedimentace.
Role termální subsidence
Několik stadií vývoje
Příklady:
Příkop Okinawa, Egejské moře (vynoření nad hladinu, terestrické sedimenty transportovány
do hlubokovodních podmínek, gravitační proudy).
15
Obrázek 13: Příklad Back-arc basin, Forearc basin a Trench, dle Einslelle (2000)
Obrázek 14: Subdukce, Back-arc basin (Einselle, 2000)
16
„Retroarc basins“
Vývoj za vulkanickým obloukem na kontinentální či přechodné kůře, procesy zkracování-
komprese
Rozdílná rychlost pohybu k subdukční zóně
Magmatismus, zvyšování mocnosti kůry, systém násunů ve směru do kontinentu. Kompresní
systém oblouk-příkop vede k vývoji do „retroarc foreland basins“ (násuny, zatížení desky,
flexurní prohnutí).
Termín „foreland“ – období před deskovou tektonikou pro označení pánví mezi orogenní
frontou a kratonem.
Iniciální hrubozrnná klastická depozice-mělkomořské sedimenty-sedimentace molasového
typu (zdroj z vulkanického oblouku a vzdálenějšího kratonu)
Pánve na východním okraji And (200 km šířka, 8 km sedimentů, kontonetální sedimenty, role
klimatu).
Viz. obrázek číslo 4
Identifikace pánví spojených s konvergentními okraji litosferických desek
Prostorová pozice ve vztahu k magmatickým obloukům a hranicím kontinentálních desek
Součást orogenů (deformace, metamorfóza)
Ofiolity
4. Pánve spojené s kontinentálními kolizemi
Předpolní pánve („Foreland basins“)
Velmi často studované pánve - geologická data týkající se vývoje orogenních pásem
Předpolí- relativně nedeformovaná kontinentální kůra
Násun orogenního klínu (flexurní prohnutí, zdroj sedimentu)
Kolizní (periferní) předpolní pánve - subdukovaná deska v rámci kolizní zóny (molasové
pánve Alp, Himaláje, atd.)
Retro-arc předpolní pánev- nadložní deska při destruktivním okraji (Andy, Skalisté hory)
Velikost a rozsah předpolní pánve závisí na reologických podložní desky, rychlosti, směru a
velikosti nasouvaného orogenního klínu, rychlosti transportu materiálu do pánve,
vnitrodeskovém orientovaném tlaku, relativních změnách hladiny, klimatu, morfologii
pasivního a aktivního okraje.
Vývoj základních depozičních oblastí v rámci předpolní pánve a jejich migrace v čase a
prostoru.
Pánve nesené - Piggy-back basins
17
Obrázek 15: Piggy back basin (upraveno dle Einselle, 2000)
Termín „foredeep“
Přeplnované a nedostatečně vyplňované pánve – fluviální vs. marinní sedimenty.
Nahoru hrubnoucí sekvence, celkový trend změlčování depozičního prostředí
Osní vs. boční přínos sedimentu
Reliktní oceánské pánve (Remnant ocean basins)
Alespoň jeden konvergentní okraj
oceánu, submarinní gravitační
proudy - turbidity, akreční klín.
Termín flyš
Subdukce nepravidelného okraje časově
rozdílný orogenní výzdvih a
eroze- depozice v reliktech oceánu
(zužující se pánev před kompletní
kolizí).
Přínos sedimentu narůstá
(pokračující kolize) a současně
dochází ke zmenšování reliktních
oceánských pánví.
Počátek vývoje jako
hlubokooceánská pánev - velmi
rychlá sedimentace a vývoj do
periferní předpolní pánve (konec
subdukce oceánské kůry a počátek
deformace kontinentální kůry).
Kolize v některých částech a
transport materiálu z předpolních
přeplňovaných pánví ve formě delt
do reliktní oceánské pánve. Typický
je podélný přínos sedimentu, role
horizontálních posunů a šikmá kolize
(deltová sedimentace –
Indus, Ganga – Bengal a Indus
Obrázek 16: Relitkní oceánské pánve (Einselle, 2000)
18
fan).
Záleží na typu kolize (kolize kontinent-kontinent vs. kolize dvou vnitrooceánských oblouků
(Moluky)- různé typy kůry, velmi rozdílný přínos sedimentu do pánve.
Finální začlenění těchto sedimentů do orogenního systému.
Hlavní zdrojovou oblastí jsou sedimenty příkrovové fronty- recyklace materiálu- vyšší zralost
(křemenné a litické písky a pískovce).
Vnitrohorské pánve
Kontinentální kolize
Finální stadium tvorby
pásemného pohoří
Extenze v rámci úzkých
příkopových struktur uvnitř
nebo v zázemí příkrovů
Obvykle paralelní orientace
s orogenem, ale i šikmá či
kolmá orientace (orogenní
kolaps a únik). Protáhlý, úzké
tvar pánve.
Vnitřní segmentace,
postdepoziční komprese,
horizontálními posuny.
Počátek sedimentace pobřežní
či mělkomořské sedimenty,
výše fluviální a aluviální
sedimenty.
Kompletně terestrické
sedimenty- rychle vyplňování
pánve-vysoký gradient.
Střídání FU cyklů (extenze) a
CU cyklů (komprese), místní
provenience, klimatické vlivy
Role vulkanismu
Obrázek 17: Vnitrohorské pánve (Allen, 2005)
Pánve spojené s kontinentálním únikem („extruzí“)
Kontinentální kolize, zkrácení kontinentální kůry je částečně transformováno do laterálního
úniků přilehlých krustálních fragmentů, transprese i transtenze, rozsáhlé horizontální posuny.
Nepravidelný tvar, mocnost a měrná hmotnost kolidujících bloků
Příklady: Indočína (oblast Červené řeky), Východní Alpy, Egejské moře
Pánve panonského typu
Rozsáhlé vnitrohorské pánve (pánevní systém vs. části pánve tj. jednotlivé pánve)
Ztenčená kontinentální kůra v podloží, původně často „retro-arc“ pánve
Složitý strukturní a depoziční vývoj
Extenze spojená s migrací aktivity vrásnění do předpolí („subduction rollback“), role
kontinentálního úniku
19
Rychlejší a dřívější subsidence blíže k orogennímu pásmu než v centrální části
Často CA nebo A vulkanismus
Trend vyplňování: kontinetální sedimenty následované mělkomořskými-poměrně
hlubokovodní sedimentace-změlčení, brakická, jezerní a fluviální sedimentace.
Pánve na deskových rozhraních s horizontálními posuny
Rozhraní desek není přímé, pohyb není přímo čistý horizontální posun paralelně s okrajem
desky, systém větvících se zlomů
Kontinentální i oceánská kůra
„Strike-slip“ pánve
Transtenze (extenze) a transprese (komprese)
Transformní a transkurentní zlomy
Inverze zlomů
Překryv zlomů vede k vzniku extenzní oblasti mezi nimi – pánve typu „pull-apart“
Charakteristický tvar, rozměry, hloubka, rychlá subsidence.
Hrubozrnná sedimentace poblíž okrajů (aluviální kužely, kuželové delty) rychlý přechod do
marinních sedimentů. Faciálně velmi pestré vertikálně i laterálně. Asymetrická výplň
Pohyby ker podél okrajů, změny depozičních center i zdrojových oblastí
Kontinetální pánve typu „pull-apart“ (aluviální, fluviální a jezerní sedimenty –citlivé ke
klimatickým a tektonickým procesům)
Marinní pánve typu „pull-apart“ (relativně hlubokovodní sedimentace, turbidity, změlčování
do nadloží)
Příklady:
Vídeňská pánev
Údolí řeky Jordanu (Aquaba záliv, Mrtvé moře, Galilejské jezero)
Komplexní a přechodné (polyfázové) pánve
Změna tektonického režimu v čase (vazba k Wilsonovu cyklu)
Interakce několika tektonických režimů
Nejrůznější směry pohybu litosferických desek
Obvykle horizontální posuny komplikují situaci na konvergentních či divergentních okrajích
desek.
Spojení extenzní tektoniky a horizontálních posunů – Kalifornský záliv (směs charakteristik
„pull-apart“ pánve a proto-oceánského příkopu).
Deformace dřívější pánevní výplně
Několik fází strukturního vývoje pánve a sedimentace
Inverze pánve – protichůdná změna původního pohybu/režimu (extenze-komprese)
Změna termální subsidence, akumulace sedimentu, napěťového pole.
5. Subsidence
Základní termíny
Tektonická subsidence (izostáze, termální kontrakce litosféry, fluxurní prohnutí)
Subsidence spojená se zatížením sedimenty
Celková subsidence
Subsidenční křivka
Izostáze (funkce hustoty a mocnosti) – litosféra vs. astenosféra
Spodní hranice litosféry termální hranice (cca 1350o
C)
20
Teplejší astenosféra má mírně nižší hustotu než nadložní litosféra
Zvětšení mocnosti kůry na úkor pláště (litosféra) vede k výzdvihu
Zvětšení mocnosti pláště na úkor kůry (litosféra) vede k subsidenci.
Procesy ztenčování/naduřování litosféry díky extenzi/kompresi
Výstup plášťového materiálu jako odraz ztenčování kůry
Nárůst/pokles hustoty litosféry je spojen s jejím ochlazením/zahřátím, průnikem magmatu,
tavením kůry/krystalizací magmatu a fázovými změnami minerálů
Subsidence vyvolaná zatížením
Zatížení s relativně malým dosahem-rozprostření do širší oblasti-nižší subsidence než je k
kompenzační hloubka
Zatížení s dosahem větším než mocnost litosféry a dlouhou dobou zatížení pokles minimálně
v centru na hodnotu izostatického vyrovnání.
Subsidenční historie pánve
Určení typu subsidence
Subsidenční křivka ve vztahu k sedimentační rychlosti, historii vyplňování pánve, změny
hladiny, hloubky depozice (celková subsidence)
K určení subsidenční historie pánve je nutná znalost (v určitém místě) stratigrafie (bio- i
chronostratigrafie), paleoprostředí, paleohloubek a relativních změn hladiny
Určení tektonické subsidence – metoda „backstripping“ (odstranění efektu kompakce,
naložení sedimentu, změn paleobatymetrie a hladiny)
Subsidenční modely s využitím programu Petromod 1D
Programy firmy Schlumberger jsou hojně užívané v sedimentologické a naftařském praxi.
Pro studium subsidenční historie se využívá program Petromod.
Obrázek 18: Subsidenční model bez eroze (Goldbach, 2012)
21
Výše uvedený subsidenční model je
modelem „bez erozní činnosti“.
Ukazuje prostou akumulaci
sedimentu v rámci sedimentačního
prostředí.
Pro zjištění erozní činnosti a
kalibraci se využívá především
teplot Tmax z analýzy RockEval a
odraznost vitrinitu (Ro). Vlevo
model bez eroze ukazuje značné
chyby. Kalibrační body
jeednoznačně ukazují na značnou
erozní činnost v geologické
minulosti.
Pokud budeme počítat s erozí
v časovém intervalu 37-23MA let
(období mezi sedimentací
autochtonního paleogénu a
násunem příkrovů ZK a erozí v období 23-0, kalibrační model maximálních teplot bude
vypapadat takto:
Erozí 2000m sedimentu v intervalu 23-recent a 1000m sedimentu v intervalu 37-23Ma.
Křivka maximálních teplot, kterým hornina byla vystavena výrazně lépe odpovídá
kalibračním bodům.
Obrázek 19: Subsidenční model s erozí (Goldbach, 2012)
Pokud klasifikujeme horniny, kterým program následně přiřadí konkrétní modelové
parametry, například teplotní vodivost, hustotu atd., můžeme modelovat teplotu, respektive
přítomnost či nepřítomnost plynného či ropného okna.
22
Dekompakce sedimentu
Původní mocnost sedimentu
Sedimentární sled (současná mocnost, průměrná porostita)
Křivky změny porosity s hloubkou
Nutno vypočíst pro jednotlivé sledy
Subsidence modelových pánví
„Forward modeling“ – zohledněny krustální parametry za účelem zjištění termální/tektonické
subsidence. V další fázi je zohledněn efekt zatížení (hloubka, mocnost sedimentu, změny
hladiny).
Riftové pánve – rychlá často lineární iniciální subsidence, následovaná dlouhodobou postupně
klesající termální subsidencí. Procesy riftingu a korové extenze mohou mít několik fází,
subsidenční křivka má pak opakovaně rostoucí gradient.
Subsidenční rychlost na pasivním okraji narůstá směrem k vnějšímu okraji díky ztenčování
kůry a chladnutí oceánské kůry.
Pánve spojené s kontinentální kolizí (reliktní oceánské pánve, předpolní pánve) a
zaobloukové pánve jsou typické konvexním tvarem částmi subsidenční křivky. V pozdějších
stadiích vývoje těchto pánví dochází ke zpomalování subsidence a výzdvihu.
Riftové, „pull-apart“, pasivní kontinentální okraje a oceánské pánve mají spíše konkávní tvar
subsidenční křivky (postupný pokles rychlosti subsidence).
Epizodické vrásnění, horizontální posuny, vulkanismus a změny ve flexurním chování
podloží mohou vést k nepravidelnému tvaru subsidenční křivky.
23
6. Základy sekvenční stratigrafie
Vrstevní sledy
Pravidelně se střídající vrstvy
Vrstva (bed) a mezivrstva („interbed“)
– dvojice vrstev („bedding couplet“)
Mocnosti
Rytmicita – sukcese AB, AB,AB
Dvě odlišné kategorie rytmicity
Rychlé změny v depozici (depoziční
eventy) – „náhodné“ události –
turbidity, povodňové sedimenty,
pyroklastický spad
Opakované, pozvolné, relativně
pomalé a postupné změny – cyklická
nebo periodická vrstevnatost
Trendy změny zrnitosti ve vrstevních
sledech.
Mocnosti cyklických a rytmických
sledů – prostorové a časové hledisko
Symetricita a asymetricita
(kompletnost a nekompletnost)
v depozičních cyklech
Hierarchie v depozičních cyklech
Interference depozičních cyklů – různý
původ a frekvence cyklů
Cykly s nejkratší periodou jsou nejvíce
zřetelné
Fyzikální a biologické mechanismy
cyklicity
Obrázek 20: (Einselle, 2000)
Odraz sedimentárních událostí a cyklů v paleontologickém záznamu
Bentické organismy
Postupné změny –
Rychlé změny – katastrofy, rozdíly ve fosilním společenstvu (turbidity, transgrese a regrese
v mělkomořských podmínkách) – koncentrace schránek
Diagenetická modifikace
Sekvenční stratigrafie
Prostorový vztah, geometrie i relativní stáří rozdílných těles (facií) sedimentů vyplňujících
sedimentární pánev
Korelační a paleogeografická metoda
Určení a popisu klíčových diskordantních a konkordancích horizontů (key surfaces), studiu
časového i prostorového vztahu sedimentárních facií a pochopení genetických vztahů a
procesů, které vedly k jejich vzniku.
24
Ve spojení s biostratigrafií a chronostratigrafií umožňuje rekonstruovat subsidenční historii
pánve.
Predikce rozmístění facií v rámci různých částí pánve.
Geometrie sedimentárních těles (odkryvy, podpovrchová data)
Architektonické jednotky (architectural elements)
Plochy nespojitosti (erozní povrch, povrch nesedimentace, atd.).
Prostorová korelovatelnost těchto ploch (bounding discontinuities), možnost jejich rozpoznání
podpovrchově (karotážní diagramy, seismické řezy) a jejich stratigrafickému významu
Alternativní stratigrafické techniky - allostratigrafie, cyklostratigrafie, seismostratigrafie a
sekvenční stratigrafie
Pasivní okraje kontinentu (eustatické změny) - „Exxon group“ (Vail, Mitchum, Thompson
1977, atd.).
Obrázek 21: Sekvenční stratigrafie (AAPG news, 2012)
Sedimentární záznam v depozičních pánvích
Interpretace horninového záznamu - faktory ovlivňující sedimentaci.
Rozložení a charakter depozičních systémů - analýza rozmístění a tvaru sedimentárních těles.
Řídící faktory depozice, prostorového a časového rozložení těles a změn stávající situace.
Vztah mezi depozičním prostorem (accomodation space) tj. prostorem vhodným k vyplnění
sedimenty a sedimentem transportovaným a deponovaným v tomto prostoru včetně produktů
biogenní či chemogenní produktivity (sediment supply).
Depozičníí prostor může být vytvořen růstem hladiny nebo poklesem dna (subsidencí). Role
hladiny moře - pohyb břežní čáry – změny hladiny - role spádové křivky
Vazba depoziční prostoru vs. přínos sedimentu - vertikální a/nebo horizontální změny
depozičního prostředí v geologickém záznamu.
Agradace
Progradace
Retrogradace
Cyklické změny
Sekvence a trakty
Depoziční sekvence je definována jako stratigrafická jednotka ohraničená diskordantními
plochami (unconformities) nebo s nimi korelovatelnými plochami konkordantními (corelated
25
conformities). Tělesa sedimentů uložená během jednoho cyklu poklesu a růstu relativní
hladiny (významná změna hladiny).
Mocnost depoziční sekvence
Hranice sekvencí - pokles hladiny – diskordance (s nimi korelovatelné plochy).
Dva typy hranice sekvence. Sekvenční hranice typu 1 je spojena s výraznou subaerickou erozí
díky změně sklonu spádové křivky (stream rejuvenation) a výrazným posunem facií ve směru
do pánve. Sekvenční hranice typu 2 nevykazuje rysy výrazné subaerické eroze a posun facií
směrem do pánve je jen slabě zřetelný.
Cyklus poklesu a růstu hladiny (t.j sekvenci) lze zjednodušeně znázornit jednoduchou
sinusoidální linií. Na základě procesů a sedimentů bývá rozdělen na jednotlivé trakty
(systems tracts).
Obrázek 22: Sekvence a trakty (Allen, 2005)
Trakty - skupiny současně uložených depozičních systémů/ekvivalent seismostratigrafických
jednotek. Definice dle pozice v rámci cyklu změny relativní hladiny a omezení klíčovými
povrchy/plochami (key surfaces), které odráží změny v úrovni relativní hladiny. Klíčové
povrchy nejsou vždy přísně synchronní v celé pánvi, neboť vznikaly postupně na základě
plošné expanze či kontrakce erozního či depozičního prostředí. Obvykle jsou v rámci
sekvence vydělovány 3 až 4 trakty.
Transgresivní trakt (TST) – odpovídá periodě nejrychlejšího růstu hladiny, celkový posun
facií směrem do pevniny (retrogradace). Báze - transgresivní povrch (flooding
surface/transgressive surface), spojený s erozními procesy. Je-li tato eroze vyvolána činností
příboje a vlněním hovoří se o přesněji o „ravinement surface“. Redukovaná sedimentace
v hlubších částech pánve. Depozice, agradace fluviálních sedimentů a vyplňování zakleslých
údolí.
26
Pokles rychlosti růstu hladiny - pokles rychlosti tvorby akomodačního prostoru- agradace
sedimentu. Vrchol růstu hladiny – hranice tvorby akomodačního prostoru- progradace
sedimentu- změlčování sedimentáčního prostředí. Sled sedimentů s rysy agradace a
progradace - trakt vysoké hladiny (highstand systems tract - HST). Plocha maximální záplavy
(maximum flooding surface - MFS), představuje nejvzdálenější zásah marinního prostředí do
kontinentu. Odděluje TST a HST (změna od retrogradace do agradace/progradace). Na
seismických řezech – downlap. Mělkomořská a hlubokomořská depoziční prostředí - velmi
nízká rychlost sedimentace - kondenzovaná sedimentace.
MFS a „genetic stratigraphic sequences“ Galloway (1989).
Regresivní povrch (reggresive surface of marine erosion - RSME) - pokles relativní hladiny odkrytí
a eroze dříve uložených především mělkomořských/šelfových sedimentů. Depozice
především ve vnitřních částech pánve.
Pokles hladiny až po morfologicky výrazný okraj šelfu- sedimentace především na svazích
šelfu a jeho úpatí (hlubokovodní sedimenty) - trakt nízké hladiny (lowstand systems tract -
LST).
Nevýrazný okraj šelfu mírně se svažující- výraznému posunu depozičních prostředí do
pánve - trakt padající hladiny (falling stage systems tract nebo forced regressive wedge
systems tract).
Kompletnost a nekompletnost sekvence
Obrázek 23: Highstand sea level (Bjorlyke, 2010)
Obrázek 24: Lowstand sea level (Bjorlyke, 2010)
Depoziční sekvence v rámci karbonátové sedimentace
Vliv změn relativní hladiny
27
Nejvýraznější rozdíl - mechanismy karbonátové sedimentace a vlastnostmi karbonátů.
Dominantní karbonátová produkce - mělkomořské prostředí - TST a HST - velká rozloha
mělkého zaplaveného šelfu.
Rychlý růst karbonátů - fixace jednotlivých depozičních prostředí – agradace - velké
mocnosti. Rozdílná rychlost tvorby karbonátů v rámci karbonátové platformy (prostor, čas,
typy platforem, klima, lokální tektonika) - sklon svahu a rychlost relativního růstu hladiny.
Pohřbení platformy a překrytí hlubokomořskými sedimenty.
TST - zvětšení rozsahu karbonátové platformy a tvorba její největší části. Transport
karbonátů z platforem do pánve (highstand shedding). V rámci siliciklastické sedimentace hlavní
množství sedimentu dodáváno do hlubších částí pánve během LST.
Relativní pokles hladiny - odkrytí šelfu - eroze odkrytých karbonátů (klima - krasovění
vs. aridní sebcha). Vznik osypů a gravitačních proudů - kalciturbidity atd..
Výrazná disproporce mezi rychlostí agradace sedimentu na karbonátovém šelfu a
v hlubších částech pánve (pelagity) - zdůraznění role svahu – detrit materiálu.
Karbonátová tělesa – morfologie - rezistence vůči mechanické erozi - postdepoziční
diagenetické pochody.
Morfologie a rozsah karbonátových šelfů vs. morfologie a rozsah šelfů s klastickou
sedimentací.
Parasekvence a sedimentární cykly
Detailnější prvky cyklu růstu a poklesu hladiny - komplikovaný proces.
Progradující těleso sedimentů v rámci HST - řada menších vrstevních sledů s nahoru
hrubnoucím (progradující) trendem. Parasekvence (parasequence) je definovaná jako
relativně konformní sled geneticky příbuzných vrstev nebo souboru vrstev (vykazující nahoru
změlčující trend, ukončený plochou mořské záplavy (marinne flooding surface) nebo s ní
korelovatelnými povrchy. Mocnost parasekvence je obvykle v jednotkách či desítkách metrů.
Depoziční cykly – různá interpretace.
Plocha mořské záplavy vs. plocha maximální záplavy.
Hierarchie parasekvence vs. sekvence - hierarchie změn hladiny - důvody změn hladiny a
řády cyklicity.
Změny hladiny
Změny v hloubce vody (vzdálenost mezi hladinou a dnem) se vyskytují na velké
velikostní i časové škále.
Krátkodobé změny - vlnění, výčasy, bouřkové vlnění, klimatické změny atd.. Dlouhodobé
změny - souhra eustatických změn, procesy tektonické, změny v přínosu sedimentu.
Řády cyklicity - hierarchie
Cykly prvního řádu – celosvětové, procesy vzniku a rozpadu superkontinentů, desková
tektonika, délka řádu stovek miliónů let.
Cykly druhého řádu - periodicita desítky miliónů let, změny v rychlosti rozšiřování
středooceánských hřbetů, regionální tektonika, dlouhodobé procesy glaciace a deglaciace,
změny subsidenční rychlosti. Menší možnost globálních korelací.
Cykly třetího řádu - periodicita 1 – 10 miliónů let, rozsah několik desítek metrů, změny
regionálního napěťového pole.
Cykly čtvrtého řádu – periodicita 200 000 až 500 000 let
Cykly pátého řádu – periodicita 10 000 až 200 000 let, změny hladiny v rozsahu max. 10
až 20 m (kvartér - větší rozsah).
Cykly 4 a 5 řádů – parasekvence, Milankovičovy cykly.
28
Naložení cyklů vyššího řádu na cykly nižšího řádu
Globální/eustatické změny hladiny - změny v rozsahu oceánských pánví, změny
v množství vody, změny geoidu. Změny hladiny světového oceánu ve vztahu k pevnému bodu
planety (např. střed Země). Korelace pobřeží rozdílných kontinentů. Globální křivka změn
hladiny (global sea level curve) - Vail et al. 1977 a Haq et al. 1988.
Relativní změny hladiny - lokální či regionální procesy (pohyby na zlomech, termální
subsidence, vulkanismus, sedimentární kompakce, plošně lokalizovaným přínosem
sedimentu, atd.). Vliv na sukcese sedimentů a stratigrafii pánve, omezeně korelovatelné.
Autocyklické procesy vs. allocyklické procesy
Obrázek 25: Hierarchické členění sekvencí od supersekvencí až po základní (precesní) Milankovičovy
cykly v sedimentárním záznamu (podle Michalíka et al., 1999).
Seismická stratigrafie
Studium seismických profilů - tvary těles sedimentů, rozlišení konformních a
nekonformních hranic, tektoniky, interpretace horninových sledů. Prostorové vztahy
„seismických reflektorů“ a jejich tvar - prvky geologické stavby. Velikostní škále (odkryv vs.
seismický řez).
„Horizontálními reflektory“ vs. tělesa sedimentů s výrazně ukloněnými ohraničeními
(clinoforms).
Charakter ukončení jednotlivých reflektorů (reflector terminations)
Deskriptivní terminologie
„Onlap“- horizontální vrstva je ukončena kontaktem s ukloněným povrchem
„Downlap“- ukloněné vrstvy jsou ukončeny (vykliňují) po sklonu na původně
horizontálním či ukloněném povrchu
„Toplap“ - Ukončení vrstev na diskordanci spojené s postdepoziční erozí. Vyskytuje se
ve svrchních částech sekvencí.
29
„Offlap“- ukončení vrstev, kde mladší a mladší sedimenty zasahují stále méně ve směru do
pevniny (dochází k částečnému odkrytí starších vrstev).
Obrázek 26: základní prvky sekvenčně-stratigrafických rozhraní (Einselle, 2000)
Obrázek 27: interpretovaný seismický obraz území (AAPG news, 4/2012)
30
7. Diageneze - úvod
Čerstvě uložené sedimenty- nezpevněné, nízká měrná hmotnost, obsah vody
Proces diageneze
Katageneze-anchimetamorfóza – břidlice, smektit a smíšené jílové minerály jsou nahrazeny
dobře vykrystalovaným ilitem a chloritem, vysoká odraznost vitrinitu - teploty 100-150o
C.
Mechanická diageneze – tlak – odstranění vody a změna stavby sedimentu
Chemická diageneze – rozpuštění a rekrystalizace, vysrážení ve formě cementu
Rozpouštění a cementace v různé úrovni – pohyb materiálu
Snaha po získání termodynamické stability v podmínkách pohřbení (růst teploty, tlaku a
měnící se chemismus pórových vod). Limitované množství stabilních minerálů se tvoří na
úkor množství nestabilních minerálních fází (illit-chlorit-křemen, dolomit, kalcit vs. jílové
minerály, aragonit atd.).
Redukce porosity a permeability/změna mocnosti, nárůst měrné hmotnosti – kompakce
sedimentu.
Vytlačení pórové vody – „kompakční proud“.
Obrázek 28: Hloubka a teplotní interval diageneze (Nichols, 1999).
Stadia konsolidace sedimentu
Fyzikální vlastnosti sedimentu (porosita, obsah vody, hustota, propustnost, pevnost ve smyku,
reologické vlastnosti….)
Tři stadia konsolidace:
Normální konsolidace – rovnováha mezi stupněm konsolidace a okolním tlakem, normální
depoziční rychlost a dostatek času pro únik pórové vody.
Nedostatečná konsolidace („underconsolidation“) – vysoká depoziční rychlost, nízká
permeabilita nadloží, zadržování pórové vody, snížení pevnosti ve smyku, gravitační proudy)
31
Přebytečná konsolidace („overconsolidation“)- kohezivní, většinou jílovité sedimenty.
Obvykle spojeno s erozí.
Porosita v určité hloubce je nepřímo úměrná velikosti zrn a závisí na jejich typu.
Kompakce jílů a písků
Čistě mechanická diageneze- Pravidelný pokles porosity s hloubkou, pohřbené polohy písku
rychlejší pokles porosity. Ve velkých hloubkách pohřbení naopak vyšší porosita pískovců než
okolních břidlic (bez vlivu cementace).
Role chemické diageneze – při hloubce pohřbení několika set m nestabilní součástky jemné
frakce (bioklasty) se začínají rozpouštět a přecházet do pórového cementu. Ve větších
hloubkách nestabilní jílové minerály přechází do stabilních („zrají“), což vede ke ztrátě
krystalické vody. Cementace a tlakové rozpouštění poblíž kontaktů zrn vede ke snížení
porosity.
Obrázek 29: Schématický rozdíl mezi kompakcí jílu a písku (Nichols, 1999).
Kompakce pelagických karbonátů
Skoková změna porosity s hloubkou, role teplotního gradientu.
Kompakce silicitů
Vyšší iniciální porosita než u karbonátů. Skoková změna – přechod opálu A do opálu CT
v hloubkách 100 až 300m. Role teplotního gradientu.
Smíšené siliciklasticko-karbonátové sedimenty
Velmi nepravidelné změny
Rychlejší konsolidace nestabilních sedimentů (aragonit, vysoce hořečnatý klacit, opál) proti
jílovitým polohám, které si zachovají vyšší porositu – tvorba konkrecí.
Sedimenty s rozptýlenou organickou hmotou – iniciální vysoká porosita.
32
Koeficient kompakce
Idealizovaný model – horizontální tělesa sedimentů, stejná hmota/mocnost.
Redukce porosity vs. nárůst hloubky pohřbení
Využití vhodných objektů – fosilní stopy, schránky organismů, pevné klasty či konkrece
Diferencovaná kompakce
Vrstvy s rozdílnou kompakcí, ukloněné či nepravidelné dno pánve.
Struktury karbonátových rifů – malá kompakce – zvýšení reliéfu
Reliéf písčitých koryt v jemnozrnných sedimentech mimo koryto
Zlomy v případě kompakte vrstev na prudkém reliéfu či syntetický zlomový systém nad
ukloněným dnem pánve.
Deltové sedimenty – výplně koryt, ústových valů na sedimentech plošiny či prodelty – větší
zatížení- nárůst kompakte – růstové zlomy.
Podpovrchové proudové režimy
Pohyb pórové vody – kompakční/advekční proud – vzhůru skrze sediment nebo po
ukloněných propustnějších polohách laterálně. Pohyb vyvolán zatížením sedimenty nebo
tektonickým postižením. Nízká rychlost pohybu obvykle odráží rychlost depozice.
Další podpovrchové proudy
– meteorický proud (role gravitace), kontinentální sedimenty a částečně v rámci vynořených
marinních sedimentů. Velmi důležitý pro rozpouštění a opětovné vysrážení minerálních fází.
-termobarometrický proud (výsledek teplotních/tlakových procesů – dehydratace jílových
minerálů a minerálů s vázanou OH) – větší hloubky pohřbení vysoké tlaky. Obsah metanu,
CO2, H2S – výsledky termální alterace organické hmoty.
-konvekční proud (hustota) – vody s různou hustotou (teplota, salinita)
Rozdílná role jednotlivých proudů v různých typech pánve a jejich věku/evoluci.
Termobarometrický a konvekční proud jsou velmi významné pro chemickou diagenezi
v rámci hluboce pohřbených sedimentů.
Základní procesy chemické diageneze
Rozpouštění a alterace termodynamicky nestabilních minerálů, přemístění starších a vysrážení
nových minerálních fází
Rozpuštěný materiál je po povrchem transportován molekulární difuzí (krátká vzdálenost)
nebo různými proudovými systémy (pánevní škála)
Časná diageneze („eodiageneze“) především kontinentálních a vynořených marinních
sedimentů je ovlivněna především depozičním prostředím (humidní vs. aridní, oxidační vs.
redukční), topograficky řízeným pohybem meteorické vody, pedogenezí nebo migrací
sebchových solných roztoků (vadózní, freatické a marinní cementy).
Pískovce – diageneze s tvorbou hematitu, anhydritu a jílových minerálů (red-beds)
Jílovité sedimenty pod hladinou vody s obsahem organické hmoty mohou být významně
ovlivněny redukcí sulfátů a tvorbou metanu (vznik pyritu a karbonátových konkrecí).
Kompakce křídy a organogenních silicitů - řada kroků
Diageneze při hlubším pohřbení souvisí s tlakovým rozpouštěním na kontaktu zrn (nejprve
karbonáty, nad 1 km i křemen). Nestabilní fáze SiO2 přechází do stabilních (částečný únik
SiO2 a H2O).
Mísení pórových fluid s rozdílným složením může vést ke vzniku druhotné porosity a
vysrážení nové minerální fáze.
33
Výzdvih a exhumace hluboce pohřbených sedimentů je doprovázena meteorickou cirkulací
vody – dedolomitizace, cementace kalcitem s nízkým obsahem Fe.
Termální historie pánevní výplně
Konduktivní tepelné proudění - původ v hlubší kůře
Adjektivní tepelný transfer díky cirkulaci meteorické vody
Rozdíly v tepelné vodivosti
Rekonstrukce termální historie pánve – riftová pánev nejprve fáze zvýšeného konduktivního
tepelného proudění/zvýšený tepelný gradient, po přechodu do pasivního okraje jeho snížení.
Termální efekt subsidence následovaný výzdvihem – pásmová pohoří
Termální efekt meteorické vody – modifikace tepelné distribuce získané konduktivním
prouděním. Významně ovlivněno propustností hornin.
Obrázek 30: rozdílná teplotní vodivost jednotlivých typů hornin ( z prezentace J. Franců)
Metody studia diagenetických procesů
Určení teploty, stupně a stáří diagenetických reakcí
Identifikace procesů rozpouštění a cementace – studium výbrusů, RTG, eloktronový
mikroskop, mikrosonda, katodoluminiscence
Maximální teplota – odraznost vitrinitu (teplota, čas), studium biogenních fosfátů
Fluidní inkluze v rámci sekundárních krystalů v puklinách
Stabilní izotopy O18 v rámci karbonátového cementu – určení teploty a hloubky pohřbení
(mísení meteorické a organické vody, změny izotopického složení oceánské vody)
34
Určení časové posloupnosti termálních událostí – datování cementu či rekrystalovaných
minerálů díky nestabilním izotopům (K-Ar datování)
Fission track v apatitu, vulkanickém skle atd. – blokovací teplota
8. Fosilní paliva (plynné, kapalné a pevné uhlovodíky) a pánevní analýza
Zdrojové horniny – jemnozrnné sedimenty, které přírodně generovaly, generují či budou
generovat a uvolňovat dostatečné množství uhlovodíků pro tvorbu akumulací ropy či plynu.
Potenciální zdrojová hornina – splňuje podmínky množství ale nedošlo dosud k dosažení
dostatečné organické zralosti.
Roponosné břidlice obsahují termálně degradovaný/degradovatelný organický materiál
(obvykle kolem 20% TOC, zbytek tvoří nerozpustné komponenty - kerogen).
Zachování organické hmoty závisí na: obsahu kyslíku ve vodě poblíž dna, sedimentační
rychlosti a intenzitě bentické aktivity. Zóna bakterií fermentujících metan vs. zóna redukčních
sulfátů. Výsledkem je zachování více či méně stabilní organické hmoty v sedimentu.
Změna organické hmoty díky pohřbení a nárůstu teploty – geochemické reakce – změna od
biopolymerů ke geopolymerům (kerogen).
Malé množství organických sloučenin, které jsou podobné s výchozími – geochemické
fosilie/biomarkery (evidence původu)
Dvě skupiny organické hmoty zdrojových hornin
Bitumen – rozpustná organická hmota v organických rozpouštědlech
Kerogen – nerozpustná organická hmota. Dominantní část TOC
Množství a složení kerogenu ve zdrojových horninách – posouzení potenciálu uhlovodíků
Čtyři typy kerogenu- Liptinit, Exinit, Vitrinit a Inertit.
Tvorba a migrace uhlovodíků
Vývoj organické hmoty
Maturace organické hmoty – první stupeň – diageneze (odstranění extrahovatelných
humidních kyselin). Nezralá organická hmota – produkce biogenního metanu.
Druhý stupeň – katageneze (hlavní tvorba ropy a „vlhkého“ zemního plynu (konverze části
kerogenu do uhlovodíků). Časně až středně zralé stadium – teploty mezi 60-80o
C až 120-
150o
C produkce ropy (Těžká ropa - uhlovodíky s 15 atomy C s lehkými molekulami C8-
15/parafiny, aromatické sloučeniny). Vysoká zralost- teploty nad 130o
C, rozpad na lehké
uhlovodíky C2-7 vlhký plyn.
Třetí stupeň – metageneze – tvorba metanu (suchý plyn).
Vazba k teplotě
Teplotní rozsah lze korelovat s hloubkou pohřbení je-li znám termický gradient pánve
(historie pánve).
Množství ropy a zemního plynu, které může kerogen generovat při odpovídající teplotě a
dostatečného času je rozdílné dle typu kerogenu
Typ I – 80-90%
Typ II- 60%
Typ III – 25 %
„Vypuzení“ a migrace ropy
Počátek, když nejnižší část zdrojové horniny dosáhne časné zralosti. Ropa se nejprve
akumuluje v intergranulárních pórech. Postupné zaplnění ropou a vodou (rozdíly v hustotě,
kapilaritě).
35
Primární migrace po vyplnění dostupného prostoru – směr vzhůru po nejširších pórech.
Migrace díky rozdílu hustoty voda/ropa, vysoký pórový tlak díky pokračující kompakci málo
propustného sedimentu - potencionální vznik puklin. Dlouhé časové období – dostatečná
migrace. Při redukci tlaku uvolňování plynu z ropy, výplň póru (uhlí – CO2 plyny). Pro
promární migraci je důležitá přítomnost vložek propustných hornin (migrace těžkých
uhlovodíků), u mocných nepropustných hornin – migrace ve vyšších stadiích maturace.
Druhotná migrace - uhlovodíky se po vypuzení z matečné horniny dostávají do vodou
vyplněných širších pórů propustnějších hornin přes které prochází do hornin rezervoáru.
Migrace je obvykle polyfázová (kapky ropy, kapky či bubliny zemního plynu) – migrace do
strukturních elevací. Migrace díky vztlaku nebo hydrodynamicky. Póry ve hornině rezervoáru
jsou vždy alespoň zčásti vyplněny vodou.
Příklady zdrojových hornin
Jezerní sedimenty – jezerní „black shales“ v časně riftových pánvích při jejich hlubším
pohřbení – omezený rezervoárový potenciál malých jezer. Organická hmota je autochtonní
(řasy – kerogen I) nebo z rostliny z okolí/vlhké tropické klima.
Marinní delty – zdrojové horniny ropy, plynu i uhlí, výhodné rezervoáry. Uhlí – deltová
plošina. Uhlovodíky – deltové svahy (suchozemská i oceánská organická hmota velké
množství a nízká koncentrace). Čelo delty a úsťové valy tvoří vhodné písčité rezervoáry, které
jsou při progradaci delty kryty jemnozrnnými sedimenty deltové plošiny. Velký přínos
materiálu vede k rychlému pohřbení a termálnímu zrání organické hmoty.
Karbonátové šelfy (Blízký Východ)- pasivní okraje kontinentu a předpolní pánve
Složitě tektonicky porušený systém těles a evaporitů. Zdrojové horniny jsou vápnité jílovce
(kerogen II) izolovaných a „podvyživených“ vnitřních částí šelfu. Okolní reefy a jejich svahy
slouží jako reservoáry.
Obecné znaky – hloubka pohřbení matečných hornin 1500-3000m. Horniny transportační a
rezervoárové jsou strukturně výše a mohou přijímat uhlovodíky. Obvykle centrální části
pánve. Evapority či vodou saturované masivní břidlice a jílovce tvoří nepropustnou vrstvu.
Migrace uhlovodíků nepřesahuje obvykle první desítky km, často v bezprostřední blízkosti
matečných hornin.
„Naftový“ systém tvoří zdrojová hornina, hornina přes kterou dochází k transportu a
rezervoárová hornina, krytá neprotustnou polohou.
Tvorba uhelných sedimentů
Uhlí zůstává v primárním tělese sedimentu.
Vznik rozsáhlých těles uhlí je spojen:
● vývoj suchozemského rostlinstva
● vysoká produkce rostlinstva za vhodných klimatických podmínek
● depoziční prostředí, kde je organická hmota zachována
● nízký přínos klastického materiálu do pánve s akumulací rašeliny
Karotáž
Karotáž slouží k získání fyzikálně petrografických parametrů navrtaných horninových vrstev.
Podobně jako ostatní geologické metody prodělal dlouhý vývoj.
„Resistivity“ (odporová metoda): umožnuje zjištění především přítomnosti kapalin a plynu
v pórech horniny. Vyšší odpor prostředí má zejména srážková voda, ropa, plyn, prouhelněné
vrstvy a například karbonátové horniny.
36
SP (Spontaneous Self-potential Logs): měří elektrický potenciál mezi 3 elektrodami uvnitř
vrtu a čtvrtou na ústí vrtu. Slouží k určení porozity horniny (břidlice vs. pískovec)
GR (Gamma ray log): určení rozdílů v parametrech hornin na základě přirozené radioaktivity.
Přirozená radioaktivita je produkována v sedimentech především Th, U a K
Obrázek 31: Interpretace karotáže (Bjorlyke, 2010)
Kromě uvedených parametrů v tabulce nově karotáže dokážou měřit celou řadu dalších parametrů jako je
například porozita, teplota, akustické parametry, hustota.
37