6. Sekvenční stratigrafie
Analýzou rozmístění a analýzou tvarů sedimentárních těles
v sedimentačních pánvích v závislosti na změnách hladiny oceánu,
rychlosti subsidence a přínosu materiálu se zabývá sekvenční stratigrafie a
seismostratigrafie. Kolísání výšky hladiny světového oceánu (tzv.
eustatická hladina), subsidence spojená s kompakcí sedimentů, množství
sedimentárních částic přinášených do pánve (to vše za předpokladu rovnoměrné
tektonické subsidence), ovlivňuje velikost prostoru ukládání (akumulace).
Výsledkem interakce výše uvedených faktorů je charakteristické uspořádání
sedimentárních těles v pánvi. Koncept sekvenční stratigrafie je určen
především pro pasivní kontinentální okraje s dobře definovaným okrajem
šelfu, svahem a hlubokomořským dnem. Tam také byly zjišťovány výchozí poznatky.
Sekvenční stratigrafie je studiem
horninových vztahů v chronostratigraficky se opakujících, různě dlouho
trvajících událostí, v geneticky příbuzných vrstvách čili sekvencích.
Představují je rozměrná sedimentární tělesa, obvykle víceméně klínovitého
(sigmoidálního) tvaru, která bývají jen slabě ukloněná. Jsou vertikálně
ohraničená diskontinuitami či unkonformitami, jako jsou rozhraní odpovídající
erozním povrchům, krátkým obdobím bez sedimentace, ale též s nimi
porovnatelnými konformitami. Pro definování tzv. sekvenčních jednotek není
rozhodující absolutní mocnost a čas, po který se tvořily, ale globální
interpretace jejich vzniku.
Vzhledem ke značné rozměrnosti příslušných sedimentárních těles
k jejich podrobnému studiu obvykle nestačí jen terénní odkryvy a vrtná
jádra. Nejvhodnější metodou studia je proto seizmický záznam profilů
orientovaný od okrajů pánve směrem do hlubších částí. Takové záznamy jsou totiž
dobře seizmicky a stratigraficky interpretovatelné.
V sekvenční stratigrafii, jak už bylo řečeno, sekvence představují
sled geneticky příbuzných sedimentů obvykle víceméně klínovitého tvaru,
vertikálně ohraničených diskontinuitami. Povrchy diskontinuity se mohou zejména
projevovat:
a)
výmolovým povrchem (v souvislosti se starým
subaerickým povrchem),
b)
transgresivním povrchem,
c)
povrchem maximální záplavy (povrch nejvyšší
hladiny),
d)
sestupovým povrchem, který bývá obvykle
charakteristický kondenzovanou sedimentací (detekovaný seizmickými metodami).
Jedním ze základních a obecných znaků, které charakterizují sedimenty,
je jejich vrstevnatost. V sekvenční stratigrafii nejmenšími sekvenčními
jednotkami jsou vrstevní tělesa (vrstvy), která se označují jako klinoformy.
Tento termín naznačuje, že se v podstatě jedná o deskovitá tělesa, která
končí čočkovitě. Tvar a celkové rozměry klinoforem určují eustaticko-tektonické
a environmentální podmínky sedimentace.
Podle vzájemného vztahu klinoforem rozlišujeme základní typy jejich
kontaktů (obr. 1):
a)
přesah (onlap) – přečnívání mladších konců
klinoforem směrem k pobřeží,
b)
sestup (downlap) – přesah konců progradujících
klinoforem směrem do pánve,
c)
ústup (offlap) – ustupování konců klinoforem nebo
též okraje šelfu směrem do pánve s postupným (agradačním) nebo náhlým
vyzníváním klinoforem,
d)
dosah (toplap) – je vyklíňování klinoforem pod
sekvenčními hranicemi v oblastech s rychlou progradací.
|
|
|
Obr. 1. Základní prvky a rozhraní sekvenčně-stratigrafické soustavy. |
Sekvence vzniká během
jednoho transgresivně-regresního cyklu. Sekvence se mohou dále dělit na
parasekvence a skupiny parasekvencí.
Skupiny
parasekvencí obvykle odpovídají cyklům 4. řádu, mají délku trvání kolem 400 000
let (excentricita). Jsou ovlivňované klimaticko-eustatickými faktory. Jim
odpovídají velké oscilace oceánské hladiny. Mají větší potenciál vytvářet
erozivní plochy a tím i rozhraní sekvenčního typu. Projevují se především
v mělkomořských (příbřežních) podmínkách.
Parasekvence
obvykle odpovídají cyklům 5. řádu. Odpovídají klimatickým výkyvům ve spojitosti
se šikmostí zemské osy. V sedimentárním záznamu se projevují vznikem
menších sedimentárních cyklů s periodicky se opakující mocností vrstev.
Cykly 6. řádu jsou
vyvolány precesními pohyby. Odpovídají jim jednotlivé rytmy
v sedimentárním záznamu.
6.1. Systémové soustavy
Sekvence bývají
členěné do tzv. systémových soustav (system tract) definovaných a
identifikovaných fyzikálními sekvenčními vztahy vrstev. V terminologii seizmické
stratigrafie se obvykle rozlišují čtyři systémové (faciální) soustavy, které
jsou základem pro tzv. depoziční soustavy (obr. 2):
a)
LST,
resp. LSD (lowstand system tract, deposits) – soubor (soustava) sedimentů nízké
hladiny,
b)
TST,
resp. též TSD (transgresive system tract) – soubor sedimentů ukládaných při
zvyšování mořské hladiny,
c)
HST,
resp. HSD (highstand system tract) – soubor sedimentů vysoké hladiny,
d)
FST,
resp. FSD (falling system tract) – soustava sedimentů klesajícího stavu (též
systémová soustava nucené regrese).
|
|
|
Obr. 2. Schéma prvků
systémových soustav a hranic sedimentární sekvence. |
Pohyby hladiny se
odrážejí v laterálním přesunu depozičních oblastí (a tedy i břežní linie)
směrem do pánve – v případě mořských regresí, což se ve vertikálních
profilech projevuje hrubnutím sedimentů směrem do nadloží. Naopak při zdvihu
mořské hladiny sedimentace a břežní linie se posouvá směrem do kontinentu.
Tento posun označujeme jako transgresi. Ve vertikálním profilu dochází ke
zjemňování sedimentů. Při nedostatečné dotaci pánve sedimenty mohou být hlubší
části pánve sedimenty podsyceny a dochází zde ke vzniku kondenzovaných sledů,
reprezentovaných často černými břidlicemi nebo fosfority.
Významným faktorem,
který rovněž ovlivňuje charakter sedimentace na okrajích šelfů, je sedimentační
rychlost.
Úplný záznam
transgresivně-regresivního cyklu sestává tedy z několika dílčích jednotek
(obr. 3, 4):
a)
Soustava sedimentů ukládaných během nízkého stavu
vodní hladiny (LST). Během nízkého stavu hladiny se sedimentace přesunuje
směrem do pánve. Soustavu facií nízkého stavu doprovází významná eroze čela
svahu. Redeponované sedimenty z mělčích částí pánve jsou přemísťovány
turbiditními proudy a skluzy do jejich hlubších částí až na úpatí
kontinentálního svahu. Pánevní uloženiny lze členit na tři samostatné jednotky:
1)
dnový
vějíř na dvě pánve (basin floor fan)
2)
svahový
vějíř (slope fan) charakteristický turbidity a gravitačními proudy (debris
flow)
3)
nejpozději
do pánve prograduje tzv. klín nízkého stavu.
V litorálních
částech pánve dochází často k subaerické erozi. Současně (alespoň
v mělčích částech pánve) se vytváří erozní plocha, která je později, tedy
během následující transgrese, zaplavena. Nad touto plochou, kterou definujeme
jako sekvenční hranici, dochází opět k ukládání hlubokovodnějších
šelfových uloženin (TST). Nová sedimentace je ovšem opět determinována
morfologií šelfu.
b)
Soubor
sedimentů ukládaných při transgresi (během zvyšování relativní úrovně hladiny).
Tyto sedimenty se označují jako transgresivní soubor sedimentů (TST).
Sedimenty transgresivního traktu leží v nadloží erozní plochy vytvořené
během předchozí regrese (mohou vyplňovat starší subaerická erozní údolí,
výmoly, kanály apod.). Tyto plochy jsou výrazněji vyvinuty zejména na
svažitějších pobřežích, jinak ale mohou též chybět. Hrubší klastická
sedimentace se stěhuje směrem k okraji pánve. Ve vertikálním sledu jsou
hrubší sedimenty překrývány jemnějšími hlubokovodnějšími sedimenty. Transgresivní
depoziční soustava končí povrchem největší záplavy.
c)
Soustava vysokého stavu hladiny moře (HST). Tyto
sedimenty představují relativně nejhlubokovodnější soubor sedimentů. Zpočátku
ještě vybíhají (agradují) směrem do pevniny. Sedimenty svrchní části tohoto
souboru, které překonaly maximum záplavy a ukládají se tedy už v období
počínající regrese, se opět posunují směrem do pánve. V hlubších částech
pánve pozorujeme často kondenzovanou sedimentaci spojenou s hiáty,
hardgroundy apod.
d)
Soustava klesajícího stavu (FST). Systémovou
soustavu klesajícího stavu mořské hladiny charakterizuje ústup (offlap) – každá
mladší mořská vrstva vyznívá dále od pobřeží. Ostatní systémové soustavy jsou
charakteristické přesahem (onlap).
|
|
|
Obr. 3. Profil sedimenty
uloženými na šelfu, kontinentálním svahu a abysální plošině. Pozice
transgresivně-regresivních sledů sedimentů v mělkomořském i
hlubokovodnějším prostředí. Jednotlivé transgresivně-regresivní cykly jsou
odděleny sekvenčními hranicemi (SB), dílčí jednotky vznikající
v jednotlivých fázích cyklu označujeme jako parasekvence. HSD – soubor sedimentů vysoké hladiny, LSD
– soubor sedimentů nízké hladiny, TD – transgresivní uloženiny, RG –
regresivní uloženiny, SB-1, SB-2 – sekvenční hranice typu |
|
|
|
Obr. 4.
Princip sekvenční stratigrafie (upraveno podle Vail et al., 1977) a) depoziční sekvence A – E hypotetické
pánve v rozmezí 0 – 25 Ma vyjádřené geologickým profilem, b) cyklická
sedimentace sekvencí A – E v čase (chronostratigrafie), c) diagram cyklů
znázorňující relativní změny mořské hladiny (vzestup a pokles) a jejich
průběh v čase. |
|
|
|
Obr. 5.
Příklad systémových soustav v pelagických vápencích, křída, Podbranč
(foto P. Skupien). LST - soubor sedimentů nízké hladiny, TST - soubor
sedimentů ukládaných při zvyšování mořské hladiny, msf – povrch maximální
záplavy, HST - soubor sedimentů vysoké hladiny. |
6.2.
Hranice systémových soustav
Význačná erozivní rozhraní ztotožňujeme se sekvenčními hranicemi
(sequence boundaries). Rozlišují se dvojí sekvenční rozhraní:
a)
Sekvenční hranice 1. typu (sequence boundary SB 1). Jsou spojená se subaerickým obnažením a
subaerickou erozí pobřežní oblasti, s významným hiátem, s posunem
facií směrem do pánve. SB 1 vznikají v těch oblastech, kde eustatický
pokles hladiny přesahuje rychlost subsidence. Je doprovázená vývojem nízkého
stavu hladiny (LST).
b)
Sekvenční hranice 2. typu (SB 2). Vznikají během pomalejšího poklesu mořské hladiny a bez
subaerické eroze. Rozhraní typu 2 jsou méně výrazná než rozhraní typu 1.
Indikují přechod z podmínek vysoké hladiny (highstand) do podmínek nízké
hladiny (lowstand).
|
|
|
|
Obr. Sekvenční hranice 1. typu, křída, Rottel Satel (foto P. Skupien).
|
Obr. Sekvenční hranice 2. typu, jura, Ladce (foto P. Skupien). |
6.3.
Litologické vývoje sekvencí
Po stránce
litologické sekvence mohou reprezentovat jak klastické uloženiny, tak karbonátové
uloženiny. Nejčastěji se však jedná, jak už bylo uvedeno, o klínovitá tělesa
formující se kolem kontinentálního svahu, která bývají spjatá s podstatným
přínosem terigenního materiálu. V kontinentální části se za normálního
stavu mořské hladiny ukládají kontinentální klastika, v mořském prostředí
se generelně klastika zjemňují směrem do pánve.
Zvláštní
kategorii představují mělkomořská karbonátová tělesa. Pro ně je
charakteristická následnost sekvencí (od podloží do nadloží, když v přímém
podloží bývají obvykle siliciklastické uloženiny):
a) bazální
blanket,
b) systém
semilagunárních uloženin až rampy svažující se do pánve,
c) karbonátová
plošina,
d) pravý útes
s bariérou, zaútesovými lagunami, předútesovým osypem a vějíři vynášeného a
sklouzávajícího sedimentu.
Stadia c)
a d) jsou jako celek transgresní. Projevují se postupující hranou plošiny a
později útesu od pánve ke břehu. Při snížení nebo zastavení transgrese dochází
ke zpětnému pohybu rifové hrany.
Regrese
končí zhroucením rifové akrece a vytvořením erozní planiny s krasem, která
vytváří výraznou horní sekvenční hranici.
V hlubokovodních
sekvencích, které jsou zatím méně prostudované, vrstvy (mocnosti jednotlivých
vrstev) karbonátů odpovídající nízkému stavu hladiny jsou mocnější, vrstvy
odpovídající vysokému stavu tenčí (tence deskovité).
6.4. Závěr
Sekvenční
stratigrafie je jednou z moderních metod sedimentologického výzkumu
z okruhu tzv. pánevní analýzy. Je specifickou metodou, kterou nelze
ztotožňovat se stratigrafií, byť se v jejím názvu slovo stratigrafie přímo
uplatňuje. Někteří stratigrafové a zejména biostratigrafové se ji ovšem snaží
na stratigrafickou metodu povýšit. Především na základě kvantitativních a
kvalitativních analýz mikrofosilních společenství (někdy i podle makrofosilií)
se snaží ve vymezených sekvencích vykonstruovat přesnou až superpřesnou
stratigrafii studovaného sledu, a to ve spojitosti s celosvětově
rozlišovanými dlouhodobými cykly, s vymezováním celosvětově nebo
interkontinentálně platných sekvenčních hranic, které pokládají za ekvivalenty
mezinárodně platných stratigrafických jednotek a především též
s předpokládanými celosvětovými vysokými (highstand) a nízkými stavy
hladiny (lowstand) světového oceánu, často i kratšího trvání. Přes velmi náročné
analýzy však v dosud předkládaných publikacích obvykle schází přesná
korelace sedimentačního záznamu s vůdčími zkamenělinami těch skupin, které
reprezentují uznávané někdy tzv. ortostratigrafické škály. Dosažené výsledky
tak zatím někdy zůstávají ve sféře intuice a spekulace.