17النماذج السحنية

اللبّ المستخرج من بئر عمقها كيلومتر واحد: متر من رمل خشن ذي طبقات متصالبة يرقد على قاعدة حادة، ويتناعم نحو الأعلى ليصير غرينًا تظهر فيه آثار الجذور، ثم رمل آخر على قاعدة حادة أخرى. يقرأ الجيولوجي نهرًا كان يتلوّى عبر سهله، رغم أنّه لا يجري هناك نهر الآن. ويستند التفسير إلى أداتين: مجموعة من النماذج، كلّ منها خلاصة لأمثلة كثيرة حديثة وقديمة لبيئة واحدة، وقانون يحوّل التعاقب الرأسي للطبقات إلى خريطة للبيئات المتجاورة.

ما تعرفه من قبل

السحنات الرسوبية، والبيئة الترسيبية، والأشكال القاعية، والتطبّق المتصالب، والدلتات بأنواعها الثلاثة، وتيارات العكارة، والعكرات، والطبقات المتدرّجة واردة في مجلد السنة الأولى، في فصله عن الرواسب الفتاتية وبيئاتها، والمصنع الكربوناتي والشعب المرجانية والمنصّات الكربوناتية في فصله عن الرواسب الكربوناتية والسيليسية والتبخّرية، وسجلّ ثقب الحفر وترابط السجلّات في فصله عن المقاطع العرضية. والمسامية والنفاذية واردتان في كتب المدرسة. والمتتاليات الفرعية وسطوح الغمر ومسالك الأنظمة واردة في الفصل 16. أما الأمواج في المياه العميقة، التي تتلاشى حركتها مع العمق، فواردة في كتب الفيزياء.

17.1 السحنات والتعاقبات وقانون فالتر

تُوصف السحنة الرسوبية مما يُرى في اللبّ أو في جرف صخري: حجم الحبيبات، ودرجة الفرز، والبنى، والأحافير، واللون. ونادرًا ما تكون السحنة الواحدة تشخيصية، فالرمال المتصالبة تتكوّن في الأنهار وعلى الشواطئ وفي القنوات المدّية وفي الصحارى. ما يعيّن البيئة هو الرفقة التي تصاحب السحنة، وترتيب السحنات في تعاقبها بعضها إثر بعض.

تعريف 17.1 (تجمّع السحنات وتعاقب السحنات)

تجمّع السحنات هو مجموعة من السحنات تتواجد معًا وتُرسَّب في بيئة واحدة، مثل رمل القناة، وغرين الجسر الطبيعي، وطين السهل الفيضي المحمَّل بالجذور. وتعاقب السحنات تتابع رأسي للسحنات تتغيّر فيه خاصية ما تدريجيًا نحو الأعلى؛ وفي التعاقب المتناعم نحو الأعلى يتناقص حجم الحبيبات نحو الأعلى، وفي التعاقب المتخاشن نحو الأعلى يزداد حجم الحبيبات نحو الأعلى.

تعريف 17.2 (نموذج السحنة)

نموذج السحنة خلاصة عامة لبيئة ترسيبية، مستخلصة من أمثلة حديثة وقديمة كثيرة: السحنات التي تنتجها، وهندستها وعلاقاتها الجانبية والتعاقبات التي تبنيها. ويُستعمل معيارًا لمقارنة مثال جديد به، ودليلًا للمشاهدة اللاحقة، ومتنبِّئًا في الحالات الجديدة، وأساسًا لتفسير البيئة.

الجسر الذي يصل الجانبي بالرأسي هو قانون. والبيئات المتجاورة ترقد جنبًا إلى جنب في أيّ لحظة: الشاطئ بجوار الوجه الشاطئي، والوجه الشاطئي بجوار الطين البحري المفتوح. وعندما يتحرّك خط الشاطئ، تأتي كلّ بيئة لترقد فوق جارتها.

مبرهنة 17.3 (قانون فالتر)

في تعاقب متوافق، دون انقطاع معتبر في الترسيب أو سطح تعرية، فإنّ السحنات الراقدة مباشرة بعضها فوق بعض رُسّبت في بيئات كانت متجاورة في ذلك الزمن.

يعمل القانون في الاتجاهين. يُراكِم الانحسارُ الأحزمةَ وفق ترتيبها نحو البحر نحو الأعلى، ويُراكِم التجاوزُ البحري الأحزمةَ بالترتيب المعكوس؛ والتعاقبُ الرأسي المقروء في لبٍّ يعطي خريطة البيئات المجاورة في ذلك الزمن. ويخفق القانون تحديدًا حيث يضع الفصل 16 أسطحه الرئيسية: عبر حدّ المتتالية، حيث يجلب التعرّض والتعرية رمل النهر فوق طين الرصيف، وعبر سطح الغمر، حيث يقع الطين البحري المفتوح مباشرة على السهل الساحلي.

17.2 الأنهار

تعريف 17.4 (النهر المضفور والنهر المتعرّج)

يجري النهر المضفور في عدّة قنوات ضحلة تتفرّع وتلتقي من جديد حول الحواجز، تتفرّع وتلتقي من جديد حول الحواجز، على سهل شديد الانحدار تكثر فيه الحمولة الخشنة وتصريف متغيّر. ويجري النهر المتعرّج في قناة واحدة متعرّجة على سهل أقلّ انحدارًا، ويحمل المزيد من الرواسب الناعمة؛ ويهاجر بتعرية الضفة الخارجية لكلّ انعطاف، وترسيبِ المواد على الضفة الداخلية. والرسوب على الضفة الداخلية هو الحاجز النقطي. انقلاب المجرى هو هجرُ القناةَ لمسار جديد عبر السهل الفيضي، وغالبًا بعد أن يخترق فيضانٌ السدّ الطبيعي.

ينمو الحاجز النقطي جانبيًا مع هجرة الانعطاف، فيسجّل في أيّ موضع المقطعَ العرضي للقناة من الأسفل إلى الأعلى: رواسبَ متبقيةً من الفتات الأخشن على قاعدة تعرّيّة، ورملًا متطبّقًا متقاطعًا من كثبان القناة العميقة، ورملًا أدقّ مع التموّج الصغير من القمّة الضحلة للحاجز، ثم الغرين والطين من السهل الفيضي مع الجذور والتربة. ووفق قانون والتر يكون هذا التعاقبُ المتناعم نحو الأعلى، وهو بسماكة بضعة أمتار، يساوي عمقَ القناة. ويخلّف النهر المضفور طبقاتٍ متراكبة من الرمل المتقاطع والحصى مع قليل من الطين، لا يتغيّر حجم حبيباتها تقريبًا نحو الأعلى؛ ويُنقل ناعمُها بعيدًا. ويحرّك انقلابُ المجرى حزامَ القناة عبر السهل، بحيث تتراكم أجسام القنوات عشوائيًا بين طين السهل الفيضي، مفصولةً بقواعد تعرّيّة حادّة.

17.3 خطوط الشاطئ والدلتات والأرصفة

الدلتات في مجلد السنة الأولى، التي تسيطر عليها الأنهار أو الأمواج أو المدّ، وكلّها تنمو نحو البحر بالآلية نفسها: يُرسّب المصبّ حمولته حيث يتباطأ التيار، وتتقدّم جبهة الدلتا فوق طين الدلتا الأمامي الخاص بها. يُخلّف الوجه الشاطئي أو جبهة الدلتا المتقدّمة، وفق قانون والتر، التعاقب المتخاشن نحو الأعلى: الطين البحري المفتوح، والطين المتداخل مع رمل العواصف، ورمل الوجه الشاطئي، ثم الشاطئ. وكلّ متتالية فرعية من الفصل السابق هي تعاقبٌ من هذا النوع.

تعريف 17.5 (الوجه الشاطئي وقواعد الأمواج)

الوجه الشاطئي هو المنطقة المائلة الواقعة نحو البحر من الشاطئ التي تعيد فيها الأمواج باستمرار تشكيل قاع البحر. وقاعدته هي قاعدة أمواج الطقس الهادئ، وهي العمق الذي تحته لا تحرّك الأمواج الاعتيادية الرواسب القاعية بعد الآن. وقاعدة أمواج العواصف هي الحدّ الأعمق الذي تبلغه أمواج العواصف؛ وبين الاثنين يترسّب الطين في الطقس الهادئ، ثم يُعاد تشكيله طبقاتٍ رملية خلال العواصف. وتحت قاعدة أمواج العواصف يبقى القاعُ غيرَ مضطرب بالأمواج.

تتلاشى الحركة المدارية للموجة في المياه العميقة وفق $e^{-2\pi z/\lambda}$ مع العمق $z$، من أجل طول موجي $\lambda$: عند نصف طول الموجة تبقى $4\,\%$ من سعتها السطحية، وهو ما يحدّد مقياس قاعدة الموجة. تعطي تسجيلات العوامات لأكثر من مليوني طيف موجي من البحر الكاريبي، وخليج المكسيك والأطلسي الغربي أطوالًا موجية نمطية تبلغ نحو $75\,\mathrm{m}$ في البحار المحمية ونحو $110\,\mathrm{m}$ على الهامش المفتوح، وتُظهر أنّ الأطوال الموجية، متوسطةً على مدى أسابيع إلى سنوات، لا تنقسم إلى فئةً للطقس الهادئ وأخرى للعواصف، وأنّ احتمال أن تحرّك الموجة القاع يرتفع باطّراد كلما ضحلت المياه. وتبقى قاعدتا الأمواج تعبيرين مفيدين لوصف نطاقات في المقطع، لا أعماقًا محددة حادّة.

تعريف 17.6 (التطبّق المتقاطع الرابي)

التطبّق المتقاطع الرابي هو تطبّق من الرمل الناعم في رقائق منحنية برفق، مقعرة نحو الأعلى (الأحواض) ومحدّبة نحو الأعلى (الروابي)، تتقاطع بعضها مع بعض بزوايا صغيرة، وتزداد سماكتها وتتناقص جانبيًا، على أطوال موجية من متر إلى عدة أمتار. وتتشكّل بفعل التدفقات المتذبذبة والمركّبة لأمواج العواصف، بين قاعدة أمواج الطقس الهادئ وقاعدة أمواج العواصف.

في الميدان — طبقات العواصف على رصيف من السيلوري

في تكوين أريسيغ في نوفا سكوشا، تفصل طبقاتٌ من الحجر الرملي الناعم حجرًا طينيًا أغمق. ويتعرّف الجيولوجيون الذين درسوا مثل هذه الطبقات على الرقائق المنخفضة المنحنية المتقاطعة للتطبّق المتقاطع الرابي: تسجّل كل طبقة عاصفةً حرّكت الرصيف أسفل مدى الأمواج اليومية، ويسجّل الطين حوله الهدوء الطويل بين العواصف.

حيث يسود المدّ والجزر تتغيّر السحنات: تبني تيارات المدّ الصاعد والجزر طبقاتٍ متقاطعةً تتجه في اتجاهين متعاكسين، وتترسّب غطاءات طينية عند كل سكون المياه، وتتزايد سماكة الحُزم بين الغطاءات وتتناقص مع دورة المدّ الربيعي والمدّ الميّت. وللقنوات المدّية والسهول المدّية وظهرات الرمل نماذجها الخاصة، تُبنى بالطريقة نفسها.

17.4 المياه العميقة

يُرسّب تيار العكرة الذي يتباطأ حمولته وفق ترتيب الترسيب: أخشن الحبيبات أولًا وأدقّها أخيرًا. وتُظهر طبقة العكرة الكاملة هذا الترتيب في خمسة أقسام.

تعريف 17.7 (متتالية بوما)

متتالية بوما هي التعاقب المثالي للأقسام في طبقة العكرة، من القاعدة إلى القمة: Ta، رمل كتيم أو مدرَّج على قاعدةً تآكلية ذات علامات أخدودية وعلامات أدوات؛ Tb، رمل متوازي الرقائق؛ Tc، رمل ناعم متقاطع الرقائق للتموّج الصغير وملتوٍ؛ Td، طمي متوازي الرقائق؛ Te، طين، جزء منه من تيار العكرة وجزء من الترسيب البطيء بين التدفقات.

قليلٌ من الطبقات يُظهر الأقسام الخمسة كلها: فقرب المصدر يكون التيار سريعًا ويترك أقسامًا سميكةً من Ta تآكلت العليا منها بفعل التدفق التالي؛ وبعيدًا عنه لا يصل إلا الأقسام الأدق، من Tc إلى Te. وتسجّل المتتالية بذلك انحسار تدفّق واحد، ويسجّل تغيّر الطبقات على طول المروحة انحسار التدفقات مع المسافة.

تعريف 17.8 (المروحة تحت البحرية)

المروحة تحت البحرية مخروط من الرواسب عند قاعدة منحدر قارّي، تغذّيه وادٍ غائر: مروحة علوية ذات قناة رئيسية تحدّها جسور طبيعية، ومروحة وسطى من القنوات المتفرعة تنتهي بفصوص رملية، ومروحة سفلية من طبقات العكرة الرقيقة تنتقل إلى طين قاع الحوض.

على طول الهامش، تعيد التيارات العميقة الناتجة عن دوران المحيط تشكيل الرواسب الدقيقة للمنحدر إلى كونتورايت وتلالًا وركامات من طمي وطين مُحرَّث بيولوجيًا ينمو على طول خطوط الكنتور لا إلى أسفل المنحدر.

17.5 المنصّات الكربوناتية

يتكوّن الرسوب الكربوناتي في موضعه، بفعل كائنات حية في مياه دافئة وصافية ضحلة، وتتبع سحناته مقطع المنصّة التي يبنيها المصنع الكربوناتي لنفسه.

تعريف 17.9 (المنحدر الكربوناتي والرصيف ذو الحافة)

المنحدر الكربوناتي هو منصّة يميل قاعها بلطف وانتظام من خط الشاطئ نحو الحوض، دون انكسار: أحزمتها السحنية، من السهول المدّية ورمال حواجز الشاطئ إلى حبيبات الضحاضح، والرمل الفتاتي الحيوي والوحل الجيري البعيد عن الشاطئ، واسعةٌ وتنتقل تدريجيًا بعضها إلى بعض، تفرزها طاقة الأمواج التي تتناقص مع العمق. أمّا الرصيف ذو الحافة فهو منصّة مسطّحة القمّة ذات انكسارٍ واضح في الانحدار عند حافّتها، حيث تبني الشعاب والضحاضح الرملية حافةً تحمي بحيرةً خلفها؛ وخارج الحافة يُلقي منحدرٌ شديد الميل كتلًا وحبيبات في الحوض.

على سطح منصّة مسطّح، يغمر ارتفاعٌ طفيف في مستوى البحر النسبي السهول المدّية، ويعمل المصنع الكربوناتي بأسرع ما يكون في أضحل المياه، فيعيد ملء الفراغ من جديد حتى مستوى سطح البحر في زمنٍ قصير. والنتيجة تتابعٌ من الدورات شبه المدّية، بسماكة مترٍ أو بضعة أمتار، كلٌّ منها متتالية فرعية متناقصة العمق نحو الأعلى، تمتدّ من وحل تحت المدّي إلى سهل مدّي تظهر فيه شقوق الجفاف أو الحصائر الميكروبية، ويغطّيها سطح الغمر التالي.

17.6 اللبّات وسجلّات الآبار

يُعرف معظم الصخور الواقعة تحت الأحواض الرسوبية من ثقوب الحفر. ويُؤخذ لبٌّ من عدد قليل منها، وتوصف لبّاتها طبقةً طبقةً كما يُوصف الجرف؛ ويُسجَّل تقريبًا جميعها.

تعريف 17.10 (سجلّات الآبار السلكية)

سجلّ الآبار السلكي هو تسجيل متّصل لخاصية فيزيائية للصخور بدلالة العمق، يُقاس بمسبار يُنزَل على كابل إلى ثقب حفر. وسجلّ أشعة غاما يسجّل الإشعاع الغاميّ الطبيعي للصخر، بوحدات API: مرتفعًا في الطَّفل، الذي يحتوي طينُه على البوتاسيوم والثوريوم واليورانيوم، ومنخفضًا في رمال الكوارتز النقية والحجر الجيري. وسجلّ الكثافة يسجّل الكثافة الكلية من تشتّت أشعة غاما الصادرة عن مصدرٍ مثبّت على المسبار. والسجلّ الصوتي يسجّل زمن العبور البيني لموجة ضغطية، بوحدة ميكروثانية لكل قدم. والسجلّ النيوتروني يسجّل تباطؤ النيوترونات بالهيدروجين، ومن ثمّ الماء المحتجَز في المسام وفي الطين.

تُعرَّف وحدة أشعة غاما API في حفرة معايرة: جزءٌ من مئتين من الفرق بين منطقة ذات نشاط إشعاعي مهمَل ومنطقة تحتوي على النظائر المشعّة للطفل المتوسّط بتركيز يبلغ نحو ضعف تركيزه. والفحم، والحجر الجيري والدولوميت عادةً أقلّ نشاطًا إشعاعيًا من الطَّفل؛ والحجر الرملي الكوارتزي منخفضٌ، والأركوز الغنيّ بفلسبار البوتاسيوم أعلى؛ ويمكن لأيّ صخرٍ أن يصبح مشعًّا بفعل اليورانيوم الذي تحمله المياه الجوفية.

قضية 17.11 (المسامية من الكثافة وزمن العبور)

صخرٌ مساميّته $\phi$، وكثافة حبيباته $\rho_{\mathrm{ma}}$ ومساماته مملوءة بسائل كثافته $\rho_f$، فيكون له الكثافة الكلية $\rho_b = (1 - \phi)\rho_{\mathrm{ma}} + \phi\rho_f$، ومنه

$$\phi = \frac{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_b}{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_f}.$$

إذا عبرت موجة ضغطية الحبيبات والسائل على التوالي، بأطوال متناسبة مع $1 - \phi$ و$\phi$، فيكون زمن عبورها $\Delta t = (1 - \phi)\Delta t_{\mathrm{ma}} + \phi\Delta t_f$ (معادلة المتوسّط الزمني)، و$\phi = (\Delta t - \Delta t_{\mathrm{ma}})/(\Delta t_f - \Delta t_{\mathrm{ma}})$.

كثافات الحبيبات $2.65\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ للكوارتز، و$2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ في الحجر الجيري؛ وماء المسام $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ إن كان عذبًا، ويصل إلى $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ إن كان محلولًا ملحيًّا. وتتراوح أزمنة العبور من 42 إلى $48\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ في الدولوميت، ومن 48 إلى 53 في الحجر الجيري، و53 في صخر رملي متماسك، و189 في المحلول الملحي. ومعادلة الكثافة دقيقةٌ من أجل مصفوفة معلومة؛ أمّا معادلة المتوسّط الزمني فقاعدة تجريبية تعمل أفضل ما يكون في الصخور المتماسكة ذات المسام البينحبيبية. ويخالف الطَّفل الاثنتين: فللطين كثافاته الخاصة، ويحتجز ماءً مرتبطًا.

تعريف 17.12 (نسبة الصافي إلى الإجمالي)

نسبة الصافي إلى الإجمالي لفترة ما هي سُمك صخرها ذي جودة الخزّان، وهو عادةً الرمل المُنتقى على سجلّ أشعة غاما تحت حدّ قطع، مقسومًا على السُّمك الكلّي للفترة.

أداة سحنيّة لتحديد السحنة هي شكل منحنى أشعة غاما عبر جسم رملي. الجرس، وهو نظيف عند القاعدة ويزداد طفليةً نحو الأعلى، يمثّل التعاقبَ المتناعم نحو الأعلى، كما في الحاجز النقطي أو في ملء القناة؛ والقمعُ، طفليّ عند القاعدة ونظيف عند القمّة، وهو التعاقب المتخاشن نحو الأعلى، كما في الوجه الشاطئي المتقدّم أو جبهة الدلتا؛ والأسطوانةُ، نظيفة على امتدادها مع حدود حادّة، تمثّل رملًا لنهر مضفور مُكدَّس أو كثيبًا ريحيًّا أو حاجزًا كربوناتيًّا ضحلًا. والأشكال إشارات لا براهين: فيلزم أن يؤكّدها اللبّ، أو على الأقل السجلّات المجاورة.

في المختبر — تسجيل اللبّ

في مخزن اللُّبوب تُرصّ لُبوب البئر في صوانٍ، مشقوقةً طوليًّا، مرتّبة حسب أعماقها. يصف عالِم الرسوبيات اللبّ طبقةً طبقةً على ورقة السجلّ: حجم الحبيبات بعدسة يدوية وجدول المقارنة، والبُنى والتماسّات والحفريات وآثار الجحور والجذور، ولونُ الطين. ثم يُوضع الوصف بجانب سجلّات الآبار السلكية للأعماق نفسها، وهذا يعاير أشكال السجلّات على الصخر ويتيح قراءة الآبار المجاورة التي لم يُؤخذ لها لبّ.

17.7 التمارين

تمرين 17.1 ★

يُظهر لبٌّ، من القاعدة نحو الأعلى: طينًا بعيدًا عن الشاطئ، وطينًا ورملًا ناعمًا متداخلَين، ثم رملًا من الوجه الشاطئي، ورملًا شاطئيًّا، ثم فحمًا مع جذور. باستخدام قانون فالتر، حدِّد ترتيب البيئات على طول الساحل في ذلك الزمن، والاتجاه الذي تحرّك فيه خطّ الشاطئ. ماذا كان سيُخلّف التجاوز البحري؟

حل

حل التمرين 17.1.

من البحر نحو اليابسة: المنطقة البحرية المفتوحة، والانتقال البحري المفتوح مع رمال العواصف، الوجه الشاطئي، والشاطئ، وسهل ساحلي تنتشر فيه المستنقعات. وقعت كل بيئة فوق جارتها الواقعة نحو البحر، فتحرّك خط الشاطئ نحو البحر، وهذا انحسار. لو حدث تجاوز بحري لتراكمت الطبقات بالترتيب المعاكس، فيكون السهل الساحلي عند القاعدة والطين البحري عند القمة، وغالبًا مع سطح تعرية عند الموضع الذي مرّ فيه الوجه الشاطئي.

تمرين 17.2 ★

تُظهر ثلاثة أجسام رملية أشكالًا لأشعة غاما: (أ) جرسًا سُمكه $8\,\mathrm{m}$ وذا قاعدةً حادّة؛ (ب) قمعًا سُمكه $20\,\mathrm{m}$؛ (ج) أسطوانةً سُمكها $30\,\mathrm{m}$ ذات قمّة وقاعدة حادّتين. اقترح بيئةً لكلٍّ منها، والملاحظةَ في اللبّ التي من شأنها أن تؤكّدها.

حل

حل التمرين 17.2.

(أ) ردم قناة أو حاجز نقطي: تآكل حصوي عند القاعدة، وتطبّقات متقاطعة، ثم تموّجات صغيرة وطين به جذور نباتية. (ب) وجه شاطئي متقدّم أو جبهة دلتا: طين تتخلّله طبقات رمل عاصفي وتطبّق متقاطع رابي في الأسفل، ورمل الوجه الشاطئي ذو التطبّق المتقاطع، وشاطئ في الأعلى. (ج) رواسب متراكبة لنهر مضفور رملية، أو كثيب ريحي، أو حاجز كربوناتي: مجموعات تطبّق متقاطع ذات حجم حبيبي ثابت مع واجهات كثبانية كبيرة للحالة الريحية، أو حبيبات هيكلية وأوليتية في حالة الحاجز.

تمرين 17.3 ★

يُقرأ صخر رملي $\rho_b = 2.40\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$. احسب مساميته بمصفوفة كوارتزية وماء عذب، ثم بمحلول ملحي كثافته $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$.

حل

حل التمرين 17.3.

$\phi = (2.65 - 2.40)/(2.65 - 1.0) = 0.152$؛ وبالماء الملحي، $0.25/1.55 = 0.161$.

تمرين 17.4 ★

أمواج طول موجتها المنوالي $75\,\mathrm{m}$ و$110\,\mathrm{m}$ (البحر المحمي والبحر المفتوح في دراسة العوامة). قدّر العمق الذي تحتفظ عنده كلٌّ منها بنسبة $4\,\%$ من حركتها السطحية، والكسر المتبقّي عند عمق $20\,\mathrm{m}$.

حل

حل التمرين 17.4.

$e^{-2\pi z/\lambda} = e^{-\pi} = 0.043$ عند $z = \lambda/2$، أي نحو $38\,\mathrm{m}$ و$55\,\mathrm{m}$. عند $20\,\mathrm{m}$: $e^{-2\pi\times20/75} = 0.19$ و$e^{-2\pi\times20/110} = 0.32$ من حركة السطح.

تمرين 17.5 ★★

يُقرأ حجر جيري $\Delta t = 60\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. احسب مساميته بمعادلة المتوسط الزمني لمصفوفة قيمتها 47.6 و$52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ ولمحلول ملحي عند $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. ماذا يعلّمنا الفرق؟

حل

حل التمرين 17.5.

$(60 - 47.6)/(189 - 47.6) = 0.088$؛ $(60 - 52.6)/(189 - 52.6) = 0.054$. وقيمة المصفوفة غير المؤكَّدة بمقدار $5\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ تغيّر المسامية بمقدار الثلث: معادلة المتوسط الزمني تحتاج إلى قيمة للمصفوفة تُتحقَّق منها على اللبّ.

تمرين 17.6 ★★

فترة سُمكها $40\,\mathrm{m}$ تحوي طبقات رملية سُمكها 6.0، 3.5، 8.0 و$2.5\,\mathrm{m}$ تحت حدّ القطع، والباقي طينًا. احسب نسبة الصافي إلى الإجمالي. بمسامية $22\,\%$ في الرمل، ما حجم المسام الذي تحويه كيلومترًا مربعًا من الفترة؟

حل

حل التمرين 17.6.

$(6.0 + 3.5 + 8.0 + 2.5)/40 = 20/40 = 0.50$. حجم المسام: $20\times0.22 \times10^6 = 4.4 \times 10^{6}\,\mathrm{m}^{3}$ لكل كيلومتر مربّع.

تمرين 17.7 ★★

طبقة عكرة قرب مصبّ وادٍ سحيق سُمكها $1.2\,\mathrm{m}$ من رمل كتليّ (Ta) تآكلت قمّتها بفعل الطبقة التالية؛ وعلى بُعد $30\,\mathrm{km}$ أسفل المروحة، طبقة من التيّار نفسه هي $8\,\mathrm{cm}$ من رمل ناعم وطمي ذي تطبّق متموّج، تحت $3\,\mathrm{cm}$ من الطين. سمِّ أقسام كلٍّ منهما وفسّر التغيّر.

حل

حل التمرين 17.7.

قرب الكانيون: Ta وحده، إذ أزال الجريانُ التالي الأقسامَ العليا؛ وفي أسفل المروحة: Tc (تموّجات) و Td (طمي) تحت Te (طين). ويفقد التيار سرعته وحمولته الخشنة مع المسافة؛ ولا ينتقل إلا الجزء الناعم $30\,\mathrm{km}$، ويترسّب بفعل جريان أبطأ يُنشئ التموّجات، لا بالتساقط من معلّق كثيف.

تمرين 17.8 ★★

التعاقب المتناعم نحو الأعلى سُمكه $9\,\mathrm{m}$ له قاعدة حادّة مع حصى، ورمل متصالب الطبقات، ورمل ناعم متموّج، وطين ذو جذور. فسِّره، وقدِّر عمق القناة التي كوّنته. هل يمكن تطبيق قانون فالتر عبر قاعدته؟ ولماذا؟

حل

حل التمرين 17.8.

حاجز نقطي لنهر متعرّج: رواسب متخلّفة على قاع القناة المتآكل، ورمل ذو تطبّق متقاطع من القناة العميقة، ورمل متموّج في قمة الحاجز، وطين السهل الفيضي به جذور. ويسجّل التعاقب القناةَ من القاع إلى الضفة، لذا كان عمق القناة نحو $9\,\mathrm{m}$ (أقلّ قليلًا، بعد انضغاط الطين). ولا تمتدّ القراءة إلى ما تحت القاعدة: فهي سطح تعرية، وما يقع تحتها قد يكون أيّ رسوب أقدم.

تمرين 17.9 ★★

ينخفض قاع منصّة بمقدار $60\,\mathrm{m}$ على امتداد $40\,\mathrm{km}$؛ ومنصّة أخرى تحافظ على عمق $5\,\mathrm{m}$ لمسافة $30\,\mathrm{km}$، ثم تنخفض $300\,\mathrm{m}$ على امتداد $1.5\,\mathrm{km}$. احسب الانحدارين، وسمِّ كلّ منصّة والسحنة المتوقّعة عند حافة الثانية.

حل

حل التمرين 17.9.

$60/40\,000 = 0.0015$، $0.09{}^{\circ}$: منحدر. $300/1500 = 0.20$، $11.3{}^{\circ}$، بعد قمة مستوية عمقها $5\,\mathrm{m}$: رصيف ذو حافة، مع حبيبات شعابية أو حاجزية عند الهامش، وكتل وجريانات حبيبية على المنحدر أدناه.

تمرين 17.10 ★★★

يتقدّم خطّ الشاطئ بسرعة $v$ بينما يرتفع مستوى البحر النسبي بمعدّل $A$، وحزامه الشاطئي عرضه $w$. بيّن أنّ رمل الوجه الشاطئي في التعاقب الرأسي سُمكه $h = wA/v$. احسب ذلك من أجل $w = 2\,\mathrm{km}$، $A = 0.2\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$ و$v = 20\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$، وبيّن ماذا يحدث عندما $A = 0$. قارن بالقضية المتعلقة بمسار خط الشاطئ في الفصل 16.

حل

حل التمرين 17.10.

يستغرق الحزام زمنًا مقداره $w/v$ لعبور موضع ثابت، وخلاله يرتفع القاع بالنسبة إلى مستوى سطح البحر بمعدّل $A$ أسفله: يملأ الرمل $h = A\,w/v$. $2000\times0.2/20 = 20\,\mathrm{m}$. وعند $A = 0$ لا يترك الوجه الشاطئي إلا سمكَ مقطعه الخاص، وهو طبقة رقيقة، إذ تنزلق الأحزمة فوق بعضها دون أن تتراكم رأسيًا. والنسبة $A/v$ هي ظلّ زاوية المسار الواردة في القضية من الفصل 16: سمك كل سحنة يساوي عرضها مضروبًا في ذلك الظلّ.

تمرين 17.11 ★★★

يُقرأ صخر رملي $\rho_b = 2.30\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ و$\Delta t = 86\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. احسب مساميته من كلّ سجلّ بمصفوفة من الحجر الرملي الكوارتزي (كثافتها 2.65، وزمن عبورها $52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$) وبمحلول ملحي (كثافته 1.0، وزمن عبوره $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$). إن كانت المسامية الصوتية صحيحة، فما كثافة الحبيبات التي يقتضيها سجلّ الكثافة، وما الذي قد يكون عليه الإسمنت؟

حل

حل التمرين 17.11.

الكثافة: $(2.65 - 2.30)/1.65 = 0.212$؛ السجلّ الصوتي: $(86 - 52.6)/136.4 = 0.245$. ومع $\phi = 0.245$، فإنّ $\rho_{\mathrm{ma}} = (2.30 - 0.245)/(1 - 0.245) = 2.72\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: أكثف من الكوارتز، كما في الحجر الرملي المتماسك بمادة الكالسيت (2.71) أو الحاوي لحبيبات الكالسيت.

تمرين 17.12 ★★★

في اللبّ، يرقد طين بحري أسود مباشرةً فوق فحم ذي جذور، مع طبقة رقيقة من فتات الأصداف عند التماس. فسِّر لماذا لا ينطبق قانون فالتر عبره، وما هو هذا السطح، وكم من التعاقب الساحلي قد يكون مفقودًا إذا تآكلت الأمواج القاع حتى قاعدة أمواج الطقس الهادئ البالغة نحو $10\,\mathrm{m}$ أثناء مرور خطّ الشاطئ.

حل

حل التمرين 17.12.

الطين البحري المفتوح فوق الفحم يضع بيئات غير متجاورة في تماسّ: سطح غمر، وهو هنا سطح تجاوزي ناتج عن تعرية الأمواج، مع فتات الأصداف رواسب متخلّفة. ولمّا تراجع خط الشاطئ نحو اليابسة، قطعت الأمواج القاعَ إلى نحو قاعدة أمواج الطقس الهادئ: الشاطئ، والوجه الشاطئي العلوي، وقمة السهل الساحلي، حتى نحو $10\,\mathrm{m}$ من المقطع، قد تكون مفقودة.

17.8 مسألة: فاردن-2، بئر تخترق الغطاء

مسألة 17.1

مسألة نهاية الأسبوع — السجلّات والمسامية والسحنات والرمل الصافي لبئر مُختلقة في الطية المقعرة لتلال فاردن

تُحفر البئر فاردن-2 في الطية المقعرة لتلال فاردن، عند الإحداثيات (7500, 7000) على شبكة الإقليم، وتبدأ من منسوب أرضي قدره $441.0\,\mathrm{m}$، وتبلغ عمقًا كليًّا قدره $1200\,\mathrm{m}$. وتُرسم سجلّاتها في شكل القسم الأخير. استخدم كثافات حبيبات قدرها 2.65 (للكوارتز) و$2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ (للكالسيت)، وماء مسامٍ كثافته $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$، وأزمنة عبور المصفوفة 52.6 (للحجر الرملي) و$47.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ (للحجر الجيري)، و$189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ للماء.

الجزء الأول — قراءة السجلّات.

1. تقفز أشعة غاما من 12 إلى $110\,\mathrm{API}$ عند $766\,\mathrm{m}$، ثم تنخفض إلى 18 عند $866\,\mathrm{m}$، وتصبح غير منتظمة من $1046\,\mathrm{m}$ وتستقرّ عند $85\,\mathrm{API}$ من $1166\,\mathrm{m}$. سمِّ الوحدات التي صادفتها، مستعينًا بسجلّاتها.
2. احسب سُمك كلّ وحدة من وحدات الغطاء ومنسوب قاعدة الغطاء.
3. تبلغ كثافة الطباشير $2.03\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ قرب السطح، و$2.36\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ عند $750\,\mathrm{m}$. احسب مساميته عند العمقين. ماذا يحدث للطباشير مع العمق؟
4. لماذا لا تُحسب مسامية الطَّفل من كثافته؟
5. يُقرأ الشيست $2.75\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ و$50\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. ماذا يخبر الحفّارَ الأساسُ الصخريّ السريع الكثيف عديم المسامية؟

الجزء الثاني — المسامية.

6. يُقرأ الحجر الجيري $2.573\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: احسب مساميته بطريقة الكثافة.
7. يُقرأ الحجر الجيري نفسه $58.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$: احسب مساميته الصوتية وقارن بين النتيجتين.
8. يُقرأ الرمل النقي في ملء القناة $2.32\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: احسب مساميته.
9. تحقّق منها بزمن عبورها $79.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$.
10. لو كان ماء المسام محلولًا ملحيًّا كثافته $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$، فبمقدار كم ستتغيّر مسامية الكثافة للرمل؟
11. أيّ الوحدتين تكون الأفضل خزانًا جوفيًّا أو مكمنًا، وأيّهما الحاجز الذي يعلوها؟

الجزء الثالث — السحنات. اللبّ المأخوذ من 1108 إلى $1124\,\mathrm{m}$ يُظهر من القاعدة: سطحًا محتتًّا مع فتات طينية وحصًى؛ $10.4\,\mathrm{m}$ من رمل متوسط متصالب الطبقات؛ $3.2\,\mathrm{m}$ من رمل ناعم متموّج يتدرّج إلى طمي؛ $2.4\,\mathrm{m}$ من طين بنّي مائل إلى الحمرة مع آثار جذور.

12. ارسم شكل سجلّ أشعة غاما المتوقّع عبر الفترة المأخوذ لبّها.
13. سمِّ التعاقب وبيئة كل جزء.
14. بالاستعانة بقانون فالتر، صِف البيئات التي كانت تقع جنبًا إلى جنب.
15. قدِّر عمق القناة.
16. يحوي الحجر الرملي أحد عشر وحدةً من هذا النوع، كلٌّ منها على قاعدة حادّة. ماذا يُخبر التراكب عن النهر وسهله الفيضي؟
17. هل يصلح قانون فالتر للانتقال من وحدة إلى التي تليها؟ لماذا؟

الجزء الرابع — الرمل الصافي. ملءات القنوات الأحد عشر، من قاعدة الحجر الرملي هي 14، 9، 12، 7، 16، 10، 13، 8، 11، 12 و$8\,\mathrm{m}$ سمكًا. تبدأ كل منها برمل نظيف بقيمة $30\,\mathrm{API}$ يشغل نسبةً من سمكها: 0.60، 0.45، 0.55، 0.30، 0.65، 0.40، 0.55، 0.35، 0.50، 0.45 و0.30، ثم يتناعم نحو الأعلى على نسبة 0.25، 0.30، 0.25، 0.40، 0.20، 0.30، 0.25، 0.35، 0.25، 0.30 و0.35، ترتفع أشعة غاما خطيًّا حتى $105\,\mathrm{API}$، وتنتهي بالطين.

18. ما الكسر من كل فترة تناعم الواقع أسفل حدّ القطع $60\,\mathrm{API}$؟
19. احسب الرمل الصافي للوحدة السفلى وللوحدة الأسمك.
20. احسب مجموع الرمل النظيف ومجموع فترات التناعم في الحجر الرملي.
21. احسب نسبة الصافي إلى الإجمالي له.
22. كيف يتغيّر الرمل الصافي إذا كان حدّ القطع 45 أو $75\,\mathrm{API}$؟
23. بمسامية الرمل الواردة في السؤال 8، احسب حجم المسام في الرمل الصافي تحت كيلومتر مربّع واحد.
24. اذكر سُمك الرمل الصافي للحجر الرملي الترياسي عند فاردن-2.

حل

حل المسألة 17.1.

1. الطباشير (بارد، كثافة منخفضة)، والطَّفل من $766\,\mathrm{m}$ (حارّ)، والحجر الجيري من $866\,\mathrm{m}$ (بارد، كثيف، سريع)، والحجر الرملي من $1046\,\mathrm{m}$ (أشكال الجرس)، والشيست من $1166\,\mathrm{m}$.

2. الطباشير $766\,\mathrm{m}$، والطَّفل 100، والحجر الجيري 180، والحجر الرملي $120\,\mathrm{m}$؛ قاعدة الغطاء عند $441.0 - 1166 = -725\,\mathrm{m}$.

3. $(2.71 - 2.03)/1.71 = 0.40$ قرب السطح، $(2.71 - 2.36)/1.71 = 0.20$ عند $750\,\mathrm{m}$: يفقد الطباشيرُ نصف مسامّيته تحت وزن الرواسب الفوقية، بالانضغاط.

4. حبيباته طينيات ذات كثافة غير مؤكَّدة، وماؤه مرتبط جزئيًا بها: تفشل افتراضات المعادلة.

5. الأساس البلوري: يُخترق الغطاء، ولا يُنتظر وجود أيّ مكمن تحته.

6. $(2.71 - 2.573)/1.71 = 0.080$.

7. $(58.9 - 47.6)/141.4 = 0.080$: النتيجة نفسها.

8. $(2.65 - 2.32)/1.65 = 0.200$.

9. $(79.9 - 52.6)/136.4 = 0.200$: النتيجة نفسها.

10. $0.33/1.55 = 0.213$، أي أكبر بنقطة وثلث.

11. الحجر الرملي، بمسامية $20\,\%$ في رماله؛ الطَّفل فوق الحجر الجيري يسدّه، وطينيات السهل الفيضي تقسّم الحجر الرملي إلى مقصورات.

12. شكل جرسي: أشعة غاما منخفضة في الرمل المتصالب الطبقات، ترتفع عبر فترة التناعم حتى القيم العالية للطين المتجذّر، على قاعدة حادّة.

13. التعاقب المتناعم نحو الأعلى: رواسب باقية في قاع القناة فوق قاعدة تعرية، كثبان القناة (طبقات متصالبة)، قمّة الحاجز النقطي (تموّجات صغيرة)، السهل الفيضي (طين متجذّر).

14. القناة، وحاجزها النقطي على الضفة الداخلية، والجسور الطبيعية والسهل الفيضي ذو التربة، جنبًا إلى جنب.

15. نحو سماكة الرمل وفترة التناعم، $10.4 + 3.2 = 13.6\,\mathrm{m}$، أكثر قليلًا قبل الانضغاط.

16. نهر متعرّج تحرّك حزام قناته مرارًا بفعل انقلاب المجرى بينما انخفض الحوض، فتقطع كل قناة جديدة في السهل الفيضي الذي خلّفته القناة السابقة.

17. لا: كل قاعدة ناتجة عن التعرية؛ طين السهل الفيضي الذي تحتها ورمل القناة الذي فوقها لا يلزم أن يكونا متجاورين.

18. $(60 - 30)/(105 - 30) = 0.40$.

19. الأدنى: $14\times(0.60 + 0.40\times0.25) = 9.80\,\mathrm{m}$؛ الأكبر: $16\times(0.65 + 0.40\times0.20) = 11.68\,\mathrm{m}$.

20. الرمل النقي $58.8\,\mathrm{m}$؛ فترات التناعم $33.4\,\mathrm{m}$؛ الطين $27.8\,\mathrm{m}$.

21. الصافي $= 58.8 + 0.40\times33.4 = 72.2\,\mathrm{m}$؛ نسبة الصافي إلى الإجمالي $72.2/120 = 0.60$.

22. الكسور 0.20 و0.60: $65.5\,\mathrm{m}$ و$78.8\,\mathrm{m}$، بفارق مقداره $13\,\mathrm{m}$ ناتج عن اختيار حدّ القطع وحده.

23. $72.2\times0.20\times10^6 = 1.44 \times 10^{7}\,\mathrm{m}^{3}$ لكل كيلومتر مربّع.

24. سماكة الرمل الصافية للحجر الرملي الترياسي عند فاردن-2 هي $72.2\,\mathrm{m}$.