Геология Северной Дакоты

Вид на старицу, национальный парк Теодора Рузвельта

Геология Северной Дакоты включает мощные толщи нефте- и угленосных осадочных пород, образовавшихся в мелководных морях в палеозое и мезозое , а также наземные отложения кайнозоя на вершинах древних докембрийских кристаллических пород фундамента. В штате имеются обширные запасы нефти и газа, песка и гравия, угля, подземных вод и других природных ресурсов.

Геологическая история, стратиграфия и тектоника

Северная Дакота подстилается докембрийскими кристаллическими породами фундамента, хотя эти породы менее изучены, чем в соседних штатах. В протерозое горный хребет, известный как Мобильный пояс Западной Дакоты, сформировался между двумя миллиардами и 1,8 миллиардами лет назад в связи с Трансгудзонской складчатостью , простираясь на север до Манитобы и Саскачевана, а затем почти полностью подвергся эрозии 1,5 миллиарда лет назад, сбрасывая осадочные породы в настоящее время. найден в супергруппе пояса Монтаны. Обычно ледниковые эрратические валуны представляют собой докембрийские породы, принесенные в регион ледниковыми щитами.

Палеозой (541–251 миллион лет назад)

В кембрии в начале палеозоя Северная Дакота располагалась на экваторе. Обширное отложение осадочных пород началось 515 миллионов лет назад, когда Канадский щит и Северная Дакота были затоплены во время морской трансгрессии, образовавшей последовательность Саук. В толще имеется только одна крупная единица — формация Дедвуд. Область Нессонской антиклинали и некоторых холмов, вырванных из сурового докембрийского ландшафта, вероятно, осталась над поверхностью воды. Последовательность начинается с песчаника, эродированного из докембрийских пород, и поднимается через известняк и сланец, а затем возвращается в песчаник, когда уровень моря снова падает. Окаменелости конодонтов распространены в формации Дедвуд.

В период засушливого периода в течение 15–20 миллионов лет поверхность суши подвергалась эрозии, и в летописи горных пород не обнаружено никаких пород, существовавших 485–470 миллионов лет назад. Возобновленная морская трансгрессия положила начало толще Типпеканоэ, включающей песчаники и сланцы группы Виннипег, перекрытые карбонатами формации Ред-Ривер, Стони-Маунтин, Стоунволл и Интерлейк. В общей сложности толщина толщи Типпеканоэ составляет 2000 футов.

В силурийском проседал периоде бассейн Уиллистон , становясь четко выраженной особенностью. Просачивающиеся грунтовые воды размыли известняк в пещеры и впадины, типичные для карстовой топографии в течение среднепалеозойского засушливого периода, прежде чем вернуться в мелководное море в ордовике .

периоде этот регион находился над уровнем моря в течение 40 миллионов лет, В девонском поскольку потоки размывали поверхность суши, пока уровень моря не поднялся 356 миллионов лет назад. Выветрелая палеопочва (известная как формация Ашерн) в верхней части формации Интерлейк указывает на то, что девонская и миссисипская толща Каскаския размыла карбонаты формации Интерлейк. формации Виннипегосис Известняк и доломит образовались на вершине формации Ашерн, переходя к песчанику и сланцу в формациях реки Сурис и залива Доусон. Периодически эта территория высыхала, что приводило к образованию выветрелых палеопочв и слоев красных и зеленых алевролитов формации Три Форкс, которые покрывают карбонаты формации Бердбер. Столкновение Северной Америки и Европы, когда начало формироваться Пангея, положило начало каледонской складчатости и изменило направление бассейна Уиллистон, открывающегося к морю на западе, а не на севере.

Во время максимального расширения моря сформировались образования Лоджпол и Каньон Миссии. В засушливый период выпали эвапориты формации Чарльз, за ​​которыми последовали карбонаты, песок и сланцы группы Big Snowy. Примерно в это же время древние Скалистые горы начали подниматься, принося сланцы формации Оттер, а затем осушая море и поднимая землю.

После 10-миллионного засушливого периода мелководье снова проникло в пенсильванский период , начиная с последовательности Абсарока с песчаником и сланцем формации Тайлер, перекрытыми карбонатами и коричневыми обломочными породами в формациях Амсден и песчаных карбонатах формации Брум-Крик. Еще 10 миллионов лет эрозии отмечены несогласием. В пермском периоде соляные и красные пласты заполняли бассейн Уиллистон, принадлежащий формациям Опече и Спирфиш, вместе с известняком формации Миннекахта.

Мезозой (251–66 миллионов лет назад)

В триасе , в начале мезозоя , метеорит ударил в округ Маккензи, перестроив более старые отложения. Некоторое количество соли и гипса осталось от того периода времени, что указывает на обширные пустыни, покрывавшие в то время Пангею. Несогласие уничтожает 45 миллионов лет ранней юры до начала последовательности Зуни. Северная Дакота представляла собой невысокий лесной ландшафт, подверженный постоянной эрозии. Реки и ручьи, движущиеся по эродированному юрскому ландшафту, отложили песчаник и алевролит формации Иньян-Кара. Толстые слои сланца, такие как формация Пьер, образовались в Западном внутреннем морском пути во время крупной глобальной морской трансгрессии в меловой период .

Кайнозой (66 миллионов лет назад – настоящее время)

В раннем кайнозое поднятие и эрозия Скалистых гор с продолжением ларамидной складчатости привели к сбросу отложений в бассейн Уиллистон, создав песчаник и сланец формации Ладлоу, формации Пушечное ядро ​​и формации Слоуп вместе с окончательной морской трансгрессией в Северную Дакоту. от 65 до 55 миллионов лет назад. Формации Буллион-Крик и формация Сентинел-Бьютт покрыты этими пластами бурым углем. Они выходят на поверхность на западе и содержат большую часть запасов угля штата (хотя единственной наиболее продуктивной единицей является формация Сентинел-Бьютт). Образование угля происходило в прибрежных болотах, похожих на большие прибрежные болота, которые существуют в настоящее время в голоцене вдоль атлантического побережья США. Даже когда отложения Буллион-Крик откладывались в центре штата, болота на западе заполнялись и покрывали их материалом Сентинел-Бьютт.

От 50 до 60 миллионов лет назад в палеоцене и эоцене пласты глины и песка формации Золотой долины отложились в озерах и ручьях и залегают над пластами Сентинел-Бьютт в некоторых местах на западе. В течение эоцена млекопитающие и травы в этом районе диверсифицировались, когда Северная Дакота перешла от умеренно теплого к субтропическому климату. Из-за длительных засушливых условий Северная Дакота пережила период интенсивного выветривания, которое продолжается и в современный период, часто образуя рыхлые отложения, а не камни. Теджасская толща начала формироваться в олигоцене , начиная с конгломерата, алевролита, глины, вулканического пепла, пресноводного известняка и песков группы Уайт-Ривер. Широко распространенный вулканизм на западе привел к отложению вулканического пепла в ложах миоценовых и плиоценовых озер, которые сейчас образуют вершины гор Киллдир.

Примерно 35 миллионов лет назад большое количество гравия и песка из гор Абсарока, гор Биг-Хорн и Блэк-Хиллз отложилось на западе Северной Дакоты, а до 400 футов известняка покрыло дно озера, которое до сих пор называется горами Киллдир. По оценкам, несколько тысяч кубических миль отложений были размыты за период с пяти до трех миллионов лет назад. Свидетельства эрозии обнаружены в Черепашьих горах, которые изначально были частью непрерывного плато до того, как до оледенения между этими двумя образованиями размылось до 600 футов песчаника и сланца.

В результате плиоценовой эрозии образовалась долина Красной реки, поскольку приток реки Шайенн размыл пологий откос на глубине 1000 футов (поверхность земли в долине выше из-за ледниковых и донных отложений озера). Горы Киллдир находятся на высоте до 1300 футов над рекой Литл-Миссури, что позволяет сделать вывод о прежней высоте равнины.

штат подвергался оледенению шесть-семь раз В течение плейстоцена , что способствовало эрозии и изменению русла рек. В течение последних 11 000 лет голоцена начальный теплый период привел к появлению широко распространенных лугов полыни около 7 000 лет назад с большими дюнами, образовавшимися в Уиндмире, Валгалле и Денби. Это сменилось более влажным периодом с более обширными лесами. Озера Девилс и Стамп периодически высыхают или колеблются в ответ на изменения климата. В 1800-х годах, когда европейские поселенцы прибыли в больших количествах, в Стамп-Лейк остались пни деревьев, которые росли на засушливых землях в 1300-х годах.

Гидрогеология

Глубина грунтовых вод в Северной Дакоте колеблется от 15 до 50 футов или 100 футов в горных районах. Полностью влажные участки в кернах распознаются по неокисленному темному материалу. Бурый уголь и песчаник группы Форт-Юнион на западе являются верхним слоем грунтовых вод и распространенным источником воды для ферм и ранчо. Западные две трети штата подстилаются обширным водоносным горизонтом из песчаника, в основном в формации Фокс-Хиллз и нижней части формации Хелл-Крик. Хотя на востоке он расположен близко к поверхности, в юго-центральной части Северной Дакоты он опускается на глубину до 2000 футов от поверхности земли. Ниже этой толщи залегают мелкозернистые меловые сланцы и песчаники, которые почти не производят воды. Подстилающие известняки карской свиты залегают почти на всей территории штата. Известный как водоносный горизонт Дакоты, он обычно используется для артезианских скважин.

До 1900 года в водоносном горизонте было пробурено очень мало скважин, хотя одна в Элледейле в 1886 году опустилась на 1087 футов и давала до 700 галлонов в минуту с давлением, достигающим 176 фунтов на квадратный дюйм. Широкое бурение в 1910-х годах вызвало государственные требования к регулирующим клапанам из-за падения давления и высыхания многих скважин. Вода имеет высокую соленость, но имеет тенденцию быть теплой, и в некоторых частях штата ее предпочитают для поения скота зимой. Его часто используют для нефтепромысловых операций, а отработанный рассол закачивают обратно в водоносный горизонт. Толстый юрский и триасовый период отделяет водоносный горизонт Дакоты от самого глубокого палеозойского известнякового водоносного горизонта, подстилающего большую часть штата.

Геология природных ресурсов

В бассейне Уиллистон добывается большая часть нефти и газа Северной Дакоты, особенно после бума гидроразрыва пласта после 2006 года. Формация Баккен особенно продуктивна и залегает под всем бассейном, кроме юго-западного угла.

Округ Боумен на юго-западе имеет структурно контролируемые месторождения в ордовикских формациях. Между севером реки Литл-Миссури и линией округа Берк находится антиклиналь Нессон, один из крупнейших геологических объектов в штате. Известняк к северо-востоку и востоку от антиклинали в округах Боттино, Берк и Ренвилл, нефть и газ захвачены ангидритовым заполнением или сланцевыми и алевролитовыми покрывающими породами в триасовой формации Спирфиш над несогласием.

Пляж и прибрежные отложения формации Тайлер, недалеко от Дикинсона, Северная Дакота, также содержат нефть, запертую в отложениях Миссисипи и Пенсильвании вместе с прибрежным потоком, заполненным нефтеносным песком, к югу от Дикинсона в Роки-Ридж. В одном необычном случае нефтеносная структура Red Wing в округе Маккензи содержит пласты Миссисипи, поднятые на 3000 футов выше соседних отложений того же возраста из-за удара метеорита.

Западная часть Северной Дакоты известна широко распространенным клинкером — глиной, сланцем и песчаником, превращаемым в материал, похожий на натуральный кирпич, при сжигании угля. Некоторые пласты в штате имеют толщину до 50 футов. Пожары в прериях периодически поджигают бурый уголь, в том числе один пожар, который горел возле Медоры с 1951 по 1977 год, или более в 30 местах на территории площадью 7000 акров недалеко от Амидона. Широко используется в качестве дорожного материала и украшения садов.

Конкреции оксида железа, карбоната кальция и кремнезема часто образуют конкреции и конкреции на западе, включая сидеритовый железняк и окаменелые бревна. Две трети запада штата покрыты бурым углем, который добывали в качестве топлива коренные американцы и американские исследователи Льюис и Кларк. До 1902 года добыча полезных ископаемых велась вручную, ограничиваясь вскрышными породами толщиной более 10 футов. Однако внедрение тяжелого оборудования увеличило усилия по добыче полезных ископаемых. В некоторых районах старые шахтные стволы обрушились, повредив окружающий ландшафт. После достижения пика в 320 шахт в 1940 году после 21 года добычи тяжелой техники количество шахт начало снижаться. Количество шахт упало до 100 в 1950 году и только до 38 к 1965 году. В 1970-х годах новые крупные электростанции открылись рядом с озером Сакакавеа, что вместе с проектом газификации на заводе в Беуле компании North American Coal Company помогло стимулировать новый спрос.

В результате выветривания и окисления лигнита образуется леонардит, который используется в качестве диспергатора и регулятора вязкости в нефтяных скважинах. Торф, сконцентрированный в таких районах, как река Сурис в округе Мак-Генри, используется в садах, но не производится широко, и в штате имеется до 100 000 тонн запасов.

Обычно используется мелкий песок, который подходит для литейного производства, а также для изготовления строительного раствора и штукатурки. И песок, и гравий наиболее распространены в ранее покрытых льдом частях штата к северо-востоку от реки Миссури, где пляжные отложения образовались после таяния ледниковых щитов. Сланец распространен в западной части долины Красной реки и часто появляется в ледниковых отложениях. Точечные перемычки на реках и ледниковые камовые отложения также являются важными источниками песка и гравия. Большие равнины находятся в округах Нельсон, Эдди, Бенсон, Логан, Рэнсом и Шеридан.

В 1955 году уран рудного качества был обнаружен в буром угле между Белфилдом и Амидоном на юго-востоке округа Биллингс. Уран растворился из обогащенной золы и просочился вверх в уголь. Было добыто всего несколько сотен тонн, и эта добыча закончилась в 1967 году из-за сложности измельчения бурого угля по сравнению с месторождениями песчаника на плато Колорадо. В Северной Дакоте имеется до 1700 кубических миль залежей галитовой соли под землей, обнаруженных во время бурения нефтяных скважин.

Золото, вулканический пепел, кварцит, глина и сера также являются ресурсами.