Болдушевская Л.Н. Литология и историческая геология
Подождите немного. Документ загружается.
151
подразделение без названия. Первые два нередко называют докембрием, что
означает, что включаемые в них отложения образовались раньше
кембрийской системы (кембрия).
Акротемы делятся на эонотемы, эонотемы – на эратемы, эратемы на
системы, системы – на отделы и т.д.; их геохронологическими эквивалентами
считаются соответственно эоны, эры, периоды, эпохи и т.д.
Подразделения (кроме докембрийских
) ОСШ выше яруса, как правило,
не имеют самостоятельных стратотипов. Могут не иметь стратотипов раздел,
звено и ступень. Ярус и хронозона должны иметь стратотипы.
Региональные стратиграфические шкалы (РСШ). РСШ
составляются для большой площади (крупного участка земной коры)–
геологического региона, представляющего собой совокупность нескольких
отдельных площадей, участков, входящих в далеком прошлом в
единый
древний бассейн осадконакопления, или палеобассейн, а в настоящее время
представляющего собой самостоятельную тектоническую структуру.
РСШ служат
1. - для корреляции и унификации местных стратиграфических
схем,
2. – для корреляции со смежными регионами,
3. - способствуют (как установленные на биостратиграфической
основе) сопоставлению местных схем с общей
стратиграфической шкалой.
К региональным стратиграфическим подразделениям
относятся
горизонт и слои с географическим названием. Они являются основными.
Горизонт – это совокупность одновозрастных местных
стратиграфических подразделений (свит, подсвит и т.д.), распространение
которых ограничено рамками геологического региона. Горизонт объединяет
по латерали фациально различные отложения, образованные в разных
районах (фациальных зонах) палеобассейна седиментации. Горизонт должен
иметь стратотип.
Для докембрия и
в немых (вулканогенных и др.) толщах горизонты
устанавливаются на основе литолого-фациальных или петрографических
особенностей пород с учетом изотопных и палеонтологических данных.
В фанерозое горизонты устанавливаются на основе литолого-
фациальных особенностей отложений с учетом их палеонтологических
характеристик. Горизонты, установленные на биостратиграфической
(палеонтологической) основе, латерально охватывают чаще всего
палеобиографическую область (провинцию).
Такие горизонты (а также
дополнительные единицы - надгоризонты, подгоризонты) называются также
региоярусами.
Горизонты четвертичной системы могут выделяться на
климатостратиграфической основе.
152
Слои с географическим названием выделяются по особенностям
литологического состава и (или) на биостратиграфической основе. Они
являются частью горизонта, но могут не заполнять весь стратиграфический
объем горизонта. Должны иметь стратотип.
Геохронологический эквивалент горизонта и слоев – время.
Установление и наименование стратиграфических подразделений в
нашей стране производят по определенным правилам, изложенным в
«Стратиграфическом
кодексе» (1992, 2006) и в «Дополнении к
Стратиграфическому кодексу России» (2000).
2.2.3 Принципы стратиграфии
Под принципами стратиграфии понимаются основополагающие
концепции, на которых базируются все положения науки. В какой-то степени
их можно считать законами.
Принцип Стенона (принцип последовательности напластования)
первоначально сформулирован так: «при ненарушенном залегании каждый
нижележащий слой древнее покрывающего слоя». Позднее
формулировки
изменялись, но суть принципа сохранилась. Принцип Стенона применяется в
случае одного конкретного разреза. Он обеспечивает выполнение первой
задачи стратиграфии – расчленение разреза. Применив этот принцип, мы
отделяем слои разного возраста, таким образом, расчленяем разрез.
В принципе Гексли (принцип сопоставления одинаковых
последовательностей) утверждается, что «в двух разрезах одинаковые
стратиграфические последовательности сопоставляются».
Первоначально одинаковую последовательность автоматически
считали одновременностью. На самом деле в удаленных районах одинаковые
последовательности могут быть не строго одновременными.
Принцип С.В.Мейена - принцип выбора хронологически
взаимозаменяемых признаков. Часто в геологии приходится сопоставлять
разнофациальные разрезы (морские, континентальные, лагунные).
Непосредственное сопоставление таких разрезов не только трудно, но
обычно и невозможно. Дело в
том, что на значительное расстояние никакой
признак, который можно было бы использовать для корреляции, не
прослеживается. Выход заключается в выборе признаков, которые
хронологически заменяли бы друг друга.
Например, нужно сопоставить морской (I) и континентальный (III)
разрезы. Напрямую их сопоставить (по принципу Гексли) невозможно, так
как между ними нет ничего общего. Сопоставление возможно
при наличии
переходного разреза II, который содержит хронологически
153
взаимозаменяемые признаки (в данном случае палеонтологические) как I, так
и III разреза. На реальном геологическом примере это будет означать
сопоставление через отложения переходного (лагунного) типа.
I (морской) II (лагунный) III (континентальный)
гониатиды остракоды миоспоры
остракоды миоспоры кости наземных животных
Первоначальная формулировка принципа У.Смита (принципа
биостратиграфического расчленения и корреляции разрезов) следующая: «сходные
слои содержат сходные ископаемые». Одна из современных формулировок звучит так:
«отложения можно различать (расчленять) и сопоставлять по заключенным в них
ископаемым».
Определение принципа объективной реальности и неповторимости
стратиграфических подразделений звучит так: «Стратиграфические подразделения
(стратоны), представляя реальный результат геологических событий, объективно
отражают суть этих событий и не повторяются во времени и пространстве».
Стратиграфические подразделения должны выделяться не из
формального удобства или условности. Они должны соответствовать
реальным этапам истории развития Земли в целом или отдельных ее
регионов. Таким образом, в стратиграфических шкалах должны отражаться
реальные результаты геологических процессов прошлого.
Стратиграфические подразделения неповторимы во времени, так как
неповторимы в своем развитии те условия, в которых
они формировались, и
те признаки, по которым они выделены. В течение эволюции Земли
необратимо менялись физико-географические условия, характер
осадконакопления, органический мир.
2.2.4 Методы расчленения, корреляции и определения
возраста отложений
154
В стратиграфии существуют различные методы расчленения и
корреляции отложений: биостратиграфический (палеонтологический),
литологический, геохимический, геофизический и др. К главным относятся
биостратиграфический и литологический методы, остальные являются
вспомогательными, поскольку имеют ограниченные области применения.
Все эти методы определяют относительный возраст пород, поскольку
позволяют установить только то, какие породы образовались раньше и какие
позднее по
отношению друг к другу.
2.2.4.1 Биостратиграфический (палеонтологический) метод
Метод опирается на изучение ископаемых остатков организмов, как
ископаемой флоры, так и фауны. Основу метода составляют общая
необратимость эволюции органического мира и быстрое расселение
возникающих новых форм, которое происходило, как правило, за меньшее по
сравнению с длительностью формирования стратиграфических
подразделений отрезки времени
и в геологическом смысле протекает
практически одновременно.
Органический мир на Земле появился в самые ранние этапы ее
геологической истории и с тех пор непрерывно направленно изменялся.
Поэтому каждый комплекс осадочных пород характеризуется
определенными остатками фауны и флоры. Это явление используется для
расчленения разрезов.
С другой стороны ископаемые широко используются для
корреляции
разрезов. Если породы в разных, даже далеко отстоящих разрезах содержат
одинаковые органические остатки, можно считать, что эти породы
образовались в одно время. Если же органические остатки разные, значит
породы образовались или в разное время, или в одно и то же время, но в
разных условиях.
Палеонтологический метод является ведущим при
определении
возраста пород. Установлено, какие ископаемые жили в какое время.
Следовательно, обнаружив их, можно определить возраст вмещающих их
отложений.
Однако не все органические остатки одинаково определяют возраст
отложений. Некоторые из них жили на Земле достаточно долго, но слабо
эволюционировали. По ним можно (и то не всегда) определить возраст
достаточно мощных
толщ горных пород. Но это как правило, для
стратиграфии не имеет существенного значения. Для определения возраста
нужны организмы, которые обладают следующими особенностями:
155
1. Недолго жили на Земле или быстро изменялись, вследствие
чего в разрезе земной коры они имеют небольшое
вертикальное распространение;
2. Широко расселялись в пространстве и потому позволяют
увязывать и сопоставлять далеко расположенные друг от друга
разрезы;
3. Хорошо сохраняются в ископаемом состоянии и в одном и том
же месте присутствуют в
большом числе экземпляров.
Ископаемые организмы, удовлетворяющие перечисленным
особенностям, получили название руководящих форм. Наряду с
отдельными остатками организмов используются в стратиграфии (и
достаточно широко) руководящие комплексы ископаемых. Т.е., например,
для определения возраста используют не одно ископаемое, а несколько
представителей разных классов, типов и т.д.
Таким образом, для решения вопросов
стратиграфии различные группы
окаменелостей имеют разное значение. Это и послужило тому, что среди
ископаемых были выделены архистратиграфические и
парастратиграфические группы.
Архистратиграфические группы включают вымершие организмы, с
помощью которых можно проводить детальное расчленение разрезов и
осуществлять их дробную региональную и межрегиональную корреляцию.
Это граптолиты, трилобиты, аммониты, планктонные фораминиферы и др.
Они характеризуются
быстрой эволюцией, широким географическим
распространением и, главное, захоронением в различных по вещественному
составу осадочных породах.
Парастратиграфические группы тесно связаны с определенными
типами осадков и морского дна. Поэтому в меньшей мере, чем
архистратиграфические, они используются для широких, например,
межрегиональных корреляций и расчленения толщ. Однако в отдельных
регионах и для определенных участков
морского дна эти организмы имеют
важное значение. К ним относятся к основном бентосные организмы:
брахиоподы, мшанки, губки, сверлящие и зарывающиеся двустворчатые
моллюски и др.
2.2.4.2 Стратиграфический метод
Это метод сопоставления разрезов по сходству порядка напластования.
Слои, чередующиеся в одном и том же порядке, будут одновозрастными.
Метод широко применяется при
корреляции отложений.
156
2.2.4.3 Группа литолого-минералогических методов
Группа включает несколько методов, из которых рассмотрим
литологический, минералогический и геохимический методы.
Литологический метод широко применяется при расчленении
отложений и в этом отношении является ведущим, для корреляции же он
применим на ограниченной площади. Суть метода состоит в том, что разрез
делится на части (пачки, свиты
и пр.) исходя из литологических
особенностей слагающих его пород, таких как их состав, окраска, текстура,
структура и др. признаки. Выделенные таким образом подразделения
прослеживаются от исходного разреза до тех пор, пока это возможно
(обычно это довольно ограниченная площадь).
Но нередко в природе бывают случаи, когда развиты малоконтрастные
разности, да еще
и монотонно повторяющиеся. В таких случаях можно
использовать так называемые маркирующие горизонты – пласты с
индивидуальными особенностями (характерный вещественный состав, цвет,
обилие каких-либо включений и др.). Например, макирующим может быть
пласт красноцветных песчаников среди известняков. Маркирующие слои
позволяют расчленить осадочные толщи на отдельные части и проследить
границы выделенных таким образом
подразделений по простиранию.
Вообще же нужно иметь в виду, что ни один литологический признак
не сохраняется неизменным на значительные расстояния.
Минералогический метод – разновидность литологического метода,
при котором используется минералогическая характеристика. Метод
основывается на представлении о том, что во времени меняются источники
сноса обломочного материала. При смене (во времени) источников сноса
меняется
состав минералов, в особенности минералов тяжелой фракции.
Изучение минерального состава позволяет расчленять толщи пород (более
или менее однородных) и сопоставлять разрезы на небольших площадях.
Геохимический метод – также разновидность группы литолого-
минералогических методов. Для расчленения и корреляции разрезов
используются геохимические характеристики отложений. Например, в
кембрии Кара-Тау (Северный Тянь-Шань) четко
проводится граница по
появлению в разрезе ванадия.
2.2.4.4 Палеоклиматологический метод
157
В геологической истории климатические условия часто были
неустойчивыми и довольно быстро менялись. Изменения климата
отражаются на составе органического мира, процессах осадконакопления, на
минеральном составе и геохимических особенностях осадков. Выявляя
изменения в составе пород и минералов и комплексах органических остатков,
возникших из-за периодических изменений климата, можно дробно
расчленять отложения и впоследствии
их коррелировть между собой.
2.2.4.5 Геофизические методы
Наиболее распространенными среди геофизических методов
являются каротаж скважин и использование палеомагнитных характеристик
горных пород. В этой же группе рассмотрим изотопный метод, который
применяется в первую очередь для определения возраста пород.
Каротаж скважин применяется для изучения разрезов скважин. Суть его заключается
в том, что в скважину спускается зонд, который измеряет те или иные физические
характеристики пород (электрические, радиоактивные и т.п.) по разрезу скважины. На
поверхности эти измерения фиксируются самописцем, который чертит кривые
(каротажные диаграммы), которые сравниваются по сходству их строения в ряде
разрезов скважин. Существует несколько видов каратажа. При каждом изучаются
определенные физические свойства пород. Например, при электрокаротаже измеряют
удельное сопротивление пород, при радиоактивном каратаже интенсивность
естественного радиоактивного излучения осадочных пород (гамма-каротаж) или
излучение взаимодействия источников радиоактивного излучения и горных пород
(гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж).
Существуют специальные методики интерпретации каротажных
диаграмм (кривых), по которым восстанавливается состав пород, порядок их
чередования, мощность слоев. Вместе с тем часть информации о породах
остается недоступной при каротаже (текстура пород, цвет, минеральный
состав). Поэтому сопоставление разрезов скважин по каротажу нужно
увязывать с данными по керну.
158
Палеомагнитные методы основаны на изучении магнитного поля
Земли прошлых геологических эпох.
Применение палеомагнитных данных основано на трех гипотезах:
1. Горные породы в момент своего образования (в момент
осаждения в жидкой среде или в жидкой магме)
намагничиваются по направлению магнитного поля Земли,
которое существовало на тот момент времени. Это относится к
породам
, которые содержат железистые частицы (минералы),
способные к намагничиванию – красноцветные и некоторые
сероцветные песчаники, бокситы, лавы основного состава.
2. Приобретенная таким образом первичная намагниченность
сохраняется в породе и может быть определена.
Известно, что в течение существования Земли ее полюсы время от
времени как бы меняются местами, точнее меняют знак намагниченности: с
прямого на обратный. Это явление называется инверсией магнитных
полюсов. Под прямой намагниченностью (полярностью) понимают
современное положение магнитных полюсов, когда северный магнитный
полюс более или менее совпадает с географическим северным полюсом.
Обратная намагниченность – северный магнитный полюс более или менее
совмещается с южным географическим.
Измеряя намагниченность пород, слагающих разрез, можно детально
расчленить его
на зоны прямой и обратной намагниченности. Изучив таким
способом несколько разрезов, затем можно их сопоставить.
В палеомагнитном методе изучается кроме инверсии полюсов также их
миграция. Миграция магнитных полюсов – это их блуждание по
поверхности земного шара. Установлено, в какой период истории Земли в
каком месте находился ее полюс. Это дает возможность
установить
относительный возраст породы по положению полюса в период ее
формирования.
Палеомагнитные методы позволяют производить корреляцию местных
и региональных стратиграфических подразделений, но главная ценность их
заключается в возможности глобальных корреляций.
Изотопные методы
Человека давно интересовали возраст Земли, продолжительность и
последовательность геологических событий.
С открытием естественной радиоактивности некоторых элементов (в
1896 году А.Беккерел открыл явление радиоактивного распада элементов.) и
образуемых ими минералов и разработкой методов ядерной физики
159
появилась возможность устанавливать время возникновения горных пород,
проявления геологических процессов, их продолжительность в
астрономических единицах (годах) радиологическими методами.
В 1902 году П.Кюри впервые высказал идею о возможности
использования радиоактивности для установления возраста геологических
образований. В 1907 г. Б.Болтвуд в Канаде определил возраст пород по
находящемуся в них свинцу радиоактивного происхождения.
Изотопные
методы основаны на том, что скорость радиоактивного
распада элементов постоянна и не зависит от условий, существовавших и
существующих на Земле, что доказано экспериментальными данными.
Возраст породы (минерала) начинает отсчитываться с того момента,
когда возникает кристаллическая решетка. С этого времени минерал
становится замкнутой системой, в которой накапливаются продукты
радиоактивного распада.
Суть
изотопных методов заключается в определении количества
дочернего стабильного изотопа, образовавшегося вследствие радиоактивного
распада материнского изотопа, и остатка последнего. Зная скорость этого
процесса, можно оценить возраст минерала. Для разных радиоактивных
элементов эта скорость неодинакова.
Расчет возраста минералов и горных пород ведется по формуле.
Определение возраста этим методом достаточно трудоемко, используется
сложная техника
химического анализа, физическая аппаратура и сложные
расчеты.
Существует ряд изотопных методов в соответствии с основными
типами ядерных превращений: уран-торий-свинцовый; уран-торий-гелиевый;
калий-аргоновый; рубидий-стронциевый; самарий-неодимовый;
радиоуглеродный и др.
Точность определений радиологическими методами очень
относительна. Чем древнее образования, тем больше погрешность в
определении возраста. Кроме того,
они используются главным образом для
определения возраста магматических пород, в то время как на земном шаре
преобладают осадочные породы.
2.2.4.7 Тектоно-стратиграфический метод
Основан на использовании для целей стратиграфии данных по
тектоническим движениям, которые испытала данная площадь.
В первую очередь обращается внимание на перерывы и фиксирующие
их несогласия.
160
Перерыв в осадконакоплении – это время, когда на данном участке
земной коры осадкообразования не происходит. Выделяют несколько
признаков перерывов:
1 – угловое несогласие,
2 – поверхность размыва, обычно неровная, волнистая, иногда
срезающая подстилающие отложения,
3 – кора выветривания,
4 – поверхность напластования с трещинами усыхания и брекчии,
5 – прослои пород со следами автохтонной корневой системы растений,
6 – ископаемые почвы
,
7 – прослои галек и конгломератов,
8 – породы эолового происхождения,
9 – резкая смена фауны, не обусловленная сменой фаций на данном
участке и многие другие.
Перерывы используются при расчленении и корреляции отложений в
совокупности с другими методами. Более всего используются в стратиграфии
докембрийских отложений.
Кроме перерывов учитывается степень дислоцированности пород
смежных толщ.
2.2.5
Определение относительного и абсолютного
возраста интрузий
В геологическом строении района принимают участие не только
осадочные и вулканогенные образования, но и интрузивные породы. Они не
содержат органических остатков, поэтому их возраст определяется из
анализа взаимоотношений с осадочными породами или изотопными
методами.
При определении относительного возраста учитываются следующие
взаимоотношения интрузий и вмещающих
пород:
1. Наличие горячего контакта с вмещающими породами, в этом
случае интрузия будет моложе вмещающих пород. Этим
определяется нижний возрастной предел интрузии.
2. Наличие обломков интрузии в составе вышележащей толщи
(интрузия древнее перекрывающих ее осадочных пород).
2.2.6 Сопоставление разнофациальных разрезов