Болдушевская Л.Н. Литология и историческая геология
Подождите немного. Документ загружается.
161
Существует несколько методов сопоставления разнофациальных
разрезов. Из них кратко рассмотрим стратиграфический и
палеонтологический методы.
При стратиграфическом методе выявляются разрезы с
переслаиванием разнофациальных отложений или с их взаимопереходами.
Например, в каменноугольных отложениях Донбасса имеются разрезы с
переслаиванием известняков с морской фауной и угленосных отложений с
флорой.
Сопоставление разнофациальных разрезов возможно и в
случае
языкового вклинивания фаций друг в друга. Так были датированы древние
красноцветы девона, вклинившиеся в морские отложения.
При использовании палеонтологического метода возможны разные
ситуации.
Например, могут встретиться переотложенные органические остатки,
в фациальной обстановке, для них не характерной. Например, в морские
отложения могут попасть переотложенные представители наземной фауны
позвоночных, трупы которых
переносятся реками и попадают в море. Эти
наземные органические комплексы получают датировку по морским
комплексам, а, встретив таких позвоночных в континентальных отложениях,
соответственно датируем и сопоставляем их с морскими. В подобных
случаях необходимо учитывать возможность переотложения и более древних
органических остатков.
Известны случаи заноса ветром остатков листьев растений в морские
отложения
. Остатки континентальных и морских организмов можно
встретить в дельтах рек. Широко используется метод спорово-пыльцевого
анализа. Здесь возможно прямое сопоставление разнофациальных
отложений.
2.3 МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК
2.3.1 Понятие «фация». Фациальный анализ
162
Освещая геологическую историю Земли невозможно не рассказать о ее древней
географии. Поэтому одна из основных задач исторической геологии – восстановление
физико-географических обстановок прошлого и их изменений во времени. Решением
этой задачи занимается наука палеогеография («древняя география»). Для этого она
использует несколько методов, основным из которых является метод фациального
анализа.
Фациальный анализ – это метод восстановления древней географической обстановки
по осадочным породам и содержащимся в них окаменелостям.
Понятие «фация» (от франц. facies – лицо, облик) впервые ввел в науку
швейцарский геолог А.Грессли (1938). По фацией А.Грессли понимал
конкретные участки любого слоя одновозрастных пород, отличающихся от
соседних участков как составом, так и окаменелостями.
Фация понятие двойственное. С одной стороны оно выражает физико-
географическую обстановку осадконакопления (современного или древнего),
а
с другой – представляет осадок или породу, содержащие в себе признаки
обстановки, в которой они накапливались. Т.е. фация – это обстановка
осадконакопления, овеществленная в осадке или горной породе.
Основная задача учения о фациях состоит в реконструкции природных
условий осадконакопления.
Различают фации современных осадков и фации ископаемые. Первые
мы имеем возможность изучать
всесторонне, т.е. исследовать сейчас
обстановку и возникший в этой обстановке осадок. Фации ископаемые – это
обстановки и процессы осадконакопления геологического прошлого,
запечатленные в некогда образовавшихся осадочных породах, в их
палеонтологических и литологических особенностях.
Т.е. фации ископаемые мы восстанавливает, изучая горные породы и
органические остатки, которые в них сохранились. В итоге
можно выявить
- физико-географические условия образования пород (климат,
ландшафт),
- топографические условия (место образования осадка на суше
или море),
- динамику и физико-химические условия среды (заболоченная
прибрежная часть пресноводного озера или береговой вал на
пляже),
- условия существования организмов (прикрепленные ко дну,
зарывающиеся в ил и т.п.).
163
В основе палеогеографических реконструкций лежит принцип актуализма, введенный в
геологию К. фон Гоффом (1824) и Ч.Лайелем (1833). В своих трудах Ч.Лайель отмечал,
что настоящее – есть ключ к пониманию прошлого. Т.е. для познания прошлого Земли
нужно изучать современные процессы, а условия образования древних осадочных
пород определять, сравнивая их с современными отложениями.
Однако изучение древних пород и современных отложений показывает,
что они не имеют абсолютного сходства во всем. Так, изменялись состав
воздушной и водной среды, изменялись организмы и пр. Например, в
досилурийское время не было наземной растительности, а в докембрийское –
был другим состав атмосферы, что естественно сказывалось на процессах
осадкообразования.
Таким образом, нельзя
ныне действующие закономерности
механически целиком переносить в прошлое. Поэтому предложенный в
позапрошлом веке принцип актуализма дополнен принципом эволюции
фаций в истории Земли, который учитывает развитие и изменение
геологических условий во времени. В разработку принципа большой вклад
внесли русские ученые А.Д.Архангельский, Н.М.Страхов, В.Я.Самойлов. Эти
принципы
вместе составляют теоретическую базу сравнительно-
литологического метода – основного метода изучения фаций. Этот метод
основан на признании направленного, необратимого процесса развития
Земли.
Фациальный анализ слагается их литофациального и биофациального
анализов, а также из изучения общегеологических данных (площади
распространения отложений, их мощности, переходов по простиранию).
Литофациальный (литологический) анализ заключается в
определении фаций и
восстановлении палеогеографической обстановки по
литологическим особенностям пород: цвет породы, ее размерность
(гранулометрический состав), минеральный и химический состав, структуры
и текстуры, неорганические включения (стяжения, конкреции), форма
осадочного тела и некоторые другие. Изучение этих особенностей
начинается в полевых условиях, а затем продолжается в лабораториях на
образцах пород.
Цвет породы нередко является важным
показателем среды и условий
образования. Черный и темно-серый цвет часто имеют отложения,
включающие углеродистое вещество или сернистое железо и образовавшиеся
в восстановительных условиях в море или лагуне. Ископаемые песчаники и
песчано-глинистые отложения засушливых областей суши нередко бывают
красноцветными (красные, бурые, коричневые).
164
Гранулометрия (зернистость) и структура породы позволяют судить о
- рельефе и удаленности области питания,
- характере и скорости движения водной или воздушной среды
накопления отложений,
- длительности переноса и переотложениях материала.
Например, ближе к берегу отлагается более крупнозернистый
материал; водные потоки, имеющие большую скорость движения, способны
переносить более крупные обломки. Можно
по преобладающему размеру
этих обломков определять скорость движения, а по ориентировке
удлиненных обломков и другим особенностям – направление движения.
Очень хорошая сортировка и окатанность зерен песка указывают на
длительность переноса и неоднократное переотложение материала, что
характерно для прибрежной зоны моря.
По типам слоистости (горизонтальная, волнистая) можно восстановить
динамику среды осадконакопления, а
по господствующему уклону слойков –
направление передвижения материала.
Биофациальный (биономический) анализ заключается в
определении фаций и восстановлении палеогеографической обстановки на
основе изучения органических остатков и следов жизнедеятельности
организмов. Для проведения такого исследования необходимо иметь
представление об условиях жизни растений и животных, об основных
факторах, определяющих их распространение и развитие. Этому помогают
экология
и палеоэкология, выясняющие взаимоотношения организмов друг с
другом и с окружающей их средой.
Наилучшие условия для захоронения и сохранения остатков
организмов создает водная среда. Поэтому большая часть органических
остатков принадлежит организмам, обитавшим в воде. Условия обитания
влияют на видовой и родовой состав организмов, разнообразие этого состава,
на относительные и абсолютные
размеры организмов, на степень
сохранности остатков и пр. По этим особенностям восстанавливаются
следующие условия среды: соленость вод, глубину бассейна, освещенность,
температуру, газовый режим, движение воды, характер грунта.
Например, разнообразие видового и родового состава означает, что порода
накапливалась в условиях неглубокого, сравнительно теплого моря с нормальной
соленостью и нормальным газовым режимом. Мелкая фауна обычно характерна для
бассейнов с ненормальной, повышенной, соленостью; массивные же раковины имеют
организмы, живущие на небольшой глубине в тепловодных морских бассейнах и т.д.
165
Форма осадочного тела, его мощность и протяженность также указывают на характер
среды образования.
Так, морские или пустынные отложения характеризуются огромными площадями
распространения, но в то же время отличаются по мощности: морские имеют большие,
а пустынные – незначительные мощности. Речные (аллювиальные) накопления имеют
форму узких линз, лежащих среди других пород, но они объединены в протяженные
ленты, а озерные образуют те же линзы, но единичные и разобщенные.
2.3.2 Природные условия современного и древнего
осадкообразования
По условиям осадкообразования выделяются две основные области – морская и
континентальная, соответственно говорят о морских и континентальных
фациях. Кроме того, в зоне перехода море-континент выделяют переходные
фации. Последние также относят к фациям бассейнов ненормальной
солености.
2.3.2.1 Области морского осадконакопления и морские фации
Области, выделяемые по распределению осадков и жизни в
современных морях, называются биономическими зонами.
В морях и океанах выделяют две основные области: бентальную и пелагическую.
Бентальная (бенталь) (бентос – глубина) – это донная область. Пелагическая
(пелагиаль) (пелягос – открытое море) – водные массы открытого моря, не связанные с
дном (т.е. вся толща воды).
166
Бентальная область делится на три зоны: неритовую, батиальную и абиссальную.
Неритовая зона (нэритес – морская ракушка) соответствует шельфу (материковой
отмели) и составляет 7.6% океанического дна. Ширина зоны может быть от нескольких
км до 1500 км (в Северном Ледовитом океане), глубина до 200 м. Моря,
расположенные в этой зоне, называются эпиконтинентальными. В неритовой зоне
выделяют литораль – часть дна которая заливается во время приливов (глубина до 20
м) и осушается во время отливов, и сублитораль – остальная часть неритовой зоны,
постоянно покрытая водой.
В неритовой зоне моря водная масса наиболее подвижна и она очень благоприятна для
жизни. Здесь накапливаются мощные отложения и живут многочисленные и
разнообразные водоросли, мшанки, иглокожие, моллюски, ракообразные и другие
организмы. Породы зоны очень разнообразны. На литорали формируются галечники,
гравий, грубозернистый песок. На отлогих побережьях накапливаются тонкие пески и
алевриты. В тропических морях широко распространены коралловые рифы. Для зоны
характерно накопление разнообразных и мощных толщ карбонатов.
Отложения шельфа представлены обломочными, органогенными, хемогенными и
вулканогенными образованиями.
Обломочные осадки слагаются грубообломочным (глыбы, валуны,
щебень, гальки, гравий), песчаным, алевритовым и пелитовым материалом.
На шельфе, вследствие большой подвижности среды, перемещается,
перерабатывается и отлагается огромное количество обломочного материала.
Распределение обломочного материала по размерам обломков и по
зернистости (гранулометрия) зависит от многих причин: рельефа и строения
прилегающей суши и морского берега, рельефа
морского дна, направления
ветра и течений и т.п. Поэтому только в 50% наблюдений отмечается
закономерное уменьшение размера зерен по мере удаления от берега. Глины
могут отлагаться и у самого берега, а галечники – за полосой песка вдали от
берега. Вместе с тем установлено, что в мелководной части шельфа (до
167
глубины 50-70 м), где волнение распространяется почти до дна, преобладают
пески и алевриты. В более глубокую спокойную часть шельфа поступает
только взвешенный материал, переносимый в верхней толще воды. Здесь
накапливаются тонкозернистые осадки, преобладают глины, в них
наблюдается горизонтальная (часто градационная) слоистость.
Органогенные отложения подразделяются на карбонатные и
кремнистые. Обычно органогенными называют отложения
, состоящие более
чем на треть из органических остатков. Кремнистые осадки – это
радиоляриевые и диатомовые илы. Карбонатные породы более
многочисленны и разнообразны. Одни из них являются результатом
жизнедеятельности цианобионтов и бактерий (строматолитовые и
онколитовые известняки) или остатками колониальных кораллов и мшанок
(рифы, банки). Другие состоят из карбонатных раковин фораминифер,
брахиопод, иглокожих
(ракушняки) или их фрагментов (детритовые
известняки).
Хемогенные и биохемогенные отложения включают карбонатные,
кремнистые, железистые, марганцевые породы, а также глауконит и
фосфориты.
Вулканогенные образования шельфа представлены подводными
эффузивами, туфами, туфопесчаниками.
Отложения шельфа в зонах подвижного мелководья характеризуются разными типами
слоистости (горизонтальной, волнистой, косой), знаками ряби, трещинами усыхания и
другими многочисленными и разнообразными текстурами.
Батиальная зона (батис – глубокий) соответствует континентальному
склону (до 3000 м), составляет 15.3% от площади дна океана. Эта зона
отличается постоянной и малой (5-10
о
) температурой, полным отсутствием
света и волнений.
Батиальные отложения материкового склона характеризуются своими
особенностями. Здесь идут активные геологические процессы. Из-за
крутизны склонов и сейсмичности (моретрясений) осадки находятся в
неустойчивом состоянии, часто срываются, оползают, появляются мутьевые
(суспензионные) потоки, скатывающиеся и переносящие огромное
количество материала к подножию материкового склона.
В батиальной зоне
накапливаются разнообразные осадки, среди
которых обычно преобладают глинистые, глинисто-известковые (синий,
красный, зеленый) и известковые (глобигериновый) илы. Встречаются
кремневые (диатомовые) илы.
В осадках часто присутствует глауконит.
168
Растения отсутствуют. Животные – хищные или питающиеся илом, богатым
органическими веществами, приспособленные жить в темноте. Жизнь здесь бедная и
однообразная. Встречаются губки, морские ежи, моллюски и др.
Абиссальная зона (абиссос - бездна) соответствует ложу Мирового
океана и составляет порядка 77.1% площади океанического дна. Здесь
отсутствует свет и волнения среды. Температура постоянная (-1
о
-+3),
давление очень высокое. На дне накапливаются глобигериновые,
радиоляриевые и др. илы и красная глубоководная глина с наличием
марганцевых конкреций. В красной глине встречаются скопления
радиолярий и зубы акул.
Растений нет. Животные – хищные или питающиеся умершими
организмами, часто слепые. Раковинки организмов тонкие или их совсем нет.
Возраст самых древних абиссальных отложений
в современных
океанах ограничивается юрским периодом.
В пределах каждой батиметрической области моря существуют свои
наборы (комплексы) фаций. Например, фации краевых морей, береговой
зоны шельфа, подводных каньонов материкового склона и т.п. В каждом
наборе, в свою очередь, несколько типов фаций. Так, в комплексе фаций
береговой зоны шельфа выделяются фации берегов скалистых
и равнинных,
с интенсивной гидродинамикой и защищенных от волн.
2.3.1 Области континентального осадконакопления
и континентальные фации
Условия осадконакопления на поверхности суши отличаются большим
разнообразием. Из всех факторов, определяющих характер
осадконакопления, основная роль принадлежит климату. По климатическим
признакам выделяются три области осадконакопления: области полярного
(нивального) климата, области влажного (гумидного) климата
, области
сухого (аридного) климата.
В областях полярного климата основные факторы осадкообразования
– ледники и талые воды. Наиболее широко распространены морены и
отложениям ледниковых потоков. В предледниковых озерах накапливаются
ленточные глины.
Область влажного климата объединяет зоны умеренного и
тропического климата. На огромных водораздельных пространствах этих
климатических областей развита кора выветривания. В тропической
зоне
продукты коры выветривания образуются за счет глубокого химического
169
преобразования горных пород. Образуются и накапливаются бокситы,
железо, марганец, каолин. Присутствие окислов железа окрашивает кору
выветривания в красноватый цвет.
Широко распространены аллювиальные, озерные и болотные осадки. В озерах и
болотах наряду с терригенными отложениями образуются торф, бурые угли,
сапропелевые илы. Из химических осадков озер и болот известны бурые железняки.
Области сухого (аридного) климата характеризуются малой
влажностью, безлесием, резкими колебаниями температур. Преобладают
процессы физического выветривания, в результате чего возникает грубый
элювий (глыбы, щебень, песок). В горных и предгорных районах
распространены пролювиальные осадки, отложенные селевыми потоками.
Пролювий состоит из неотсортированных неокатанных обломков разной
величины. Равнинные участки покрыты толщами песков эолового
происхождения. Такие
пески, как правило, лишены легких минералов
(слюда), имеют косую слоистость, окрашены в желтоватые цвета.
Континентальные фации весьма разнообразны и представлены
разными породами.
На континентах преобладают процессы разрушения коренных пород и
снос продуктов разрушения. Однако и здесь в долинах рек, болотах и озерах,
в пустынях, в области предгорий и других местах
накапливаются самые
разнообразные отложения. Области осадконакопления обычно отделены друг
от друга областями разрушения и сноса. Кроме того, в одном и том же месте
осадконакопление может сменяться размывом отложений. Очень большое
непостоянство условий приводит к тому, что древние континентальные
отложения сохраняются очень редко. Сохранившиеся же могут быть очень
разнообразными и часто
сменяющими друг друга на коротком расстоянии
как на площади, так и в разрезе. Это очень важная отличительная
особенность континентальных отложений
.
Каждая крупная физико-географическая обстановка (речная долина,
озеро, песчаная пустыня, приледниковая равнина, межгорная впадина и т.д.)
характеризуется определенным набором фаций, представленных
аллювиальными, лимническими, эоловыми, гляциальнми,
флювиогляциальными породами.
Среди континентальных древних образований чаще всего встречаются
фации водных потоков (временных – конусы выноса предгорий или
постоянных – речные фации), озерные (лимнические), болотные,
ледниковые,
карстовые, пустынные (эоловые).
Для фаций водных потоков характерны терригенные (обломочные)
осадки с косой слоистостью, поверхностями размыва (эрозионными
170
карманами), значительной изменчивостью, с редкими остатками растений,
пресноводных организмов, наземных животных.
Озерные (лимнические) фации обычно имеют замкнутый контур
распространения и зональное распределение осадков по зернистости, в
зависимости от удаленности от берега и глубины озера. Наиболее
характерными для них являются обломочные и глинистые отложения, в
меньшей степени хемогенные (например, содовые) и органогенные
.
В зависимости от степени солености воды фауна может быть
пресноводной или солоноватой. Пресноводные озера дают сапропель и торф.
Кроме того в них могут накапливаться железистые, марганцевые отложения,
а также бокситы.
Болотные фации возникают на влажных плохо дренируемых равнинах
и на месте зарастающих озер. Наиболее типичным болотным образованием
является торф; обычно
он чередуется с маломощными глинистыми
прослоями. В осадках встречаются стяжения и прослои железистых
соединений. Известны месторождения озерно-болотных железных руд.
Ледниковые отложения обычно возникают при отступании или
временной остановке ледника. Они разделяются на два типа:
1 – переработанные водой – гляциальные отложения, которые образуют
морены, представленные неотсортированными валунными глинами и
суглинками;
2 – переработанные водными
потоками – флювиогляциальные
отложения, представленные отсортированными, косослоистыми
галечниково-гравийными, песчано-глинистыми толщами, приуроченные к
ложбинам стока. Они сходны с аллювиальными отложениями, развитые за
пределами ледника и морен.
Фации пустынь формируются в бессточных областях, где испаряется
влаги больше, чем выпадает осадков. Выделяются три разновидности фаций:
1 – отложения скалистых и каменистых пустынь, представленные
неокатанным
грубообломочным материалом;
2 – отложения пустынных временных потоков (вади), имеющие консистенцию,
близкую к грязевым потокам;
3 – отложения песчаных пустынь, формирующие песчаные наносы, насыпи и
разнообразные дюны.