Романовский С.И. Седиментологические основы литологии

Подождите немного. Документ загружается.

С. И. РОМАНОВСКИЙ

СЕДИМЕНТОЛОГИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ЛИТОЛОГИИ

ЛЕНИНГРАД

„НЕДРА"

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

1977

УДК 352.5

С.

И. Романовский. Седиментологические основы литологии.

Л.,«Недра»,

1977.

408 с.

Под литологией в широком смысле обычно понимается наука об осадоч-

ных породах, которая призвана изучать весь комплекс вопросов, связанных

как с исследованием вещества осадочных пород на геохимическом и минерало-

гическом уровнях, так и с анализом процессов седиментогенеза, реализу-

ющихся

в различных климатических и структурно-морфологических усло-

виях. По литологии в нашей стране написаны классические, широко извест-

ные руководства Н. М. Страхова, Л. Б. Рухина и других ученых, в которых

либо рассматривается весь спектр задач, составляющих литологическую

проблематику (монография Л. Б. Рухина), либо делается упор на детальный

анализ конкретных типов литогенеза (монография Н. М.

Страхова).

предлагаемой работе внимание акцентируется на тех задачах, кото-

рые могут быть решены на чисто седиментологическом уровне, т. е. на основе

представлений об условиях и механизме осадконакопления. Круг этих задач

достаточно широк, что дает возможность говорить о своеобразных седименто-

логических основах литологии. Практически все задачи, описываемые в книге,

решаются

с широким привлечением методов математического моделирования,

значительная часть которых разработана автором.

Книга представляет интерес для широкого круга геологов, специали-

зирующихся по реконструкции процессов геологического прошлого, и прежде

всего

для лито

логов,

стратиграфов и тектонистов, поскольку все рассматри-

ваемые

в ней задачи имеют практический выход в эти геологические дисци-

плины. Книга может быть полезной и студентам геологических специально-

стей вузов и университетов.

Табл.

23, ил. 84, список лит. 578 назв.

04^01)-^77

Из

ательство

«Недра»,

1977

ПРЕДИСЛОВИЕ

Как

известно, одной из основных задач литологии является

разработка

методов реконструкции условий осадконакопления

геологического прошлого. Методологическую базу таких методов

составляет

принцип

актуализма, а базисом экстраполяции, регу-

лирующим перенос знаний о современных процессах осадкообразо-

вания на породы прошлых геологических эпох, являются дости-

жения

седиментологии *.

Седиментология, изучающая процессы осадконакопления в мор-

ских и континентальных условиях, как самостоятельная научная

дисциплина

зародилась сравнительно недавно. И тем не менее

уже

сегодня можно констатировать, что в исследовании этих

процессов достигнуты значительные успехи благодаря созданию

широкой сети седиментологических лабораторий, в которых ста-

вятся

многочисленные тонкие эксперименты по моделированию

процессов слоеобразования, текстурообразования и т. п. Не менее

важное

значение имеет и бурное развитие теоретических работ,

целью которых является математическое обоснование наблюда-

емых

эмпирических и получаемых в лабораторных условиях

закономерностей.

Таким

образом, седиментология может рассматриваться как

своеобразная

основа литологической науки, по

крайней

мере тех

ее

разделов, которые прямо или косвенно связаны с реконструк-

цией

процессов седиментогенеза. С другой стороны, седименто-

логические предпосылки могут быть положены в основу решения

и традиционных общегеологических задач, таких, как расчленение

и корреляция разрезов осадочных толщ, реконструкция амплитуд

прогибания земной коры на базе метода мощностей и т. д. При

этом

седиментологические

основы дают возможность количе-

ственно оценить

влияние

на реализацию процесса основных фак-

торов

седиментогенеза и, что самое главное, допускают однознач-

ную интерпретацию получаемых результатов.

Из контекста ясно, что мы не отождествляем седиментологию и лито-

логию,

как это принято, например, в США, и что нашло отражение в послед-

нем издании «Геологического словаря» [78]. Подробно о соотношении лито-

логии и седиментологии речь пойдет в гл. I.

1* ' 3

Отмеченная выше важнейшая задача литологии, связанная

восстановлением процессов осадко- и слоенакопления геологи-

ческого прошлого, традиционно решается методами фациального

анализа. Фациальный анализ, как хорошо известно, в зависи-

мости от выбранных признаков изучаемого объекта и

цели

иссле-

дования дает возможность восстановить либо обстановку (озерная,

речная, морская и т. п.), либо условия осадконакопления, которые

позиций гидродинамики среды могут быть инвариантными,

вообще

говоря, множеству обстановок

накопления

осадка.

Фацп-

альные реконструкции имеют первостепенное значение при про-

гнозных и поисковых работах на все без исключения осадочные

полезные ископаемые. Они играют также ведущую роль при

решении многих прикладных задач литологии, литостратиграфии

и тектоники. Наконец, на основе

идей

и методов фациального

анализа можно развить конкретные методы палеогеографических

реконструкций, что в какой-то степени будет показано в данной

работе.

Нам представляется, что важнейшей задачей фациального

анализа, решение которой дает ключ к пониманию общих законо-

мерностей осадочного породообразования в истории Земли, а также

резко расширяет спектр сугубо прикладных задач осадочной

геологии, является моделирование, в частности вероятностное,

процессов осадко- и слоенакопления. Такой подход (разумеется,

том случае, если вероятностные характеристики модели не

постулируются, а выводятся ^аналитически из содержательных

исходных предпосылок) дает возможность не только решать

иными

средствами задачи нереализуемые, но и получать прин-

ципиально

новые характеристики, позволяющие глубже осмыс-

лить физическую природу изучаемых процессов. Причем если

основой моделей являются такие характеристики процессов,

которые можно считать инвариантными различным обстановкам

и условиям

накопления

осадков, то в

принципе

можно реализовать

конечный

этап фациального анализа, т. е. построить комплекс

вероятностных методов для анализа собственно механизма осадко-

и слоенакопления.

Автор

уже отмечал ранее

[2411,

что могут существовать два

подхода к изучению процессов осадко- и слоенакопления. Первый

можно условно назвать фациально-морфологическим, реализу-

ющим начальный этап фациального анализа, второй — общим

или глобальным. При первом подходе (применительно, например,

к процессам слоенакопления) анализу подвергаются прежде всего

фациальные обстановки, в которых формировался конкретный

морфологический тип слоистости: речная (дельтовая и русловая),

лараллическая, эоловая, ленточная озерная и т. д. При таком

подходе должны анализироваться условия образования слоистости

каждого литогенетического типа отложений отдельно, и вполне

возможно,

что каждому из них должна соответствовать своя

теория слоенакопления, базирующаяся на исходных теоретиче-

ских предпосылках и опирающаяся на совокупность признаков,,

существенных

только для данного типа отложений. Такой путь

совершенствования

теоретических основ вполне закономерен и

оправдан всем историческим ходом становления

учения

о фациях.

Второй

подход в своей теоретической первооснове базируется

на первом, т. е. на детальном (насколько это возможно при совре-

менном состоянии геологической науки) анализе условий образо-

вания слоистости разных генетических типов и выявлении на

основе

такого анализа признаков, которые отвечали бы наиболее

общим

условиям протекания процесса. Именно с этих позиций

данной работе рассматривается общая схема слоенакопления.

Сразу

оговоримся, что детальный анализ этой схемы, опирающейся

на известную модель слоенакопления А. Н. Колмогорова

[146],

содержится в монографии автора «Динамика формирования

флшпа»

[250] и в ряде журнальных

публикаций

[5, 6, 28, 91,

235,

238]. Поэтому в данную монографию включены только новые

результаты,

а из старых приводятся (без вывода) лишь конечные

расчетные формулы, которые необходимы для решения рассма-

триваемых

геологических задач.

Задачи, которые будут обсуждаться в книге, по-разному соот-

носятся с

принятой

нами вероятностной схемой слоенакопления.

Большая

их часть является непосредственной практической реа-

лизацией этой схемы и решается на основе формул, приводимых

соответствующих главах работы. К ним относятся задачи, свя-

занные с реконструкцией

динамики

слоенакопления, с исследова-

нием изменения меры стабильности слоенакопления во времени

(в

стратиграфической последовательности) и в пространстве (на

площади бассейна седиментации) и, наконец, с анализом спектра

колебательных движений земной коры. Другая часть задач в своей

методической первооснове также базируется на результатах веро-

ятностной теории слоенакопления. Однако для непосредственного

применения

в практических целях эти результаты должны быть

увязаны

с характеристиками слоистой толщи таким образом,

чтобы вычисленная на их основе величина (например, мера дли-

тельности формирования фиксированной части разреза) могла

быть

проинтерпретирована в терминах решаемой геологической

задачи.

И, наконец, третья группа прикладных задач использует

вероятностную схему слоенакопления (в ее кинематической трак-

товке)

лишь при седиментологическом обосновании исходных

предпосылок и при интерпретации полученных результатов.

Сами

же результаты доставляются методами, которые формально

не выводятся из общей вероятностной теории процесса, по

крайней

мере

не выводятся средствами этой теории. К этим задачам можно,

к примеру, отнести задачи ритмолитологического анализа, в ча-

стности выявление скрытых периодичностей в строении геологи-

ческих разрезов.

отношении логической структуры

книги

можно отметить

следующее.

Трактовать седиментологические основы литологии

можно, естественно, с разных позиций, опираясь либо на деталь-

ное описание отдельных задач, составляющих содержание

соб-

ственно седиментологии и имеющих лишь косвенный выход

область литологической проблематики, либо на задачи литоло-

гического плана, но освещая их с чисто седиментологических

позиций. В таком случае резко расширяется прикладное толкова-

ние этих задач, результатами которых могут воспользоваться

тектонисты, стратиграфы и специалисты других геологических

дисциплин.

При

написании

книги

использован второй из назван-

ных подходов. Первую тенденцию пытались реализовать авторы

«Очерков

по физической седиментологии»

[209],

но с тех пор,

к сожалению, выбранное ими интересное направление дальней-

шего

развития не получило.

Избранным подходом к освещению темы продиктован и план

книги.

Общие методологические вопросы, включающие разработку

критериев использования

принципа

актуализма для моделирова-

ния процессов геологического прошлого, а также конструктивная

этапизация фациальных реконструкций необходимы как

свое-

образный содержательный фундамент для изложения последу-

ющего

материала, который, в свою очередь, сгруппирован в пять

взаимосвязанных частей. В каждой части рассматривается само-

стоятельный (конечно, неполный) комплекс задач, в основном

проиллюстрированных фактическим материалом.

Следует заметить, однако, что ввиду ограниченного объема

книги,

с одной стороны, и- многоаспектности рассматриваемых

ней вопросов, с другой — собственным фактическим материалом

мы сочли целесообразным иллюстрировать лишь оригинальные

задачи, не обсуждавшиеся до этого в геологической литературе.

Для всех прочих задач, которые освещаются следуя общей логике

монографии, но не являются оригинальными разработками автора,

мы ограничиваемся лишь ссылками на литературу, где эти задачи

(или методы) апробированы на разнообразном геологическом

материале. Помимо этого, ряд моделей приводится с целью более

обстоятельного (с теоретических позиций) освещения вопросов,

хотя

некоторые из моделей и не доведены до уровня практических

приложений. Автор стремился также все задачи по возможности

«довести

до конца» в том смысле, чтобы не только были ясными их

постановка и методы решения, но и естественным образом вы-

текала бы интерпретация полученных результатов и было опре-

делено их место в круге сопредельных, но не рассматриваемых

данной

книге

задач.

При работе над монографией автор неоднократно беседовал

И. И. Абрамовичем, И. Н. Голынко, В. В. Грузой, Л. Н. Ду-

денко, Р. А. Жуковым, Д. С. Кашиком, И. А. Одесским и многими

другими геологами. Большую помощь в разработке моделей,

излагаемых в гл. XI, оказал старший

научный

сотрудник

Ленин-

градского отделения Математического института им. В. А. Стек-

лова

АН СССР В. Н. Судаков.

Весьма

плодотворным оказалось

также содружество с Ю. В. Адаменко — старшим научным сотруд-

ником Академии гражданской авиации и К. Д. Хугаевым —

старшим

преподавателем кафедры высшей математики Института

инженеров железнодорожного транспорта. И. Д. Македон и

А.

С. Тараканов любезно предоставили свои материалы для иллю-

страции задач, излагаемых в пятой части

книги.

Отдельные части

работы прочли А. Е. Рыбалко и А. С. Тараканов. Программы

для ЭВМ составлены по просьбе автора 3. В. Агукиной и И. Д. Ma-

кедоном. Большую помощь оказали чл.-кор. АН

СССР,

проф. Н. Б, Вассоевич, проф. А. В. Македонов и М. Г. Бергер'

которые прочли всю рукопись и сделали много полезных замеча-

ний.

Всем

перечисленным лицам автор выражает самую искрен-

нюю признательность.

ВВЕДЕНИЕ

ВОПРОСЫ

МЕТОДОЛОГИИ

ПРИНЦИП АКТУАЛИЗМА И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССОВ

ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОШЛОГО

геологии на протяжении всего исторического периода ее

существования как науки, т. е. с конца

XVIII

в. и до настоящего

времени, основным методологическим средством познания прош-

лого является

принцип

актуализма, который в наше время может

быть сформулирован следующим образом: «Настоящее есть ключ

к познанию прошлого». Этот

принцип

прошел длительный и слож-

ный путь развития. Зародившись первоначально «на плечах

катастрофизма

Ж.

Кювье»

[222],

в качестве первой серьезной

альтернативы катастрофизму он развивался уже в работах Д. Гет-

тона, Ж.-Б. Ламарка и других ученых и получил обобщение

стройной для своего времени концепции Ч. Лайеля, которого

историки геологической науки считают основоположником уни-

формистского принципа познания прошлого.

Основной заслугой учения Ч. Лайеля можно считать то, что

оно впервые связало

принцип

униформизма как обобщающую

идею с актуалистическим подходом к реставрации геологической

истории, придав ему значение гипотезы циклического разви-

тия [73]. Не останавливаясь подробно на истории последующей

трансформации учения Ч. Лайеля, отметим, что с середины XIX в.,

т.

е. со времени освоения наукой эволюционных идей *, тезис

«циклического развития» был заменен на концепцию «необратимой

эволюции развития», которая, разумеется, не могла вписаться

устоявшееся к тому времени учение Ч. Лайеля. Поэтому уни-

формизм (как система взглядов на развитие природы) уступил

свое

место в науке

принципу

актуализма, который в наши дни

является одним из краеугольных камней в системе методологи-

ческих установок геологической науки.

геологии сегодняшнего дня концепция «необратимой эволю-

ции развития» в живой и неживой природе воплотилась в

принцип

историзма, на базе которого развились сравнительно-исторический

По образному выражению Н. С. Шатского

[331],

«принципы» Ч. Лай-

еля явились рабочим методом Ч. Дарвипа, которым были заложены основы

фундаментальной теории эволюции. Именно в этот период униформизм

Ч.

Лайеля уступил свое место в ряду методологических принципов есте-

ственных наук эволюционизму Ч. Дарвина.

и сравнительно-литологический методы. В связи с этим ряд иссле-

дователей [170] пытается полностью отрицать актуализм, считая,

что сравнительно-исторический метод и актуализм несовместимы

друг с другом. «Признание ограниченности, относительности

принципа

униформизма (? — С. Р.) должно, очевидно, сопро-

вождаться

отказом от формулы актуализма, признанием того,

что в геологии изучение настоящего не является и не может

являться ключом к познанию прошлого» [170, с. 11]. Или: «надо

отдавать

себе отчет, что хотя настоящее и есть ключ к познанию

прошлого,

но в то же время оно не есть ни единственный, ни самый

главный из ключей, которыми мы располагаем» [325, с. 11].

Какой же из «ключей» главный — остается загадкой.

Очевидно, представление о несовместимости

принципа

акту-

ализма и сравнительно-исторического метода явилось следствием

упрощенного, униформистского толкования этого

принципа,

со-

гласно которому течение геологических процессов трактовалось

как бы неподвластным

«ходу

геологических

часов».

Хотя

такая

точка зрения, по

крайней

мере применительно к процессам тер-

ригенного седиментогенеза для фанерозойского отрезка геологи-

ческой истории, считается в какой-то мере оправданной и в наши

дни, но даже и это положение не дает основания к противопоста-

влению историзма и актуализма. Действительно, если актуали-

стический

принцип

познания прошлого нацелен прежде всего

на расшифровку механизма геологических процессов, то сравни-

тельно-исторический метод дает возможность оценить их напра-

вленность и конкретные изменения во времени.

Таким образом, несмотря на такого рода высказывания, общая

направленность развития геологической науки в последние десяти-

летия показывает, что актуалистический метод познания стано-

вится действенным оружием исследователей и в некотором смысле,

как пишет В. В. Белоусов [23], актуализм даже

«вытесняет»

историзм. Такое «вытеснение» историзма объясняется, очевидно,

тем

обстоятельством, что геологи наряду с расшифровкой диахро-

нической

структуры геологических процессов более пристальное

внимание стали обращать на изучение их физической природы,

т.

е. моделировать геологический процесс, связывая в единую

зависимость функцию механизма процесса и время. При таком

подходе разумное использование

принципа

актуализма в его

современной трактовке играет первостепенную роль.

Другим немаловажным обстоятельством, которое заставляет

вновь

обратиться к методологии актуалистических построений,

является то, что сравнительно-исторический метод в рафиниро-

ванном виде не дает возможности при

изучении

геологических

процессов, т. е. при ретроспективных исследованиях, реализовать

построенную модель в терминах проверки гипотез. Отсутствие же

альтернативных моделей, как справедливо считает А. П. Виногра-

дов [491, является серьезным тормозом в развитии теорий геоло-

гической науки.

ряду наиболее важных проблем теоретического плана,

•

непосредственно связанных с использованием

принципа

акту-

ализма в конкретных геологических, и в частности седиментоло-

гических, исследованиях, можно выделить следующие, которые,

на наш взгляд, имеют первостепенное значение:

гносеологическое понимание

принципа

актуализма, с кото-

рым непосредственно связаны теоретические установки сравни-

тельно-исторического и сравнительно-литологического методов ис-

следований;

соотношение

принципа

и метода актуализма. Что такое

«метод

актуализма»? Его конструктивность в сравнении с кон-

кретными методами аналогий;

место актуалистической

концепции

в общей операциональ-

ной схеме познания геологического прошлого.

Мы сознательно не включили в

данный

перечень вопросы,

связанные с принципиальной возможностью использования прин-

ципа актуализма в геологических исследованиях и с.границами

применимости метода актуализма. Что касается первого пз на-

званных вопросов, то он относится к компетенции ученых, пол-

ностью отрицающих познание «по аналогии», т. е. сводящих

геологию к «черному ящику», имеющему выход, но не имеющему

входа.

Проблема же границ применимости

принципа

актуализма

непосредственно связана, с одной стороны, с его трактовкой,

на которой мы остановимся более подробно, а с другой — с соот-

ношением геологической истории с современной геологической

эпохой

[108].

Последнее обстоятельство расшифровывается весьма

просто.

Если в современном срезе геологической истории обнару-

живаются достоверные гомологи геологических процессов прош-

лого,

то использование метода актуализма необходимо и доста-

точно (с общих позиций) для их исследования. Если же достовер-

ные гомологи не известны, то познание так называемых

«вымер-

ших»

фаций становится в значительной мере гипотетичным и

реализуется по приводимой ниже схеме (схема проверки гипотез),

доставляя нам лишь вероятностное знание, которое базируется

на

принципе

«непротиворечивости». Очевидно, что и непосред-

ственное использование метода актуализма как познания по

аналогии не вскрывает истину в последней инстанции, поскольку

всякая «аналогия... указывает лишь на известную вероятность

истины, но не на самую истину» [108, с. 64].

Остановимся более обстоятельно на гносеологическом понима-

нии

принципа

актуализма. Униформистская

концепция

Ч. Лайеля

трактовала

геологическую историю как

циклически

повторя-

ющуюся

цепь событий, остававшуюся неизменной на протяжении

всех

геологических периодов. Поэтому реставрация событий прош-

лого,

т. е. геологических процессов, базировалась на утверждении

«сегодня,

как всегда, и всегда, как сегодня». В дальнейшем, когда

стало ясно, что «сегодня не совсем так, как

всегда»,

принцип

униформизма был преобразован в привычную для нас форму: