Романовский С.И. Седиментологические основы литологии

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

63. Аппроксимация эм-

пирических распределений

мощностей

слоев (п. э. ц.) кар-

бонатного

флиша керкетской

слиты экспоненциальной функ-

цией

распределения / (х).

— р.

Гремучая;

б —

Идоумес;

в —

хутор Горный;

г —

Чвежипсе;

д —

р.

Ту; е — р.

Туапсе;

ж — р. Оль-

деви;

з —

Apхипо-0сиповка;

и —

Каменистая щель;

к —

балка Могу-

лова;

л — р.

Псевуапсе;

м —

г. Шизе;

и — р.

Напосошок.

сохранения слоя, а х — средняя мощность слоя в пределах анали-

зируемой пачки. Специфика

функции

g (х) = а ехр

{—а

(х -\- Ь))

такова,

что при оценке параметров а и

по формуле (189) вероят-

ность сохранения слоя получается автоматически и специальных

вычислений не требует. Действительно, сравнивая формулы

(189),

(190)

(185),

легко видеть, что S (х) = (Hp) g (х). Это значительно

упрощает

задачу по нахождению т.

Подчеркнем еще одно важное обстоятельство. Из исходных

предпосылок модели А. Н. Колмогорова [146] следует, что веро-

ятность сохранения слоя не зависит от мощности Ь

в п-й элемен-

1,0

0,8

0,6

0,2

1 2 J 4 5 '

Рис. 64. Связь между вероятностью сохранения

слоя (р) и

средней

мощностью подэлементов

цикла

карбонатного флиша.

тарный период слоеобразования, а так как {6^} независимы и

одинаково распределены, то вероятность сохранения слоя не

зависит

и от средней мощности слоя в пределах фиксированной

выборки,

являющейся реализацией процесса для подпоследова-

тельности промежуточных мощностей слоев

-}Jli.

Действи-

тельно,

на рис. 64 в системе координат {р, х\ нанесены средние

значения мощностей слоев (подэлементов цикла) для каждого

из 13 проанализированных разрезов флиша керкетской свиты.

Исходные значения х и р взяты из табл. 17. Видим, что коэффи-

циент

корреляции

между вероятностью сохранения слоя и средней

мощностью

слоя равен нулю. Такой характер зависимости между х

и р позволяет оценивать т = f (N, р) как т = [N/p], т. е. не

рассматривать

N = ф (х). Действительно, х прямо пропорци-

онально числу слоев в фиксированной пачке, а так как х не зави-

сит

от р, то т не следует вычислять как функцию от х и как функ-

цию от числа слоев в пачке.

Следовательно,

чем больше вероятность сохранения слоя, тем

меньшее

число шагов необходимо затратить процессу слоенакопле-

ния для выхода па уровень N. При описании данной задачи на

ТАБЛИЦА

Расчет

условной длительности формирования пачки слоев

керкетского

флиша

CvJ

Значение

г • I

•

Название разреза

Мощность

пач!

Число

слоев в

1—<

>—*

парам

Фуги

етров

щии

(X)

К £

ой

г-Н

° ж

^ ^

О fct

- *

® S S

^Eh

ri V U

х«

Грубый

флиш

Приток р. Гремучей

5,09

105

4,85

0,81

0,70

0,68

7,0

Каменистая

щель 5,03 93

5,70 0,62 0,80 0,70

7,0

Флиш

•

Р.

Туапсе

5,04

117

4,32 0,45 0,40 0,85

6,0

Р.

Псезуапсе 5,04

141

3,51

0,64 0,75 0,70

7,0

Р.

Ту 5,05

234 2,16 0,64 0,75 0,70

7,0

Чвежнпсе

4,94 247 2,00 0,64 0,75 0,70

7,0

Архиио-Осиповка

5,05

186 2,72 0,62- 0,80 0,70

7,0

Субфлиш

Р.

Ольдеви

5,01

437

1,15

0,89

0,81

0,70

7,0'

Р.

Напосошок

4,97 539 0,96 0,84

0,63

0,69 7,0-

Гора

Шизе

5,00 455

1,10

0,50 0,50

0,805

0,0

Хутор

Горный

4,95 188 2,64 0,70 0,70 0,70

7,0

Р.

Идоумес 5,0

232 2,16 0,62 0,80 0,70

7,0

Балка

Могулова 5,05

340

1,49 0,68

0,72 0,70

7,0

теоретическом уровне (см. в начале этой главы) предполагалась

единичная

скорость процесса слоенакопления. Поэтому сделанный

вывод

можно сформулировать в других терминах. Чем больше

вероятность сохранения слоя, тем менее продолжительно условное

время формирования фиксированной пачки слоев. Ясно, что при

таком

подходе значительная часть информации о

«времени»,

которое мы ищем, заключена в вероятности сохранения слоя.

Это

объясняется тем, что в изначальную постановку было введено

предположение о

единичной

скорости слоенакопления независимо

от

номера элементарного периода слоеобразования.

Из табл. 17 видно, что условное

«время»

образования 5-метро-

вой флишевой пачки практически постоянно для всех разрезов.

Исключение на одну

единицу

составляют два разреза (р. Туапсе

и гора Шизе). Кроме того, оно не зависит от принадлежности того

пли пного разреза к конкретной литофации флиша (грубый флиш

флиш или субфлиш). Такой результат для флиша вполне есте-

ствен,

если опираться на концепцию мутьевых потоков его обра-

зования. Действительно, гипотеза мутьевых потоков предполагает

формирование единичного цикла флиша как единовременный акт

результате внедрения в трог мутьевого потока, взвешенный

материал в котором формирует слои флишевого цикла.

Точнее говоря, эта схема справедлива для объяснения условий

образования

цикличности

терригенного флиша, а для карбонат-

ного флиша дело обстоит несколько сложнее. Действительно,

II э. ц. карбонатного флиша керкетской свиты представлен изве-

стняками. Детальный минералогический и геохимический анализ

известняков керкета [87J дает основание заключить, что Па п. э. ц.

(известняки) образовался путем хемогенной седиментации. Это

позволяет предположить, что формирование Па п. э. ц. выпадает

из нормального хода осадконакопления флишевого типа, тем

более что именно известняки Па п. э. ц. наиболее уверенно сопо-

ставляются с синхроничными горизонтами известняков за пре-

делами флишевого трога. Скорость протекания процессов физико-

химического осаждения

CaCO

па протяжении относительно корот-

кого отрезка времени образования керкетской свиты можно

первом

приближении

считать постоянной. Тогда различия

мощностей II э. ц. можно объяснить различной продолжитель-

ностью

«пауз»

между отложениями песчано-алевритовой соста-

вляющей цикла и изменением скорости протекания процессов

собственно флишевой седиментации па разных этапах образования

и 16 п. э. ц. Следовательно, мощности На п. э. ц. не зависят

от

интенсивности и частоты процессов, прерывающих нормальное

течение хемогенной седиментации.

целом образование цикла карбонатного флиша происходит

результате мгновенного наложения процесса собственно флише-

вой терригенной седиментации на непрерывно протекающий

процесс осаждения карбоната кальция

[250].

свете изложенного становится ясно, что применительно

к флишу можно говорить о монофациальной природе многослоя.

Если же учесть, что в выделенной нами 5-метровой пачке вся

информация о реальной скорости протекания процесса флише-

накопления

заключена в различиях мощностей известняков На

п. э. ц., осаждающихся равномерно (с учетом сделанных выше

оговорок),

то

причина

постоянства для всех разрезов результиру-

ющего

«времени»

становится понятной. Кроме того, полученные

результаты подтверждают правильность

коннексии

разрезов в том

отношении, что пачка слоев, трактовавшаяся как синхронная

обычном смысле, оказалась синхронной и в рамках нашей

модели.

Предложенную модель определения условного времени обра-

зования фиксированной пачки слоев следует пока рассматривать

как сугубо предварительный этап, годный лишь для решения

прикладных задач на материале своего рода эталонных формаций,

к которым мы относим флишевые отложения, поскольку для

флиша достаточно хорошо разработаны гипотезы, детально объяс-

няющие механизм флишевой седиментации. В других случаях

результаты могут оказаться интересными, если имеется конкрет-

ная информация, например по данным физико-химии, о скоростях

седиментации карбонатного материала в зависимости от глубины,

температуры и солевого режима бассейна.

заключение отметим, что если воспользоваться данными

табл.

17 и оценками длительности формирования флишевого

многослоя, которые в свое время получил Н. Б. Вассоевич [41],

то

можно в первом приближении оценить и скорость седиментации

осадков флишевого типа. Действительно, при h = 0,06 м, р =

0,75 и t — 500—5000 лет по формуле (206) получаем и = 20—

200

м/10

лет, что соответствует средним скоростям осадконако-

пления

для гумидных глубоководных зон современного Мирового

океана [172] и в то же время нижнему пределу скоростей, фикси-

руемых в современных глубоководных я^елобах. Надо, правда,

отметить,

что в расчет не принимались паузы в седиментации,

которые несомненно имеют место при формировании разрезов

флиша. Поэтому полученные нами цифры следует рассматривать

как средние между скоростями седиментации осадков из мутьевых

потоков (I э. ц. карбонатного флиша) и нормальной хемогенной

седиментацией (II э. ц.).

ГЛАВА

XII

СКОРОСТИ

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

НА ФАНЕРОЗОЙСКОМ

ЭТАПЕ

РАЗВИТИЯ

ЗЕМЛИ

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ

ГИПОТЕЗЫ

Вопросу

о том, изменялись или не изменялись темпы осадко-

накопления в течение геологической истории Земли, посвящена

обширная специальная литература. В разное время этой пробле-

мой занимались Дж. Гиллули

[410],

М. Кэй

[166],

А. Б. Po-

нов

[253],

Л. А. Варданянц [35], Л. И. Салоп

[265],

Б. М. Кел-

лер

[139],

М. Е. Раабеп

[220],

А. П. Лисицын [171, 172] и многие

другие геологи. Вопрос этот имеет первостепенное значение,

поскольку он теснейшим образом связан с общегеологической

проблемой эволюции земной коры во времени. От его решения

зависит

также истолкование множества других геологических

проблем, начиная от возраста Мирового океана и кончая методо-

логическими установками, связанными с возможностями исполь-

зования метода актуализма для решения задач, базирующихся

на представлении о направленном развитии геологических про-

цессов.

М. Е. Раабен [221] приводит интересный пример решения

крупной геологической проблемы на основании данных о скоро-

стях осадконакопления. Это касается продолжительности синия,

которую в свое время исчислил Т. Кобояши. Его оценка противо-

речила всем существовавшим представлениям, но впоследствии

подтвердилась радиоуглеродными методами.

данной работе мы рассматриваем только фаиерозойскиц

этап

развития земной коры, поскольку изученность докембрий-

ской истории еще не дает возможности с той же степенью деталь-

ности привязывать геологические разрезы к соизмеримым отрезкам

времени. Методика оценок скоростей осадконакопления вытекает

явном виде из рассмотренной в предыдущих главах вероятно-

стной схемы слоенакопления. Поэтому мы сочли целесообразным

включить эту важнейшую геологическую проблему в монографию

и высказать ряд соображе-

ний, касающихся подходов

к ее решению.

настоящее время суще-

ствуют

две гипотезы, объяс-

няющие различные

оценки

скоростей осадконакопления.

Согласно

первой из них, в

явном виде сформулирован-

ной еще в работах Г. Штилле,

И. Умбгрова и А. Холмса,

скорости осадконакопления

как в геосинклинальных об-

ластях,

так и на платфор-

мах

направленно возрастают

во

времени. Это явление упо-

мянутые ученые, а впослед-

1600

1400

1100

1000

800

T •c

•600

406

•D

ZOO

I I I I

100

200 JOO 400 500

млилет

ствии Л. И. Салоп

[265],

Рис. 65. Максимальные мощности гео-

- Келлер [139] и другие

логических

систем на 1 млн. лет

[410].

связывали С ростом темпа

тектонических движений, ко-

торые

в силу сокращения более молодых тектонических циклов

сравнении с более древними вызывали ускоренное протекание

всех

геологических процессов, в том числе и процессов осадко-

накопления. Характер и направленность изменения скоростей

осадконакопления во времени хорошо видны на рис. 65, который

мы

заимствовали из работы Дж. Гиллули

[410],

хотя в пей этот

график использовался для опровержения рассматриваемой ги-

потезы

рассуждениями «от противного».

Заметим,

кстати, что показанная на рис. 65

тенденция

роста

скоростей осадконакопления во времени, на которую впоследствии

неоднократно опирались многие геологи, аргументируя свои

логические построения, на самом деле может отражать совсем

другую тенденцию — меру сохранности разрезов более древних

осадочных образований в сравнении с более молодыми. Ясно, что

это

положение нуждается в специальных доказательствах. Однако

уже

сейчас нельзя с полной уверенностью утверждать, что кривая

на рис. 65 характеризует именно рост скоростей осадконакопле-

ния. Действительно, В. Е. Хаин [315] отмечает, что древнейшие

породы, возраст которых оценивается около 3,5 млрд. лет, сохра-

пились

только в составе щитов древних платформ. Причем площадь

выходов

этих пород обычно невелика. Они представляют собой

ядра консолидации древнейших платформ. Плохо сохранились

—I

1 1 ! 1 L I I I f I

100

200JOO400

500

100

200JOO

400

500

млн. лет

I I I I I , I I I I I 1

100

200J00400

500

100

200JOO400

500

млн.лет

Рнс. 66.

Изменение

скорости

осадконакопления

во времени

[220].

Продолжительность подразделений

мощности:

а — по

данным

Дж.

Гиллули

[4J0],

— по

данным Комиссии

по

абсолютному возрасту (мощности

по Дж.

Гиллули),

в — па

М,

Кэю U66],

г — по

данным Комиссии

по

абсолютному возрасту, 1964

г.

(мощности

по

Кэю

[166]).

(в

виде срединных массивов) так называемые протоплатформы,

заложенные в кеноранскую эпоху диастрофизма. Разумеется,

отмеченная закономерность не может быть полностью перенесена

на осадочные породы фанерозоя, если учитывать незначительную

долю этого этапа от общей продолжительности геологической

истории земной коры. Однако сам факт существования этой

тенденции

подтверждает правомочность (но не обязательно

справедливость) той интерпретации графика Дж. Гиллули (рис. 65),

которую мы высказали.

Вторая

гипотеза родилась в качестве своеобразной альтерна-

тивы первой, и автором ее, скорее всего, является американский

геолог Дж. Гиллули, который в своей длительной полемике

Г. Штилле пытался обосновать недоказуемость и необоснован-

ность исходных положений рассматриваемой нами первой гипо-

тезы.

В противовес он высказал тезис о том, что нет оснований

для утверждения о направленном росте в ходе геологического

развития земной коры интенсивности тектонических движепий

и процессов горообразования, а следовательно, и роста скоростей

осадконакопления.

Таким образом, согласно второй гипотезе темп осадконакопле-

ния существенно не менялся в течение фанерозойского этапа

развития земной коры. Здесь прежде всего надо отметить Дж. Гил-

лули

[410] и М. Кэя

[166],

которые используя большой факти-

ческий

материал по максимальным мощностям отложений всех

геологических систем

начиная

с кембрия и геохронологические

датировки этих систем, показали, что хотя и отмечается опре-

деленная

тенденция

роста скоростей осадконакопления во

вре-

мени, но доверять этой

тенденции

не приходится по ряду

причин.

На анализе этих

причин

мы еще остановимся. Пока лишь

отметим,

что, с позиций М. Кэя

[166],

важнейшими являются

методика отбора и представительность фактического материала,

также точность определения абсолютной продолжительности гео-

логических периодов.

Так,

М. Кэй [166] считает, что необходимо сравнивать одина-

ковое

число разрезов по одним и тем же интервалам времени,

характеризующим одинаковый тип геосинклиналей. К тому же

выводу пришла впоследствии и М. Е. Раабен

[220].

Из рис 66

следует, что значения скоростей осадконакопления изменяются

и выявленные ранее

тенденции

исчезают либо при изменении

данных по максимальным мощностям отложений, либо при вне-

сении

корректив в датировки геологических периодов.

СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ

Попытаемся обосновать, что проблема роста скоростей осадко-

накопления

в ходе геологической истории земной коры относится

к разряду тех

«вечных»

геологических проблем, для которых

отсутствует

единственное решение, так как любые вновь выдвига-

емые аргументы, даже подтверждаемые фактическим материалом,

не могут восприниматься в качестве доказательства, ибо всегда

найдутся (и находятся) контрдоводы, также базирующиеся на

фактических данных, которые им противоречат *.

Легко понять, что

данный

тезис выражает в других терминах сущность

второй гипотезы, которая отстаивается в работах Дж. Гиллули, М. Кея,

М.

Е. Раабен и других геологов.

Для доказательства этого положения рассмотрим следующие

вопросы:

а) определение исходных понятий, б) общая формули-

ровка

проблемы, в) методика оценок скоростей, г) периодизация

тектонической истории Земли, д) шкала абсолютной геохроноло-

гии, е) представительность геологических разрезов, ж) скорости

современного осадконакопления, з) некоторые фактические данные.

Определение исходных понятий. Будем различать три скорости:

седиментации, осадконакопления (аккумуляции) и формирования

разрезов

осадочных толщ. Помимо этого будем учитывать, что

скорости вертикальных колебаний дна бассейна седиментации

лишь частично, а не всегда соответствуют скоростям накопления

осадков.

Это соответствие реализуется только в прибрежно-

морских условиях, в результате чего формируются толщи, ком-

пенсирующие за достаточно продолжительный отрезок времени

нисходящие тектонические колебания дна бассейна.

Скорость

седиментации — скорость выпадения частиц в осадок

из водной или воздушной среды. В зависимости от размера частиц

и применительно к водным условиям она измеряется на основе

законов Стокса (для частиц << 0,04—0,05 мм) либо Ньютона —

Риттенгера (если Md j> 0,05 мм). Скорость седиментации суще-

ственно зависит от значений вязкости воды и ускорения свобод-

ного падения. Для фанерозойского отрезка времени эти величины

можно считать неизменными. По крайней мере, если и отмечается

тенденция к изменению одной из них

[278],

то неизвестно, каким

образом

вела себя сопряженная постоянная, а потому для утвер-

ждения о существенном

влиянии

на скорость седиментации вари-

аций во времени ускорения свободного падения и вязкости воды

нет оснований. К оценке интересующей нас проблемы даппое

понятие имеет лишь косвенное отношение.

Скорость

осадконакопления (аккумуляции) определяет темп

формирования мощностей единичных слоев либо в пределах

постоянных тектонических условий — слоев в рамках отдельных

свит,

в значительной мере зависит от скорости денудационных

процессов, а при условии компенсированного прогибания дна

бассейна осадконакоплением равна скорости денудации. При не

компенсированном осадконакоплением тектоническом режиме

бас-

сейна скорость аккумуляции в конкретной зоне всегда меньше

скорости денудационных процессов. Если строго придерживаться

смысловой нагрузки, вкладываемой в это понятие, то разрезы,

представляющие ту или иную систему фанерозоя, должны быть

прежде всего проанализированы с палеогеографических позиций

целью уточнения характера компенсации осадками тектони-

ческого режима в соответствующий отрезок времени.

Скорость

формирования разрезов осадочных толщ характери-

зует

интенсивность наращивания разреза во времени. Если осадко-

накопление компенсирует прогибание земной коры, то скорость

формирования разрезов тождественна скорости аккумуляции осад-

ков.

Если нет, то скорость наращивания разреза в общем случае

не зависит от интенсивности колебательных движений, а зачастую

(например, флишевая формация) вообще с

ними

не связана. В этих

случаях скорость осадконакопления и скорость формирования

разрезов

не однозначно соответствуют друг другу. Более того,

образование фиксированной части разреза (например, в пределах

яруса),

отнесенное на

единицу

времени, соответствующую дати-

ровке этого яруса, может не характеризовать ни скорость осадко-

накопления, ни скорость нарастания мощности разреза

[239],

определяться чисто седиментологическими факторами, и в ча-

стности (при образовании мощностей

единичных

слоев) скоростью

седиментации.

Поэтому ясно, что для

оценки

достоверности результатов по

изменению скоростей осадконакопления в ходе геологической

истории необходимы разрезы, соответствующие компенсирован-

ному накоплением осадков тектоническому режиму земной коры.

Однако практически такие разрезы, тем более представляющие

целые геологические системы, получить не удается. Поэтому для

решения поставленной задачи, как правило, использовались

максимальные мощности отложений вне зависимости от их гене-

зиса,

против чего решительно возражал М. Кэй

[166].

При этом

оценивалось, строго говоря, не изменение скоростей осадконако-

пления,

а изменение темпов наращивания разрезов осадочных

толщ.

Такая интерпретация проблемы также правомочна, только

данном случае ускользает явная связь с тектоническим режимом

бассейна седиментации.

Общая формулировка проблемы. Сформулируем интересующую

нас проблему следующим образом. В предположении, что изве-

стна глобальная стратиграфическая периодизация геологической

истории земной коры, а скорость осадконакопления, соответству-

ющая

каждому стратиграфическому периоду фанерозоя, интер-

претируется как максимальное приращение мощности разреза

за

1 млн. лет, необходимо оценить

величины

этих скоростей для

каждого периода.

Из самой постановки проблемы должно быть ясно, что речь

идет о скоростях осадконакопления в глобальном масштабе, т. е.

о максимальных для данной системы величинах скоростей вне

зависимости от регионального распространения отложений этой

системы. Например, в расчетах М. Кэя [166] кембрий предста-

вляли разрезы Марокко, ордовик — разрезы Австралии, силур —

разрезы

Канады и т. д. В дальнейшем мы на конкретном факти-

ческом материале по ряду регионов СССР покажем, что скорости

осадконакопления, вычисленные с учетом сугубо регионального

подхода к анализу фактического материала, в значительной мере

отражают

общую направленность геологического развития ре-

гиоца п неплохо увязываются с соответствующими эпохами тек-

тоно-магматической активности, а вот проследить за

тенденцией

изменения скоростей осадконакопления на региональном уровне,

естественно, не удается.