Случаи, осложняющие применение палеонтологического метода в стратиграфии

Все возникающие трудности использования палеонтологического метода обусловлены двумя причинами:

1. Отсутствие или недостаточность палеонтологических данных, т. е. бедность рассматриваемых отложений окаменелостями или плохой их сохранностью, не допускающей точного определения.

2. Комплексы ископаемых необычного или аномального состава. При всем разнообразии причин, вызывающих образование подобных комплексов, они могут быть сведены к двум главным причинам:

— характерные особенности аномального ориктоценоза являются первичными и они возникли еще в процессе формирования соответствующей биоты.

— группа фаунистических и флористических комплексов аномального состава обязана своим возникновением не процессам развития соответствующей биоты, а явлением переноса остатков организмов до их захоронения или переотложениям окаменелостей, вымытых из более древних отложений.

Осложняющие факторы первичного характера

Осложняющие факторы эволюционного характера.

Затруднения в этом случае могут быть связаны с возникновением «симулирующих форм», т. е. сходных форм организмов, которые появляются в разных филогенетических ветвях и в разное время.

Такие формы могут появляться за счет явлений конвергенции и параллелизма.

Конвергенция — приобретение сходных признаков неродственными организмами в сходной среде. В этом случае сходство возникает за счет сходной среды обитания, различия за счет неродственного происхождения. При конвергенции сходные изменения происходят в немногих органах, обычно сходство касается внешнего облика (рыбы, дельфины, ихтиозавры).

Параллелизм — независимое приобретение сходных признаков родственными организмами (сходство за счет общности происхождения и условий). Это явление широко распространено в органическом мире и создает более серьезные трудности, чем конвергенция. При параллельном развитии близкородственных форм возникает более глубокое сходство. А если симулирующие формы в разных филогенетических ветвях появляются в разное время, на различных стратиграфических уровнях, то это становится причиной серьезных ошибок при определении возраста.

Осложняющие факторы, связанные с расселением.

Эндемичные формы и комплексы. Для стратиграфии наибольший интерес представляют формы, имеющие широкое распространение (обширные ареалы), особенно при удаленных корреляциях. Но в природе нередки формы с узким ареалом распространения — эндемики, присутствие которых затрудняет стратиграфическую корреляцию. Возникновение эндемиков может происходить двумя путями. В одном случае — за счет сокращения первично обширного ареала древней вымирающей группы. Представители этой группы сохраняются в убежищах, в результате изоляции — на островах или во внутренних частях гор. Такие организмы называются палеоэндемиками, или реликтовыми эндемиками.

В геологическом прошлом эндемизм имел широкое распространение. В таких случаях (по эндемичным формам) возраст устанавливается за счет форм, имеющих более широкое распространение, или по переходным комплексам,

Суперститовые формы и комплексы. Так называются формы древнего облика, находящиеся в более молодых отложениях, чем те, для которых они обычно характерны, что, естественно, может ввести в заблуждение.

Рекуррентные фауны. Под рекурренцией понимают повторное появление одних и тех же форм (комплексов) на разных стратиграфических уровнях. Это происходит вместе с повторением условий (фаций), благоприятных для определенных фаун.

Гетерохромное распространение форм и комплексов. Это явление связано с расселением фаун. Время появления (первое появление) одних и тех же комплексов будет отличаться в разных областях. Появляются фауны (и флоры) в одном месте, а затем расселяются по другим территориям.

Переотложенные ископаемые органические остатки

Случаи нахождения переотложенных ископаемых органических остатков можно свести к следующим основным типам: 1) переотложенные глыбы и обломки пород, содержащие ископаемые остатки организмов; 2) переотложение ископаемых и их комплексов; 3) нахождение во вторичном залегании ископаемых, переотложенных из более молодых отложений, вмыв.

Смешанные фаунистические и флористические комплексы обусловлены конденсацией разрезов. Если фаунистические и флористические ассоциации представляют собой смешанные комплексы ископаемых, характеризующиеся совместным присутствием в одном слое разновозрастных форм, которые в условиях нормального разреза встречаются в нескольких последовательно залегающих фаунистических или флористических зонах, то это чаще всего может быть обусловлено явлением конденсации разреза, или «сгущения» зон.

Редуцированные разрезы характеризуются резким сокращением мощности отдельных членов разреза при сохранении их самостоятельности. Иногда такие разрезы также называют «конденсированными (condensed104)», что является не вполне подходящим (рис. 11).

1. В качестве конденсированного разреза в собственном смысле слова следует понимать случаи совместного нахождения в одном слое представителей, характерных для нескольких различных, хотя и близких по возрасту, зональных комплексов фауны и флоры

2. Явление конденсации разреза в вышеприведенном понимании может быть вызвано замедленным, хотя в общем непрерывным, осад-конакоплением в условиях так называемых «голодающих бассейнов» (starved basins105).

3. Конденсация разреза может возникать также в результате прерывистого осадконакопления, сопровождавшегося частичным растворением (размывом) ранее образовавшегося осадка.

4. От конденсации разреза в строгом понимании этого термина следует отличать явление редуцированного разреза, характеризующегося аномально малой мощностью отдельных биостратиграфичоских горизонтов при отсутствии смешения зональных форм, присущих различным стратиграфическим уровням.

 

104 См. раздел «Секвентная стратиграфия».

105 В американской геологической литературе данное выражение употребляется для обозначения осадочных бассейнов, характеризующихся более маломощным разрезом отложений по сравнению соседними областями, вследствие того, что скорость погружения была значительно большей, чем скорость осадконакопления.

 

Рис. 11. Схема формирования конденсированных слоев (по Д. Л. Степанову

и М. С. Месежникову)

5. Фаунистический комплекс (ориктоценоз) конденсированного слоя часто представляет собой ассоциацию ископаемых, не отражающих состава прижизненного сообщества (биоценоза). В подобных ориктоцено-iax могут присутствовать геологически разновозрастные элементы106.

Турбидиты. Значительная роль в образовании смешанных как гетерофациальных, но одновозрастных, так и разновозрастных комплексов органических остатков, принадлежит турбидным, т. е. мутьевым или суспензионным, потокам. Их отложения — турбидиты — широко распространены на дне современных океанов, где образуются обычно на глубинах свыше 2000 м.

Глубоководные турбидиты нередко содержат переотложенные остатки мелководной фауны и наземной флоры, снесенные мутьевыми потоками с прилегающих поднятий.

106 Подобные ассоциации ископаемых остатков получили название «сеmеtery» — кладбище.

 

8.2. Литостратиграфия (литологический метод)

Литологические критерии являются ведущими при установлении границ и определения объема местных стратиграфических подразделений, т. к. только они одни, как правило, содержат наглядные, хорошо устанавливаемые непосредственно на месте признаки, по которым выделяются и прослеживаются эти подразделения.

Выделение в разрезах и последующее прослеживание характерных слоев или определенных их группировок является наиболее распространенным методом как при геологическом картировании обнаженных (открытых) районов, так и при изучении закрытых территорий по материалам горных выработок. Суть метода состоит в том, что изучаемый разрез делится определенным образом исходя из состава, окраски, текстуры, характера включений и т. п. на ряд слоев, пачек или свит, отличающихся по этим признакам от выше- или нижележащих подразделений. Затем установленные стратоны прослеживаются последовательно все далее и далее от исходного разреза до тех пор, пока такое прослеживание оказывается возможным.

Слои выделяются по составу (песчаники, аргиллиты и т. п.), пачки и более крупные подразделения объединяют по какому-нибудь одному характерному признаку. Например, пласт можно выделить по составу, при этом слоистость будет меняться как по разрезу, так и по простиранию.

Пример расчленения и корреляции двух разрезов, удаленных друг от друга, приведены на рис. 12, где А, Б, С — коррелируемые свиты.

Принципиальная возможность выделения примерно изохронных границ местных стратонов обеспечивается объективным существованием крупной периодичности и неповторимостью эволюции осадконакопле-ния, закономерной сменой внутри циклов динамических комплексов или трансгрессивной, инундационной107, регрессивной и эмерсивной108 стадий, отвечающих по объему этим подразделениям, а также наличием более мелких циклов внутри стадий.

К числу основных литологических критериев относятся:

• изменения в разрезах осадочных толщ петрографических типов пород и их минералогических особенностей, характера слоистости и других текстурных параметров, первичной окраски, состава конкреций, остатков организмов;

• изменения характера цикличности109 строения разреза;

• наличие перерывов осадконакопления.

 

107 Инундация — максимум трансгрессии.

108 Эмерсия — максимум регрессии.

И как обобщение всех этих данных — смена литогенетических типов отложений, обусловленная сменой соответствующих им фациальных обстановок. Палеонтологические остатки при литологическом расчленении разрезов и выделении местных стратонов используются главным образом в качестве характерного компонента вещественного состава пород и одного из наиболее важных показателей палеогеографических условий осадконакопления.

Нередко литологические критерии расчленения сводятся лишь к обобщённым различиям петрографического состава смежных толщ. Подобное обеднение литологического метода приводит к значительным ошибкам при прослеживании местных подразделений — свит (подсвит), серий, комплексов. В этих случаях возникает потребность в выделении более дробных, вспомогательных единиц— слоев, пакетов, пачек и др.

Общей особенностью местных (литостратиграфических) подразделений является их внутреннее единство — принадлежность к какому-либо литогенетическому типу отложений и соответственно к определенной фациальной палеообстановке, по смене которых и проводятся границы этих подразделений. В иерархической системе местных стратонов должны иметь место преемственность и последовательная детализация литолого-фациальных признаков, по которым устанавливается каждое из подразделений.

Следует помнить о том, что даже внутри одного района сходные условия могут возникать (существовать) неодновременно. За счет этого границы свит при прослеживании их на значительном расстоянии не будут строго одновозрастными. Это явление достаточно широко распространено и носит название «диахронности» границ, или «возрастное скольжение границ»110. Проще всего это можно показать на примере образования трансгрессивных или регрессивных толщ (рис. 13).

 

В случае трансгрессии происходит «омоложение свиты» от центра бассейна к его периферии. В случае регрессии соотношение будет обратным.

В достаточно контрастных разрезах, характеризующихся многопорядковой цикличностью, расчленение разрезов преимущественно связано с выделением свит. Свиты выделяются как элементы крупных (обычно 3-го порядка, считая от элементарных) циклитов, как комплекс отложений, сформировавшийся в определенной зоне древнего седиментационного бассейна (СБ). Подсвиты выделяются по подчиненным основному признаку критериям. Пакеты могут быть выделены в объеме элементарных циклов, или мезоциклитов. В пачки могут быть выделены элементы конкретных циклитов. И чем дробнее подразделение, тем более однородно оно в фациальном и литологическом отношении.

Для расчленения монотонных толщ без четко проявленной цикличности строения или литологической дифференцированности используется способ расчленения по маркирующим горизонтам. Выявление питологофациальных различий, сколь незначительны бы они были, всегда существенно облегчает опознание свит. Маркирующими горизонтами могут служить любые хорошо опознаваемые, выдержанные по простиранию, маломощные слои, существенно отличающиеся от основной массы пород.

Для расчленения однообразных по строению мощных толщ кремнистых, терригенных или карбонатных пород, в которых выделение свит невозможно, в качестве картируемых местных стратонов могут быть установлены либо зоны по биостратиграфическим (обычно микропалеонтологическим) данным, либо толщи по геохимическим, геофизическим и другим критериям.

В зарубежной геологической практике в качестве картируемых местных подразделений широко используются формации, выделяющиеся исключительно по литологическим признакам, которые «...секут временные границы, границы распространения ископаемых организмов и границы других стратиграфических подразделений», т. е. имеют различный возраст в разных местах распространения и, таким образом, казалось бы, принципиально отличаются от свит.

Приемы описания и изучения литологических характеристик осадочных толщ даны в ряде фундаментальных работ и в курсе лекций по литологии, поэтому в настоящей главе рассматривается только их роль при выделении тех или иных стратиграфических подразделений.

 

8.2.1. Петрографический состав

Петрографический состав отложений — это одна из главных характеристик, по которой проводится выделение местных стратиграфических подразделений.

При более сложном петрографическом составе смежных толщ, и особенно при наличии постепенных переходов между ними, проведение границ связано с определенными трудностями. Наиболее часто границы местных подразделений проводятся по появлению каких-либо характерных петрографических разновидностей пород. Слой, по которому проводится граница, должен легко опознаваться в поле и хорошо прослеживаться. В силу этого он не всегда соответствует первому появлению в разрезе данной петрографической разновидности. Переходную пачку, где уже наблюдаются отдельные элементы нового состава, принято относить к нижнему из двух смежных подразделений.

В циклично построенных толщах стратиграфическое разграничение местных стратонов может проводиться по изменению соотношений петрографических типов пород в составе элементарных цикли-тов. Четкого разграничения степени литологических отличий для выделения разных таксонов местных подразделений привести нельзя, т. к. они специфичны для различных типов отложений разных геоструктурных зон.

 

8.2.2. Слоистость

Слоистость также служит одним из основных критериев расчленения и прослеживания осадочных толщ. Под слоем понимается геологическое тело, сложенное петрографически однородным материалом, ограниченное более или менее плоскими поверхностями наслоения. Однородность петрографического состава в пределах слоя относительна.

Мощность слоев может быть различна от первых сантиметров до нескольких метров, но обычно не превышает 1 м. Различно и распространение их по площади.

Не целесообразно выделение слоев по совершенно различным признакам, а зависимости от детальности и целей исследования. Интервалы разреза, объединенные какими-либо минералогическими признаками, содержащие определенные остатки организмов, полезные ископаемые и т. п. следует именовать терминами свободного пользования — пласты, толщи, горизонты определенного состава и привязывать их к слоям как естественным элементарным подразделениям осадочных толщ.

Главным в определении границ слоя является наличие четких поверхностей наслоения. Образование этих поверхностей связано в большинстве случаев с механизмом элементарных колебательных движений, проявляющихся во времени неравномерно. Накопление слоя отвечает относительно стабильному этапу осадконакопления, а образование поверхности наслоения — быстрому, скачкообразному изменению условий седиментации. Изменение условий седиментации может быть связано с самыми разными процессами.

Постепенный переход по латерали одного слоя в другой имеет место при отсутствии эрозионных контактов и не исключает выклинивания отдельных слоев при приближении к области сноса.

Концепция слоеобразования, основанная на вышеупомянутом принципе, позволяет проводить катенный112 анализ, с помощью которого можно преодолевать фациальные барьеры и послойно сопоставлять отложения разных фациальных зон, прослеживая одновозрастные, но различные по составу катены (цепи) слоев. Для проведения такого анализа необходимы послойное описание и сопоставление полных разрезов изучаемого стратиграфического интервала в пределах всей его мощности, а не по отдельным маркирующим горизонтам, комплексность наблюдений с учетом изменения всех литологических особенностей, характера захоронения органических остатков.

Различия в характере слоистости смежных толщ, обусловленные изменениями тектонического режима и обстановок осадконакопления, обычно устойчиво сохраняются в пределах одной или даже нескольких структурно-фациальных зон. Это позволяет широко использовать их для выделения и прослеживания местных подразделений.

Помимо традиционной трактовки слоистости как текстуры осадочных толщ, т. е. способности делиться на слои, под слоистостью понимается также внутренняя текстура слоев, для которых Н.Б. Вассоевичем были введены специальные термины «слойчатость113» и «слоеватость114», весьма широко применяемые в геологической литературе и практике. Учет слойчатости и слоеватости при стратиграфических исследованиях позволяет предвидеть степень выдержанности по площади тех или иных слоев, оценивать направленность фациальных и, наконец, выделять местные подразделения по этим признакам.

113 Слойчатость представляет собой первично-горизонтальное или наклонное расположение слойков и их серий в пределах слоя.

114 Слоеватость проявляется в петрографически однородных слоях и выражается в различной наклонной или горизонтальной ориентировке уплощенных компонентов породы: галек конгломератов, слюдистых минералов, растительного детрита, скелетных обломков организмов и др.

115 Сингенетический (сингенетичный) [ow (син) — вместе] — совместно или одновременно образовавшийся.

116Аутигенный — образовававшийся на месте нахождения (in situ).

 

8.2.3. Окраска

Первичная окраска осадочных толщ, отражая особенности вещественного состава пород и физико-химические условия осадконакопления, является одной из самых наглядных их особенностей. Для стратиграфических целей представляет интерес как унаследованная (т. е. обусловленная цветом обломочных компонентов пород), так и сингене-тичная115 (т. е. связанная с окраской аутигенных116 минералов цемента) окраска.

 

8.2.4. Перерывы в осадконакоплении

Перерывы в осадконакоплении выражены несогласиями117 и являются наиболее четкими рубежами, по которым устанавливаются границы местных стратиграфических подразделений. Распознавание и учет неполноты геологической летописи чрезвычайно важны также для прослеживания и корреляции этих стратонов.

Наиболее четкая морфологическая классификация перерывов предложена К. Данбаром и Дж. Роджерсом (рис. 14). Согласно этой схеме различаются: 1) несогласное перекрытие слоистыми толщами пород фундамента; 2) угловое структурное несогласие между слоистыми толщами; 3) параллельное несогласие, предполагающее совпадение элементов залегания контактируемых толщ, наличие ярко выраженной эрозионной поверхности между ними и срезание ряда слоев нижней толщи; 4) скрытое несогласие, сопровождающееся выпадением какой-либо части разреза. 8 отдельных случаях наличие такого несогласия может быть установлено биостратиграфическими методами, часто же этого сделать не удается и перерыв фиксируется следами разрушения литифицированного осадка.

117 Несогласие может быть эрозионным — наличие поверхности размыва, стратиграфическим — выпадение некоторых горизонтов, тектоническим — угловое несогласие и литологическим — изменение минерального состава пород.

Длительность отмеченных перерывов различна, но в целом уменьшается от 1-го типа к 4-му. Различна также и степень диахронности поверхностей перерыва: наибольшая в случае несогласного перекрытия пород фундамента и углового структурного несогласия и, как правило, наименьшая для параллельных и скрытых несогласий. По площади в пределах седиментационного бассейна может наблюдаться переход от одного типа несогласий к другому. Например, скрытые несогласия, характерные главным образом для центральных частей бассейнов, в краевых частях могут сменяться паралелльными и т. д.

 

8.2.5. Цикличность ¹¹⁸

Повторяемость близких по составу и направленности изменений стратифицированных толщ в осадочной оболочке Земли известна давно и уже более 100 лет используется в целях расчленения и корреляции этих отложений. Основой применения цикличности для расчленения осадочных толщ служит четкость границ циклично построенных толщ, выражающаяся в зависимости от масштабов проявления цикличности в наличии региональных перерывов, фаз складчатости и магматизма, приостановке осадконакопления, резкой смене вещественного состава, смене вещественного состава, смене трансгрессивной или регрессивной направленности процессов седиментации и т. д.

Итак, характерной особенностью отложений, которые называются цикличными, является повторение в разрезе литологических элементов (рис. 15).

 

118 Некоторыми авторами использование цикличности (ритмичности) для стратиграфических целей рассматривается как отдельный метод — ритмостратиграфия (циклостратиграфия). Мы же будем рассматривать стратиграфическое значение цикличности (ритмичности) в рамках литологического метода.

 

Весьма существенная роль цикличности для корреляции определяется относительной синхронностью циклитов на значительных площадях, что, в свою очередь, обусловлено региональной, а иногда и планетарной природой этого явления, связанной с изменениями климата, эвстатическими колебаниями уровня моря119, тектоническими колебательными движениями и проявлением фаз складчатости.

Под циклом понимается «...единичный последовательный ряд чем-либо связанных между собой явлений. В цикле выделяются фазы, стадии, этапы». Цикл может быть единичным, но обычно сходные процессы повторяются во времени, что дополняет свойства цикличности. Ритмичность, в отличие от цикличности, обязательно предусматривает равномерную одинаковую повторяемость периодических явлений. Ритмичность — это частное проявление цикличности. Для вещественного выражения цикличности Ю.Н. Карогодиным предложен термин «циклит». Он считается наиболее удачным. Иерархическая система циклов и, соответственно циклитов может вводиться с указанием порядков (I, II, 111 и т. д.). Нумерацию их удобнее вести от наименьших единиц (элементарных циклитов) к более крупным. Такая система обозначений хорошо определяет начало отсчета.

 

Расчленение отложений на основе анализа их цикличного строения

Критерии выделения циклитов разного порядка в своей основе отличаются от критериев выделения картируемых местных стратиграфических единиц: свит, подсвит, слоев, пакетов, пачек и др. В соответствии со Стратиграфическим кодексом России все перечисленные стратоны состоят из ограниченных по разнообразию комплексов горных пород, характеризующихся определенной общностью фациального состава. Циклостратиграфические подразделения, наоборот, в общем случае предполагают существенную разнофациальность отложений в вертикальном разрезе и не могут отождествляться с картируемыми стратиграфическими единицами, а являются главным образом инструментом для их выделения и прослеживания.

Циклиты I порядка (микроциклиты) представляют собой наименьшие, элементарные подразделения, которые могут быть определены как однократное, не повторяющееся по направленности изменений сочетание слоев нескольких типов пород. По строению они могут быть симметричными или асимметричными, по соотношению фаций — регрессивными, трансгрессивными и однородными. Регрессивными являются циклиты, у которых верхняя часть формировалась в условиях более близких к континентальным, чем нижняя, у трансгрессивных — наоборот Однородными называются циклиты, образование которых происходило в пределах одной фации.

 

119 Эвстатические колебания уровня моря — изменение уровня моря в Мировом океане, происходящее в результате развития или таяния ледяных покровов, вытеснения вод накопляющимися осадками или по другим нетектоническим причинам.

Границы элементарных циклитов целесообразно проводить по наиболее четким рубежам.

Циклиты II порядка (мезоциклиты) состоят из набора микроциклитов или нескольких пачек сравнительно однородных пород с определенной направленностью их изменений.

Циклиты III порядка (макроциклиты) образованы рядом мезоциклитов или набором относительно однородных по.внутренней структуре толщ.

Циклиты IV (мегациклиты) и V (магнациклиты) порядков используются для выделения свит главным образом в паралических отложениях.

 

Корреляция отложений по циклам осадконакопления

Существующие методики корреляции осадочных отложений по цикличности в значительной степени зависят от типа отложений, положения их в схеме фациальной зональности палеобассейнов и разработаны с различной полнотой для разных типов толщ.

Наиболее эффективно в качестве ведущего метода для корреляции флишевых и флишоидных толщ, ленточных глин и соленосных отложений применяется анализ пространственного распределения различных порядков цикличности. Общими положениями для корреляции всех мелкоритмичных толщ, сложенных сравнительно ограниченным набором повторяющихся в разрезе разновидностей пород, являются петрографическая типизация отложений с учетом всех текстурных особенностей, статистический анализ состава и мощностей элементарных ритмов и степени их асимметрии.

Вторую группу осадочных толщ, для которых цикличность является основным методом корреляции, составляют угленосные паралические и континентальные отложения.

Корреляция по цикличности мелководно-морских и лагунно-морских карбонатных отложений предполагает проведение типизации отложений по первичным седиментационным признакам: минеральному составу, структуре, слоистости, поверхностям наслоения толщ, остаткам фауны и флоры, наличию диагенетических конкреций и т. п.

Монотонные карбонатные, сульфатно-карбонатные, кремнисто-сланцевые толщи, в которых не обнаруживают закономерные повторения сходных литологических разновидностей, расчленяются при выявлении в них скрытой периодичности. Она может быть установлена на основании геохимического распределения элементов и соотношения породообразующих минералов.