Корреляция по терригенным компонентам

Корреляция немых осадочных толщ по терригенным компонентам проводится с учетом данных по тяжелым, легким минералам и отдельным минеральным видам с детальным изучением типоморфных¹²⁰ особенностей минералов.

При корреляции по минералогическим данным используются «характерные», или «руководящие», минералы, ассоциации (комплексы) минералов, встречающиеся в одном каком-либо интервале или толще и отсутствующие в других, и вместе с тем являющиеся устойчивыми на значительных по размерам площадях. Другими словами, используются минералы (или комплексы минералов), содержание которых по вертикали сильно меняется (до полного исчезновения), но вместе с тем постоянно в каких-либо горизонтах на значительной площади.

Можно провести аналогию между «руководящими» минералами или ассоциациями и руководящими окаменелостями или фаунистическими комплексами, только не следует забывать, что последние уникальны в истории развития Земли, а ассоциации минералов, конкреции и другие минералогические признаки могут повторяться. Правда, и здесь нельзя говорить о простом повторении (тождественности), т. к. условия осадконакопления тоже существенно меняются с течением времени.

Возможность корреляции по терригенным компонентам основана на закономерной связи между тектогенезом и осадконакоплением, а также на закономерностях формирования рельефа.

Самый простой частный пример — когда при размыве суши на примыкающем к ней дне морского (водного) бассейна отлагаются осадки с минеральными ассоциациями, расположенными в обратном порядке: более молодые верхние толщи суши дают материал для наиболее нижних — древних слоев осадка и наоборот. Более подробные примеры можно найти в «Петрографии осадочных пород» Н.В. Логвиненко.

Корреляция по терригенным компонентам возможна только в пределах одной и той же терригенно-минералогической провинции¹²¹, т. е. в отложениях, образовавшихся за счет размыва одного и того же комплекса горных пород и содержащих одну и ту же ассоциацию обломочных минералов.

 

120 Т. е. типичных (характерных) для определенных условий образования.

121 Терригенно-минералогическими, или простыми терригенно-минералоги-ческими провинциями называются области седиментации (как современные, так и ископаемые), охарактеризованные одним комплексом легких и тяжелых минералов и связанные с одной питающей провинцией. Под сложной терригенно-минералогической провинцией понимают области, получающие свой материал из нескольких питающих провинций (В. П. Батурин, 1937).

 

Осложняющим фактором при корреляции осадочных толщ в пределах одной терригенно-минералогической провинции является дифференциация вещества в процессе переноса и отложения, а также наличие терригенно-минералогических фаций123.

Корреляция по терригенным компонентам невозможна без учета цикличности седиментации.

 

Геологические методы оценки относительного возраста

Принципы (законы) относительной геохронологии сформулированы в XVIII в. Дж. Геттоном:

• «Закон пересечений»: секущая магматическая порода всегда моложе той породы, которую она пересекает.

■ «Закон включений»: включение всегда древнее вмещающей породы.

 

Определение относительного возраста магматических пород

Ввиду того, что магматические породы не содержат органических остатков, их относительный возраст определяется косвенным путем исходя из взаимоотношении с осадочными породами'".

При определении относительного возраста слоистых вулканических и вулканогенно-осадочных пород применяются общие принципы стратиграфии (принцип Н. Стенона, принцип Гексли, принцип С.В. Мейена), т. к. по характеру залегания и взаимоотношению с осадочными породами они принципиально не отличаются от последних. Чаще всего их возраст определяется исходя из возраста подстилающих и перекрывающих осадочных пород, содержащих остатки ископаемой флоры и фауны.

Сложнее определить возраст интрузивных пород и дизъюнктивных нарушений. Интрузивные породы в большинстве случаев прорывают осадочные толщи, могут располагаться между слоями вмещающих пород или пересекать их. В этих случаях возраст интрузивных пород будет моложе возраста вмещающих пород. Но в данном случае можно установить только нижний предел геологического возраста интрузивных пород. Для более точного определения возраста необходимо исследовать участки, где кровля интрузивного тела перекрывается осадочными или вулканогенно-осадочными породами, возраст которых известен. В том случае, когда на контакте между интрузивными и перекрывающими осадочными образованиями отсутствуют признаки контактного метаморфизма, возраст интрузивного тела будет определяться интервалом между возрастом прорываемых отложений и возрастом пород. Как правило, этот интервал оказывается весьма широким.

122 Фации терригенно-минералогические (Пустовалов, 1940) — парагенезы обломочных минералов, возникающие в стадии седиментогенеза под влиянием механической дифференциации вещества и тесно связанные с размерными фракциями и типами осадков.

123 В данном случае мы сознательно опускаем возможность применения палеомагнитного и радиологического метода.

 

8.3.2. Структурный метод

В основе структурного метода лежит идея об одновозрастности проявлений интенсивных тектонических движений и деформаций. Толщи осадочных образований в отдельные моменты геологической истории сминались в складки, размывались, а затем перекрывались более молодыми отложениями. Поэтому расчленение толщ на отдельные слои может осуществляться по поверхностям перерывов и несогласий. Толщи, заключенные между двумя одинаковыми поверхностями несогласий, рассматриваются как одновозрастные. Это метод широко используется для выделения местных подразделений высокого ранга и особенно широко распространен при распространении и сопоставлении докембрийских образований. Следует, однако, иметь в виду, что поверхности несогласий не всегда являются изохронными и при сопоставлении на дальние расстояния это может привести к серьезным ошибкам.

 

Геохимический метод

Расчленение и корреляция отложений геохимическим методом основаны на изучении характера распределения и миграции химических элементов в земной коре. Основное внимание при этом уделяется выявлению в разрезах повышенных или пониженных концентраций отдельных химических элементов и границ, отмечаемых резкими перепадами этих концентраций. При изучении литологически однородных толщ, в которых не наблюдается существенных изменений содержания химических элементов, не всегда удается расчленить разрез с достаточной степенью детальности. В этом случае определенную помощь может оказать изучение изменения связей между элементами и образуемых ими ассоциаций.

Применение геохимического метода для расчленения и корреляции отложений основано на учении о миграции, рассеянии и концентрации химических элементов в земной коре, основы которого изложены в работах В.М. Гольдшмита, В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, Н.А. Саукова, А.И. Перельмана и других.

Одно из положений этого учения — представление о всеобщем рассеянии элементов в горных породах земной коры, на фоне которого повышенная концентрация отдельных элементов является закономерным (хотя и необязательным) результатом геохимической миграции атомов.

Характер миграции атомов, или их геохимическая подвижность, зависит от физико-химических свойств элементов и от внешних условий их миграции. Поскольку физико-химические свойства элементов практически постоянны, геохимическая специализация различных типов отложений, выраженная в различной тенденции элементов к накоплению, контролируется почти исключительно внешними условиями миграции.

Если химические элементы расположить в ряд по миграционной способности, то при равных физико-химических условиях их миграции каждый элемент будет занимать в этом ряду строго определенное положение. Изменение внешних физико-химических условий влечет за собой изменение миграционной способности элементов и перестройку ряда их геохимической подвижности. Ряд геохимической подвижности элементов в пределах данного геологического тела всегда отражает условия формирования этого тела. Отсюда следует принципиальная возможность выявления в разрезе на основе геохимических исследований различных по условиям формирования типов отложений и прослеживания этих отложений по латерали.

Значение геохимического метода для стратиграфии, как правило, вспомогательное. Наиболее эффективен геохимический метод для расчленения и корреляции внешне однородных осадочных толщ, слабо охарактеризованных органическими остатками.

 

Климатостратиграфия

(климатостратиграфический метод)

Климат (от греч. klima, родительный падеж klimatos, буквально — наклон; подразумевается наклон земной поверхности к солнечным лучам)— многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под многолетним режимом понимается совокупность всех условий погоды в данной местности за период несколько десятков лет; типичная годовая смена этих условий и возможные отклонения от нее в отдельные годы; сочетания условий погоды, характерные для различных ее аномалий (засухи, дождевые периоды, похолодания и прочее).

Около середины XX в. понятие климат, относившееся ранее только к условиям у земной поверхности, было распространено и на высокие слои атмосферы.

Воздействие географических факторов на климат

Климатообразующие процессы происходят при воздействии ряда географических факторов, основными из которых являются:

1. Географическая широта, определяющая зональность и сезонность в распределении приходящей к Земле солнечной радиации, а с нею и температуры воздуха, атмосферного давления и пр.

2. Высота над уровнем моря.

3. Распределение суши и моря.

4. Орография.

5. Океанические течения.

6. Характер почвы, в особенности ее отражательная способность (альбедо) и влажность.

7. Растительный покров.

8. Снежный и ледовый покровы.

9. Состав воздуха.

Под климатостратиграфией понимается система приемов и методов палеоклиматических реконструкции, предназначенных для дробного (внутриярусного) стратиграфического расчленения и межрегиональной корреляции осадочных образований. Климатостратиграфический анализ существенно увеличивает дробность стратиграфического расчленения осадочных толщ и помогает более надежно коррелировать выделяемые подразделения. Однако ввиду того, что в геологической истории климатические условия часто были неустойчивыми и довольно быстро менялись, этот метод может с успехом применяться и для расчленения более древних отложений, особенно тех эпох и периодов, которые характеризовались быстрой сменой контрастных климатических условий. Практически это ледниковые эпохи в широком понимании, возникавшие на Земле вслед за перемещением крупных по площади материковых глыб в околополюсные широты — поздний рифей, ордовик, пермо-карбон и поздний кайнозой. Наиболее эффективны методы климатостратиграфии для подразделений и корреляции плиоценовых и четвертичных отложений.

Климатостратиграфия — это системный подход, подразумевающий использование комплекса методов (литологического, палеонтологического, геохимического, геоморфологического, изотопного и др.) для установления направленности и амплитуды климатических изменений. Каждый из этих методов сам в какой-то мере способен свидетельствовать о температурном режиме и увлажненности в момент формирования отложений. Но достоверные результаты можно получить лишь при условии их совместного использования.

Исходным в климатостратиграфии является понятие о климатическом цикле. Каждый цикл характеризуется определенным, свойственным только ему распределением тепла, влаги и ландшафтных условий, которые отражаются на составе органического мира, особенностях денудации и аккумуляции осадков. Эмпирическим путем показано, что во времени каждый из параметров климата изменяется по волнообразной кривой, где пики и книксены124 температур предшествуют максимумам и минимумам увлажнения. На этом основании было установлено, что каждый климатический цикл состоит из четырех стадий:

• тепло — сухо;

• тепло — влажно;

• холодно — влажно;

• холодно — сухо.

Эти стадии объединяются в две полуволны: теплую и холодную (теп-лообеспеченность), с одной стороны, и влажную и сухую (увлажненность)— с другой.

Процесс осадконакопления подчиняется климатическому и тектоническому режимам, которые соответственно отражаются на минеральном составе и геохимических особенностях отложений и на находящихся в них органических остатках.

Например, иссушение климата вызывает усиление эрозии и склоновых процессов в речном бассейне точно так же, как и тектоническое воздымание территории. И оба воздействия одинаковым образом будут отражены на гранулометрической кривой и в фациальном облике отложений. Увлажнение климата, наоборот, вызывает тот же отклик в осадконакоплении, что и тектоническое погружение.

Наиболее ярко и отчетливо климатические воздействия проявляются в континентальных и мелководно-осадочных образованиях, возникших в условиях спокойного тектонического режима, а тектонические воздействия оказываются наиболее сильными в подвижных поясах Земли. Поэтому климатостратиграфические исследования преимущественно проводятся для платформенных областей.

Главный фактор, осложняющий климатостратиграфические построения, — климатическая зональность. В высоких (50—80°) широтах главными в изменении климата являются колебания температур, амплитуда которых увеличивается с широтой, в то время как в средних широтах (20—40°)— колебания увлажненности. Поэтому все экзогенные процессы и живые организмы в высоких широтах сильнее реагируют на изменение теплообеспеченности, а в средних широтах — на изменение увлажненности.

124 [нем. Kniksen] — короткое, неглубокое приседание.

 

Каждому климатическому циклу с двумя полуволнами и четырьмя стадиями в разрезе отвечает определенный седиментационный цикл. Климатоседиментационные циклы представляют собой хорошо картируемые геологические тела125. Климатические циклы не только фиксируются в составе отложений, но устанавливаются по изменению содержащихся в них спорово-пыльцееых комплексов, видового и родового состава растительности, изменчивости растительных ассоциаций и фаунистических комплексов и их геохимических особенностей, на основе которых определяются температурные условия среды обитания организмов.

Климатические события ввиду тесной зависимости климата от периодических воздействий внешних факторов и от изменения земных климатообразующих явлений обладают масштабностью ритмических изменений. По диапазону климатических колебаний выделяют циклы различной продолжительности — от годовых (ленточная слоистость, слоистость в горючих сланцах) до глобальных, продолжительностью 180—250 млн. лет.

Климатостратиграфический метод дополняет биостратиграфический, но не является самостоятельным. В то же время он позволяет более детально расчленять и сопоставлять многие ярусы фанерозоя.

 

8.3.1. Особенности геологических исследований в рамках климатостратиграфического метода

Так как климатостратиграфия выделяет собственные стратиграфические подразделения, используемые для расчленения и корреляции разрезов, обычно бывает недостаточно проведения только формационного анализа, использования литолого-минералогических и палеонтологических индикаторов климатов прошлого.

• для детальных палеоклиматических реконструкций эффективно применяется выявление и классификация текстурных особенностей пород;

• тщательное выявление, описание и диагностика погребенных почв (палеопедология);

• минералогический анализ олигомиктовых и полимиктовых минеральных ассоциаций, аутигенных компонетов;

• изучение физических и механических свойств осадочных образований (плотность, пластичность, влагоемкость, компрессионные свойства и т. п.);

• изучение химического состава отложений, особенно в горизонтах гипергенного преобразования (коры выветривания, почвы и т. п.);

• палеонтологическое изучение миграций биоценозов, обусловленное изменениями климата, и в частности исследования изменения палинологической зональности как важнейшего индикатора стадийных особенностей изменений климата;

• применение методов количественной термометрии — кальциево-магниевого, кальциево-стронциевого отношений, изотопно-кислородного, изотопно-углеродного и аминокислотного для получения значений температуры морских бассейнов, их солености и изотопного состава вод.

125 Поэтому в стратиграфическом кодексе существуют специальные клима-тостратиграфические подразделения — климатолит, стадиал, наслои.

 

8.5.2. Климатостратиграфические подразделения

Климатостратиграфические подразделения — это совокупности горных пород, признаки которых обусловлены периодическими изменениями климата, зафиксированными в особенностях вещественного состава пород и ассоциаций остатков организмов, преимущественно растительных, с учетом длительности формирования стратонов соответствующего ранга.

Климатостратиграфические подразделения используются для четвертичных и неогеновых отложений. Возможно их использование и для более древних образований.

Границами климатостратиграфических подразделений являются па-леоклиматические рубежи, выраженные в изменении литологического состава отложений, в смене ассоциаций организмов — климатических индикаторов, геохимической среды, седиментационных или диагенети-ческих текстур и т. д.

Климатостратиграфические критерии используются для выделения региональных климатострати графических подразделений и наиболее дробных единиц общей стратиграфической шкалы — раздела, звена и ступени; в последнем случае эти критерии становятся определяющими.

Таксономическими единицами региональных климатострати графических подразделений являются климатолит, стадиал и наслои.

 

Региональные климатостратиграфические подразделения

КЛИМАТОЛИТ—основная таксономическая единица региональных климатостратиграфических подразделений — представляет собой совокупность горных пород, сформировавшихся во время одного климатического полуритма интенсивного похолодания (криомер) или потепления (термомер), проявленного в региональном масштабе. В средних широтах он отвечает ледниковью или межледниковью, в тропическом поясе — влажному (плювиал) или сухому (арид) климату.

 

Климатолиты, как правило, соответствуют региональным горизонтам, выделяемым в четвертичных отложениях, а из подразделений общей шкалы — ступеням. Климатолит должен иметь стратотип, который может быть ареальным. В качестве геохронологического эквивалента климатолита употребляются термины, соответствующие ступени, т. е. «криохрон» и «термохрон».

СТАДИАЛ — таксономическая единица региональных климатостра-тиграфических подразделений, подчиненная климатолиту. Геохронологическим эквивалентом стадиала является стадия. Стадиал тоже должен иметь стратотип, который может быть ареальным.

НАСЛОИ — низшая таксономическая единица региональных кли-матостратиграфических подразделений, подчиненная стадиалу или непосредственно климатолиту. Наличие стратотипа необязательно, однако необходимо указание наиболее представительного разреза. Геохронологическим эквивалентом наслоя является осцилляция.