ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3568
Скачиваний: 5
Наиболее применимые в геологической практике методы изотопного определения возраста следующие.
Калий-аргоновый метод. Используется для магматических и метаморфических пород по минералам, содержащим калий (слюды, полевые шпаты, роговые обманки, пироксены), для осадочных пород – по глаукониту. Глауконит предварительно должен быть исследован на предмет отсутствия изменений вторичными процессами. Смысл анализа измененного глауконита отсутствует, т.к. будет определен возраст перехода глауконита в измененное состояние, а не возраст образования породы. Погрешность метода составляет 4%. Наиболее надежным считается для среднепалеозойских и кайнозойских образований.
Рубидий-стронциевый метод. Применяется для магматических и метаморфических пород по минералам, содержащим рубидий (амазонит, биотит, мусковит, микроклин). Точность метода составляет 3-5%. Применяется для докембрийских и фанерозойских образований.
Свинцовый метод. Используется преимущественно для докембрийских в двух вариантах: свинцово-изотопном и свинцово-изохронном. При первом варианте исследуются минералы, содержащие уран и торий: уранинит, настуран, монацит, циркон, ортит, колумбит и др. Погрешность составляет 5%. Во втором варианте исследуют породы: гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы, джеспиллиты, известняки. Возраст получается по четырем изотопным отношениям: 207Pb / 235U, 206Pb / 238U, 208Pb / 232Th, 207Pb / 206Pb. Совпадения результатов свидетельствуют об их достоверности. Наиболее близки к истинным значениям отношения 207Pb / 206Pb для докембрия, остальные – для фанерозоя.
Уран-свинцовый изохронный метод в настоящее время считается наиболее точным (погрешность – доли %).
Радиоуглеродный метод. Применяется только для позднего плейстоцена – голоцена, от 1 до 60 000 лет. Этим методом исследуются объекты органической природы: древесина, древесный уголь, торф, кости, раковины, сталактиты, в которых содержится естественный радиоуглерод 14С. Погрешность метода – 5%.
В настоящее время разрабатываются калий-кальциевый и уран-ксеноновый методы датировок докембрийских образований. Кроме того, ведется работа по применению почти по всем перечисленным методам нейтронно-активационных вариантов, которые смогут датировать открытые системы.
В настоящее время наиболее точным считается самарий – неодимовый метод, принятый в качестве стандарта, с которым сравниваются данные других методов. Это связано с тем, что в силу геохимических особенностей данные элементы наименее подвержены влиянию наложенных процессов, часто значительно искажающих или сводящих на нет результаты определений возраста. Метод основан на распаде изотопа147Sm с образованием в качестве конечного продукта распада 144Nd.
Существуют и другие методы определения абсолютного возраста горных пород, к ним относятся: соляной, седиментационный и метод ленточных глин.
Соляной метод используется для датирования возраста Мирового океана. В основу метода положено представление о пресности вод первичного океана и их солёности в настоящее время. По данным Слебича, в водах Мирового океана содержится 155 ∙ 1033 т солей, и ежегодно в океан с суши реками приносится около 16 ∙ 107 т. Расчеты показывают, что современная величина солей была принесена в океан реками за период около 97 млн. лет. Однако в этом методе много спорных вопросов, на которые пока нет ответов.
Седиментационный метод. В его основу положен подсчет осадочных (терригенных) отложений, образованных реками в области шельфа или приконтинентальных морях. Определив мощность терригенных осадков морского происхождения и поделив их на среднюю мощность ежегодно приносимого реками материала, с некоторой условностью можно определить абсолютный возраст осадконакопления на Земле.
Метод ленточных глин. Этот метод нашел применение в области распространения флювиогляциальных отложений. Установлено что флювиогляциальные отложения представлены сложными породами, чередованием глин и песков (ленточные глины), обусловленным погодными условиями: летом, весной из-под ледника выносились пески, а зимой, осенью – глины, т.е. пара слоев соответствует оному году. Количество парных слоев отвечает возрасту состояния ледника
Методы относительной геохронологии фиксируют последовательность образования горных пород или событий относительно друг друга. К ним относятся следующие методы: стратиграфический, палеонтологический, петрографический, палеомагнитный, хемостратиграфический и др.
Стратиграфический метод. Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности образования и расчленением толщ осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических пород, слагающих земную кору.
Стратиграфический метод базируются на нескольких простых принципах:
1) принцип суперпозиции, гласящий, что в ненарушенном залегании каждый вышележащий слой моложе нижележащего (сформулирован в 1669 г. Николо Стено).
Следовательно, при нормальном, неопрокинутом, залегании слоев осадочных пород, нижележащий слой образовался раньше вышележащего (рис. 3.1, а). Если слои залегают в опрокинутом положении, то прежде чем применить этот метод, необходимо установить положение кровли и подошвы слоя и восстановить нормальную последовательность отложения осадочных пород (рис. 3.1,б).
2) принцип пересечений, сформулирован Джеймсом Хаттоном. Этот принцип гласит, что любое тело, пересекающее толщу слоев, моложе этих слоев.
3) принцип возраста деформаций гласит, что время преобразования или деформации пород моложе, чем возраст образования этих пород.
Рис 3.1. – Применение стратиграфического метода для определения относительного возраста горных пород
Рассмотрим использование этих принципов на примере толщ осадочных пород, прорванных несколькими секущими магматическими телами (рис. 3.1).
Последовательность событий следующая. Первоначально происходило накопление осадочных толщ нижнего слоя (1), затем, последовательно накопление вышележащих слоев (2, 3, 4, 5), каждый из которых моложе нижележащего. Накопление осадочных пород в подавляющем большинстве случаев происходит в форме горизонтально лежащих слоев, так первоначально залегали и сформированные слои (1-5). Позднее эти толщи были деформированы (6), и в них внедрилось тело магматических пород 7. Затем, вновь горизонтально, началось накопление вышележащего слоя, залегающего на и внедрившемся магматическом теле. При этом, учитывая, что образующийся слой лежит на выровненной горизонтальной поверхности, очевидно, что его накоплению предшествовало выравнивание территории – её размыв (8). Вслед за размывом территории накопился следующий слой (9). Наиболее молодым образованием является магматическое тело 10.
Подчеркнём, что, рассматривая историю геологического развития территории, разрез которой изображён на рисунке, мы пользовались исключительно относительным временем, определяя лишь последовательность образования тел.
Палеонтологический (биостратиграфический) метод – один из важнейших и наиболее распространенных методов определения относительного возраста горных пород. Этот метод основан на изучении окаменелостей (фоссилий) – ископаемых остатков организмов, заключенных в слоях горных пород. Суть метода состоит в том, что в разновозрастных слоях пород встречаются разные комплексы остатков организмов, характеризующие развитие флоры и фауны в ту или иную геологическую эпоху.
Основаниями палеонтологического метода являются:
1) одновозрастные осадки содержат одни и те же или близкие остатки ископаемых организмов – принцип, сформулированный Уильямом Смитом:
2) ископаемые флоры и фауны сменяют друг друга в определённом порядке;
3) положение о непрерывности и необратимости изменения органического мира – закон эволюции Ч. Дарвина.
Каждый отрезок геологического времени характеризуется определёнными представителями флоры и фауны. Определение возраста толщ горных пород сводится к сравнению найденных в них ископаемых с данными о времени существования этих организмов в геологической истории.
Изменчивость органического мира, его эволюционное развитие позволили выделить ряд руководящих ископаемых организмов. Руководящими формами называют остатки вымерших организмов соответствующие следующим критериям:
• эти организмы существовали короткий промежуток времени,
• были распространены на значительной территории,
• их окаменелости части встречаются и легко определяются.
При определении возраста среди найденных в изучаемом слое ископаемых выбираются наиболее для него характерные, затем они сопоставляются с атласами руководящих форм, описывающими, какому интервалу времени свойственны те или иные формы. Первый из таких атласов был создан ещё в середине XIX века палеонтологом Г. Бронном.
На сегодняшний день основным в биостратиграфии является метод анализа органических комплексов. При применении этого метода вывод об относительном возрасте строится на сведениях обо всём комплексе окаменелостей, а не на находках единичных руководящих форм, что значительно повышает точность.
В ходе геологических исследований стоят задачи не только расчленения толщ по возрасту и отнесения их к какому-либо интервалу геологической истории, но и сопоставления – корреляции – удалённых друг от друга одновозрастных толщ. Наиболее простым методом выявления одновозрастных толщ является прослеживание слоёв на местности от одного обнажения к другому. Очевидно, что этот метод эффективен только в условиях хорошей обнажённости. Более универсальным является биостратиграфический метод сопоставления характера органических остатков в удалённых разрезах – одновозрастные слои обладают одинаковым комплексом окаменелостей. Этот метод позволяет проводить региональную и глобальную корреляцию разрезов.
Принципиальная модель использования окаменелостей для корреляции удалённых разрезов отражена на рисунке (рис. 3.2).
Рис. 3.2 Модель использования окаменелостей для корреляции удалённых разрезов (Одновозрастными являются слои, содержащие одинаковый комплекс окаменелостей)
Петрографический метод основан на детальном изучении и сравнении горных пород по их составу. Полученные при этом результаты могут быть использованы для сопоставления геологических разрезов в пределах ограниченных участков земной поверхности, на которых в течение определенных промежутков времени сохранялись одинаковые физико-географические условия. Так, с помощью петрографического метода обычно изучают и сравнивают породы в соседних скважинах, пробуренных друг от друга в нескольких десятках метров (рис. 3.3).
Рис. 3.3 Определение последовательности напластования
а – нормальная последовательность слоев в ненарушенном залегании, б – обратная последовательность слоев в опрокинутом крыле складки; 1 – слой песчаника, образовавшийся раньше всех остальных слоев; 2 – слой глинистых сланцев; 3 – самый молодой слой известняка.
Петрографический метод часто применяют при определении относительного возраста магматических и метаморфических пород. Например, наблюдается контакт гранитов и известняков. Известняки в контакте метаморфизованы и ороговикованы. Так как изменение известняка произошло под воздействием внедрившейся интрузии, то можно сказать, что гранит (магматическая порода) моложе известняка (осадочная порода).
В последнее время нашли широкое применение различные физические методы, прежде всего палеомагнитный и хемостратиграфический, благодаря которым резко повысилась точность датировок в изотопной геохронологии.
В современной геохронологии и стратиграфии генеральная тенденция заключается в комплексном использовании всех методов.
3.2. Международная хроностратиграфическая шкала
В геологии, как ни в какой другой науке, важна последовательность установления событий, их хронология, основанная на естественной периодизации геологической истории. На основании анализа развития многообразных форм органического мира и данных геохронометрии (абсолютной геохронологии), с учетом различия в составе и характере комплексов горных пород, последовательно сменяющих друг друга по вертикали, в истории развития земной коры выделен ряд временны`х подразделений.
Геологическая хронология, или геохронология, основана на выяснении истории наиболее хорошо изученных регионов. На основе широких обобщений, сопоставления геологической истории различных регионов Земли, закономерностей эволюции органического мира, в 1881 г. на втором Международном геологическом конгрессе в Болонье была принята (в своей основе) Международная геохронологическая шкала. Возрастные единицы были названы геохронологическими, а комплексы пород – стратиграфическими.
Требование к геохронологической шкале: ее деления должны быть узнаваемы и хорошо отличимы одно от другого. При построении шкалы учитывают изменения органического мира, тектонические и литопетрографические данные.
К настоящему времени шкала претерпела ряд дополнений и изменений.
Современная шкала геологического времени – хроностратиграфическая шкала – это последовательный ряд датировок нижних границ стратиграфических подразделений, выраженная в годах и вычисленных с помощью изотопных и других методов (Стратиграфический Кодекс, 2006).
Подразделения шкалы имеют хроностратиграфический смысл. Суть его заключается в том, что время определяет возраст пород. Например, к каменноугольной системе относятся все толщи, которые образовались за данный отрезок времени.
Хроностратиграфические подразделения – это совокупность пород, как слоистых, так и неслоистых, которые сформировались в течение определенного интервала геологического времени. Подразделения геологического времени, в течение которых сформировались хроностратиграфические подразделения, называются геохронологическими подразделениями.
Горные породы, слагающие земную кору, на основе возраста или времени образования организуются в хроностратиграфические подразделения. Они имеют собственные названия, которые соответствуют интервалам геологического времени (геохронологические подразделения) и служат основой временнóй корреляции и системы регистрации событий геологической истории.
Хроностратиграфические подразделения ограничены синхронными горизонтами. Ранг и относительная величина подразделений в хроностратиграфической иерархии определяются продолжительностью временного интервала, который они отражают, а не их физической мощностью.