ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.05.2021
Просмотров: 563
Скачиваний: 1
Глава 1. МЕТОДЫ СТРАТИГРАФИИ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ СТРАТИГРАФИИ
Для успешного решения поставленных задач исторической геологии необходим набор методов. Исходя из комплексного, синтетического характера этой науки, рассматривающей развитие геологических событий во времени и пространстве, целесообразно использование не только перечисленных во введении методов геологических наук, но и методов биологии, физики, химии, астрономии, математики и других отраслей знаний.
Изучение исторической геологии немыслимо без определения возраста горных пород стратиграфическими и геохронологическими методами. Стратиграфическими методами осуществляется три последовательных операции: 1 – расчленение разреза на слои и пачки по составу пород и заключённых в них ископаемых остатков фауны и флоры перерывам и несогласям; 2 – стратиграфическая корреляция слоёв, пачек, толщ, т.е. установление их геологической одновозрастности по латерали; 3 – составление сводного стратиграфического разреза. Обобщение стратиграфических колонок различных районов позволяет выявить последовательность напластования горных пород на большой территории.
Фактической основой стратиграфических исследований служат конкретные геологические объекты – естественные и искусственные обнажения, керн скважин, а также определяемые геофизическими методами изменения физических свойств горных пород. Геохронологическими методами восстанавливается строгая временная последовательность геологических событий, происходивших в прошлом, путём установления хронологических взаимоотношений между накопившимися слоями горных пород, в которых эти события оказались запечатлёнными. Хронология – это расположение событий во времени.
Стратиграфия (лат. stratum – слой, grapho – пишу) раздел исторической геологии, занимающийся изучением исторической последовательности, первичных взаимоотношений и географического распространения осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических образований, слагающих земную кору и отражающих естественные этапы развития Земли и населявшего её органического мира [8]. Эта наука играет важнейшую роль при геологических исследованиях. Без неё немыслимо проводить геологическое картирование, решать проблемы эволюции органического мира, геологического развития отдельных регионов и Земли в целом, реконструировать палеогеографические обстановки. Без стратиграфических исследований невозможно раскрывать сложное строение структур земной коры, проводить поиски и разведку месторождений полезных ископаемых.
Стратиграфия решает следующие задачи:
1 – детальное расчленение разрезов горных пород, выделение разных по рангу стратиграфических подразделений, на основе которых создаются местные, региональные и межрегиональные стратиграфические шкалы, отражающие хронологическую последовательность геологических событий; 2 – корреляция (сопоставление) отдельных слоёв и толщ, удалённых друг от друга разрезов, создание сводной (региональной) стратиграфической схемы; 3 – проведение межрегиональной и глобальной корреляции, создание общей (планетарной) стратиграфической шкалы.
Они позволяют расчленить разрезы на слои, пачки, толщи сопоставить их на основе изменения состава и строения пород, оценить относительный возраст, провести корреляцию одновозрастных отложений. Однако эти методы вспомогательные. Их нужно использовать совместно с палеонтологическими, которые являются основными. Чаще всего применяются литологический и структурный методы.
1.1. Геолого-стратиграфические методы
Литологический метод расчленения разрезов заключается в выделении пачек и слоёв, более или менее однородных по вещественному составу, структурно-текстурным признакам, наличию включений, цвету, остаткам фауны и флоры. Затем в разрезах отмечаются наиболее заметные, отличные от других слои и пачки, которые узнаются в различных обнажениях и скважинах. Такие слои называются маркирующими. Ими, например, могут
быть пласты желваковых фосфоритов, прослои туфов или вулканитов, ракушники, угли.
По маркирующим горизонтам (слоям) можно расчленять, сопоставлять разоб-щённые разрезы, прослеживать границы выделенных стратиграфических подразделений (рис. 1.1, I-III).
Но этот метод имеет ограничения. На значительных расстояниях одна и та же литологическая толща может последовательно менять свой возраст согласно принципу Н.А. Головкинского. Это бывает связано со сменой обстановки осадконакопления. Так при углублении бассейна мелководные осадки будут перемещаться вслед за береговой линией, и становиться всё моложе (рис. 1.1, IV). Ведь одновозрастны только те осадки, которые отлагались вдоль существующих в каждый момент зон седиментации параллельно береговой линии. Иногда молодые образования залегают ниже древних, что характерно для четвертичных и реже неогеновых отложений (рис. 1.1, V).
К литологическому относится и минералого-петрографический метод, когда пачки и слои сравниваются по минералогическим ассоциациям, степени диагенеза катагенеза, метаморфизма. Стратиграфические подразделения, установленные на основе литологического изучения пород, называются литостратиграфическими, в отличие от таковых, выделенных по комплексам палеонтологических остатков и именуемых биостратиграфическими.
В основе структурного метода лежит идея об одновозрастности тектонических движений на больших расстояниях. Осадочные толщи, накопившиеся на дне морских бассейнов и суше, в результате геодинамических процессов сминались в складки, поднимались вверх, интрудировались магматитами, размывались, а затем могли вновь погружаться (рис. 1.1, VII-XI). При этом формировались поверхности несогласий. Это естественные рубежи, по которым расчленяются разрезы. Затем сопоставляются толщи, занимающие одинаковое положение по отношению к поверхностям несогласий. Последние позволяют расчленить разрезы, так как являются реперами, по которым проводится сопоставление соседних разрезов. Толщи, заключённые между одинаковыми поверхностями несогласий, рассматриваются как одновозрастные. В некоторых руководствах метод фигурирует в качестве метода структурных этажей. Особенно он продуктивен при изучении докембрийских толщ, где отсутствуют ископаемые органические остатки. Вместе с тем имеется опасность сопоставления толщ, образовавшихся в разные этапы. По этой причине этот метод не используется для удалённых друг от друга регионов.
При исследованиях немых толщ нередко используется ритмостратиграфический метод для выявления закономерностей чередования различных осадочных пород в разрезах, где часто наблюдается повторение определённой последовательности пород через более или менее равные по мощности промежутки. Такая ритмичность, или цикличность, характерна для многих осадочных толщ, например угленосных, флишевых, соленосных толщ, ленточных глин. Метод основан на той же идее одновременности тектонических движений. Мощность циклов разных порядков от нескольких миллиметров до десятков и даже сотен метров, а продолжительность формирования ритмов – от года до миллионов лет. Нередко в одной и той толще мелкие циклы объединяются в более крупные. Эта иерархия циклов используется при построении схем сопоставления разрезов.
Климатостратиграфический метод предполагает использование детальных палеоклиматических реконструкций для стратиграфического расчленения и межрегиональной корреляции осадочных образований. Наиболее эффективен этот метод для плиоценовых и четвертичных отложений, но может использоваться и для более древних пород тех эпох и периодов, которые характеризовались быстрой сменой контрастных климатических условий. Каждый цикл характеризуется определенным, ему свойственным распределением тепла, влаги и ландшафтных условий, которые отражаются на составе органического мира, особенностях денудации, аккумуляции осадков. Эмпирическим путём показано, что во времени каждый из параметров климата изменяется по волнообразной кривой, где пики температур предшествуют максимумам и минимумам увлажнения, а каждый климатический цикл состоит из четырёх стадий: тепло-сухо, тепло-влажно, холодно-влажно, холодно-сухо. Эти стадии объединяются в две полуволны: тёплую и холодную с одной стороны, влажную и сухую – с другой.
Климатический и тектонический режимы влияют на процессы осадконакопления, что отражается на минеральном составе и геохимических особенностях отложений, наличии в них фауны и флоры. Особенно ярко и отчётливо климатические воздействия проявляются в континентальных и мелководно-морских осадочных образованиях, возникших в условиях спокойного тектонического режима, а тектонические воздействия наиболее проявлены в подвижных поясах. Поэтому климатостратиграфические методы чаще используются для расчленения платформенных образований.
Каждому климатическому циклу с двумя полуволнами и четырьмя стадиями в разрезе отвечает определённый седиментационный цикл, представляющий хорошо картируемое геологическое тело. Климатические циклы не только фиксируются в составе осадков, но и устанавливаются по изменению содержащихся в них спорово-пыльцевых 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 из-за периодических воздействий внешних факторов и от изменения земных климатообразующих факторов обладают многомасштабностью ритмических изменений, а, следовательно, ритмами различной мощности. Это позволяет более детально расчленять и сопоставлять многие стратоны фанерозоя.
Методы событийной стратиграфии основаны на выделении и прослеживании таких событийных отложений, как турбитиды, т.е. образования связанных с землетрясениями мутьевых потоков, темпеститы – отложения штормов, инундиты – наводнений, а также на восстановлении эрозионных и седиментационных событий. Среди морских отложений эрозионные события хорошо фиксируются по появлению образований твердого дна (хардграундов). Последние так же, как и штормовые осадки, появляющиеся периодически в разрезе, позволяют осуществить стратиграфическое расчленение толщ. Этой же цели служит выделение слоёв, обогащённых вулканическим материалом (тефрахронология). Разнос пепла на большие расстояния после извержений и обогащение пирокластическим материалом определённых слоёв даёт возможность провести региональную корреляцию, тем более, что пеплы хорошо датируются трековым методом.
Метод изучения взаимоотношений с магматическими породами позволяет выявить последовательность образования горных пород. При определении относительного возраста слоистых вулканических и вулканогенно-осадочных пород применяют общие принципы стратиграфического расчленения и корреляции, так как по характеру залегания и взаимоотношению с осадочными породами они не отличаются от последних. Возраст вулканитов определяется исходя из возраста подстилающих и перекрывающих осадочных пород, содержащих ископаемые органические остатки.
С
ложнее
определить возраст интрузивных пород.
В большинстве случаев интрузивные тела
прорывают осадочные толщи и могут
располагаться между слоями вмещающих
пород или прорывать их. В последнем
случае возраст интрузивных пород будет
моложе возраста вмещающих осадочных
пород. Но тем самым можно установить
только нижний предел геологического
возраста магматитов. Для более точного
определения возраста необходимо
исследовать участки, где кровля
интрузивного тела перекрывается
осадочными или вулканогенно-осадочными
породами, возраст которых известен.
Когда на контакте между интрузивными
и осадочными породами отсутствуют
признаки контактного метаморфизма, то
возраст интрузивного тела будет
определяться интервалом между возрастом
прорываемых пород и возрастом пород,
перекрывающих интрузив (рис. 1.1. VI).
Нередко этот интервал оказывается
весьма широким, и тогда приходится
прибегать к радиометрическим методам
исследований.
1.2. Геофизические методы
Эти методы расчленения и корреляции разрезов близки к литологическим и основаны на изучении и сравнении физических свойств горных пород. При этом обязательно сопоставление геофизических разрезов с опорным геологическим, возраст которого определён другими, желательно палеонтологи-ческими методами.
Широко используется электрокаротаж, основанный на измерении естественного
электрического поля ПС (потенциал собственной поляризации) и кажущегося удельного сопро-тивления КС (сопротивление поровых вод и частично самой породы). Разница в значениях ПС и КС позволяет различать обломочные, глинистые и карбонатные породы, выделять рудные тела, пласты, насыщенные нефтью. Расчленение разреза на отдельные пачки осуществляется по каротажной диаграмме необсаженной трубами скважине. Так на диаграммах песков ПС дадут минимумы, КС – максимумы (рис. 1.2).
Радиоактивный каротаж состоит в измерении, как естественного излучения пород, так и возникающего при искусственном облучении. Повышенной радиоактивностью обладают фосфориты, битуминозные породы, калийные соли, а низкой – ангидрит, гипс, доломиты. Так на месторождениях фосфоритов гамма-каротаж чётко позволяет выделить их пласты и более того, определить содержание Р2О5 в них. Применяют также акустический, термический, механический и другие виды каротажа. Сопоставляя различные его виды, можно установить литологический состав, мощность и последовательность залегания пластов пород, выделить маркирующие горизонты и провести корреляцию с геологическими разрезами, вскрытыми другими скважинами.
П
алеомагнитный
метод основан на
измерении естественной остаточной
намагниченности горных пород, фиксирующей
магнитное поле времени и места её
образования. В истории Земли многократно
происходили инверсии магнитного поля,
когда векторы первичной намагниченности
менялись на 180 °С, т. е. северный магнитный
полюс становился южным и наоборот.
Вектор первичной намагниченности
длительное время сохраняется в горных
породах и на основании его определения
можно сопоставлять отложения и
устанавливать их возраст.
Явление остаточной намагниченности объясняется тем, что ферромагнитные частицы при застывании лав и выпадении осадков намагничиваются и ориентируются в магнитном поле Земли. В процессе диагенеза и даже сильных тектонических деформациях первичная остаточная ориентировка ферромагнитных частиц не нарушается. Лишь при нагреве породы до точки Кюри происходит её пере-магничивание, что случается в процессах метамор-физма и внедрении интрузий. Поэтому начальная намагниченность соответствует ориентировке маг-нитного поля, которое было во время формирования данного слоя. Определяя первичную намагни-ченность взятых из разреза ориентированных образцов (в случае их смятия надо мысленно вернуть в горизонтальное положение), удаётся расчленить раз-рез на горизонты с прямой и обратной намагни-ченностью.
В геологической истории Земли менялось не только положение магнитных полюсов, но и расположение крупных блоков земной коры. Вместе с тем установлено, что в пределах одних и тех же блоков одновозрастные породы обладают одинаковым вектором остаточной намагниченности. По массовым определениям удаётся не только расчленить разрез, но и установить положение данного блока относительно магнитных полюсов, выявить прямую или обратную намагниченность.