Стратиграфический и формационный анализы осадочных и осадочнометаморфических толщ
 Скачать 172.8 Kb.
|
Стратиграфический анализ — раздел геологии, изучающий последовательность формирования комплексов горных пород в разрезе земной коры и первичные их соотношения в пространстве. Объект стратиграфии — нормально пластующиеся геологические тела, сложенные осадочными, вулканогенными и метаморфическими породами. Стратиграфическое подразделение (стратон) — совокупность горных пород, составляющих определённое единство и обособленных по признакам, позволяющим установить последовательность их формирования и положение в стратиграфическом разрезе. Ряд исследователей включает в объекты стратиграфии все магматические образования. Основные задачи стратиграфии: расчленение разрезов и установление местных стратиграфических подразделений (комплекс, серия, свита, пачка); корреляция стратиграфических подразделений и составление стратиграфических схем; создание общей стратиграфической шкалы с учётом периодизации геологической истории земной коры. Стратиграфия использует палеонтологические, литологические (в т.ч. ритмостратиграфические), геохронологические, климатостратиграфические, геохимические, геофизические (в т.ч. магнито- и сейсмостратиграфические) методы. Формационный анализ - это метод исследования строения и истории развития земной коры на основе изучения пространственных взаимоотношений ассоциаций горных пород – геологических формаций. Формация занимает определённое положение в иерархии вещества земной коры: химический элемент – минерал – горная порода – геологическая формация – формационный комплекс – оболочка земной коры. Геологическая формация - закономерная ассоциация горных пород, связанных единством вещественного состава и строения, обусловленных общностью их происхождения (или сонахождения). Различают осадочные (вулканогенно-осадочные), магматические и метаморфические формации. При изучении формаций выделяют главные (обязательные) и второстепенные (необязательные) члены ассоциаций. Главные характеризуют определённый формационный тип – устойчивую ассоциацию, повторяющуюся в пространстве и времени. По названию главных членов ассоциации даётся название всей ассоциации. Каждая формация характеризуется определённым типом внутреннего строения, составом пород, характером чередования и мощностями слоёв, степенью их выдержанности по площади, наличием специфических пород, минералов, руд, преобладающей окраской, формой тел, степенью диагенетических и метаморфических изменений. Главными факторами, определяющими формирование устойчивых ассоциаций осадочных горных пород, являются тектоническая обстановка, климат, интенсивность вулканизма; магматических и метаморфических – тектонический режим и термодинамические обстановки. В зависимости от условий формирования осадочных пород, их изменчивости в пространстве и времени образуются генетические типы отложений. От этих факторов зависит и общее распределение формаций на земной поверхности. В зависимости от тектонического режима выделяется четыре класса формаций: платформенный, геосинклинальный, орогенный и океанический. В состав последнего входят формации талассократонов (океанических впадин), разделяющих их асейсмических поднятий, срединно-океанических хребтов. Большинство осадочных формаций служат показателями тектонических режимов. Так формации кварцевых песков, глауконит-кварцевая, мергельно-меловая, глинисто-опоковая являются показателями платформенного режима. Группа флишевых, кремнисто-карбонатных, офиолитовых, яшмовых, кремнисто-сланцевых формаций свидетельствует о геосинклинальном режиме, а моласса и шлир – об орогенном. Для магматических формаций смена основных пород средними, а затем кислыми и щелочными соответствует последовательности развития магматических извержений при смене геосинклинального режима орогенным и далее платформенным. Площади распространения определённых формаций контролируются тектоническими структурами, развитием которых обусловлено их пространственное обособление. Поэтому, изучая формации, мы устанавливаем размещение тектонических структур. Эволюция тектонического режима приводит к последовательной смене в разрезе геологических формаций. Исследуя их, можно делать выводы об изменениях тектонических обстановок. Так смена в разрезе мощной толщи флишевой формации с характерным тонким переслаиванием песчаников, алевритов аргиллитов молассовой грубообломочной толщей морских и континентальных отложений свидетельствует о смене геосинклинального режима орогенным. Формационный анализ позволяет классифицировать тектонические структуры, выделять определённые типы поднятий и прогибов. Повторяемость типичных формаций в разобщённых по площади структурах позволяет наметить общую этапность в истории тектонического развития структур, сравнить наборы формаций близких по типу структур разного возраста. Важное значение этот анализ имеет для прогноза полезных ископаемых, поскольку многие из них связаны с определёнными типами формаций. На этом основании выделяются угленосные, соленосные, фосфоритоносные, бокситоносные, железорудные, нефтеносные и целый ряд других формаций. Последовательность при изучении и выделении формаций следующая. Вначале в разрезе производится выделение толщ пород, отличающихся по литологическому составу, разделённых четко выраженными поверхностями напластования, границами перерывов или размывов (стратиграфический перерыв и несогласие). Затем производится изучение группы пород (ассоциации), входящих в состав выделенного естественного комплекса, т.е. парагенетический анализ. Одновременно определяется цикличность строения формации, структурно-текстурные признаки пород, их генетический тип и фациальная принадлежность, устанавливается физико-географическая (ландшафтная) обстановка формирования осадков. В заключительной фазе формационного анализа определяются климатический и тектонический режимы времени и места формирования формаций. Таким образом, проводятся формационно-тектонический и палеоклиматический анализы. Теоретическое значение изучения осадочных и вулканогенно-осадочных формаций состоит в возможности восстановления по ним древней тектонической, климатической и ландшафтной зональности. Практическое значение этого анализа обусловлено связью различных полезных ископаемых с определёнными типами формаций. 2) Литологический и биономический анализы осадочных отложений. Литологический анализ. При исследовании любой осадочной горной породы рассматривается обычно три основных момента: 1. Состав породы 2. Структура породы - размер, форма и характер отсортированности слагающих ее фрагментов 3. Текстура породы-характер взаимного расположения этих фрагментов. Генетическое значение состава пород Исследование состава обломочной части осадочных горных пород дает материал не только для восстановления условий его осаждения, длительности, направления и дальности переноса, но, и для некоторых реконструкций областей сноса, в частности, в решении вопроса о составе пород в областях питания и иногда частично о климате. Общая бедность минералами тяжелой фракции, наличие переотложенного глауконита, остатков фосфоритов, кремней, кварцитов свидетельствует о развитии на водосборной площади осадочных пород. Значительно труднее интерпретировать мономинеральный состав обломочной части осадочных пород. Состав обломочной части дает возможность устанавливать положение областей сноса и пути переноса обломочного материала изучением изменчивости состава и процентных соотношений минералов. Аутигенные минералы осадочных пород тоже имеют важное значение для реконструкции физико-географических и часто геохимических особенностей сред осадкообразования. При этом необходимо различать минералы, выпавшие в осадок химическим или биохимическим путем в стадию седиментации. Первые - кальцит и доломит в карбонатных породах, сульфаты и галоиды в эвапоритах, пластовые фосфориты характеризуют обстановку бассейна седиментации; вторые - обстановку диагенеза и лишь частично, в каких-то очень общих чертах, могут быть использованы при выяснении собственно седиментационных условий. Минералы, которые однозначно определяют обстановку седиментации, немного. Наиболее распространенные карбонатные минералы (кальцит и доломит) образуются в широких пределах солености - от слабо минерализованных, практически пресноводных условий до морских, нередко с несколько повышенной соленостью. В то же время достаточно точно установлено, что они образуются в зоне относительно высоких температур. Наличие мощных толщ гипсов и ангидритов, а также галоидных солей четко указывает на высокие стадии засолонения бассейнов, которые обычно определяются резкой аридизацией климата. Причем, чем более растворимые соли встречаются в породе, тем больше стадия засолонения и, в общем случае, тем более сухой и жаркий климат они характеризуют. В настоящее время все большее генетическое значение приобретают геохимические показатели, поскольку геохимия рассматривает историю отдельных элементов, их миграцию и осаждение. В принципе можно использовать данные о любых элементах, однако элементы с высоким кларком - породообразующие Са, Mg, Si, AI, в отдельных породах Fe, Na, P, Sr и некоторые другие, образуют: минералы и горные породы. В генетическом анализе обычно изучаются не сами элементы, а состоящие из них минералы и породы. Генетическое значение структуры пород Теоретическая основа генетической интерпретации данных о структуре обломочных пород достаточно проста. Размер обломков зависит, прежде всего, от контрастности рельефа и динамики среды отложения, отсортированность - от длительности переноса и стабильности гидродинамики, окатанность - от длительности транспортировки (при равных прочих условиях). При этом могут возникать определенные соотношения между параметрами, характеризующими структуру-максимальным и медианным размером частиц, их окатанностью и др. По структуре обломочной части можно косвенно судить о рельефе областей питания. Чем он выше, тем более грубозернистый материал образуется и тем его больше. Уже само наличие грубообломочных пород говорит о резкой расчлененности рельефа, а размер галек и валунов позволяет в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор. Расчеты показали, что контрастность рельефа в течение геологической истории направленно растет. Отсортированность отложений зависит от среды переноса и отложения (воздушной или водной) и характера ее движения. Эоловые осадки отличаются обычно высокой степенью отсортированности. Осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды, в связи с неоднократным взмучиванием и переотложением, характеризуются значительно лучшей отсортированностью по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды. Отсортированность отложений резко ухудшается, если обломочный материал поступает из различных источников сноса и перед захоронением не успевает пересортироваться в месте осаждения. В этом случае гистограммы гранулометрического состава становятся двухвершинными (распределение бимодально). Очень важно выявлять и изучать тенденции и направления изменений структуры. Например, осадки и образованные из них породы вблизи берегов в общем виде более грубозернистые, чем в центральных частях водоема. Более грубозернистый состав, отмечается также в полосе течений и в зоне более активного волнения на отдельных поднятиях рельефа дна. Поэтому, имея достаточно большое количество каменного материала из естественных обнажений и скважин и проведя массовые гранулометрические анализы, можно построить в изолиниях карты медианного диаметра обломочной части. Таким образом, в использовании данных о структурных особенностях пород для фациального анализа наметилось три направления. 1. Построение различного типа генетических диаграмм, которые отражают скорее не фации, а динамику среды и часто не дают достоверных и однозначных результатов. 2. Разделение отложений, выявление и обособление естественных групп, отличающихся друг от друга теми или иными показателями. 3. Картирование гранулометрических параметров, т. е. построение карт, где в изолиниях рассматривается распределение по площади среднего диаметра частиц, модальных или медианных значений, коэффициента отсортированности, появление наиболее грубых фракций и т. д. Генетическое значение текстуры пород Текстурные особенности пород - характер слоистости и разнообразные знаки на границах пластов, ориентировка фрагментов породы, имеют очень большое значение для выяснения условий их происхождения. Вместе с тем сейчас становится все яснее, что непосредственно устанавливать фации по этим текстурным признакам невозможно. Дело в том, что текстурные признаки характеризуют в какой-то степени динамику среды переноса и отложения, а эта динамика может быть одинакова или похожа в различных фациях и тогда одни и те же текстуры будут встречаться в отложениях различных фаций. Рассмотрим генетическое значение некоторых текстур. Слоистость. Появление слоистой текстуры, несмотря на разнообразие формы ее проявления, в конечном счете отражает изменение гидродинамики среды переноса и осаждения, поэтому разные виды слоистости характеризуют разную гидродинамику. Среди наиболее распространенных горизонтально слоистых текстур остановимся подробнее на интерпретации тонкой правильной слоистости, приобретающей иногда вид микрослоистости. Эта текстура представляет особый интерес для геологов-нефтяников, так как часто характеризует условия накопления толщ, обогащенных органическим веществом, которое впоследствии может генерировать углеводороды. Она может встречаться и в мелководных и, напротив, в очень глубоководных отложениях. Но во всех случаях общее необходимое условие ее формирования - спокойная обстановка в природном слое, так как отсутствие волнения и придонных течений, которые взмучивали бы осадок, способствует сохранению тонкой слоистости. Такие условия существуют в небольших озерах, а также в хорошо защищенных от ветра и морского волнения заливах. Установление течений в бассейне имеет большое значение. Они приносят кислород и обеспечивают окислительную обстановку седиментации, определяют характер осадков и их распределение, расселение водных организмов и разнос их после смерти, т. е. определяют многие важные фациальные особенности отложений. Поскольку они откладывают, как правило, грубый материал, то в зонах ископаемых течений формируются коллекторские толщи, которые могут содержать залежи нефти и газа. Знаки на поверхности слоев чрезвычайно разнообразны. Довольно часто встречаются и подробно изучены знаки ряби на поверхности слоев. Они образуются при действии на осадок водных или воздушных течений, а также волн, причем имеются достаточно определенные отличия ряби эоловой от ряби, образованной в результате течений-поступательное движение воды, и волнений - колебательное движение воды. Раньше считалось, что водная рябь всегда образуется на очень небольших глубинах и может быть важным признаком мелководья. В настоящее время знаки ряби обнаружены на поверхности осадка в океанических глубинах. Циклический анализ Циклический анализ - метод изучения осадочных толщ и форм, ставящий перед собой задачи выявления в разрезе закономерных сочетаний п., образующих циклы (иначе циклотемы, многослои, ритмы), и всестороннего анализа характера этих циклов, их поведения по площади и смены по разрезу с конечной целью использовать результаты исследований для освещения теоретических вопросов и решения практических задач. 1. Литоциклы - единицы разреза, выдерживаются по площади значительно лучше, чем составляющие их отдельные элементы (слои, пласты). 2. Литоциклы на площади не изменяют свой состав в зависимости от общего палеографического плана. Каждый из литоциклов неизменно сохраняет направленность изменения отложений. 3. Фациальное разнообразие седиментационых циклов и наличие в них индивидуальных черт, позволяет выделить в разрезе маркирующие литоциклы. 4. Чередование литоциклов в разрезе не случайно, а подчиняется определенной, также периодичной закономерности, что позволяет выделить литоциклы высших порядков. 5. Изучение остатков древних организмов и следов жизнедеятельности для целей фациального анализа Биономический анализ. Биоценоз - это население данного участка организмами, сформировавшееся за определенное время под влиянием особенностей среды, свойственных этому участку. Место обитания биоценоза называется биотопом. Иными словами, в биотопе мы встречаем остатки организмов в среде их обитания в прижизненном положении и (или) практически не испытавшие переноса. Танатоценоз - это посмертное скопление организмов, нередко разных биоценозов, поскольку захоронение происходит не в местах их жизни, а на участках, куда остатки организмов переносятся после смерти. Значение ископаемых биоценозов в том, что на основании экологии входящих в него организмов можно восстановить многие физико-химические черты среды их обитания. В ряде случаев уже простое определение состава организмов позволит сделать некоторые выводы об условиях осадконакопления. Распределение основных групп беспозвоночных в зависимости от глубин, солености. Хотя эти условия характерны для современных организмов, многие из них встречаются и в ископаемом состоянии, поэтому эти данные, с теми или иными коррективами, можно использовать и для древних отложений. Количественный анализ видового состава ископаемых организмов должен быть дополнен детальным исследованием различных экологических групп организмов (их наличия, количества, разнообразия, морфологии, размеров и т. д.). Отметим в связи с этим некоторые основные экологические группы и их значение для фациального анализа. Наличие ползающих по дну организмов может свидетельствовать об относительно нормальном газовом режиме, т. е. наличии в придонной части бассейна кислорода, которым они дышат. Присутствие зарывающихся организмов свидетельствует об илистом рыхлом характере грунта. Эти организмы могут жить на самых различных глубинах и часто даже в обстановке недостатка или отсутствия кислорода (лингулиды, леды, солены, синдесмиа и др.). Важное фациальное значение имеют различные каменеточцы или сверлящие организмы. Они известны среди двустворчатых и брюхоногих моллюсков, губок, червей, морских ежей и ракообразных. До сих пор не известны сверлильщики в озерах и озерных отложениях, поэтому они, видимо, являются важными показателями моря. Поскольку сверление возможно только в твердом скальном грунте, то обнаружив эти следы, можно твердо и однозначно говорить о характере грунта. Скальный же грунт встречается не часто и только в определенных зонах моря. Одна из них - скальные побережья, и по находкам сверлений можно очень точно фиксировать положение береговых линий древних бассейнов, а это имеет важное палеогеографическое и прикладное значение, позволяет решать и некоторые тектонические вопросы. Ископаемые танатоценозы, сложенные остатками бентонных организмов также характеризуют обстановку захоронения и прежде всего ее гидродинамику. На основе экологии слагающих танатоценоз остатков организмов можно с той или иной степенью вероятности восстанавливать и среду их обитания, соленость, температуру, газовый режим и т.д. Для выяснения форм переноса и условий отложения органических остатков необходимо исследовать их форму, размеры, отсортированность и ориентировку, т. е. в какой-то мере программа изучения подобна той, что применяется при изучении структуры и текстуры в литологических исследованиях. Крупные и тяжелые остатки, несущие следы сортировки, свидетельствуют о значительной мощности переносившего их течения, в то время как мелкие, легкие и пластинчатые могли переноситься слабыми движениями воды и откладываться в условиях почти полного покоя. Важные выводы можно получить при наблюдениях над ориентировкой органических остатков. Скелетные образования планктонных форм после гибели организмов осаждаются на дно. Если они удлиненной цилиндрической формы, то в спокойной обстановке в природной части водной толщи бассейна располагаются параллельно слоистости и без всякой ориентировки. При наличии же движений воды остатки этих организмов не просто вертикально оседают на дно, но и на какое-то расстояние переносятся и приобретают определенную ориентировку. |