Перейти к заданию
Под фациями понимаются определенные типы осадочных горных пород, возникающих в определенных физико-географических условиях. [Хаин, Ломизе] или, согласно определению А. Грессли: "Участок любого слоя одновозрастных пород, отличающийся от соседних по петрографическому составу и ископаемым остаткам."
Метод фаций и мощностей - один из традиционных методов геотектоники - особенно широко применяется при геологическом обеспечении нефте- и газопоисковых работ на платформах, в межгорных и передовых прогибах, а также на континентальных окраинах. Он дает количественную или полуколичественную оценку вертикальных движений (опусканий и относительных поднятий) в древних бассейнах седиментации. Величина перемещения за взятый отрезок времени в заданной точке получается как сумма двух слагаемых: мощности накопившихся осадков и изменения глубины бассейна, о котором судят по фациальным признакам. В зависимости от конкретных условий ошибка определения каждого из этих слагаемых варьирует в широких пределах.
В основе этого метода лежит принцип актуализма. Суть его заключается в том, что современные явления происходят примерно таким же образом и с той же скоростью, как и в прошлом. Данное утверждение следует применять с осторожностью, так как оно не является ни законом природы, ни аксиомой, принимаемой без доказательства в научных исследованиях. Он является презумпцией, то есть принципом, который в конкретных случаях принимается как рабочая гипотеза до тех пор, пока имеющиеся факты не опровергают его действенность.
Исходя из представлений о фациях как о комплексах отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического отрезка, суть фациального анализа сводится к восстановлению этих физико-географических условий по составу отложений.
Фациальный анализ или фациальные реконструкции - процедура генетическая, т.к. по сути является генетическим истолкованием выявленных изменений в составе отложений. Фациальный анализ в зависимости от выбранных признаков изучаемого объекта и цели исследования дает возможность восстановить либо обстановку осадконакопления, либо условия (гидродинамику) среды.
Для установления условий образования осадочных пород и наличия в них полезных ископаемых необходимо проведение полевых и лабораторных работ.
В основу интерпретации положен принцип изучения площадного распространения состава горных пород по данным исследований (наблюдений) в отдельных точках (обнажениях, скважинах). В общем, эта процедура дискретна из-за невозможности непрерывного прослеживания пластов на всем их протяжении. В зависимости от того, как с расстоянием меняется литология пород, определяется палеогеографическое распределение обстановок осадконакопления, связанных с деятельностью гидросферы (реки, озера или моря) и атмосферы. Предполагается, что если в строении осадочных пластов преобладают грубообломочные гальки, то условия осадконакопления были с близким расположением источников обломочного материала, если пески - то умеренно удалены, а если глины - удаленные от источников обломочного материала. Методы, основанные на этом принципе, называются методами литологических или литолого-фациальных исследований. Они помогают понять, как в древние геологические эпохи могли распределяться морские, озерные или речные обстановки, где была суша, а где располагалось море.
Другой метод анализа, называемый биостратиграфическим (палеонтологическим), или биофациальным, позволяет определять распределение палеонтологических остатков (фоссилий) растительного и животного происхождения в геологическом времени. С одной стороны, он помогает разделить пласты и скоррелировать их с одновозрастными, но находящимися на значительном расстоянии, а с другой - существенно дополнить информацию о том, с какими осадочными породами геолог имеет дело на точке наблюдения, так как галька, песок и глина могли накапливаться и в морских, и в континентальных условиях. [ArcReview, 2006]
Эти методы дополняются методами исследования, основанными на физических свойствах горных пород – такими как гравиразведка (плотностные свойства), магниторазведка (магнитные свойства) и сейсморазведка (свойства распространения скорости волны упругих колебаний). Эти методы относятся к дистанционным и предполагают интерпретацию состава горных пород по их физическим свойствам. Они применяются в районах, где пласты горных пород погребены на большую глубину и применение методов прямого наблюдения невозможно. [ArcReview, 2006]
Сложность образования осадочных пород требует определения генезиса, для чего применять различные приемы. Для современной литологии характерно применение точных методов изучения, дающих количественную характеристику, с последующей обработкой с применением математической статистики. Для определения генезиса осадочных пород нужен ряд факторов собранных, как в поле, так и по результатам лабораторных исследований.
Ряд признаков осадочных пород выявляются при изучении минералогического состава обломочных пород. Фациальные исследования должны осветить особенности истории образований древних осадков.
Углубленное фациальное исследование и синтез всех литологических наблюдений позволяют давать прогнозы о наличии полезных ископаемых и нефти и газа в осадочных отложениях. [Шашин, 2005]
Распределение мощностей отложений и фаций обычно даются на одной карте. Как правило, на исследуемую территорию составляют серию (атлас) карт для последовательных стратиграфических интервалов: это позволяет судить о развитии вертикальных тектонических движений.
Анализ фаций применим в двух аспектах – пространственном, когда изучается распределение фаций по площадям для ограниченного стратиграфического интервала, и временном, когда исследуется смена фаций во времени в пределах ограниченного района. Анализ распределения фаций по площади производится с помощью специальных карт, составленных по данным изучения как естественных обнажений, так и скважин [Хаин, Ломизе].
Распределение мощностей отложений (в изолиниях мощности - изопахитах) и размещение фаций и обстановок их накопления (обозначенных штриховыми знаками и окраской, соответственно) даются на одной карте. Как правило, на исследуемую территорию составляют серию карт для последовательных стратиграфических единиц: это позволяет судить о развитии вертикальных тектонических движений и создаваемых ими прогибов и поднятий.
Для того чтобы получить картину распределения амплитуд прогибания земной коры на некоторой площади за определенный отрезок времени, строят площадные схемы распределения мощностей в изолиниях (изопахитах) с поправкой на фации или без нее. Изолинии мощностей рисуют рельеф подошвы изучаемой толщи таким, каким он должен был быть, если кровля толщи горизонтальна. Если нет необходимости вносить поправку на глубину осаждения, то такая картина отражает рельеф подошвы данной толщи, образованный к началу накопления следующей толщи. Сравнение изопахических схем, расположенных в исторической последовательности, дает возможность судить о том, как менялись с течением времени форма и расположение участков или зон с разной амплитудой прогибания.
Проведение изопахит для более или менее изометричных платформенных прогибов с невысокими градиентами мощностей производится путем обычной интерполяции между заданными точками наблюдения. Однако в случае линейно вытянутых прогибов такое построение изопахит может привести к грубым ошибкам, при этом необходимо учитывать господствующее простирание прогибов, о котором можно судить по ориентировке линейной складчастости на геологической карте.
Рекомендуется сначала наметить оси прогибов и поднятий, а затем провести изопахиты на их склонах.
При проведении изопахит не следует забывать о размерах погрешности используемых определений мощности, а также о том, что местоположение точек наблюдения (естественных обнажений, скважин, горных выработок) зависит от самых разнообразных причин и по отношению к изопахитам является случайным. При необходимости особым знаком показываются изопахиты половинного или более дробного сечения.
При проведении границ между фациями обычно исходят из сопряженности этих границ с неровностями тектонического рельефа в бассейне седиментации и с размещением мощностей. Поэтому необходимо по возможности согласовывать фациальные границы с изопахитами.
Схемы мощностей и фаций или скоростей прогибания и поднятия, а также палеотектонические профили составляют сериями для ряда следующих друг за другом периодов, эпох или веков. Сопоставление таких схем позволяет выявить динамику развития колебательных движений во времени.
Если для одной территории составляется последовательная во времени серия карт фаций и мощностей, то нужно согласовывать и смежные карты такой серии. Нередко это позволяет выбрать наилучший вариант проведения изопахит и фациальных границ.
Интерпретация фациальных карт включает в себя, прежде всего выделение областей накопления осадков данного стратиграфического интервала и их отсутствия. В случае отсутствия осадков изучаемого интервала необходимо выяснить, является ли оно первичным, то есть в данное время в данном месте не накапливались осадки, либо вторичным, то есть осадочные образования накапливались, но были впоследствии уничтожены денудационными процессами. За наличие области сноса (т.е, по сути, области воздымания, территории, находящейся выше уровня моря) говорит наличие гальки континентальных отложений вблизи границ предполагаемой зоны размыва, наличие окаймляющих ее отложений континентального или же прибрежно-морского происхождения. На наличие области вторичного размыва указывает резкое сечение областью отсутствия осадков выделенных фациальных границ, наличие зоны предполагаемого размыва внутри резко глубоководной фации и т.д. Также о положении области сноса можно судить по ориентировке косых слойков, борозд течения, положению и углу наклона клиноформ. Очень ценные данные извлекаются из изучения олистолитов – крупных глыб - продуктов оползания и обрушения берегов бассейна.
Изучение состава и мощности осадков, обрамляющих область первичного размыва, дает косвенные свидетельства об интенсивности поднятия, имевшего место в данный промежуток времени в изучаемой области. Очевидно, что чем грубее обломочный материал, окаймляющий данную область, чем шире занимаемая ими полоса и больше мощность данных отложений, тем интенсивнее были восходящий движения суши. Размер обломков позволяет судить о степени удаленности обломочного материала от источника. (Крупные - ближе к источнику сноса, мелкие более удалены).
Состав обломочного материала позволяет судить как о составе исходного источника разрушения, так и о длительности процесса переноса. Если в обломках сохранились неустойчивые к разрушению минералы - это говорит о близком источнике сноса и о коротком промежутке времени переноса. И наоборот, наличие в обломках только устойчивых минералов свидетельствует о длительном переносе. Минеральный состав может также указывать на среду и климат при осадконакоплении. Существуют минералы-индикаторы среды и климата. Так индикаторами морской среды и определенных интервалов глубин являются минералы - глауконит, Fe-Mn конкреции, фосфорит и т.д. Индикаторами климатов являются соль и гипс, торф и уголь, гидроокислы Fe и Al и т.д.
Сортировка обломочного материала отражает соотношение обломков по размеру. (У хорошо отсортированных пород размеры обломков близки). Сортировка является индикатором длительности переноса. Отсутствие сортировки, т.е. присутствие обломков разного размера - признак быстрых перемещений на небольшие расстояния. Это характерно для образования морен, осыпей, глубоководных брекчий.
Форма обломков зависит от состава исходной породы и формы переноса обломков. Например, морская галька от речной отличается уплощенной формой, а ледниковая угловато-окатанная (форма утюга).
Степень окатанности - зависит от: а) состава пород, б) скорости и длительности переноса обломков и др. По расположению обломков и их ориентировке в породе можно судить о направлении движения обломочного материала. Так устанавливают направления русел древних рек, береговую линию моря.
Цементирующая обломки масса несет информацию о среде отложения обломков. Небольшой её объем в породе указывает на подвижную среду, а его возрастание - на спокойную обстановку водных бассейнов.[???]Рассмотрим основные типы фаций по обстановкам:
Наиболее многообразны морские фации. Они зависят от глубины бассейна и разделяются на: 1-прибрежные, 2-шельфа, 3-материкового склона или батиальная,4-абиссальной области (ложа мирового океана) Рассмотрим основные черты этих фаций.
Здесь предстоит более или менее подробно рассказать о тектоническом режиме территории, начиная от геологического времени, которому соответствуют самые древние отложения в данном разрезе, и до современности. Вам предлагается последовательно проанализировать древние, и, если возможно, то новейшие и молодые (голоценовые) вертикальные движения земной коры, применяя для этого элементы методов анализа вертикального ряда формаций, анализа вертикального ряда фаций, анализа мощностей, анализа перерывов и несогласий. Для реконструкции новейших движений необходимо проанализировать рельеф, и в первую очередь, особенности строения эрозионной сети (метод анализа речных долин), на данной территории. На ряде карт имеется информация о некоторых других генетических типах новейших отложений, кроме аллювия – об осадках озер и болот, о продуктах грязевого вулканизма. Эти сведения так же очень важны для выводов о неотектоническом режиме исследуемого района. Например, широкое распространение болотных отложений – надежный индикатор стабильной тектонической обстановки.
Учитывая абсолютную продолжительность данного стратиграфического подразделения, схему мощностей можно заменить схемой распределения скоростей прогибания на изучаемой площади.
Помните, что Ваша задача заключается в описании геологической истории региона на тектоническом языке, в отличие от ярко выраженного палеогеографического уклона, которого Вы придерживались при анализе учебных карт на практических занятиях по курсу "Историческая геология". Не нужно подробно рассказывать о вариациях глубин палеобассейна, особенностях температурного режима морской воды и геохимических условиях в придонных слоях в подзаголовке "палеогеография". Теперь, например, трансгрессивная последовательность фаций, указывающая на увеличение глубины и площади палеобассейна, важна для Вас, в первую очередь, как индикатор активизации тектонического погружения данного участка земной коры.
Теперь обратим внимание на мощности всех стратиграфических подразделений. Вариации толщин одновозрастных слоев однозначно указывают на дифференцированный тектонический режим в пределах анализируемой площади на протяжении соответствующих веков. Напротив, постоянство мощности одновозрастных толщ по латерали свидетельствует об одинаковых тектонических условиях в соответствующее время в пределах всего листа карты. Если имеются непосредственные указания на закономерное увеличение мощности, например, с севера на юг, то Вы вправе утверждать, что в эти эпохи, за счет вертикальных движений блоков кристаллического фундамента, север территории испытывал воздымание относительно юга (или юг погружался относительно севера, т.к. любые тектонические движения относительны).
Отсутствие в разрезе каких-либо отложений – не повод прервать палеотектонические реконструкции, вернувшись к ним только в более позднее время. Любой стратиграфический перерыв, безусловно, показатель интенсивных восходящих тектонических движений, которые привели к тому, что территория какое-то время представляла собой сушу, где шла денудация. Однако не стоит торопиться и делать формальный вывод о том, что с момента начала стратиграфического перерыва по момент возобновления накопления осадков территория находилась выше уровня мирового океана, на основании отсутствия в стратиграфической колонке соответствующих отложений. Геологическая летопись может быть прервана на, например, карбонатной формации (причем, неизвестно сохранились ли в разрезе верхи последней), а ведь какое-то время потребовалось еще и на формирование морской регрессивной формации, и лишь после этого рассматриваемая территория поднялась на уровень, а затем и выше уровня мирового океана.
После лекционных курсов "Геотектоника" и "Историческая геология" у Вас достаточно сведений об общих закономерностях тектонической эволюции земной коры, чтобы уточнить стратиграфический интервал, соответствующий максимуму активности восходящих движений территории. Зная, во-первых, что подобные максимумы приходятся на завершающие стадии циклов тектогенеза и, во-вторых, время окончания соответствующего цикла тектогенеза на планете, логично предположить, что данный фрагмент древней платформы поднялся выше уровня моря не раньше этого времени. Впоследствии, очевидно, верхи поднятого разреза были размыты, о чем может свидетельствовать накопление обломочных пород с соответствующим составом обломков в области сноса соответствующего временного интервала. [Гужиков, 2002, с изменениями]
Задание бригадное, бригада - 6 - 7 чел.
Бланковка с нанесенными скважинами (раздается на занятиях преподавателем), поинтервальные таблицы данных по скважинам (№ скважины, литология и мощность отложений), Предкавказье, Дагестан. Другой вариантпоинтервальных таблиц данных (Керчь - Тамань).
Объяснительная записка состоит из 3-х частей: тектоника, палеогеография, геодинамика.
Тектоника: положение и конфигурация областей размыва и прогибания, особенно максимального, для каждого из временных интервалов; наличие и характеристики разрывных нарушений.
Палеогеография: распределение обстановок осадконакопления для каждого из временных интервалов.
Геодинамика: закономерности смены тектонических и палеогеографических обстановок во времени для всего временного отрезка.
На развитии этого метода основан объемный метод. Он представляет собой измерение по картам фаций и мощностей объемов осадков и вулканитов разных типов. Это позволяет дать количественную оценку погружениям и косвенно поднятиям, оценить изменения в интенсивности вулканизма и полнее охарактеризовать развитие этих процессов во времени.
Схож с методом фаций и мощностей и анализ формаций. Этот метод имеет существенное значение для тектонического районирования, для определения тектонического режима, поскольку формации – крупные комплексы горных пород, образованные в определенных тектонических условиях.
Безусловной частью методики является, как было указано ранее, анализ перерывов и несогласий. Это старейший метод палеотектонического анализа, существенно развитый в дальнейшем. Изучение перерывов и несогласий в разрезе конкретного региона позволяет расшифровать последовательность проявления в его пределах погружений и поднятий, а так же тектонических деформаций.
Из этого краткого обзора можно понять, что в палеогеографической реконструкции всегда существует неоднозначность в интерпретации данных в силу дискретности распределения точек наблюдения. А проведение на карте различных контуров древнего ландшафта носит порой условный характер и у каждого исследователя отличается, иногда существенно. В то же время, вопрос улучшения качества и достоверности палеогеографических интерпретаций достаточно серьезный, так как от него зависит достоверность прогнозной оценки месторождений полезных ископаемых – нефти и газа, подземных вод, бокситов, фосфоритов, марганца, россыпей золота, олова и др. То есть тех полезных ископаемых, которые формируются в связи с деятельностью гидросферы, атмосферы и в результате разрушения коренных пород. Методика восстановления облика древней поверхности Земли, в геологической терминологии называемая палеогеографической реконструкцией, по техническим приемам является сложной, не всегда однозначной и достоверной. Сами приемы основаны на геологических методах исследований и в большой степени зависят от опыта геологов. Такие реконструкции можно не без основания отнести к сфере искусства, а не просто к научным методам. [ArcReview, 2006]
Автор благодарит А.А.Зарщикова и Д.Линева за ценные советы, обсуждение и помощь в подборе материалов.
