4.3. Палеотектонические движения и методы их анализа

В разделе будут рассмотрены следующие вопросы. 1. Дано понятие фации в геологическом смысле. 2. Описаны наиболее распространенные и важные для геологии ископаемые фации. 3. Описаны современные методы анализа палеотектонических движений и восстановления палеогеографических условий по фациям, мощностям отложений и по несогласиям и перерывам.

Чем дальше мы проникаем в прошлое Земли, тем меньше мы находим следов древнего рельефа и тем меньше, следовательно, можем опираться на геоморфологические методы. На палеогеографических картах ранних геологических периодов все большую площадь начинают занимать морские отложения и осадки крупных внутриматериковых водоемов, изучая которые по стратиграфическим колонкам и разрезам мы можем расшифровать характер палеотектонических движений и географические условия существовавших в то время ландшафтов.

Здесь используются следующие методы:

1. Анализ фаций.

2. Анализ перерывов и несогласий.

3. Анализ фаций и мощностей отложений.

4. Анализ формаций.

1. Анализ фаций

Поверхность земли, являясь ареной современного осадкообразования, характеризуется разнообразными физико-географическими и геологическими условиями, которые находят отражение в составе и биоценозах этих осадков или фаций.

ФАЦИЯ — большинство современных исследователей понимают под этим определенные типы осадочных пород, возникших в определенных физико-географических условиях (русловые пески, озерные известняки, прибрежные галечники и т. п.). Следовательно, под фациями можно понимать одновозрастные образования, особенности состава и строения которых объясняются различными условиями осадконакопления в пределах площади их распространения (в разных местах водоема или морского бассейна или на суше). Последнее определение дано основателем этого термина швейцарским геологом А. Грессли.

Фациальный анализ

В осадочных и вулканических породах, образующих земную поверхность зашифрованы природные условия конкретных физико-географических обстановок, в которых они образовались. Выяснению этих палеогеографических обстановок помогает учение о фациях или фациальный анализ.

Фациальный анализ — это комплексные исследования с целью определения фаций прошлого; он слагается из биофациального и литофациального анализов, а также из тщательного изучения общегеологических данных (площади распространения отложений, их мощности, переходов по простиранию и т. д.).

Биофациальный анализ

Биофациальный анализ заключается в определении фаций на основе изучения органических остатков и следов жизнедеятельности организмов. Из анализа остатков водных организмов возможно восстановление солености, глубины бассейна, световых условий, температуры, газового режима, характера движения воды и грунта.

Соленость морской воды определяется количеством граммов соли в одном литре воды и измеряется в промилле (1 ‰ = 1 г/л).

Бассейны нормальной солености (близкой к 35‰) характеризуются наиболее разнообразной и богатой растительностью и фауной (табл. 26.1). В бассейнах ненормальной (осолоненные с 45‰, солоноватоводные с 0,5–15‰ и пресноводные ниже 0,5‰) условия благоприятны для немногих видов, однако при этом может возрастать их продуктивность. Для таких бассейнов часто характерны бедность видами и богатство особями. Изменение солености приводит к «угнетенному» облику фауны: уменьшаются размеры и толщина раковины, упрощается их скульптура.

Таблица 26.1

Организмы, живущие в условиях
нормальной солености (стеногалинные)	в изменяющейся солености (эвригалинные)	в осолоненных бассейнах	в пресных бассейнах
Колониальные кораллы, иглокожие, головоногие моллюски, брахиоподы, трилобиты	Пелециподы (двустворчатые моллюски), гастроподы (брюхоногие моллюски), мшанки	Ракообразные, черви, водоросли, бактерии	Двустворки: Unio, Dreissena, гастроподы: Limnea, Viviparus, Planorbis

Глубина бассейна играет чуть ли не самую важную роль в распределении организмов в морском бассейне. С ростом глубины уменьшается освещенность, возрастает давление, изменяется газовый режим; температура воды на больших глубинах низкая и практически постоянная. В этом же направлении уменьшается число видов и количество биомассы. Для жизни растений и животных наиболее благоприятны небольшие глубины.

Определить глубину древних бассейнов по остаткам организмов чрезвычайно сложно. Так на небольших глубинах обитали водные растения и разнообразные рифостроители: известьвыделяющие водоросли (строматолиты), археоциаты, строматопораты, кораллы. Массовые поселения брахиопод и двустворок характерны для морского дна. На мелководье располагались брахиоподовые и пелециподовые банки, заросли морских лилий. С глубиной более 150–200 м исчезают водоросли и растительноядные организмы, беднеет видовой состав и падает общее количество донных организмов, животные становятся мелкорослее. В зоне батиали, до глубины 700 м, встречаются одиночные кораллы, морские ежи, морские лилии, фораминиферы, губки, раки и ряд других. Глубже 700–800 м исчезают кораллы и большинство иглокожих.

Свет используют фотосинтезирующие растения. Наиболее освещены верхние 10 м водной толщи. До глубины 50–80 м и на мелководье существует наиболее богатый животный мир, представленный растительноядными формами, разнообразными хищниками, трупоедами и илоедами. На глубине свыше 200 м царит фактически полная темнота.

По температуре воды на небольших глубинах можно примерно восстанавливать географическое положение (широту) акватории, время года, и направления существовавших течений. В Мировом океане наивысшая температура воды 36°С (в тропической зоне), наиболее низкая — от 0 до –2°С. Все глубинные части океанов заполнены холодными водами. Некоторые организмы весьма чувствительны к изменению температуры (стенотермные). К ним относятся колониальные кораллы, которые живут только при температуре не ниже 20°С. В теплых морях известковые раковины животных более толстые, более массивные с богатой скульптурой.

Газовый режим водных бассейнов также весьма важен, т. к. сильно влияет на животный мир. Например, кислород является жизнетворным и совершенно необходимым газом для развития и существования почти всех организмов. Углекислый газ выделяется в воду из организмов и поступает сюда во время вулканической деятельности. Он потребляется фото- и хемосинтезирующими организмами и расходуется на химические соединения. В высоких концентрациях углекислый газ ядовит. Сероводород образуется в водных бассейнах в результате жизнедеятельности бактерий. Для водных животных он тоже смертелен. При скоплении его на дне застойных бассейнов возникает сероводородное заражение, способствующее накоплению органического вещества.

Движение воды способствует возникновению у животных различных приспособлений: прочные постройки, толстые раковины, способность к сверлению или прирастанию ко дну, появлению обтекаемых раковин, стелющихся по дну колоний. Движение воды усиливает газовый обмен и создает окислительную среду.

Характер грунта влияет на организмы следующим образом. На рыхлом грунте, например, у морских лилий появляются образования, напоминающие корни, у морских ежей появляются довольно большие иглы, у трилобитов возникает широкий лимб, на раковинах брахиопод, двустворок, гастропод появляются шипы, иглы, выросты. В рыхлом грунте сохраняются следы жизнедеятельности илоядных форм. У зарывающихся полностью или частично брахиопод и двустворок изменяются форма раковины, ее скульптура и внутреннее строение; раковины становятся длиннее (Mya, Solen, Lingula).

На твердом грунте живут формы, прирастающие при помощи цемента. У морских лилий утолщается основание стебля, который начинает напоминать усеченный конус или пенек спиленного дерева. Многие двустворки и брахиоподы образуют тесные поселения, банки, нарастая друг на друга; раковины в таких скоплениях обычно неправильной формы. Прирастающими становятся и некоторые низшие ракообразные (Balanus). На твердом грунте хорошо себя чувствуют кораллы, археоциаты, строматопораты, всверливающиеся животные, камнеточцы.

Литофациальный анализ

Этот анализ дополняет определение фаций текстурно-структурными характеристиками и особенностями контактовых поверхностей напластований.

Как известно из литологии все отложения подразделяются на слоистые и массивные (неслоистые). Отсутствие слоистости говорит об осадкообразовании в постоянных условиях. Слоистость указывает на отложение в среде с менявшимся режимом осадконакопления. В спокойной водной среде (озера, моря) формируется параллельная слоистость. В движущейся воде или при ветре (русла рек и временных водотоков, в зоне подводных течений, в прибрежной части, в пустынях) образуется косая слоистость.

Текстуры поверхностей напластования. Различные образования (знаки ряби, многоугольники высыхания, глиптоморфозы по кристаллам каменной соли, следы струй, течения, стекания, отпечатки капель дождя, града, следы жизнедеятельности различных организмов (ползающих, зарывающихся) следы четвероногих и птиц, нерасшифрованные знаки — гиероглифы) в зоне контакта различных по составу горных слоев изучает специальный раздел геологии — палеоихнология. Образования неорганического происхождения называются механоглифы, а органического — биоглифы.

Знаки ряби указывают на обстановку осадконакопления. Причем, симметричная рябь с одинаковыми углами наклона у валиков характерна только для водной среды (в реках, зонах течений, в прибрежной полосе). Несимметричная рябь бывает водная и ветровая (эоловая). Водную рябь от ветровой отличают по индексу ряби (отношение ширины валика к его высоте). У водной ряби этот индекс колеблется от 5 до 10, у ветровой — от 20 до 50.

Многоугольники высыхания (трещины высыхания) образуются в наземных условиях при сухом, жарком, и реже умеренном климате.

Глиптоморфозы по кристаллам каменной соли указывают на сухой и жаркий климат, они характерны для пустынных образований.

Структурные особенности пород наиболее ярко проявлены и информативны в терригенных (обломочных) породах.

Размер обломочного материала позволяет судить о рельефе и удаленности области питания: более крупнообломочные породы располагаются, как правило, ближе к источнику сноса у подножия горной страны. По крупности обломочных частиц можно судить и о скорости движения воды в месте образования осадка.

Так, при скорости течения 10 км/ч (Гольфстрим у берегов Флориды) дно бывает выметено, а при 4–6 км/ч выпадают гальки величиной с грецкий орех. Пески отлагаются при скорости течения 0,26–0,34 м/с, а алевриты — не более 0,26 м/с.

Состав обломочного материала галечников, конгломератов, песков, песчаников позволяет выяснить длительность и характер переноса, установить источник сноса. В процессе переноса наиболее неустойчивые, мягкие, легко растворяющиеся минералы и горные породы разрушаются. Поэтому наличие в изучаемой породе только устойчивых минералов свидетельствует либо о длительном переносе обломочного материала, либо о долгом выветривании пород перед сносом, либо о переотложении обломочных толщ.

Состав горных пород позволяет судить о среде и климате, в котором происходило осадконакопление. Так, присутствие в породах глауконита свидетельствует об отложении осадка в море. Соли и гипс указывают на жаркий сухой климат. Минеральный состав глин также помогает сделать заключение о климате. Глины, образовавшиеся во влажном тропическом климате при обилии растительности и гумусовых кислот, содержат галлуазит и каолинит; глины аридного климата — монтмориллонит, гидрослюды. Мощные карбонатные толщи формируются, как правило, в тепловодных бассейнах.

Сортировка обломочного материала говорит о длительном переносе обломков. Отсутствие сортировки характерно для морен, осыпей, глубоководных брекчий, обвальных и селевых отложений.

Форма обломков определяется составом разрушающейся горной породы, ее трещиноватостью, слоистостью. Округлая форма гальки характерна в общем случае для речных отложений. В морских прибрежных образованиях преобладают уплощенные гальки, в пустынных встречаются эоловые многогранники. Утюгообразные валуны присущи ледниковым отложениям.

Степень окатанности обломков зависит от следующих факторов: 1) состава пород (обломки мягких пород окатываются быстрее и лучше, чем твердых); 2) первоначальной формы обломков; 3) скорости и длительности переноса. Наилучшая окатанность наблюдается у морских галечников, образовавшихся в результате перемыва принесенного в море реками материала. Плохо окатанный материал характерен для отложений конусов выноса временных потоков, верховий рек и делювия. Происхождение песков определяют по содержанию в них зерен разной окатанности. У речных песков преобладают полуугловатые и полуокатанные зерна, у прибрежно-морских — полуокатанные и окатанные, у дюнных — окатанные.

Характер поверхности обломков определяется их составом и средой, в которую они попали. Ямчатая, бугорчатая, шероховатая поверхность обломков часто объясняется полиминеральностью их состава. Для обломков, попавших в подвижную водную среду, характерна гладкая поверхность; наиболее отполирована морская галька. В ледниковых отложениях на поверхности валунов и обломков могут быть борозды, шрамы, царапины. Обломки пород в пустынных отложениях покрыты «загаром пустыни».

Характеристика цементирующей массы (состав, количество, соотношение с обломочным материалом) — необходимый элемент анализа структуры обломочных пород. Например, карбонатный цемент характерен для неподвижных галечников водных бассейнов. Конгломераты, образовавшиеся из подвижных галечников, содержат мало цемента. Концентрация крупнообломочного материала на отдельных участках указывает на расположение основного русла.

Окраска пород также может служить индикатором среды осадконакопления. Зеленый цвет отложений иногда объясняется присутствием глауконита - минерала от светло-зеленого до черно-зеленого цвета, образующегося в морских условиях. Черный и темно-серый цвет часто наблюдается у отложений, сформировавшихся в восстановительных условиях сероводородного заражения. Ископаемые песчаные и песчано-глинистые отложения пустынь нередко бывают красноцветные (красные, бурые, коричневые).

Анализ общегеологической обстановки

Этот анализ заключается в определении площади распространения отложений, их мощности, взаимоотношений с подстилающими и перекрывающими отложениями, а также с соседними одновозрастными образованиями. Например, пустынные отложения отличаются огромными площадями распространения при сравнительно небольшой мощности. Отложения подножий гор протягиваются на десятки километров и имеют большую мощность. Немые параллельно-слоистые песчаники, переходящие во все стороны по простиранию, также вверх и вниз по разрезу в отложения с остатками морской фауны, будут иметь только морское происхождение.

Описание фаций

Изучение современных фаций, закономерностей и процессов их возникновения позволяет с помощью принципа актуализма воссоздать условия образования древних осадков. При этом все разнообразие современных и древних (геологических) фаций по месту своего образования объединяется в три большие группы: 1) морские; 2) переходные и 3) континентальные фации.

1. Морские фации [m]

1.1. Литорали (0–10 м);

1.2. Неритовой зоны (до 200 м);

1.3. Батиальной зоны (200–3000 м);

1.4. Абиссальной зоны ( 3000 м).

2. Переходные фации

2.1. Фации дельт;

2.2. Фации соленых лагун;

2.3. Фации опресненных лагун и заливов (эстуариев).

3. Континентальные фации

3.1. Субакватические фации (пресноводных бассейнов и водных потоков)

3.1.1. Конусов выноса предгорий [p];

3.1.2. Речные фации (русловые, паводковые, пойменные, террасовые);

3.1.3. Озерные (лимнические) фации [l];

3.1.4. Болотные фации.

3.2. Субаэральные фации

3.2.1. Гляциальные (ледниковые) [g];

3.2.2. Флювиогляциальные [f];

3.2.3. Фации пустынь (каменных, скалистых, песчаных пустынь и пустынных временных потоков — вадей);

3.2.4. Склоновые фации (элювиальные, делювиальные, коллювиальные и кор выветривания). 

По способу образования фации подразделяются на: 1. Терригенные. 2. Органогенные. 3. Химические или хемогенные

Рассмотрим более подробно все эти фации, взяв за основу их классификацию по способу образования.