Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт нефти и газа

Кафедра геологии нефти и газа

Л.И. СВИРИДОВ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу «Формационный анализ»

для студентов специальности

130101.65.03 – Геология, разведка и разработка полезных ископаемых направлению 130101.65. «Прикладная геология»

Красноярск 2011

I. История становления формациологии

И ЕЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ

Термин «формация» впервые применил А.Г. Вернер (1781 г.). Но несколько ранее Г. Фюксель (1762 г.) писал о «горных сериях» - прообразах будущих формаций. В начале XIX столетия европейские геологи (А. Броньяр, Ж. Кювье, К. Прево) вкладывали в понятие «формация» генетический смысл. Но постепенно в качестве формаций стали рассматривать крупные стратиграфические подразделения. В 1881 г. 2-й Международный геологический конгресс не рекомендовал использовать этот термин в стратиграфическом аспекте.

Русские ученые ХХ века неоднократно пользовались данным термином в целях историко-генетического (Д.В. Наливкин, Н.Б. Вассоевич, Л.Б. Рухин, Н.М. Страхов), тектонического (Н.С. Шатский), металлогенического (Ю.А. Билибин) и других исследований преимущественно слоистых толщ. Выделение и обоснование магматических формаций является заслугой Ф.Ю. Левинсон-Лессинга и Ю.А. Кузнецова. Основы формациологии как самостоятельной науки геологического цикла заложены трудами В.И. Попова, В.И. Драгунова, О.А. Вотаха, В.М. Цейслера и др. Критический обзор современного состояния фациального и формационного анализов был сделан Э.А. Егановым в 1991 г.

За более чем двухсотлетний период оперирования формационными единицами наметилось 6 подходов (направлений) к основной задаче формациологии.

I. Стратиграфический подход применен А.Г. Вернером, считающим формацией комплекс одновозрастных пород. Спусятя почти 50 лет А. Гресли назвал формациями стратиграфические системы (Триасовая, Юрская, Меловая формации). Такого же взгляда придерживался А. Гумбольдт. В конце ХIХ в. Международный геологический конгресс принял решение об исключении формаций из стратиграфической терминологии. Однако геологи США традиционно применяют данный подход. Например, Ф. Кинг в книге «Геологическое развитие Северной Америки» (М., ИЛ, 1961) в Центральных Скалистых горах называет формации Ливингстон (андезитовые туфы маастрихт-палеоцена), Уосатч (красноватые песчаники эоцена), Грин-Ривер (песчаники, аргиллиты, алевролиты с линзами горючих сланцев олигоцена) и др.

Академик М.А. Усов в 30-е годы пытался модернизировать стратиграфический подход, используя американский опыт для Западной Сибири. Под формацией он подразумевал последовательность отложений, которая образуется в промежутке времени между двумя тектоническими фазами. В подошве и кровле формация ограничена поверхностями перерывов и несогласий. Выделенные им формации лишь частично подтвердились (как местные стратоны) последующими работами.

Интуитивно на позиции данного подхода становятся те геологи, которые выделяют формации исключительно в ранге свит осадочных и вулканогенно-осадочных отложений.

2. Генетический подход является одним из наиболее распространенных и применяется с 20-х годов XIX в. (Ж. Кювье, К. Прево и др.). В конце XIX в. Э. Реневье предложил использовать термин «формация» по отношению к наиболее существенным различиям комплексов пород (морские, континетальные, вулканические и др.), а термин «фация» - для обозначения деталей генетической характеристики (шельфовые, озерные, дельтовые и т.п.). В дальнейшем генетический подход применялся ак. Д.В. Наливкиным (он различал иерархическую последовательность: фация – сервия – нимия – формация), ак. Н.М. Страховым, В.И. Поповым и многими другими. Так, Н.М. Страхов под формацией понимает комплекс фаций, выделяемый по типу создавшего его литогенеза (гумидного, аридного, ледового и вулканогенно-осадочного).

3. Тектонический подход заложен исследованиями М. Бертрана, который в 1897 г. отнес гнейсы, флиш и молассы к формациям, свойственным определенным стадиям «цикличной истории гор» (стадиям развития геосинклинали). В последующем его развивали В.В. Белоусов, А.В. Пейве, В.Е. Хаин и др. Так, В.Е. Хаин в 1964 г. формулировал, что формация «это закономерное и естественное сочетание (парагенез, комплекс, ассоциация) определенного набора горных пород – осадочных, вулканогенных, интрузивных, образующихся на определенных стадиях развития основных структурных зон земной коры». Позднее (1985 г.) В.Е. Хаин несколько изменил свою формулировку, внеся в нее и генетический смысл («общность условий образования»).

4. Эмпирический подход сформулирован академиком Н.С. Шатским, относившим к формациям «естественные ассоциации горных пород, отдельные члены которых (породы, слои, толщи и т.д.) парагенетически связаны как в пространственном, так и в возрастном отношении». В этом определении парагенетическая связь обозначает устойчивое, многократно повторяющееся сонахождение. Н.С. Шатский подчеркивал, что формации должны выделяться на основании полевых наблюдений, а не в результат построения надуманных классификаций (генетических, тектонических и др.). Методически грамотно выделенные формации, по его убеждению, неизбежно обнаружат связь с тектоническими структурами, так как тектоника, обусловливающая рельеф, вулканизм и условия осадконакопления, повлияет на состав, структуру, мощность и другие особенности слоистой толщи. Этот подход отечественными исследователями применяется достаточно широко, уступая, однако, генетическому.

5. Иерархический подход пропагандировался И.В. Крутем, В.И. Драгуновым, О.А. Вотахом и др. Он основывается на идее многоуровневой организации вещества Земли. Н.П Херасков писал: «Если горная порода – это парагенез минералов, то формация – парагенез горных пород». В.И. Драгунов, исходя из идеи структурной организации вещества любого уровня, предлагает применять в отношении формаций системные принципы массового производства (Томсона), физической непрерывности (Пуанкаре) и смешения (всюдности Вернадского). Из первого принципа следует, что формация как сложное естественное тело должна повторяться в пространстве и геологическом времени. Из второго – что внутри формации повсеместно должны сохраняться ее существенные свойства, а из третьего – что в теле формации могут встречаться породные включения, которые не должны учитываться при идентификации. К названному примыкает системный подход, развиваемый ак. Ю.А. Косыгиным, В.А. Соловьевым и др. По Ю.А. Косыгину, формация – это «крупные геологические тела, структуры которых обладают свойством периодичности, что позволяет выделять формации по структурно-вещественным признакам подобно тому, как выделяются горные породы». Как минерал и многие горные породы имеют структурные ячейки, состоящие соответственно из атомов (ионов) и зерен минералов, так и для формации эти исследователи рекомендуют выделить ячейку, включающую главнейшие (патрические) горные породы. Близко к двум последним определение В.М. Цейслера, рассматривающего формацию как «закономерно повторяющуюся во времени и пространстве ассоциацию горных пород, обладающую особенностями состава и строения и образующую крупное геологическое тело».

6. Целевой подход предложен Ю.А. Ворониным и Э.А. Егановым. Критикуя представления о естественности формаций (существования вне зависимости от исследующего породные ассоциации субъекта), эти ученые показали, что формационные тела выделяются в зависимости от целевых установок и научных представлений авторского коллектива. Во многом такое мнение оправдано, что видно прежде всего, из приведенного многообразия теоретических подходов к объекту формациологии.

Каждый из подходов имеет достоинства и недостатки. Так, если бы получил международное признание подход такого научного авторитета, как А. Гумбольдт, то вместо стратиграфии расчленением и корреляцией слоистых толщ занималась бы формациология, а породные комплексы исследовала бы другая (по названию) дисциплина. Генетический (иногда именуемый историко-геологическим, геогенерационным) подход многим ученым представляется предпочтительным , так как с возможностью ответа на вопросы как? И почему? Ученые связывают надежды расшифровать сокровенные тайны недр, в частности, выявить минерагенический потенциал геоформаций. К сожалению, генетические представления часто оказываются сугубо предположительными из-за конвергенции (такого развития, когда разные геологические процессы дают один конечный продукт), неотчетливости признаков и т.д. Конвергенция является серьезным барьером и на пути тектонического подхода, так как очень схожие (и часто отождествляемые) формации обнаруживаются в разных геотектонических зонах (областях). Кроме того, геотектонический анализ зачастую столь же ненадежен и спорен, как и историко-генетический.

Эмпирический, иерархический и системный подходы схожи в том, что исповедующие их ученые пытаются опереться на поиск неслучайных наборов пород и изучение их структурных соотношений. Существовавшие на первых порах противоречия совместными усилиями ученых сглаживаются, и эти подходы сближаются. Догадка о многоуровневой организации вещества земной коры подтвердилась лишь частично. Так, структурные ячейки выделяются для минералов с кристаллическим строением и достаточно гипотетически – для Солнечной системы (планеты-ячейки). Ассоциации горных пород зачастую не обнаруживают устойчивой регулярности в пространственном положении породных тел.

Идентификация геологических формаций осуществляется несколькими способами. Укоренились некоторые исторически сложившиеся названия (аспидная, лептитовая, рапакиви и др.). В ходу географические и этнографические наименования (гондитовая, эвксинская, доманиковая). Новые формации чаще всего обозначаются петрографическими и литологическими терминами. В.И. Драгунов рекомендовал употреблять не более двух терминов (известняково-доломитовая, песчано-алевролитовая и т.п.). Но допустимо тройное словосочетание (сланцево-мергельно-известняковая). Развернутые обозначения типа: «морская битуминозная известняково-алевролито-сланцевая формация» являются громоздкими и по сути представляют из себя краткое описание. Иногда для выделяемых ассоциаций применяются палеотектонические, палеогеографические и другие термины (например, геоантиклинальная рифовая известняковая). Формации могут быть названы и по особым свойствам (черносланцевая, платобазальтовая и т.п.).

Методика выделения формаций не является устоявшейся и не регламентируется инструктивными материалами. В целях формационного анализа могут использоваться:

а) полистные геологические карты среднего и крупного масштабов и стратиграфические колонки к ним;

б) специальные карты (литологическая, интрузивных комплексов, метаморфизма и др.) разных масштабов;

в) тектонические и ранее составленные формационные карты, требующие детализации и перекодирования из-за изменения понятийной базы. Полевые исследования (как предполагал в 50-е годы Н.С. Шатский) проводятся как исключение (по планам научно-исследовательских работ отраслевых и академических институтов).

Необходимые этапы работы следующие:

а) составление перечня формаций и списка их существенных свойств (в т.ч. легенды карты формаций);

б) проведение границ формаций (по списку свойств), что выполняется по геологическим и специальным картам (при необходимости – с масштабированием), имеющимся геологическим разрезам и стратиграфическим колонкам, иногда – по данным полевого расчленения разрезов;

в) ретроспективный анализ выделенных формаций и их сообществ с реконструкциями условий образования (фациальный и палеотектонический анализы), этапов становления, деформационно-флюидной переработки, оценкой сохранности (сравнения наблюдаемого объема с предполагаемым исходным);

г) оценка минерагенического потенциала по критериям и признакам перспективности в отношении любых полезных ископаемых.

Классификации формаций являются частными. Одновременно приходится применять несколько частных классификаций (по структурно-вещественным признакам, по тектоническому режиму становления, по генетическим особенностям и др.).

Составление карт геологических формаций проводится в мелком и среднем масштабах для территории государств и регионов. Одними из первых в отечественной практике были мелкомасштабные. Карта магматических формаций СССР (редактор Д.С. Харкевич, 1968), Карта геологических формаций Восточного Казахстана (редактор Л.И. Боровиков, 1970), Карта геологических формаций чехла Сибирской платформы (редактор Н.С. Малич, 1977). За ними последовали другие. На этих картах виды формаций изображаются цветом, с использованием гашуры и крапа. В некоторых случаях применяются индексы.