2. Литолого-фациальный анализ

Основой фациального анализа является выделение и описание элементарных седиментационных единиц разреза – литогенетических типов, несущих информацию об условиях накопления исходного осадка. Далее в процессе раскрытия парагенетических сочетаний выделенных литогенетических типов осуществляется переход к представлениям о фациях. Проверка их достоверности основывается на трех главнейших методических приемах. Первый – общеизвестный метод актуализма с поправкой на ту эволюцию, которую претерпела среда в течение геологического времени. Второй – это «метод исключения», при котором из нескольких вариантов возможного генезиса отложений отвергаются наименее подходящие к конкретной общегеологической обстановке. И третий (главный) подход заключается в анализе парагенетической связи различных групп генетических типов, как в разрезе, так и на площади, по известному принципу: всегда со значительной долей вероятности можно высказать предположения о генезисе малопонятного типа отложений, зная происхождение смежных с ним образований.

Методология восстановления обстановок седиментации включает следующие составляющие: 1) полное полевое описание пород и лабораторную обработку собранных образцов, 2) установление латеральных и вертикальных взаимоотношений пород, 3) использование знаний о современных процессах и обстановках седиментации и диагенеза.

Расшифровка генезиса наблюдаемых пород, т.е. собственно фациальный анализ, производится на основе строгого, критичного отбора наблюдаемых фактов и многопланового – системного подхода к их генетической интерпретации. Любой породе свойственно множество вещественно-структурных признаков различного ранга, в которых закодированы различные элементы механизмов и обстановок породообразования. Некоторая часть признаков может вмещать в себе искаженную или даже ложную генетическую информацию по причине распространенности в природе случаев конвергентности, а также искаженности структурно-минеральными новообразованиями. Поэтому, генетическая принадлежность исследуемой породы может быть обоснована с определенной долей вероятности, и обоснование это должно осуществляться посредством системного ранжирования множества разномасштабных признаков.

В классическом для литолого-фациального анализа варианте перечень признаков может быть объединен в две большие группы: «признаки пород» и «признаки разреза» (табл. 1). Первая группа (породный уровень) включает три более дробные категории: петрографическую, палеонтологическую и физико-химическую. Вторая группа (породно-слоевой уровень) учитывает особенности сочетаний литотипов и границ между ними внутри самой осадочной толщи. При изучении пород необходимо учитывать весь комплекс признаков, так как только понимание их различных сочетаний позволит наиболее правильно определить фациальную природу отложений.

Таблица 1

Генетические признаки, изучаемые при восстановлении обстановок осадконакопления / 51 /

Генетические признаки
Породы			Разрез
Петрографические	Палеонтологические	Физико-химические	Вертикальные и латеральные переходы
1. Структура (форма и размер зерен, сортировка) 2. Текстура (слоистость и др.) 3. Минерально-петрографический состав 4. Цемент (состав и тип цементации) 5. Конкреции (состав, форма, распределение)	1. Состав органических остатков (животных и растительных) 2. Сохранность 3. Распределение и количество 4. Условия обитания и захоронения	1. Цвет 2. Пористость 3. Состав поглощенного комплекса 4. Другие физические и химические особенности	1. Строение разреза (макротекстуры, характер чередования слоев, ритмичность и др.) 2. Мощность слоев и ее изменения на площади 3. Характер границ раздела между слоями (размыва и др.) 4. Знаки на поверхности слоев 5. Условия залегания 6. Боковые границы (характер выклинивания, расщепления и др.) 7. Форма слоев в плане 8. Изменение разреза на площади 9. Генетические признаки разреза, замещающего изучаемый разрез

Отбор признаков для определения фации и вес, присваиваемый каждому из них, зависят от характера материала, подлежащего изучению. Практика показала, что эффективное проведение фациального анализа по керновому материалу может быть выполнено с учетом следующих основных признаков породы и разреза: минерального состава, структуры, текстуры, включений органических остатков, характера смены пород по разрезу (цикличности).

Генетическое значение состава пород. Изучение минерального состава обломочных пород необходимо для выделения разновидностей осадочных образований и их типизации. Информация о составе обломочной части осадочной породы используется не только для восстановления условий ее осаждения, длительности, направления и дальности переноса, но и для реконструкции состава пород в области питания. Существует обширная литература методического характера, демонстрирующая возможности и результаты минералогических методов исследования / 8, 10, 24, 27, 3, 11, 46, 47 /. Анализ литературных источников показывает, что кроме картирования распределения терригенных минералов при палеогеографических реконструкциях (выделении палеоландшафтов), целесообразно применять изучение минералогических коэффициентов – парных отношений минералов с различными свойствами. Картирование минералогических коэффициентов имеет целый ряд преимуществ перед картированием отдельных минералов: 1) они могут применяться при сравнении анализов, выполненных по несколько разным методикам, так как отношения минералов остаются независимо от этого постоянными; 2) поскольку содержания минералов измеряются в замкнутой системе 100%, привнос или разрушение какого-либо одного минерала искажает содержания других минералов, в то время как их отношения (коэффициенты) остаются постоянными.

Для разных регионов и разных пород могут применяться различные минералогические коэффициенты, в зависимости от ассоциаций присутствующих в них минералов. Наиболее часто используют три группы коэффициентов /3, 11/. Во-первых, это коэффициенты источников сноса (петрофондовые), к которым относят пары минералов циркон : рутил, циркон : гранаты, циркон : турмалин, турмалин : рутил и др. Это отношения минералов, характерных для кристаллических пород разного происхождения: если циркон чаще связан с гранитоидными изверженными породами, то гранаты имеют метаморфическое происхождение.

Вторая группа коэффициентов – тектонических – включает соотношение пар минералов с различной плотностью. Методической основой применения этих коэффициентов является тот факт, что вследствие механической дифференциации на вершинах конседиментационных структур концентрируются более тяжелые минералы, а на их склонах – более легкие. Поэтому изучение соотношений пар минералов с различной плотностью может дать указания на местоположение конседиментационных структур. К тектоническим коэффициентам относят пары минералов циркон : апатит, циркон : слюды, рудные минералы : турмалин, рудные минералы : слюды, кварц : слюды.

Третья группа коэффициентов – седиментационных – отражает условия отложения осадков, дальность их переноса и степень зрелости. Для этого сопоставляют пары устойчивых и неустойчивых в процессе химического выветривания, переноса и переотложения минералов. Такие коэффициенты представлены отношениями циркон : (пироксены + амфиболы + эпидот), кварц : полевые шпаты. Чем выше зрелость и переработанность осадков, тем выше значения этих коэффициентов.

Распределение значений минералогических коэффициентов отображается с помощью карт, которые используются для детализации терригенно-минералогических построений, выявления положения конседиментационных структур, определения степени зрелости терригенных пород, что способствует уточнению фациальной природы осадконакопления.

Аутигенные минералы осадочных пород тоже имеют важное значение для реконструкции физико-географической среды осадкообразования. Минералов, однозначно определяющих обстановку седиментации, весьма немного. Например, обнаружение значительных количеств аутигенного, непереотложенного глауконита или его сочетание с фосфоритами определяет морской генезис отложений. По результатам сотен анализов глин древних осадочных пород было показано / 96 /, что ни один из специфических глинистых минералов не может считаться индикатором какой-либо одной конкретной обстановки осадконакопления. Однако эти же исследования со всей очевидностью показали, что для древних морских осадочных пород более характерны иллит и монтмориллонит, а каолинит более типичен для континентальных, особенно аллювиальных, осадков.

Присутствие вивианита, особенно в значительных количествах, а также каолиновых глин – признак пресноводного или очень слабо солоноватоводного бассейна. Сочетание значительных масс магнезита с доломитом или сепиолитом является признаком слабо минерализованных щелочных озер засушливой зоны. Для обоснования восстановительной обстановки седиментации нередко привлекается нахождение в породах пирита. Этот минерал, как показали исследования, может образовываться в больших количествах при диагенезе осадка, что не характеризует среду собственно бассейна седиментации. Только наличие мелких кристалликов пирита, расположенных по плоскостям наслоения тонко-слоистых и правильно-слоистых отложений, может свидетельствовать о восстановительной среде в придонном слое бассейна.

Минеральный состав цемента осадочных пород может дать указание на условия осадкообразования, если он формировался в седиментогенезе или раннюю диагенетическую стадию. Обильный известковый цемент с остатками раковин указывает на теплый или жаркий климат. О засушливых условиях свидетельствует базальный гипсовый цемент. Присутствие в цементе гематита в порах или в виде «рубашек» вокруг обломочных зерен может указывать на теплый (или жаркий) и засушливый климат.

Важным дополнением к минералогическим показателям условий осадконакопления являются геохимические показатели, поскольку геохимия рассматривает историю отдельных элементов, их миграцию и осаждение. В многочисленных работах / 26, 33, 50, 67 / показано, что большинство осадочных пород обладает индивидуальными геохимическими признаками, по которым их можно не только классифицировать, но и восстанавливать петрогенетический характер источника сноса, а также реконструировать физико-химические и геодинамические особенности обстановок накопления. Предполагается / 40 /, что важной основой диагностики фаций является сила и характер корреляционных связей между фациями и отдельными химическими показателями породы. На этой основе разработана классификация индикаторов фаций.

В качестве надежного индикатора относительной солености водоемов предложено использовать содержание бора. Установлено / 39 /, что в глинистой фракции морских илов содержится на 30 – 45% бора больше, чем в той же фракции пресноводных илов. Противоположно содержание галлия. Поскольку оба эти элемента связаны с глинистой составляющей, наиболее четкие результаты получаются при анализе глин и глинистого материала в песчаниках.

Вторая весьма показательная пара элементов – стронций и барий. Растворимость первого, как и кальция, лимитируется обычно содержанием в атмосфере и воде СО₂, второго – растворимостью сульфата бария. Поэтому при вносе этих элементов в море барий, соединяясь с сульфат-ионом морских вод, большей частью сразу же осаждается и концентрации его в прибрежной зоне повышены. Стронций же вместе с кальцием осаждается вдали от берега в морских условиях вначале биогенно, входя в состав арагонитовых скелетов различных организмов, а затем хемогенно в обстановке повышенной солености. Поэтому малые значения стронций-бариевого отношения (обычно меньше 1) характерны для пресноводных условий, большие – для условий повышенной солености. Рост этого отношения часто указывает на переход континентальных отложений в морские.

Имеются определенные геохимические показатели окислительно-восстановительного потенциала среды осадконакопления. Так, в отложениях, формирующихся в восстановительной среде и часто обогащенных органическим веществом, повышены концентрации меди, никеля, ванадия, молибдена и некоторых других элементов.

Для разделения глинистых отложений из различных климатических фациальных зон А.Б.Роновым и З.В.Хлебниковой /36/ была предложена треугольная диаграмма в координатах (Al₂O₃ + TiO₂) – (SiO₂ + K₂O) – (CaO + MgO + FeO + Fe₂O₃ + Na₂O + MnO + nnn).

Поскольку глины являются продуктами физико-химического выветривания, то их минеральный, а, следовательно, и химический состав зависит от глубины и направленности процессов выветривания, которые определяются в первую очередь климатическим фактором. На диаграмме авторами показаны области основных генетических типов глинистых отложений: 1) континентальные холодного и умеренно холодного климатических поясов; 2) тоже влажного и жаркого климатического пояса; 3) морские и лагунные аридного пояса. Высокая информативность диаграммы достигается за счет использования всего стандартного набора петрогенных оксидов, отражающих состав глинистого материала.

Интенсивность химического выветривания в области размыва обычно напрямую коррелируется с палеоклиматом. Поэтому в качестве дополнительной характеристики процессов экзогенеза часто используют индекс химического выветривания (CIA) - Al₂O₃/(Al₂O₃ + CaO + Na₂O + K₂O) х 100, служащий показателем климата в области размыва / 77 /. Он рассчитывается по молекулярным количествам петрогенных оксидов и учитывает характер поведения при выветривании главных компонентов полевых шпатов. Установлено, что в гумидных обстановках химическое разложение полевошпатовых алюмосиликатов сопровождается в первую очередь потерей кальция, натрия и калия, что закономерно ведет к увеличению соотношения алюминия и щелочей в продуктах выветривания. В аридных и гляциальных обстановках, где процессы химического выветривания сильно заторможены в область осадконакопления обычно поступает тонкообломочный слабопереработанный материал, представленный в основном умеренно глиноземистыми глинистыми минералами с примесью слабоизмененных или неизмененных полевых шпатов. Критерием для разграничения отложений, накапливавшихся в обстановках теплого и холодного климата принято считать значение CIA, равное 70. У невыветрелых пород этот показатель снижается до 50, а у сильновыветрелых достигает 100.

Генетическое значение структуры пород. Размеры частиц осадка (структура) – важный индикатор энергетического уровня обстановки осадконакопления. Гранулометрический состав, характер окатанности, сортировки и изменения крупности зерен зависят в основном от динамики среды отложения. Теоретическая основа генетической интерпретации данных о структуре обломочных пород достаточно проста. Размер обломков определяется, прежде всего, контрастностью рельефа и динамикой среды отложения, отсортированность зависит от длительности переноса и стабильности гидродинамики, а окатанность – от длительности транспортировки.

Структура обломочной породы характеризуется через гранулометрические параметры: содержание обломочных фракций - песчаной (Пфр), алевритовой (Афр), глинистой (Гфр); медианный диаметр зерен (Мd), коэффициент отсортированности обломочного материала (So). Увеличение в осадке песчаной фракции, медианного размера зерен и уменьшение глинистой фракции свидетельствуют о повышении динамики среды осадконакопления, и, наоборот, противоположное поведение этих параметров рассматривается как показатель уменьшения энергетических уровней среды. Однако даже эти общие представления о корреляции размера частиц и степени их сортированности с энергетическим уровнем следует использовать весьма осторожно. Как указывает Р.Ч.Селли / 39 /, каким бы сильным ни было течение, оно не может отлагать материал более грубый, чем материал исходной породы. Отсортированность отложений зависит от среды переноса и отложения (воздушной или водной) и характера ее движения. Известно, что эоловые осадки обладают очень высокой степенью отсортированности, а осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды, характеризуются лучшей отсортированностью, по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды. При поступлении обломочных компонентов одновременно из различных источников происходит смешивание материала и резкое ухудшение его отсортированности. В этом случае гистограммы гранулометрического состава становятся двухвершинными и интерпретировать их в рамках гидродинамики единого водного потока затруднительно. Избежать этих трудностей иногда удается путем построения серии гистограмм и их группировки в отдельные типы, которые достаточно отчетливо обособляются на площади. Тем самым может быть решен самый первый этап в фациальном анализе – выделение отдельных, отличных друг от друга (в данном случае по характеру распределения размерных фракций) комплексов одновозрастных отложений.

В практике гранулометрических исследований обломочных пород известны примеры успешного использования структурных особенностей осадочных отложений для непосредственного выяснения динамики среды осаждения. При обработке гранулометрических данных наиболее часто используют диаграммы Г.Ф.Рожкова и Р.Пассега для определения генезиса водных осадков.

Метод палеодинамических реконструкций Г.Ф.Рожкова / 35 /, основанный на интерпретации данных гранулометрического анализа, является достаточно надежным инструментом, позволяющим оценить динамику среды осадконакопления. Интегральным параметром, который оценивает всю сумму динамических воздействий на осадок, является гранулометрическая зрелость. По Г.Ф.Рожкову, гранулометрическая зрелость определяется однородностью структуры песков, которая характеризуется модальностью, асимметрией, эксцессом и степенью приближения гранулометрического состава песков к логнормальному закону распределения. Между развитием гранулометрической зрелости и первичными коллекторскими свойствами отложений существует прямая зависимость: гранулометрически зрелые отложения характеризуются повышенными первичными, т.е. сформированными на стадии седиментогенеза, коллекторскими свойствами. Таким образом, качество коллектора напрямую зависит от зрелости осадка, определяемой соотношением скорости привноса и накопленной суммы динамических воздействий на обломочный материал.

Определение фациальных и микрофациальных обстановок седиментации на эталонной динамогенетической диаграмме происходит опосредовано через характер и энергию динамических сил среды седиментации. Наиболее четко на диаграмме распознаются следующие условия седиментации: застойные, речных течений, выходы волн на мелководье, накат волн и деятельность ветра.

Удовлетворительные результаты в определении генезиса современных осадков были получены и на диаграмме Р.Пассега. Автор этой диаграммы считает / 79 /, что способы переноса и отложения обломков могут быть определены соотношением двух основных параметров – максимального размера С, определяемого как 99%-ная квартиль, т.е. такой размер, относительно которого более крупные зерна составляют 1 процент по массе, и медианного диаметра (обозначается буквой М). На диаграмме СМ можно с определенной степенью вероятности определять способы переноса осадков в водной среде (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма СМ Р.Пассега для определения способа переноса осадков в водной среде.

В спорных, альтернативных случаях для решения вопроса о более достоверном происхождении того или иного осадка обоими авторами предлагается использовать картирование данных, снятых с диаграмм, или применить для анализа диаграммы других исследователей. Это особенно необходимо при использовании диаграммы Р.Пассега, так как в различных фациальных обстановках наблюдаются схожие механизмы транспортировки песчаных зерен водными потоками.

При изучении структуры обломочных пород очень важно установить направление ее пространственного изменения. Известно, что 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. Направление уменьшения размерности обломочного материала отражает направление его переноса, что может быть надежно установлено на картах медианного диаметра обломочных зерен, построенных в изолиниях.

Следует подчеркнуть, что применение гранулометрического анализа при фациальных построениях может быть успешным при достаточно большом количестве каменного материала из естественных обнажений или скважин. Это предполагает проведение систематического опробования по сетке или профилям из строго определенных частей осадочных ритмов. Случайный отбор кернового материала, характеризующего только часть седиментационной системы, значительно снижает достоверность палеодинамических реконструкций.

Генетическое значение текстуры пород. Текстурные особенности пород – характер слоистости и разнообразные знаки на поверхности пластов, ориентировка фрагментов породы являются весьма важным индикатором условий накопления осадков. Интерпретация осадочных текстур при фациальных построениях получила широкое развитие благодаря экспериментальным работам по исследованию обстановок накопления современных осадков / 23, 34, 38, 82, 85/. Осадочные текстуры позволяют судить о том, в каких условиях происходило накопление осадков: гляциальных, водных или субаэральных. В какой-то мере они могут служить основанием для суждения об энергетическом уровне конкретной обстановки, о скорости, гидравлических характеристиках и направлении течения.

Вместе с тем сейчас становится все яснее, что непосредственно устанавливать фации только по текстурным признакам невозможно. Текстуры пород, образованные в различных обстановках, нередко обладают схожестью свойств. Текстурные признаки характеризуют 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. Тем не менее, текстурный анализ остается обязательным методическим приемом, обеспечивающим получение важной дополнительной информации для фациальных построений.

Наиболее полная сводка основных типов текстур приведена в монографиях Л.Н.Ботвинкиной / 4, 5 /, которыми обычно пользуются при описании и диагностике текстурных элементов осадочных пород. Наибольшее фациальное значение для терригенных пород в этой сводке принадлежит слоистым текстурам, обычно преобладающим в разрезах осадочных толщ. Эти текстуры, возникающие в результате деятельности донных течений или волнений, относятся к динамическим текстурам. В первую очередь к ним принадлежат косослойчатые текстуры, знаки ряби, гиероглифы.

Косослойчатые текстуры формируются в осадках поступательными движениями среды осадконакопления (реки, донные течения, ветер) и ее колебательными движениями (прибой). Естественно, что в разных условиях образуются морфологически разные типы текстур. Их изучение, выполненное в основном в плоских сечениях, показало большое разнообразие серий косых слойков, что привело к попыткам диагностики фаций по морфологии серий исходя из принципа актуализма / 4 /. Однако косослойчатые текстуры объемны, и, следовательно, в основу их классификации и интерпретации следует положить не плоскую, а пространственную модель. Такая объемная классификация косослойчатых текстур с определением их фациальной принадлежности по форме диаграмм-роз частот ориентировки наклонов косых слойков разработана Э.И.Кутыревым / 22 / (рис. 2).

Рис. 2. Морфологические типы косой слоистости. а, б – диаграммы-розы, построенные по измерениям ориентировки (а – направлений наклона серий косых слойков, б – серийных швов); в – направление течений; г – направление результирующей волнения; д – положение береговой линии относительно лучей диаграмм-роз;  - угол наклона ложа или кровли косослойчатой серии;  - угол наклона косых слойков.

Использование этой классификации предполагает тщательное описание текстурных элементов в объемном варианте по обнажениям или по керну, сопровождаемое производством максимального числа измерений в максимальном числе пунктов наблюдения. По результатам этих замеров строятся диаграммы-розы преобладающего падения в каждой точке (разрезе), а затем наносятся на карту около каждого пункта наблюдения преобладающие направления падения слойков в этой точке. При большом количестве замеров на карте появляется сетка основных направлений течений – гидрографическая сеть, система морских течений и т.д. Установление течений в бассейне имеет большое значение. Они обеспечивают окислительную обстановку седиментации, определяют характер осадков и их распределение, расселение водных организмов и их разнос после смерти, т.е. определяют многие важные фациальные особенности отложений.

Наиболее характерными генетическими типами слоистости, широко используемыми при фациальных реконструкциях являются: 1) русловая – серии однонаправленных косых слойков, располагающиеся этажно друг над другом. Наклон слойков в одну сторону, углы наклона разные, в основном средние (около 30⁰). Между отдельными сериями наклонных слойков могут быть следы размыва или горизонтальная слоистость; 2) потоковая – чередование серий косых и горизонтальных слоев. Косые серии имеют наклон в одну сторону, углы наклона крутые; 3) пойменная – чередование серий алевритовых слойков пологоволнистых или косых изогнутых и глинистых - пологонаклонных или горизонтальных; 4) прибрежно-морская – чередование косых серий слоев с различными углами наклона в различные стороны. Углы наклона пологие и средние.

Важны для генетического анализа знаки ряби на поверхности слоя. Они образуются при действии на осадок водных или воздушных течений, а также волн. Существует обширная литература по генетической классификации ряби, учитывающей ее форму, размеры и обстановки образования / 34 /. Имеются достаточно определенные отличия ряби эоловой от ряби, образованной в результате течений или волнений. В работе У.Таннера / 90 / эмпирически выведено число статистических критериев для идентификации обстановки накопления осадка по знакам ряби.

При реконструкции палеотечений используются и другие динамические текстуры, в частности, ориентировка гиероглифов - различного типа и происхождения барельефных знаков на нижней, значительно реже на верхней поверхности пластов осадочных пород. Часть из них (механоглифы) образуется в результате деятельности донных течений. Это так называемые язычковые и бороздчатые гиероглифы. Они имеют ориентировку, соответствующую направлениям донных течений. Опыт показывает, что ориентировка гиероглифов бывает часто более четкой и согласованной, чем в случае косых слойков, и в общем случае совпадает с ориентировкой последних. Язычковые гиероглифы дают однозначный ответ при установлении направления течения. Острия натеков (язычков) смотрят в сторону, противоположную направлению течения, так как гиероглифы являются слепками с лощинок, промытых течениями в субстрате, а промоины растут регрессивно.

Важным критерием в распознании палеосклонов являются осадочные деформационные текстуры. Наблюдаются они там, где быстрое осадконакопление или эрозия приводят к образованию крутых склонов, которые время от времени становятся нестабильными, обваливаются и сбрасывают поверхностные осадки вниз по склону. Подобные текстуры характерны для дельтовых склонов, подводных каньонов и конусов. Фации материковых склонов хорошо картируются по наличию в отложениях градационных текстур. Градационный тип слоистости характеризуется сортировкой зерен по крупности от грубо- до тонкозернистого от подошвы слоя к его кровле. Дифференциация материала по крупности объясняется моделью турбидных потоков. Взвесь осадочного материала в мутьевых потоках более тяжелая по сравнению с окружающей средой, вследствие чего она двигается по подводному склону как изолированное тело. Седиментация начинается лишь в процессе торможения потока и завершается после его остановки. Влекомый и взвешенный материал начинает осаждаться, дифференцируясь согласно крупности обломков.

Генетическое значение ископаемых органических остатков. Изучение остатков фауны и флоры является одним из наиболее важных методов идентификации условий накопления осадков. При этом следует различать автохтонные и аллохтонные органические остатки. Сообщества автохтонных остатков организмов возникают на месте своего обитания и характеризуют непосредственно обстановку, в которой проживали организмы, и происходило их захоронение. Ископаемые организмы отличаются целостностью скелетных остатков, хорошей сохранностью деталей скульптуры и частей растений, отсутствием сортировки остатков по размеру и форме. Аллохтонные или переотложенные организмы, нередко представленные разными биоценозами, накапливались не в местах их жизни, а на участках, куда они переносились после смерти. Они устанавливаются по наличию механических повреждений и окатанности органических остатков.

Использование ископаемых для определения обстановки накопления вмещающих осадков требует двух допущений / 39 /: 1) ископаемые организмы обитали именно там, где они оказались погребены (автохтонные остатки); 2) среда обитания ископаемых организмов может быть восстановлена по их морфологии или на основе изучения современных форм тех же организмов.

Существует довольно полная сводка по распределению основных групп беспозвоночных в зависимости от глубин, солености и характера субстрата / 62, 66/. 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.

В фациальных реконструкциях наиболее часто используются видовой состав организмов, их скульптурные формы, способ обитания. Иногда простое определение состава организмов позволяет сделать выводы об условиях осадконакопления. Многие беспозвоночные являются характерными обитателями моря, поэтому их нахождение в ископаемых формах указывает на морской режим седиментации. К таким исключительно морским животным относятся кораллы, замковые брахиоподы, трилобиты, головоногие моллюски и др.

В обстановках прибрежного мелководья с активным волновым воздействием, а также на участках сильных подводных течений все бентосные формы, обитающие на поверхности грунта, имеют толстые массивные раковины или различные якорные устройства, препятствующие сносу. Для донной фауны, обитающей в спокойной гидродинамической обстановке, раковины отличаются сравнительно меньшими размерами и тонкими скульптурированными формами.

Важное фациальное значение имеют различные камнеточцы или сверлильщики. Считается, что обнаружение следов сверления указывает на наличие скального грунта, который обычно встречается в береговой зоне и таким образом точно фиксирует положение береговой линии древних бассейнов. Кроме береговых скал твердый грунт может обнажаться и в пределах самих бассейнов на том или ином расстоянии от берега. Это либо рифовые постройки, либо участки дна с активными донными течениями, которые препятствуют осадконакоплению и отмечают перерывы в осадконакоплении.

Большинство ископаемых водорослей относятся к фотосинтезирующим организмам, для которых определяющую роль играет солнечный свет. Поэтому находка донных ископаемых водорослей является надежным показателем малых глубин, обычно 20 – 50 м, редко до 150 м.

Обугленные и литифицированные растительные остатки широко распространены, главным образом, среди континентальных, но иногда обильны среди морских прибрежных отложений. Особенно они характерны для дельтового и лагунного комплексов. Хорошая сохранность фоссилизированных растений свидетельствует о незначительном переносе и об отложении в спокойной воде. Обломки крупных стеблей и стволов встречаются в отложениях речных русел, береговых валов и в других образованиях, связанных с подвижной средой. Вертикальные остатки растений (корненосные горизонты) свидетельствуют о накоплении осадка на месте произрастания растений – это заливаемые участки поймы или озерно-болотные водоемы.

Необходимо иметь в виду, что обрывки растений легко переносятся водой на большие расстояния. Поэтому они могут в небольшом количестве попадать в самые разнообразные осадки, в том числе и в морские глубоководные. В связи с этим, единичные растительные остатки нельзя использовать для суждения о генезисе заключающих их отложений.

Из большой массы ископаемых организмов, которые могут быть использованы для анализа природной среды, наибольшую важность представляют два типа: микрофоссилии и следы жизнедеятельности. Микрофоссилии имеют огромное преимущество по сравнению с мегафоссилиями: они могут быть обнаружены в небольшом объеме кернового образца и извлечены из бурового шлама в количестве экземпляров, достаточном для надежного использования в фациальных построениях. Существует множество различных групп микрофоссилий, которые можно использовать при интерпретации условий осадконакопления. Сюда относятся фораминиферы, остракоды, микропланктон и палиноформы.

Ископаемые следы жизнедеятельности (ихнофоссилии), используемые при определении условий осадконакопления, являются очень хорошим показателем глубины бассейна, токсичности придонных вод, близости береговой линии. Хорошие результаты при использовании ихнофоссилий объясняются тем, что они встречаются in situ и таким образом исключается вопрос о переотложении. Особая их ценность для фациального анализа заключается в том, что они регистрируют осадочную обстановку, в которой обитали живые организмы. Используя это обстоятельство, некоторые исследователи / 95 / выделяют серию ихнофаций, каждая из которых включает в себя набор следов жизнедеятельности, присущих определенным осадочным фациям (рис. 3). Эти ихнофации постоянны в течение всего фанерозоя, несмотря на очевидную эволюцию представительных организмов. Именно поэтому, а также по причине их сохранности на месте обитания организмов, следы жизнедеятельности весьма полезны при анализе погребенных фаций по керну.

Жизнедеятельность организмов может нарушать первичную осадочную текстуру, в частности, изменить ранее возникшую слоистость или полностью ее уничтожить с образованием биотурбированных текстур, которые дают информацию об относительной скорости седиментации. При уменьшении скорости осадконакопления, обнажающиеся поверхности раздела слоев подвергаются интенсивному воздействию роющих организмов. Так, быстро накапливающиеся литоральные осадки содержат редкие следы ходов, по сравнению с соседними, сильно биотурбированными осадками приливно-отливной отмели, которые отлагались намного медленнее.

Рис. 3. Ихнофации морского бассейна. Типовые следы жизнедеятельности представлены: 1 - Caulostrepsis, 2 – Entobia, 3 – следы жизнедеятельности морских ежей (без названия), 4 – Trypanites, 5,6 – Gastrochaenolites, 7 - Diplocraterion, 8 – Psilonichnus, 9 – Scolithos, 10 – Diplocraterion, 11 - Thalassinoides, 12 – Arenicolites, 13 – Ophiomorpha, 14 – Phycodes, 15 – Rhizocorallium, 16 – Teichichnus, 17 – Crossopodia, 18 – Asteriasites, 19 – Zoophycos, 20 - Lorenzinia, 21 – Zoophycos, 22 – Paleodictyon, 23 – Taphrhelminthopsis, 24 – Helminthoida, 25 – Spirorhaphe, 26 – Cosmorhaphe / 95 /.

Генетическое значение цикличности. При реконструкциях условий образования отложений важное значение имеет исследование строения осадочных толщ – характера их наслоения, изменение по разрезу и в пространстве типов и наборов пород. Направленная смена пород в разрезах указывает на изменение каких-то условий осадконакопления, а неоднократная повторяемость близких наборов – на циклическую повторяемость соответствующих условий. Выделение циклитов основано, прежде всего, на изучении объективно существующих породно-слоевых ассоциаций с применением принципов системно-структурного подхода. Образование циклитов связано с изменением обстановок – фаций. Седиментационный циклит – это комплекс фаций, закономерно с определенной направленностью сменяющих друг друга во времени и неоднократно повторяющихся в разрезе. Положение того или иного комплекса отложений в седиментационном циклите и его генетическая связь с подстилающими и перекрывающими отложениями помогает в определении их фациальной принадлежности.

В ряде обобщающих работ / 12, 37/ приведено рассмотрение цикличности в отложениях разного состава и возраста, формирующихся в разнообразных тектонических, палеогеографических, климатических и прочих условиях, показана всеобщность седиментационной цикличности как основного закона формирования осадочных толщ (рис. 4). В то же время единой, сколько-нибудь стройной классификации литоциклов в настоящее время нет. В практических целях при характеристике цикличности чаще всего используют представление о трех типах структурных единиц осадочных толщ.

Рис. 4. Пример строения седиментационного циклита III порядка (а) и циклитов II порядка (б). Дельтовые отложения (субаэральная часть дельты и дельтовая платформа) и аллювиальные отложения (русловые, пойменные и болотные отложения). I – номер циклита третьего порядка.

Первый тип – это простейшая циклическая единица, сложенная двумя (иногда тремя и более) тонкими слоями, возникающими при частой пульсационной подаче в осадок различного осадочного материала в неизменном бассейне осадконакопления. Подача эта происходит в результате сезонных изменений (годовых и многолетних), мелких колебаний засушливых и дождливых периодов, попеременного развития фауны, штормов, нарушения равновесия, сейсмических толчков и ряда других причин. Общая фациальная обстановка в бассейне ритмического накопления длительное время остается постоянной, а литоритмы в конкретной толще чаще относятся к одному генетическому типу.

Второй тип – комплексы из небольшого числа слоев, повторяющих друг друга в последовательности, определяемой гравитационными процессами или колебаниями уровня моря (трансгрессиями или регрессиями). К нему относятся терригенные флишевые толщи, описанные в горно-складчатых поясах / 8 /, классический цикл А.Боума / 58 /, ре- и проциклиты Ю.Н.Карогодина / 17 /. Циклиты с возрастанием крупности зерен вверх по разрезу наиболее присущи дельтовым обстановкам в условиях проградации дельт, они также свойственны проградирующим фэновым отложениям турбидитов (при наступлении грубых каналовых отложений на дистальные турбидитово-гемипелагические комплексы). В отдельных толщах регрессивный характер цикличности может охватывать мощности до нескольких сотен метров.

Третий тип представлен наиболее сложными по составу и строению литоциклами, включающими большое количество слоев (не менее 10-15), что требует детальных литолого-генетических исследований. Знание о генезисе каждого слоя пород, слагающего разрез, позволяет объединить в циклы только те генетические типы пород, сосуществование которых в едином разрезе логически оправдано и обусловлено закономерно развивающимися процессами.

Весьма важным в практическом отношении является применение сведений о цикличности при корреляции отложений. Сравнение пород только по их литологическому составу (а для терригенных отложений – по гранулометрическим типам) возможно лишь как первоначальный вариант, особенно при изменчивости отложений или редкой сети наблюдений. Синхронные горизонты оказываются представлены не только разными породами, но и разными фациями, корреляция которых в рамках литоциклов дает значительно более точное представление о строении осадочного бассейна. Кроме того, литоциклы – это единицы разреза, выдерживающиеся на площади значительно лучше, чем составляющие их отдельные элементы (слои, пласты и даже фации). Они могут уверенно прослеживаться на расстояния в десятки и даже сотни километров. Это позволяет широко использовать литоциклы как самостоятельные стратиграфические единицы разрезов и применять при их сопоставлении принципы циклостратиграфии. Высокая значимость циклостратиграфических построений подчеркивается бурным развитием в последние десятилетия сиквенс-стратиграфии, возникшей в связи с совершенствованием методов сейсмических исследований, особенно при поисках и разведке нефтегазовых месторождений.