Историческая геология (практикум). Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Геолого-геофизический факультет

И. В. Коровников

ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ

(ПРАКТИКУМ)

Учебно-методическое пособие

Новосибирск

2022

3

Цели освоения дисциплины (курса)

Целью освоения дисциплины «Историческая геология (практикум)» является углубление и расширение знаний, компетенций и навыков, полученных в ходе изучения базовых дисциплин геологического цикла образовательной программы бакалавриата по направлению «геология» (общая геология, основы тектоники и геодинамики, палеонтология). Дисциплина направлена на формирование системы знаний о геологической истории осадконакопления и факторах, контролирующих эти процессы, методах историко-геологических исследований, общих закономерностях развития Земли.

Дисциплина «Эволюция осадочной оболочки Земли» также способствует овладению студентами необходимой терминологической базой для изучения геологических дисциплин: «Геология России», «Стратиграфия», «Методы палеонтологических исследований», «Основы седиментологии». Кроме того, данная дисциплина формирует целостную картину истории развития осадочной оболочки Земли и способствует ориентации студентов в их дальнейшей учебе и научной деятельности. Во время обучения расширяются знания о фациальном и палеонтологическом анализах, даются детальные знания о стратиграфии, палеогеографии, органическом мире всех геологических эпох, о процессах седиментации. Дисциплина «Историческая геология (практикум)» также ориентирована на формирование навыков самостоятельной научно-ис- следовательской деятельности, умения анализировать и обобщать сведения из различных дисциплин геологической науки таких как палеогеография, палеогеодинамика, седиментология, палеонтология, стратиграфия и других.

Основными задачами дисциплины являются:

–дать представление о современных знаниях об осадочных горных породах;

–дать представления о фауне и флоре различных геологических эпох;

–дать представление о методах восстановления палеообстановок осадконакопления;

–дать представление о палеогеографических и палеогеодинамических обстановках прошлых эпох;

–дать представление о эволюции осадконакопления в ходе геологического времени;

–развить и детализировать представления об эволюции основных факторов осадконакопления;

–дать представление об общих закономерностях геологического развития Земли.

4

ЧАСТЬ 1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

Тема 1. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Осадочные горные породы (ОГП), горные породы, возникшие пу-

тём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения ОГП разделяются на обломочные, химические и биогенные.

Источником вещества для образования ОГП являются: продукты выветривания магматических, метаморфических и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны).

В современных осадках и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе осадочных горных пород, как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые ОГП (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органическими остатками.

Формы залегания осадочных горных пород. ОГП породы обра-

зуют пласты, слои, линзы и другие геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется

5

текстурой. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование ОГП происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый

ипористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу (литогенез).

Классификация ОГП основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп ОГП: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др.

Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава

– переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными

икремнистыми и т.п., а также вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов (пирокластические породы). Более детальное подразделение в пределах выделенных трупп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.

Осадочные горные породы составляют около 10 % массы земной коры и покрывают 75 % поверхности Земли. Основная их масса сосредоточена на материках (500 млн км3) и континентальных склонах (190 млн км3), тогда как на дно океанов приходится 250 млн км3. В пределах материков около 75 % объёма всех осадочных горных пород приурочено к геосинклинальным областям и около 25 % – к платформам. Свыше 75 % всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, строительные материалы и

6

пр.), заключено в осадочных горных породах. Среди осадочных горных пород преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы – около 50 %), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) – примерно поровну, в сумме около 45 %; на остальные типы приходится менее 5 %.

Вопросы к теме 1

1.Дайте определение осадочных горных пород.

2.Какой процент среди осадочных горных пород составляют глинистые, песчаные, карбонатные породы?

3.Что является источником образования осадочных горных

пород?

4.Каковы формы залегания осадочных горных пород?

5.На чем основана классификация осадочных горных пород?

Литература к теме 1

Гордиенко И.В. История развития Земли. Новосибирск: ГЕО,

2008.

Ежова А.В. Литология. Изд-во Том. политехн. ун-та, 2009. 335 с. Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изуче-

ние. М.: Недра, 2007.

Леонов Г.П. Историческая геология. М.: МГУ, 1985.

Логвиненко Н. В. Петрография осадочных пород. 2-е изд. М., 1974. Розенбуш Г. Описательная петрография: пер. с нем. М., 1934. Ронов А. Б., Ярошевский А. А. Химическое строение земной коры

// Геохимия. 1967. № 11.

Ронов А.Б. Осадочная оболочка Земли. М.: Наука, 1980. 78 с. Рухин Л. Б. Основы литологии. 3-е изд. Л., 1969.

Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. М., 1960. Ч. 1–2. 62 с.

Тема 2. ОБЛОМОЧНЫЕ И ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

К группе обломочных относятся породы, в которых обломочная часть составляет более 50 % от суммы всех компонентов. В основу классификации обломочных пород положены их структура (размер частиц), наличие цемента и минералогический состав.

7

Обломочные породы, в которых присутствует свыше 25 % обломков размером более 1 мм по длинной стороне, называются крупнообломочными. Крупнообломочные породы, состоящие из угловатых обломков, называются брекчиями, из окатанных − конгломератами. Конгломераты по генетическим признакам разделяются на базальные и внутриформационные.

К мелкообломочным относятся песчаные, алевритовые смешанного состава породы.

Песчаными называются мелкообломочные породы, состоящие преимущественно из обломков минералов и горных пород, размер которых составляет от 0,1 до 1 мм. Рыхлые разности называются песком, сцементированные – песчаником. По размеру частиц пески и песчаники подразделяются на крупнозернистые (1−0,5 мм), среднезернистые (0,5−0,25 мм) и мелкозернистые (0,25−0,1 мм).

Алевритовыми называются мелкообломочные породы, состоящие преимущественно из обломков минералов размером от 0,01 до 0,1 мм. Рыхлые разности называются алевритами, сцементированные алевролитами. Среди них выделяют крупнозернистые (0,05−0,1 мм) и мелкозернистые (0,05−0,01 мм).

Песчаные и алевритовые породы связаны между собой постепенными переходами. Породу принято относить к песчаной или алевритовой, если содержание обломков соответствующей размерности в ней больше 60 %.

Выделяются четыре основные ландшафтно-динамические области накопления осадков: водораздельно-склоновая; наземно-равнин- ная; подводно-равнинная и удалённая от берега область проявления течений и мутьевых потоков. Две первые отвечают континентальному осадконакоплению, при котором часто значительное влияние оказывает ветер, вторые соответствуют бассейновому осадконакоплению.

Глинистые породы

К глинистым относятся породы, сложенные частицами размером менее 0,01 мм. Главными породообразующими минералами являются каолинит, гидрослюды, монтмориллонит и смешанно-слойные образования. Важными компонентами иногда являются хлорит, ок-

8

сиды и гидроксиды железа и алюминия, глауконит и опал. Второстепенные минералы представлены кварцем, халцедоном, слюдами, полевыми шпатами.

Хемогенные глинистые породы формируются в результате химического выветривания кристаллических пород. Это глинистые образования древних и современных кор выветривания, современных и ископаемых почв. Характер глин зависит от климата и состава материнских пород. В гумидном климате при выветривании гранитоидных пород формируются каолинитовые глины, а при выветривании Fe–Mg–Al-силикатных пород – хлорит-монтмориллонитовые глины.

Обломочные глины образуются в результате разрушения и переотложения коры выветривания, а также осадочных пород более древнего возраста. Образование обломочных глин происходит в континентальной и морской обстановках.

Некоторые черты эволюции обломочного породообразования в истории Земли

Относительная простота механизмов образования обломочных пород (отложение материала при снижении энергии транспортирующей среды) и их широчайшее распространение в самых разных обстановках, присутствие их в отложениях всех возрастов, казалось бы, должны были обусловить отсутствие эволюции обломочного породообразования. Однако черты эволюции в образовании этой группы пород все же установлены, и обусловлены они общей эволюцией геологических процессов в истории Земли.

Прежде всего было установлено, что средний размер обломков (галек) в разновозрастных конгломератах не одинаков и направленно увеличивается со временем. Средний размер галек неоген-четвертич- ных конгломератов больше такового для конгломератов, например, карбона или перми, а в последних больше, чем в конгломератах рифея. Поскольку размер галек в конечном счете определяется степенью контрастности рельефа, высотой гор, была подсчитана эта высота для гор разного времени, которая могла бы обеспечить тот или иной размер этих галек.

Подобные расчеты показали, что высота горных сооружений после байкальской орогении составляла 1,5–2 км, герцинской 3–4 км, киммерийской 5–6 км, альпийской 7–9 км.

9

Увеличение контрастности наземного рельефа достаточно отчетливо проявляется и на более высоком уровне организации осадочных пород – на уровне крупных ассоциаций пород – формаций. В архее (4–2,5 млрд лет) и нижнем протерозое (2,5–1,65 млрд лет) конгломераты образуют относительно маломощные, но выдержанные по простиранию пачки – базальные конгломераты трансгрессивных осадочных (ныне обычно метаморфизованных) серий. Начиная с рифея (с 1,65 млрд лет) появляются территориально более ограниченные, но более мощные, со своеобразной структурой терригенные комплексы, включающие и конгломераты – молассовые формации. Со временем мощности молассовых формаций, равно как и отмеченный выше размер галек и валунов конгломератов, возрастают.

Количество обломочных пород также периодически возрастает относительно общего объема осадочных пород в конце каждого тектонического цикла, когда в результате орогении и возникают горные сооружения: в силуре – нижнем девоне, верхней перми – нижнем триасе, нижней юре, неогене.

Эволюция обломочного породообразования имеет и более сложные формы, связанные с общей эволюцией обстановок на Земле. Изменения в этом случае имеют не только чисто количественное, но принципиально иное, качественное выражение.

На ранних этапах геологической истории, когда еще практически отсутствовало континентальное химическое выветривание, а источником обломочного материала были основные эффузивы, формировались в основном граувакки. С конца архея (с 2,5 млрд лет) после мощного позднеархейского грацитообразования появились аркозы, максимум развития которых пришелся на протерозой. В протерозое (2,5–0,5 млрд лет) же появились олигомиктовые, а затем и кварцевые песчаники, которые достигли максимального развития в фанерозое (с 0,5 млрд лет) и существенным образом сократили количество полимиктовых обломочных пород.

Вопросы к теме 2

1.Какие породы относятся к группе обломочных?

2.Какие породы называются крупнообломочными?

3.Какие породы называются мелкообломочными?

4.Основные ландшафтно-динамические области накопления обломочных осадков.

10