Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

менивших многовидовую ассоциацию. Выделение подзон позволяет значительно детализировать зональные шкалы, делать их более дроб­ ными, что само по себе очень важно. Кроме того начало подзоны мо­ жет совпадать с определенным моментом в развитии биоты, который отвечал какому-либо региональному или глобальному событию, свя­ занному, например, с трансгрессивно-регрессивными циклами или бескислородными обстановками.

Безусловно, звенья родственных линий быстроразвивающихся групп организмов — идеальное средство детальной стратиграфии. В частности, для юрской и раннемеловой истории мезозойской эры такие линии прослежены в группе аммонитов. Для позднего мела аммониты уже нельзя считать столь универсальной группой, и выбор зональных форм определяется их последовательностью в соответствующих стра­ тиграфических интервалах верхнего мела на всем пространстве опре­ деленной палеобиогеографической области. Для области Тетис на про­ тяжении большей части позднемеловой эпохи такой группой остава­ лись аммониты, для ЕПО в туроне, коньяке и раннем сантоне на смену аммонитам приходят иноцерамы, в позднем сантоне, кампане и Мааст­ рихте дробное расчленение наиболее логично проводить по филогене­ тическим изменениям в группе белемнитов. Белемнитовые и иноцерамовые зоны и подзоны выделяются по видам и подвидам, составляю­ щим филогенетические линии.

Для позднепалеозойских и мезо-кайнозойских отложений боль­ шую роль в зональном расчленении начинают играть разного рода микрофоссилии. Для позднего палеозоя это бентосные фораминиферы, для юры и мела — это также бентосные и в значительной мере планк­ тонные фораминиферы, для определенных интервалов интересные данные получены по остракодам. Для палеогена это нуммулиты, планктонные фораминиферы, нанопланктон, динофлагеллаты, силикофлагеллаты, диатомеи. Примером достаточно дробной стратиграфи­ ческой схемы, охватывающей практически все пространство Европей­ ской палеобиогеографической области (ЕПО), можно считать зональ­ ную схему по бентосным фораминиферам для кампан-маастрихтского интервала [Beniamovskii, Kopaevich, 1998] (табл. 1, см. прил.)’. В осно­ ву этой схемы положены детальные биостратиграфические схемы для двух регионов; Мангышлак-Прикаспийского и Западно-Германского [Найдин и др., 1984; Schoenfeld & Burnett, 1991]. Эта схема содержит 13 зон, которые названы по характерным для каждого из двух регионов индекс-видам. Многие из этих зон и подзон прослеживаются и в дру­ гих частях ЕПО: в Ульяновском Поволжье [Беньямовский и др., 1988], в Днепрово-Донецкой впадине [Липник и Люльева, 1981], в Белорус­ сии и Литве [Акимец и др., 1991], в Крыму, Польше и юго-западной

86

Англии [Alekseev & Kopaevich, 1997; Gawor-Biedowa, 1992; Bailey et al., 1983]. Для биостратиграфической схемы использованы филогене­ тические линии важных в стратиграфическом отношении видов фораминифер.

Последние десятилетия были отмечены многими знаменательными успехами стратиграфии. Среди наиболее важных следует назвать по­ явления событийной стратиграфии, которая позволяет коррелировать геологические события в глобальном или субглобальном масштабе. Фиксация определенного события или событий всегда имела место при разработке стратиграфических схем, но только в последние годы выявление сигналов, т. е. максимально кратковременных явлений прошлого, позволила усилить событийное направление в стратигра­ фии. Сочетание различных методов реконструкции событий геологи­ ческого прошлого, попытки причинного объяснения их, придает стра­ тиграфическим выводам более высокую степень достоверности и точ­ ности, позволяет создать жесткую систему временных реперов, кото­ рые могут служить надежным каркасом общей стратиграфической шкалы. Особо важную роль здесь приобретают биособытия, поскольку именно они чаще всего находят свое отражение в зональных страти­ графических шкалах. Именно на этой основе — событийной или био­ событийной — выделяются так называемые инфразональные катего­ рии, которые соответствуют отдельным частям зон [Гладенков, 1993].

Существуют различные классификации биособытий. Одна из них была предложена О. Валлизером [Wallizer, 1983], который различает 4 типа событий. К первому типу он относит инновации, т. е. возникнове­ ние принципиально новых морфологических планов строения орга­ низмов. Ко второму — события радиации — взрывной рост таксоно­ мического и морфологического разнообразия какой-либо группы, от­ ражающий ее адаптивную радиацию в связи с освобождением многих экологических ниш (биотопов). Третий тип событий включает скоро­ течные расширения географического ареала какой-либо группы. Нако­ нец, в четвертый тип событий выделены вымирания, прежде всего МВ, которые могут быть либо ступенчатыми либо одновременными. Пер­ вый и последний типы биособытий наиболее просто выделяются и яв­ ляются прекрасными глобальными реперными уровнями зонального, ярусного и более высокого ранга. Эти уровни фиксируются не только в разных палеогеографических областях, но и в осадочных бассейнах разной тектонической природы. Детализация зональных шкал благо­ даря введению в нее некоторых событий в значительной степени дета­ лизирует ее (рис. 1.38).

Более развернутая классификация биособытий, которая нашла в последние годы широкое применение, дана Э. Кауффманом (1986). Она

87

Рис. 1.38. Ритмичное пере­ слаивание мергелей и извест­ няков (слева) и его представи­ тельность во времени.

/ — известняки, 2 — мергели. 3 — образования типа твердого дна, 4 — время накопления присутст­ вующих в разрезе отложений, 5 — временные гиатусы, соответствую­ щие поверхностям раздела между ритмами.

включает восемь типов событий: 1 — события прерывистой эволюции (скачкообразное появление новых таксонов видового ранга); 2 — попу­ ляционные взрывы; 3 — кратковременное увеличение продуктивности бассейна; 4 — иммиграция и эмиграция; 5 — экологические события

(резкие и существенные изменения структуры биосообществ); 6 — ре­ гиональная колонизация (заселение незанятых биотопов); 7 —массовая гибель (из-за действия абиотических факторов); 8 — массовые выми­ рания (исчезновение более 50 % таксонов в глобальном масштабе в от­ носительно короткое время). Любое из этих событий оставляет соот­ ветствующий след и используется при составлении стратиграфических шкал. Среди перечисленных восьми типов 7 и 8 соответствуют гло­ бальным катастрофическим событиям и сопровождающим их биоти­ ческим кризисам. Они обычно совпадают с границами систем (перио­ дов). События типов 3, 5 и 6 также являются глобальными и субгло­ бальными, они сопровождались малыми вымираниями и связаны с границами отделов или ярусов (веков). Типы 2 и 6 связаны с экспанси­ ей отдельных видов в условиях, когда большинство других таксонов не выдерживает изменений условий среды и представляют собой экозо­ ны.

Дробное деление, т. е. выделение и корреляция подзон и инфразональных уровней позволяет также отделить региональные подразделе­ ния от чисто местных, связанных с локальными колебаниями среды. В последнее время разработаны дробные зональные шкалы, особенно

88

для мезозоя и кайнозоя. Высокую степень детальности имеют многие палеозойские конодонтовые шкалы.

Таким образом ясно, что дробные зональные и инфразонапьные подразделения и уровни помогают в составлении календаря кратковре­ менных геологических событий, к разряду которых в первую очередь принадлежат катастрофические. Корреляционное значение инфразонапьного уровня или зоны не остается постоянным, а меняется с накоп­ лением данных и в зависимости от интерпретации. Уровень, подзона или зона, выделенные в качестве чисто локальной единицы, могут со временем оказаться планетарными. Поэтому резкое разграничение ме­ стных, региональных и глобальных шкал носит преходящий характер.

1.5.3. СЕДИМЕНТОЛОГИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Катастрофические события ярко проявляются в седиментогенезе. В седиментологической летописи они выражены в образовании уже упоминавшихся выше реперов. Определение стратиграфического соот­ ветствия реперов представляет собой один из наиболее распростра­ ненных методов событийной стратиграфии. Соответствующие друг другу реперы не обязательно однопородные или даже не обязательно сходные по тем или иным признакам слои. Каждый репер маркирует какое-то заметное, часто из ряда вон выходящее событие, воздействие которого на осадконакопление может меняться в зависимости от ло­ кальной обстановки. Стратиграфическое соответствие реперных гори­ зонтов означает соответствие одному и тому же событию [Красилов и др., 1985]. Локальное событие порождает реперы местного значения, глобальное — оставляет след в геологической летописи всей планеты. Среди важнейших реперов можно отметить следующие:

—перерывы в стратиграфических разрезах;

—«черные или битуминозные сланцы», прослои в породах, обога­ щенные органическим веществом;

—прослои бентонитов и туфов;

—тектиты;

—катастрофиты.

Перерывы в стратиграфических разрезах изучаются со времени возникновения стратиграфии и их роль давно известна. Особое место всегда отводилось перерывам крупного масштаба — типа углового не­ согласия, длительно формирующимся в субаэральных условиях, эро­ зионным поверхностям и т. д. В то же время перерывам менее явным, синседиментационным отводилось меньше внимания, и степень изу­ ченности их гораздо хуже. Однако роль их в стратиграфии и палеогео­ графии необычайно велика. Так, изучение перерывов типа твердого дна (hard ground) показало возможность, использования их для регио­

89

нальных, а в ряде случаев межрегиональных корреляций. В последнем случае причину формирования такого типа перерывов можно связы­ вать с событиями глобального, возможно катастрофического плана. Интересно, что в ряде случаев именно небольшие по своему страти­ графическому гиатусу перерывы могут соответствовать глобальному катастрофическому событию, как в случае границы мел/папеоген.

Перерывы разного рода особенно хорошо иллюстрируются мето­ дами сейсмостратиграфии. Современные высокочувствительные мето­ ды позволяют фиксировать множество местных и региональных пере­ рывов, дальнейшее прослеживание которых при сравнении сейсмоло­ гических данных дает возможность выделения гиатусов межконтинен­ тального характера, которые связаны с эвстатическими циклами [Vail et al., 1977; Haq et al., 1987; Шлезингер, 1998].

При проведении геологической съемки в районах широкого разви­ тия карбонатных толщ иногда возникают затруднения в связи с часто происходящими быстрыми и значительными изменениями их мощно­ стей. Мощности как будто бы номинально полных разрезов, сложен­ ных писчим мелом, известняками и мергелями, могут сильно изме­ няться на небольшом расстоянии. Для объяснения этого феномена да­ леко не всегда следует привлекать различия в структурном положении разрезов, в первую очередь они могут быть связаны с перерывами типа твердого дна. Подавляющая часть ТД образовалась при кратковремен­ ном прекращении или замедлении темпа осадконакопления. Так как подобных коротких эпизодов может быть много, то в сумме происхо­ дит существенное сокращение мощности. В результате присутствую­ щие в разрезе отложения далеко не полностью соответствуют времени формирования всего разреза (рис. 1.39, см. прил.). Именно такой меха­ низм приводит к образованию близкорасположенных на площади номинативно полных разрезов, но значительно отличающихся друг от друга порядком мощностей (рис. 1.40). Совершенно новое направле­ ние в изучении перерывов типа ТД связано с исследованием возмож­ ности аккумуляции в них повышенных концентраций некоторых эле­ ментов, таких как железо, марганец, кремнезем, стронций и фосфор.

Интересный материал поставляют прослои, насыщенные органи­ ческим веществом, типа так называемых черных сланцев. Своеобразие геохимии этих пород, связь с ними ряда крупнейших месторождений и дискуссионность их генезиса отражены в многочисленных публикаци­ ях. Черные сланцы — это водно-осадочные горные породы, пелитоморфные и сланцеватые, обогащенные сингенетическим органическим веществом преимущественно аквагенного и отчасти терригенного ти­ пов. Обычно в них почти полностью отсутствуют следы и остатки роющих организмов. Как правило, слои такого рода чередуются с нес-

90

Рис. 1.39. Изменение мощностей и полноты разрезов карбонатных от­ ложений в результате развития скрытых перерывов и образования твер­ дого дна.

Z, У, X — стратиграфические подразделения, номинативно представленные в разре­ зах А и Б.

1 — образования типа твердого дна, 2 — поверхности ненакопления, скрытые пе­ рерывы.

колько более толстыми глинистыми прослойками, образуя с ними рит­ мичные пары со средней мощностью 20-30 мм. Для них обычна тон­ кодисперсная примесь диагенетического пирита, а содержание терригенной песчано-алевритовой составляющей колеблется от низкого до умеренного. Слои такого рода встречены на различных уровнях в осадочных толщах, начиная с позднего докембрия и в фанерозое. Сюда можно отнести слои с повышенной концентрацией органического ве­ щества в отложениях верхнего венда Русской плиты (так называемый вендский доманик), доманикоидные фации франских отложений Рус­ ской плиты, апт-альбские отложения Атлантики, Западного и Восточ­ ного Пери-Тетиса. Практически глобальным распространением поль­ зуются прослои черных сланцев с повышенным содержанием битум­ ного вещества в пограничных отложениях сеноманского и туронского ярусов [Hilbrecht, Hoefs, 1986; Jarvis et al., 1988; Kuhnt et al., 1986; Веймарн и др., 1998]. Большинству седиментологических событий та­ кого типа отвечают и биотические события типа малых вымираний. Таким образом, их также можно классифицировать, как сигналы гло­ бальных катастрофических событий.

Пепловые или бентонитовые прослои являются прекрасными стратиграфическими маркерами и широко используются в региональ­ ном, а некоторые в межрегиональном масштабе. Особую ценность они

91

приобретают в тех случаях, когда имеют специфические черты и яв­ ляются следствием глобального события. Поэтому совершенно особая роль принадлежит пепловым и туфовым прослоям, явившимся следст­ вием крупного извержения, охватившего большие территории. Они от­ вечают мгновенным в геологическом смысле событиям и служат при­ мером «эпизодической» седиментации. Ее примером может служить гомогенит — прослой, распространенный в Восточном Средиземно­ морье, мощностью в несколько метров, с гомогенной структурой, без следов биотурбации [Красилов и др., 1985, стр. 69]. Он обязан своим происхождением мощному извержению вулкана Санторин около 3 500 лет тому назад. К этому же типу реперов относятся унифиты — гомогенные алевропелиты мощностью около 1 м, распространенные на площади до 400 км".

К числу «мгновенных» относятся также реперы, связанные с паде­ нием космических тел. Они выделяются как тектитовые горизонты, которые образуются как выбросы из метеоритных кратеров. Обшир­ ные тектитовые поля описаны на геохронологических уровнях 35, 14 и 0.7 млн лет. Поле тектитов с возрастом 0.7 млн лет протягивается на огромные расстояния от Тасмании через Австралию и Зондские остро­ ва к Южному Китаю, Тайланду и Филиппинам. В Индийском и Тихом океанах они вскрыты скважинами, удаленными друг от друга на десят­ ки тысяч километров [Красилов и др., 1985, с. 71].

Среди многообразия генетических типов В. Т. Фролов [1993] объе­ диняет подобные отложения в катастрофиты, или катастрофиче­ ские отложения. Сюда можно включить следующие типы пород.

Гравитационная группа коллювиальных (склоновых) отложений четко реагирует на динамические процессы, происходящие на поверх­ ности Земли. Обрушение склонов как на суше, так и под водой всегда катастрофично. Причем спусковым механизмом при их образовании всегда служат землетрясения.

К катастрофитам следует причислить и темпеститы, или штормо­ вые прослои, которые представляют собой результаты проявления мощ­ ных ураганов, сильных волн, цунами и др., имеющих в целом также ка­ тастрофическую природу. В большинстве случаев это одиночные циклиты толщиной от 10 до 100 см с градационной слоистостью, напоми­ нающей турбидиты. Взмученный штормом осадок отлагается последо­ вательно — крупные частицы раньше мелких, часто лавинно, что обес­ печивает неустойчивое вертикальное положение раковин, седиментов и других удлиненных компонентов. Обычно они относительно глубоко­ водны (до 200-300 м) и так же как и турбидиты могут быть дистальны­ ми и проксимальными. Темпеститы хорошо выделяются в разрезах, прослеживаются часто на значительных расстояниях и являются одним

92

из показателей резкого нарушения нормального хода осадконакопления. Пример такого реперного горизонта темпеститов — прослой на границе мела и палеогена, прослеживающийся в некоторых местонахождениях [Officier, 1995]. Причину его формирования исследователи видят в мощ­ ном катастрофическом цунами, возникшем вследствие импактного со­ бытия. Штормы являются также мощным тафономическим фактором. Фрагменты донных сообществ могут быть погребены в прижизненном положении, в то же время в дальнейшем раковинный материал может неоднократно переотлагаться, образуя темпеститовые ракушечники, в которых смешан материал из разных экологических зон. При многочис­ ленных повторных переотложениях раковины разрушаются, образуя так называемые костные слои. Столь же глубокий след оставляют штормы в истории континентального осадконакопления.

В последние годы стали обращать внимание на другие катастрофиты, как то: инундиты (отложения сильных наводнений), тайдалиты (отложения высоких приливов), сейсмиты и т. д. К инундитам отно­ сятся и потоповые отложения, связанные с прорывом ледяных плотин или завальных озер, с крупными наводнениями на суше и гигантскими разливами рек, создающих озера-моря и оставляющих большой след в отложениях.

1.5.4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Глобальные катастрофические события в истории Земли сопрово­ ждались резкими изменениями химического состава атмосферы, гид­ росферы, возможной активизацией эндогенных процессов. Образо­ вавшиеся при этом геохимические аномалии могут быть выявлены при детальных стратиграфических исследованиях.

Детальность геохимической характеристики разрезов может быть самой различной в зависимости от целей проводимых работ и имею­ щихся у исследователей возможностей определения тех или иных групп элементов по той или иной методике. Однако чрезвычайно важ­ но всегда качество проведенного опробования разреза и представи­ тельность проб. Аномальные содержания элемента в каком-то интер­ вале разреза определяются на фоне его кларковых содержаний в поро­ де и региональных кларков.

Безусловно, чем большее количество элементов и с большей точ­ ностью будет определено, тем более надежную геологическую интер­ претацию геохимических аномалий можно ожидать. При этом надо иметь в виду, что наибольшую информацию можно получить при изу­ чении характера распределения не только отдельных элементов, но и групп элементов, например, таких как литофилы, халькофилы, сиде-

93

рофилы, элементы с различной степенью подвижности, гидролизаторы. Очень информативна группа редкоземельных элементов (РЗЭ). О характере обстановок осадконакопления часто свидетельствуют те или иные соотношения элементов.

Особое внимание следует обращать на геохимическое опробование отложений, непосредственно прилегающих к поверхности несогласия. При этом нередко решаются вопросы, связанные с образованием кор выветривания или выпадения специфических осадков на данную по­ верхность.

Изотопные исследования. Изучение изотопного состава серы в осадочных породах достаточно информативно. По мнению специально исследовавших этот вопрос В. А. Гриненко и Л. Н. Гриненко [1974], изотопный состав серы отражает условия осадконакопления: аэрацию придонной воды, скорость седиментации и интенсивность сульфатредукции. В практике геохимических работ определяется соотношение изотопов 34S и 32S в образцах по сравнению с этим соотношением в стандарте. Величина S34S (в &>) находится по формуле: 534S (&>) = = 1000 (R06p/RcT-l)> гДе R06P = 34S /32S в образце, a RCT= 34S /32S в стан­ дарте. За стандарт принято соотношение изотопов в сере троилитной фазы метеорита Каньон Дьяболо.

Поскольку глобальные катастрофические события нередко приво­ дят к возникновению явлений аноксии, можно рекомендовать изучение характеристик аноксии с помощью определения 834S в сингенетичных фрамбоидных пиритах, обычно присутствующих в темноцветных по­ родах так называемых черных сланцев.

Метод независимого контроля процессов эвстазии предложен Е. Спунером [Spooner, 1976], который использует анализ соотношений изотопов стронция. Скорее всего главным фактором, контролирую­ щим отношение изотопов стронция 87Sr/86Sr во времени, являются ко­ лебания водного стока с континентов, вызванные изменениями площа­ ди суши. Это отношение в морской воде меньше, чем в воде, посту­ пающей с суши. Существует достаточно четкая корреляция между этим отношением и другими данными по эвстатическим колебаниям для оксфордского века и для всего кайнозоя [Хэллем, 1983].

Изотопный состав кислорода органогенных карбонатов контро­ лируется целым рядом факторов, из которых наиболее важны темпера­ тура и соленость воды. Используется соотношение изотопов кислорода |80 / 1бО. Повышение значения б180 может означать тенденцию к похо­ лоданию либо к повышению солености воды бассейна седиментации. При этом необходимо сделать несколько допущений: а) карбонат рако­ вины отлагался в изотопном равновесии с кислородом морской воды; б) постседиментационных изменений первичных изотопных соотно­

94

шений не было; в) отсутствовал специфический для видов «жизнен­ ный» эффект; г) отсутствовал какой-либо эффект, вызванный измене­ нием в глубине обитания носителя раковины или в плотности морской воды. Изучение раковин планктонных фораминифер в осадке показа­ ло, что сезонные изменения изотопного состава кислорода показывают прямую зависимость от поверхностных температур с уменьшением значений б|80 в летние месяцы и увеличением в зимние.

Измеряемые изотопные величины зависят от изотопного состава морской воды, в которой формировался скелет (5Шв используемых уравнениях).

Температура осаждения кальцита может быть определена по сле­ дующему палеотемпературному уравнению, предложенному С. Эп­ штейном и др. [Epstein et al., 1953], или по его модификациям.

Невозможность определения точного значения 8Юдля геологиче­ ского прошлого ограничивает применимость метода. Поэтому в пер­ вую очередь он использовался для исследования позднего кайнозоя. В дальнейшем метод изучения колебания температур и в более древних отложениях применялся с большим успехом.

Изотопный состав углерода также несет важную геологическую информацию. В седиментологических исследованиях широко используется величина соотношения изотопов С и “С как в карбонатных породах (преимущественно известняках и доломитах), так и в органи­ ческом углероде. Это соотношение измеряется значением 813С, которое определяется по формуле: I3C = 1000 (Ro6p/SCT—1), где Ro6p= l3C /12C для образца, a RCT= 13С /12С стандарта PDB (за стандарт принято соот­ ношение изотопов в ростре белемнита формации Pee Dee мелового возраста (Южная Каролина, США)).

Отношение 13С/ 2С карбонатных скелетов пелагических организ­ мов отражает прежде всего изотопный состав суммарной углекислоты, растворенной в воде. В процессе фотосинтеза фитопланктон избира­ тельно поглощает преимущественно углекислоту с легким изотопом 12С. В результате вертикального переноса и последующего разложения остатков отмерших организмов на дне происходит высвобождение изо­ топнолегкой углекислоты. Таким образом, карбонаты скелетных остатков, обитавших в фотической зоне, обогащаются тяжелым изото­ пом 13С. Степень такого обогащения отражает интенсивность изъятия изотопнолегкой углекислоты в процессе фотосинтеза, т. е. интенсив­ ность продуцирования органического вещества [Найдин, Кияшко, 1989].

Многочисленные данные по карбонатным породам докембрия и палеозоя показывают, что 8 |3С карб оставалось примерно на одном уровне 0 + 3 %о[Галимов, 1968; Schidlowski et al., 1975]. Кроме того вы­

95