Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)
.pdf-'Морские условия-
1J21'-a |
Солинаватоводные |
Переходные |
Нормальные |
Переходные |
Осолоненные |
|
ограниченно |
морские |
(ограниченна |
||||
^ 5*» |
бассейны |
трение) |
бассейны |
морские) |
|
бассейны |
|Jig |
|
условия |
морская вода |
условия |
|
|
Сменит,%o О |
|
гв |
нормальной |
U) |
5Q |
|
|
j 0 солености |
|
||||
ХарсвыеL/T^> - |
— |
ш рян ы е водоросли. _ |
|
|
||
|
|
|
|
|||
Зеленые водоросли |
|
|
||||
sodopoa |
|
|
|
|
|
|
|
'—Сонеэеленые |
с и л и к о Ы аieffiaш л а ты |
|
|
||
|
водоросли |
|
|
-^СЗСапкрлатм^*-
Д иат ом овые водооосли
Рис. 1.44. Современное распространение могущих превратиться в окаменелости групп беспозвоночных и водорослей в зависимости от соле ности бассейна.
Использование ископаемых для оценки палеогеографических ус ловий прошлого неизбежно наталкивается на определенные ограниче ния. Прежде всего во многих породах ископаемые остатки исключи тельно редки или попросту отсутствуют. Чем с более древними отло жениями приходится иметь дело, тем все меньше организмов, которые можно было бы сравнить с ныне существующими видами, условия выживания которых нам известны. Точно так же, чем древнее иско паемые остатки, тем сомнительнее предположение, что условия выжи вания не изменились со временем.
Модели фаций. Главная цель фациального анализа — построить модель фаций, которая по сути дела представляет собой гипотезу о па леогеографической обстановке, благоприятной для формирования по род и выживания соответствующих организмов. Анализ общегеологи ческих данных состоит в определении площади распространения отло-
106
Рис. 1.45. Современное распространение могущих превратиться в окаменелости главных групп беспозвоночных и водорослей в зависимо сти от глубины морского бассейна.
жений, их мощности, взаимоотношений с подстилающими и покры вающими отложениями, а также с соседними одновозрастными отложе ниями (переход по простиранию). Чисто пространственные изменения можно представить с помощью палеогеографических карт (рис. 1.46), а изменения во времени — с помощью фациальных профилей (рис. 1.47). Иногда можно объединить оба вида иллюстраций и построить блокдиаграмму, показывающую вариации в трех измерениях. В закрытых районах, изучаемых с помощью буровых скважин, традиционные ме тоды фациального анализа дополняются результатами сейсморазведки, а именно сейсмостратиграфии. Сейсморазведка дает возможность вы являть рифовые массивы высотой 100-3 м на глубине более 2 км, зоны выклинивания песчаных толщ, клиноформное заполнение глубоких впадин осадками, приносимыми с бортов этих впадин.
Актуалистические сопоставления — необходимая и наиболее су щественная часть фациального анализа. Все существующие модели формирования фаций основаны на надежных сведениях о современных
107
Рис. 1.46. Карта фаций осадков конца живетского времени. По |Пистрак, 1950|.
I — области денудации, 2 — пестроцветные песчаные и глинистые отложения с прослоями конгломератов, 3 — пестроцветные песчаные и глинистые породы, 4 — мер гели и глины с прослоями известняков и песчаников, 5 — известняки и доломиты с прослоями песков и песчаников, 6 — известняки и доломиты. 7 — соленоспые породы, 8 — границы между фациями, 9 — изолинии мощностей живетских отложений в м, 10 — мощности в м.
108
с с з |
ю ю в |
Рис. 1.47. Схематический фациальный профиль палеогеновых отло жений Северо-Западной Франции.
l ^ t — континентальные фации: I — озерные известняки, 2 — пески и песчаники, 3 — глины, 4 — лигниты; 5 -7 — морские фации: 5 — мергели, б — известняки, 7 — пески.
fti — олигоцен, f t — эоцен, f t — палеоцен, f t — верхний мел.
условиях осадконакопления и их древних фациальных аналогах. В то же время актуалистические сравнения требуют как логичности сужде ний, так и определенной осторожности. Например, прямое сопостав ление современных и древних эпиконтинентальных морей может при вести к серьезным ошибкам, если нет достаточно ясных знаний о том, что означает разнообразие очертаний суши и моря на всем земном ша ре. По мнению Э. Хеллэма, вместо того, чтобы бездумно повторять фразу: «Настоящее есть ключ к пониманию прошлого», полезнее было бы спросить: «В какой мере настоящее может быть ключом к понима нию прошлого?» [Хеллэм, 1983, с. 28].
1.5.7. ПАЛЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ — ОСНОВНОЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ
Эндогенные процессы, приводящие к формированию тектониче ских структур, как правило, характеризуются достаточной длительно стью. Однако в некоторых случаях они приводят к событиям относи тельно кратковременным и имеющим глобальный, а нередко и катаст рофический характер. Ярким примером катастрофических событий являются землетрясения.
109
С процессами рифтогенеза по мнению ряда исследователей [Cathles, Hallam, 1991] могут быть связаны эвстатические колебания, отме ченные пиками третьего порядка на кривой Вейла. В свою очередь, эв статические колебания уровня океана многие геологи [Johnson et al., 1985; Goodfellow et al., 1988] считают одной из основных причин мас совых вымираний организмов. Кроме того, с рифтогенезом связаны процессы вулканизма и дегазации Земли.
Все это делает необходимым в процессе региональных стратигра фических исследований при оценке возможного проявления глобальных катастрофических событий анализировать палеотектонические обста новки для определенных промежутков времени. Для этих целей наибо лее информативны палеотектонические карты данной территории, со ставленные последовательно для отдельных веков и более дробных под разделений. Палеотектонические карты содержат характеристику маг матизма, формационных комплексов пород, их мощности, положение конседиментационных разломов и установленные на основании всего материала геодинамические обстановки и эндогенные тектонические режимы. Анализ ряда таких следующих по времени друг за другом карт позволяет в ряде случаев выявить глобальное событие, оценить роль эн догенных факторов, приблизиться к пониманию возможных его причин.
1.5.8. КОСМИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ
По существующим в настоящее время оценкам [McLaren & Goodfellow, 1990], столкновения Земли с космическими телами, диаметр ко торых > 5 км, в течение фанерозоя происходили каждые 7-14 млн лет. Тела такого диаметра образуют на поверхности планеты кратеры раз мером 100 км. Соответственно болиды диаметром ^ 10 км, форми рующие кратеры диаметром > 200 км, встречаются с Землей в среднем 1 раз за 55 млн лет.
Было проведено компьютерное моделирование условий, возни кающих при падении в океан глубиной 5 км астероида диаметром 10 км (имеющего скорость 20 км/с) [Roddy et al., 1988]. Катастрофиче ский эффект такого события чрезвычайно велик:
1.Огромная масса разреженного воздуха с температурой 20000° быстро распространяется от места падения и вызывает колоссальные пожары.
2.Образующийся кратер содержит разрушенные и расплавленные породы со специфическими минералогическими и геохимическими характеристиками. Возникают огромные цунами, особенно разруши тельные на шельфе, где в результате этого формируются специфиче ские катастрофические отложения.
по
3.Освобождающаяся энергия способна вызвать землетрясение до 12 баллов по шкале Рихтера, сформировать осадочные призмы вдоль континентального склона и инициировать вулканическую и гидротер мальную деятельность.
4.Около 105 км3 раздробленных пород и 9х 1013 т породообразно го материала поднимаются на высоту до 100 км. Около 80-90 % из них возвращаются на поверхность, формируя покров выбросов, окружаю щий кратер. Однако 10-20% остается в атмосфере в течение несколь ких месяцев, постепенно выпадая на значительную часть поверхности земли. При этом из части испарившегося материала образуются микротектиты. Происходят значительные изменения химического состава атмосферы. Непрозрачность атмосферы в этот период резко уменьша ет фотосинтез. Океан может охлаждаться на 3-4 °С, а поверхность кон тинентов на 40 °С.
1.5.9.РОЛЬ ГЛОБАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ В ДЕТАЛИЗАЦИИ СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ГРАНИЦ И УВЯЗКЕ МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ
СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ СХЕМ
Ориентация при расшифровке событий на содержательную сторо ну стратиграфических подразделений и их границ позволяет использо вать принцип взаимозаменяемости корреляционных признаков [Мейн, 1980]. Сочетание различных методов реконструкции событий геологи ческого прошлого, причинное объяснение их придает стратиграфиче ским выводам более высокую степень достоверности и точности. Не прерывное введение в стратиграфию новых методик расчленения, со поставления и определения возраста осадочных толщ повышает точ ность стратиграфических построений. В последние десятилетия мето ды становятся более разнообразными: геохимические, радиологиче ские, геофизические, палеомагнитные и т д. Примером детально раз работанной на основании целого комплекса методов можно считать границу сеномана и турона. Выявленная последовательность импуль сов вымирания в конце сеномана в сочетании с колебаниями изотопно го состава кислорода и углерода биогенных карбонатов включает в се бя следующие реперные уровни, прослеживание которых возможно на большей территории Скифской и Туранской плит, а также на большей части Западной Европы:
1. 520-540 тыс. лет до границы сеноман/турон. Вымирание тепло водных аммонитов и двустворчатых моллюсков, начало положительно го сдвига 8|3С (био- и геохимическое события);
2. 490 тыс. лет. Глобальное вымирание килеватых планктонных фораминифер рода Rotalipora, первый пик 613С (био- и геохимическое события);
3.390 тыс. лет. Второй импульс вымирания моллюсков, сильный отрицательный сдвиг значений 5|3С и Sl80 (био- и геохимическое со бытия);
4.340-350 тыс. лет. Глобальное вымирание тепловодных моллю сков с падением разнообразия на 55 %. Положительный пик 513С (МВ
игеохимическое события);
5.Граница сеноман/турон. Зона частых колебаний стабильных изо топов, последний положительный пик 813С. Максимальный уровень моря (эвстатическое событие) и финальное вымирание моллюсков (на 70 %) и нанопланктона (МВ).
Прослеживание обогащенного органическим углеродом горизонта
вразрезах Русской платформы практически невозможно из-за слиш
ком мелководных обстановок, однако положительный экскурс 5|3С в осадках подтверждает ее соответствие событию терминального сено мана. Для относительно мелководных разрезов самых молодых пород сеномана прекрасным коррелятивным признаком являются ростры бе лемнита Praeactinocamax plenus (Blainville) — представителя пульсфауны, известного от Англии на западе до Афганистана на востоке. Везде этот таксон ассоциируется с уровнем накопления осадков с по вышенным содержанием органического вещества, т. е. с прослоями «черных сланцев» — седиментологическое событие.
Наиболее ярко возможности выявления специфических моментов в геологической истории проявились при исследованиях по границе ме ла и палеогена, когда на новом материале было подтверждено времен ное совпадение вымирания многих типичных мезозойских групп (реп тилий, аммонитов, белемнитов, иноцерамов, рудистов, глоботрунканид, фораминифер) и обнаружена приуроченная к этой границе ири диевая аномалия, имеющая масштабы, свойственные экстраординар ному обогащению осадочных пород космическим материалом.
Во многих районах мира граница мела и палеогена маркируется либо прослоем «глин», либо четко выраженным перерывом, возникно вение которого связано с кратковременным падением уровня океана, последовавшим за терминальной маастрихтской эвстатической ele- gans-трансгрессией. Эти седиментологические особенности являются хорошими индикаторами данной границы и широко прослеживаются во многих осадочных бассейнах, принадлежащих к разным тектониче ским и палеогеографическим областям.
1.5.10. ГЛОБАЛЬНОЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ СОБЫТИЕ РУБЕЖА МААСТРИХТ/ДАНИЙ
Рубеж маастрихт/даний (М/Д) привлекает к себе внимание уже по тому, что он является одновременно границей более высоких геохроно
112
логических (стратиграфических) таксонов: периодов (систем) мелового и палеогенового и даже эр (эратем) — мезозойской и кайнозойской и за нимает исключительное место в фанерозойской истории Земли.
С границей М/Д связывают резкое, по оценкам многих исследова телей катастрофическое, изменение земной биоты. Происходившие на рубеже М/Д события оставили глубочайший след в стратисфере и при вели к весьма существенным изменениям жизни на земле. К одному из таких весьма заметных изменений относится известное всем «выми рание динозавров», благодаря которому этот рубеж получил название «великого мезозойского вымирания». Интереснейшим моментом в ха рактеристике этой границы можно считать обнаруженные в разных ре гионах повышенные концентрации металлов-платиноидов космиче ского происхождения, в частности иридия. Именно этот факт привлек к М/Д рубежу внимание не только геологов и палеонтологов, но и ис следователей самых различных областей современной науки, в числе которых можно назвать известнейших физиков-ядерщиков. Именно эти исследователи настаивают на космической природе М/Д события.
Уникальность М/Д рубежа в фанерозойской истории Земли при знается всеми исследователями. Однако в оценке происходивших со бытий и особенно в объяснении причин их высказываются различные мнения, концепции, взгляды. Большое разнообразие представлений можно свести к двум основным группам. Первую группу составляют гипотезы, связывающие события рубежа М/Д с действием так назы ваемых земных сил. Ко второй группе принадлежат концепции, кото рые ведущую роль отводят космическим причинам.
Особенности границы мела и палеогена
Интересные материалы для разработки модели событий, происхо дивших на рубеже Маастрихта и дания, были получены в результате изучения разрезов полуострова Мангышлак (Западный Казахстан). Именно здесь впервые на Евро-Азиатской территории были обнаруже ны в 1980 г. разрезы с повышенными концентрациями иридия в «гли нах» на рубеже Маастрихта и дания (разрезы горы Кошак и оврага Кызылсай на рис. 1.48). Описание отложений, пограничных между мелом и палеогеном Мангышлака содержится в ряде работ [Найдин, 1986; Найдин и др., 1990].
Этот интервал представлен здесь эпиконтинентальными карбоната ми, которые формировались в мелководных условиях и содержат гори зонты твердого дна (ТД) и прослои так называемых глин (рис. 1.49), ко торые формировались в результате частичного растворения карбоната кальция на дне. Глубины накопления осадков не превышали 50-200 м.
113
Шетпе
Рис. 1.48. Схема расположения изученных разрезов.
6 — гора Кошак; 9 — овраг Кызылсай.
Рис. 1.49. Мел терминаль ного Маастрихта с образова ниями «твердого дна». Услов но показаны поверхности ТД- 1-ТД-6 и прослои глин Г-1-Г- 5. [Найдин, Копаевич, 1988].
1 — мел, 2 — известняки, 3 — остатки морских ежей.
114
Седиментологическая характеристика границы маастрихт-да- ний. На территории Северного Мангышлака можно выделить два типа разрезов с маастрихт-датской границей. Первый тип разрезов характе ризуется наличием перерыва типа ТД на исследуемом рубеже. В разре зах второго типа на контакте М/Д развит прослой «пограничных глин». По своему общему облику «пограничные глины» почти не отличаются от обычных для карбонатных толщ прослоев «глин». Различия уста навливаются прежде всего в поле: «пограничные глины» разделяют отложения, содержащие совершенно разные комплексы макро- и мик рофауны — маастрихтский и датский. Во-вторых, они отличаются не сколько меньшей карбонатностью, но самое существенное их отли чие— повышенные концентрации иридия и присутствия в них зерен ударно-метаморфизованного кварца. По своему минералогическому составу «глины» представлены монтмориллонитом со значительной примесью гидрослюд — до 20% и хлорита— от 5 до 15 %. «Глины» содержат многочисленный мелкий детрит костных остатков рыб и че шуи. В нем наблюдаются линзовидные участки с повышенной карбо натностью (до 90-95 %), и этим они напоминают «рыбные глины» мы са Стевенс в Дании (стратотип датского яруса).
Разрезы первого типа прослеживаются на протяжении многих де сятков километров по северной периферии хр. Северный Актау в по лосе перехода к Бузачам. Непрерывный переход от Маастрихта к данию присутствует всего лишь в двух разрезах — Кошак и Кызылсай, рас стояние между которыми 60 км.
Нахождение почти рядом разрезов двух типов — одна из осо бенностей маастрихт-датской карбонатной толщи Мангышлака. В подавляющем большинстве других регионов (включая океаны) наибо лее обычен контакт М/Д первого типа при весьма незначительном стратиграфическом гиатусе и отсутствии углового несогласия между Маастрихтом и данием. Разрезы второго типа встречаются значительно реже.
Литологический состав пород на рубеже М/Д в мангышлакских разрезах меняется, хотя и несущественно: Маастрихт — это преимуще ственно писчий мел белого цвета, тогда как даний сложен крепкими желтовато-серыми известняками, в основании которых местами развит белый грубый мел. Смена литологического состава выражена весьма четко не только в разрезах с «твердым дном», но и в разрезах с «погра ничными глинами».
Палеонтологический состав маастрихтского мела и датских из вестняков резко различен. Аммониты и белемниты исчезают на рубеже М/Д, меняются комплексы брахиопод и двустворок. Иглокожие (мор ские ежи и морские лилии) весьма обильны как в Маастрихте, так и в