Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

ГЕОИСТОРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ

1.1. СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ

В основе любых геологических исследований лежит изучение кон­ кретных разрезов — естественных или искусственных обнажений и буровых скважин. Тем более это справедливо в отношении осадочных бассейнов, структура и история развития которых могут быть воссоз­ даны только при наличии достаточного числа разрезов, более или ме­ нее равномерно распределенных на площади и освещающих всю оса­ дочную толщу или ее большую часть. От степени изученности разре­ зов, качества проведенных на этой стадии исследований зависит дос­ товерность последующих построений.

Общая методика изучения разрезов достаточно подробно описана во многих учебных пособиях и методических руководствах [Степанов, Месежников, 1979; Практическая стратиграфия, 1984], поэтому не требует особых пояснений. Традиционно при проведении стратигра­ фических исследований выделяются две основные процедуры: расчле­ нение и корреляция. Расчленение означает выделение некоторых стра­ тиграфических подразделений (единиц), а корреляция — их прослежи­ вание от одного разреза к другому. При изучении бассейнов следует полагать, что начальная стадия с расчленением разрезов и их корреля­ цией была пройдена на предыдущих этапах площадных или специали­ зированных геологических исследований. Однако, как показывает практика, накопленной информации по тому или иному бассейну, как правило, оказывается недостаточно для геоисторического анализа. Геологические карты среднего и крупного масштаба имеются только на отдельные части бассейна, их составление проводилось в различное время и по различным легендам. Все это требует унификации страти­ графических схем, которая возможна на основании анализа по литера­

10

Основные стратиграфические подразделения

Специальные стратиграфические подразделения

Литостратиграфические', толща, пачка, слой (пласт), маркирующий горизонт, органогенные массивы, стратогены.

Биостратиграфические: биостратиграфические зоны различных видов (зона распространения таксона - биозона, зона совместного распространения, филозона, интервал-зона, акмезона, комплексная зона); ареальные зоны (провинциальная зона, местная зона); вспомогательные подразделения (слои с фауной или флорой).

Климатостратиграфические, климатолит, стадиал, наслой. Магнитостратиграфические: магнитозоны (мегазона, гиперзона, суперзона,

ортозона, субзона, микрозона).

Сейсмостратиграфические: сейсмокомплексы.__________________________________

Рис. 1.1. Классификация стратиграфических подразделений. Страти­ графический кодекс. Изд. второе. СПб., 1992.

такого типа. В частности, Межведомственным стратиграфическим ко­ митетом России принята, постоянно совершенствуется и уточняется общая стратиграфическая шкала [Андреева-Григорович и др., 1991], использование которой обязательно при проведении федеральными геологическими службами любых геологических работ и изысканий на территории России. Отдельные сегменты этой шкалы для мезозоя опи­ саны более подробно [Зоны..., 1982, 1989; Общая шкала.., 1984].

В соответствии со Стратиграфическим кодексом, обязательно ис­ пользование местных подразделений, которые в основном выделяются по литологическому признаку в конкретных разрезах и создают каркас литостратиграфической корреляции, поэтому их следует рассмотреть в первую очередь.

Каждый тип осадочного бассейна характеризуется определенными особенностями строения осадочной толщи, что диктует необходимость применения особых приемов литостратиграфической корреляции.

12

Так, эпиконтинентальные бассейны на древних платформах, на­ пример, Московская синеклиза на Русской платформе, имеют неясно выраженные границы, их краевые зоны сильно эродированы в резуль­ тате частых осушений и перерывов. Обилие перерывов и небольшие мощности определяют большую дробность местных шкал с выделени­ ем многих десятков и сотен свит, слоев и толщ. Так, на территории Московской синеклизы и Воронежской антеклизы, начиная с рифея, установлено около 700 таких стратонов. Особой дробностью отлича­ ются схемы для девона, карбона, юры и мела. Число региональных подразделений — горизонтов — также очень велико. В девоне Русской платформы насчитывается 32 горизонта, а в карбоне — 33 [ Alekseev et al„ 1996].

Фациальные пояса в таких бассейнах характеризуются большой шириной (многие десятки и сотни километров), что обеспечивает в их пределах надежную литостратиграфическую корреляцию четко выра­ женных маркирующих свит и пачек. Например, красноцветная песча­ но-глинистая толща верейского горизонта московского яруса протяги­ вается сплошным плащом от Твери на западе до Предуралья на восто­ ке, занимая площадь более 500 тыс. км'. Более мелкие подразделения могут уверенно трассироваться на сотни километров, а на коротких расстояниях в случае контрастности разреза обеспечивается идеальная корреляция, как это имеет место в верхнем карбоне Москвы [Алексеев и др., 1998] (рис. 1.2, см. прил.). Однако в центральных частях таких бассейнов разрез обычно становится более монотонным и более мощ­ ным. Четкие литологические реперы краевой части бассейна как бы растворяются в разрезе, и каркас корреляции разрушается. Только от­ дельные, наиболее выразительные события в осадочной истории бас­ сейна здесь могут быть прослежены столь же легко, как и в его марги­ нальных частях. На смену литологическим методам корреляции здесь должны приходить биостратиграфические. На внешней периферии эпиконтинентальных бассейнов, переходящих в пассивные окраины, обычно развиты пояса рифовых построек.

Осадочные бассейны молодых платформ, как правило, характери­ зуются значительно большей мощностью осадочного чехла и меньшим числом мелких перерывов. Высокая скорость прогибания определяет обычно то, что все осадки перекрыты мощным чехлом самых молодых плиоцен-четвертичных отложений. Это затрудняет стратиграфические исследования, поскольку почти все интервалы разреза приходится изу­ чать только по материалам бурения. Поэтому число местных и регио­ нальных стратонов в бассейнах такого типа сравнительно невелико. При корреляции в пределах отдельных площадей широко используют­ ся данные ГИС (каротаж и др.). Характерной особенностью этих бас­

13

сейнов, например, Скифской и Западно-Сибирской платформ, является наличие в разрезе нескольких горизонтов клиноформенного заполне­ ния некомпенсированных впадин. Физическая мощность клинофор­ менных пачек обычно не более 200-600 м, тогда как разрез, построен­ ный вкрест наслоению клиноформ, может насчитывать многие кило­ метры. Стратиграфическое расчленение и прослеживание клинофор­ менных тел требуют для избежания ошибок непременного использо­ вания сейсмических временных разрезов.

Бассейны рифтового типа обычно узкие и очень глубокие (до 10-20 км). Поперечная фациальная зональность плохо фиксируется из-за того, что ширина фациальных зон в связи с большой крутизной бортов может составлять лишь первые километры. Однако всегда существует некото­ рая продольная асимметрия, и разрезы осадочной толщи вдоль оси рифтовой впадины не остаются постоянными. В период активного погруже­ ния мощности отдельных ярусов и горизонтов могут достигать несколь­ ких километров. Таким образом, выделяемые стратоны обычно имеют большую мощность, число перерывов в морской их части невелико. Как и в предыдущем случае, основной объем стратиграфической информа­ ции получается при изучении материалов буровых скважин. Однако за­ полнение рифтового бассейна часто состоит не только из морских, но и мощных континентальных толщ. Если такой бассейн открывается во впадину, то в нем могут возникнуть обстановки параллического седиментационного бассейна с накоплением мощнейших циклически по­ строенных, часто угленосных толщ. Такой случай имеет место в Днеп­ ровско-Донецкой впадине и продолжающем ее к востоку Донецком бас­ сейне. Стратиграфическое расчленение циклических толщ должно бази­ роваться на методах ритмостратиграфии, так как построена осадочная толща крайне монотонно. При корреляции важнейшее значение приоб­ ретают тонкие маркирующие слои морских карбонатов, отражающие максимумы трансгрессивных эпизодов, и углей, а также пепловых гори­ зонтов. Угли могут быть как трансгрессивными, когда повышение уров­ ня приводит к подтоплению приморских низменностей и образованию болот, так и регрессивными — они формируются на стадии полного от­ ступания моря, но до начала нового цикла эрозии речными системами. Необходимость различения двух этих типов углей, а также распознава­ ния палеопочв, являющихся идеальными корреляционными реперами, делает стратиграфические исследования в таких бассейнах весьма труд­ ными. Границы формальных ритмостратиграфических единиц нередко не совпадают с границами биостратиграфических и общих подразделе­ ний. В центральных частях рифтовых бассейнов нижние слои чехла по­ гружены настолько глубоко, что они не вскрываются буровыми скважи­ нами. Это определяет иногда разработку самостоятельных стратиграфи­

14

ческих схем для каждой прибортовой зоны. Прослеживание тел через осевую часть прогиба возможно только сейсмическими методами.

Осадочные бассейны краевых прогибов весьма контрастны фациально, поскольку геодинамические обстановки их бортов принципи­ ально различны.

На стадии раннего прогибания, когда все днище прогиба отвечало одной фациальной зоне, выделяемые стратиграфические подразделе­ ния едины для всей области. В момент максимального прогибания ус­ танавливается четкое различие между краем платформы, где форми­ руются рифы, центральной зоной, где накапливаются маломощные кремнисто-карбонатные толщи, и частью бассейна, обращенной к при­ ближающемуся складчатому поясу. Как правило, последняя зона бас­ сейна позднее почти полностью эродируется. Рост складчатого соору­ жения на следующей стадии приводит к быстрому заполнению седиментационной ванны флишеподобными толщами. Разработка страти­ графии этих толщ требует детального литолого-седиментологического анализа [Мизенс, 1993]. Проксимальную часть бассейна слагают пло­ хосортированные песчано-конгломератовые толщи. Далее от горного сооружения они переходят в нормальный флиш. На платформенном краю прогиба в периоды падения уровня моря могут формироваться подводные каньоны. В результате в породах краевых прогибов широко развито переотложение органических остатков, что затрудняет биостратиграфическое расчленение разреза. Одновременно вдоль прогиба функционирует несколько крупных подводных конусов выноса. В их краевых зонах лопасти соседних конусов могут перекрываться, что снижает надежность ритмостратиграфических корреляций. Обычно осадочное заполнение краевых прогибов в той или иной степени де­ формировано и во фронтальной части приподнято и эродировано, по­ этому частично его стратиграфия может быть изучена по обнажениям, хотя приплатформенная часть, как правило, вскрывается только сква­ жинами. Важно также отметить, что существует четко выраженная по­ перечная зональность — различные сегменты краевого прогиба отли­ чаются по строению осадочного заполнения. При этом соотношение морских и континентальных толщ может существенно меняться в раз­ личных седиментационных ваннах, а с учетом большой протяженно­ сти многих прогибов неудивительно, что нередко отмечается принад­ лежность различных сегментов к разным палеобиохориям. Последнее затрудняет биостратиграфическую корреляцию разрезов. По существу разные сегменты имеют различные местные и нередко даже регио­ нальные стратиграфические шкалы.

Межгорные впадины чаще всего выполнены очень мощными гру­ бообломочными континентальными толщами. Выделение стратонов

15

основывается на общих литологических признаках, нередко на ритмо­ стратиграфическом подходе. Однако разрезы на площади, особенно вкрест впадине, очень быстро меняют свой литологический характер. Одновременно материал поставляется многими эрозионными систе­ мами. Поэтому корреляция таких разрезов даже на небольших рас­ стояниях очень затруднена.

Иногда большую помощь оказывают палеомагнитные исследова­ ния. Отложения бедны органическими остатками. Те толщи, которые формируются в гумидном климате, часто являются угленосными, и при их расчленении и корреляции могут использоваться листовые флоры и спорово-пыльцевые комплексы. Бассейны аридного типа за­ полнены красноцветными осадками. Они почти не имеют палеобота­ нической и палинологической характеристики, но иногда содержат по­ следовательные комплексы позвоночных, позволяющие распознавать определенные возрастные уровни в различных частях бассейна. В не­ которых случаях межгорные прогибы время от времени получают со­ общение с морскими бассейнами, как это имеет место, например, в Ферганской впадине. Клинья морских осадков в таких случаях обра­ зуют довольно надежный каркас корреляции, поскольку они легко прослеживаются как литологически, так и палеонтологически. Кроме того, неоценимо их значение для привязки местной и региональной схем к общей шкале.

Пассивные континентальные окраины характеризуются шельфо­ вым комплексом осадков платформенного типа сравнительно неболь­ шой мощности с четкой фациальной зональностью, который резко сменяется склоновыми толщами турбидитной природы. Континен­ тальный склон прорезается системой каньонов, по которым осадочный материал периодически поступает в нижнюю часть склона и на его подножие. Турбидиты формируют клиноформенные подводные кону­ сы выноса, сложенные в основном ритмично построенными тонкозер­ нистыми, часто в той или иной степени карбонатными осадками, сме­ няющимися гемипелагическими толщами. Таким образом, для шельфа справедливы все особенности формирования литологических тел, свойственные платформенным бассейнам, а для склоновой части — краевым прогибам. Особенностью любых склоновых образований яв­ ляется широкое развитие оползней и переотложение осадочного мате­ риала вместе с фоссилиями, что затрудняет расшифровку структуры чехла бассейна, выделение литостратонов и их взаимоувязку по простиранию склона.

В областях активных континентальных окраин накопление осадков обычно идет в преддуговых и задуговых бассейнах, непосредственно контактирующих с областями активной вулканической деятельности.

16

Это определяет широкое развитие вулканических толщ, формирую­ щихся как в подводных, так и в наземных обстановках. Множествен­ ность вулканических центров приводит к сложному перекрытию тел, принадлежащих к различным источникам. В результате выделение и прослеживание индивидуальных литостратонов крайне затруднены. Такие толщи редко содержат осадочные пакеты, охарактеризованные морскими группами фауны, что затрудняет биостратиграфический контроль. Вулканические свиты и серии часто выделяются по петрохимическим признакам, их корреляция в пределах бассейна остается более или менее приблизительной. В этих условиях возрастает роль физических методов расчленения и корреляции, особенно палеомагнитного и изотопного датирования.

На склонах бассейнов и в их ваннах чаще всего формируются мощные флишеподобные силицикластические (терригенные) толщи со значительным участием вулканического материала. Местные подраз­ деления имеют большую мощность и недостаточно надежно увязаны с общей шкалой. Затруднено выделение и региональных стратонов. Тон­ кие прослои пеплов характерной окраски и химического состава могут использоваться как хорошие маркеры при литологической корреляции разрезов (тефростратиграфия).

Особую группу представляют океанические бассейны. В совре­ менных океанах в пределах их ложа накапливаются сравнительно ма­ ломощные карбонатные (выше уровня карбонатной компенсации) или терригенно-кремнистые (ниже этого уровня) осадки со значительным числом стратиграфических перерывов, вызванных подводным раство­ рением карбонатных илов или размывом течениями при смене типа океанической циркуляции. В центральной части Тихого океана весь осадочный чехол представлен глубоководными красными глинами, яв­ ляющимися главным образом эолово-космогенными осадками мелакайнозоя суммарной мощностью всего лишь 30-50 м.

Выделяющиеся по литологическим признакам толщи в соответст­ вии с установившимися правилами не получают собственных назва­ ний, поскольку для океанического чехла принято выделять только под­ разделения общей шкалы и биозоны.

Настоящие древние океанические отложения сравнительно редко встречаются в континентальных районах, где они в основном пред­ ставлены в узких сутурных зонах офиолитовых поясов или в виде тек­ тонических отторженцев находятся в хаотических аккреционных ком­ плексах. В основном эти толщи имеют кремнистый состав и сравни­ тельно малую мощность. Обычно в данном районе они выделяются как одна или несколько свит, литологически очень сходных друг с дру­ гом, но их общий стратиграфический диапазон ранее устанавливался

17

весьма приблизительно. Только разработка методов кислотного выде­ ления конодонтов и радиолярий обеспечила возможность привязки глубоководных кремнистых толщ к общей шкале и их расчленения. Это означает, что только литологические методы не могут обеспечить надежное выделение и прослеживание стратонов в глубоководных океанических типах разрезов.

Л итостратиграф ические подразделения и методы их корреляции

Как было отмечено выше, основу стратиграфического каркаса при изучении отдельных разрезов составляют местные подразделения — прежде всего свиты и серии. Они выделяются главным образом по ли­ тологическому составу либо на основе ритмостратиграфического под­ хода в случае развития мощных циклически построенных монотонных толщ. Однако важное значение имеет и учет палеонтологической ха­ рактеристики.

Основное подразделение местной шкалы — это свита. Она пред­ ставляет собой совокупность развитых в пределах какого-либо геоло­ гического района отложений, которые отличаются от ниже- и вышеле­ жащих специфическими литолого-фациальными характеристиками, вещественным и структурным единством. Свита обычно выделяется как естественный интервал разреза, отвечающий определенному этапу развития бассейна в данной его части. Нередко свиты имеют границы, представляющие собой перерывы. Наличия стратиграфических пере­ рывов, тем более с угловыми несогласиями или эрозионными врезами внутри свиты, не допускается. Возможно только присутствие неболь­ ших так называемых внутриформационных перерывов, на которых не может быть зафиксировано выпадение какого-либо стратиграфическо­ го подразделения целиком. Свита имеет название, образованное от ка­ кого-либо топонима, и обязательно должна иметь стратотип.

В случае необходимости, особенно если свита имеет очень большую мощность, возможно ее деление на подсвиты. Последние получают свое наименование от названия свиты и положения подсвиты в разрезе: нижнеклимовская или среднеклимовская подсвита. Если выделяется более трех подсвит, то они нумеруются по порядку снизу вверх. Для некото­ рых особенно хорошо изученных интервалов разреза классических бас­ сейнов, например, для южного крыла Московской синеклизы, в виде ис­ ключения Комиссией по каменноугольной системе МСК России разре­ шено использовать для подсвит наряду с обычными названиями еще и самостоятельные географические [Махлина и др., 1993].

Несколько свит, как правило, относящихся к одному этапу седи­ ментации более высокого порядка, могут объединятся в серии, а се­

18

рии — в комплексы. Иногда, особенно в случае недостаточной изучен­ ности и сложности строения, серии не делятся на свиты. Серии и ком­ плексы обычно разделены перерывами с большим стратиграфическим диапазоном и нередко сопровождающимися угловыми несогласиями. Оба типа стратонов также имеют географические названия, но страто­ тип для них не обязателен, поскольку большие мощности редко позво­ ляют наблюдать всю серию и тем более комплекс в одном разрезе. В таком случае типовой разрез характеризуется как сумма стратотипов входящих в него свит. Комплексы чаще всего употребляются в страти­ графии докембрийских метаморфических толщ.

На территории одного бассейна для каждой структурно-фациаль­ ной зоны разрабатывается собственная местная шкала, состоящая из свойственного только ей набора свит. Это связано с наличием фаци­ альной зональности бассейна, в различных частях которого одновре­ менно формируются разные по составу осадки. Различная тектониче­ ская история таких участков приводит к образованию характерной только для них последовательности литологических тел (свит).

Из приведенной выше характеристики свиты следует, что в соответ­ ствии с законом возрастной миграции границ фаций границы свит на площади не будут оставаться изохронными, а будут несколько скользить во времени. Такое скольжение границ литостратонов обычно называется диахронностью. Обычно степень диахронности не очень велика, но ино­ гда она может достигать одного-двух ярусов. Поскольку в таком случае различия в возрасте легко могут быть зафиксированы биостратиграфи­ чески, «Стратиграфический кодекс» не приветствует выделения подраз­ делений, резко неодновозрастных на площади их развития.

Для геоисторического анализа бассейнов необходимо всегда иметь в виду диахронный характер границ свит, особенно если эти границы совмещены с крупными перерывами, так как в различных разрезах по­ дошва и кровля одной и той же свиты будут иметь довольно разный возраст, и при подготовке данных для моделирования это следует обя­ зательно учитывать.

Изучение истории развития осадочных бассейнов, следовательно, требует корреляции, сопоставления свит, выделенных в их различных частях. Как правило, такая процедура бывает отчасти уже выполнена при подготовке унифицированных стратиграфических схем для круп­ ных регионов России (Русская платформа, Урал, Западная Сибирь и др.), многие из которых к настоящему времени опубликованы. Однако далеко не все системы и не все регионы полностью обеспечены уни­ фицированными схемами. В случае отсутствия таких схем корреляцию необходимо выполнить дополнительно, прежде чем будет возможен количественный анализ бассейна.

19