Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Не только различные структурно-фациальные зоны, но и различ­ ные серии листов геологических карт имеют свои наборы свит. В та­ ком случае также требуется унификация.

К орреляция

Корреляция литостратонов по площади бассейна прежде всего ос­ новывается на биостратиграфических данных (подробнее в следую­ щем разделе). Однако далеко не всегда палеонтологический метод по­ зволяет надежно коррелировать разнофациальные толщи, хотя за по­ следние годы в этом направлении был достигнут значительный про­ гресс. В настоящее время можно сказать, что не существует таких оса­ дочных пород, из которых нельзя выделить хотя бы какие-нибудь ос­ татки организмов. Наряду с традиционными группами макрофауны, для решения стратиграфических задач привлекаются самые различные группы микрофоссилий как животного, так и растительного происхо­ ждения [Алексеев, 1988]. Но возможности палеонтологического дати­ рования и корреляции зачастую оказываются недостаточными. Это за­ ставляет применять весь арсенал методов стратиграфии, в том числе получивших широкое распространение сравнительно недавно и осно­ ванных на различных физических и химических принципах. Рассмот­ рим такие методы подробнее.

П алеом агнитны й метод. Несмотря на трудоемкость и множество ограничений, широкое применение получил палеомагнитный метод [Храмов, 1982]. Он основан на предположении о сохранении в породах естественной остаточной намагниченности — слепка направления и интенсивности магнитного поля Земли, существовавшего в момент образования осадочной или изверженной породы. Магнитное поле Земли неоднократно меняло свое направление, что соответствующим образом зафиксировано в породах. Переход магнитного поля из одного состояния в другое называется инверсией. Инверсия представляет со­ бой довольно сложный, но в масштабах геологического времени весь­ ма кратковременный момент, занимая около 5 тыс. лет. Малая дли­ тельность инверсий и их глобальный характер делают границы магни­ толой по существу изохронными. Они могут быть выявлены как в мор­ ских карбонатных породах, так и в терригенных континентальных и различных вулканических толщах. Это позволяет широко использовать палеомагнитный метод для корреляции в пределах одного бассейна. Негативные моменты применения данного метода прежде всего связа­ ны с тем, что при нагреве выше 400-500 °С прежнее направление маг­ нитного поля стирается, перемагничивание происходит и при химиче­ ском выветривании пород, при смене знака магнитного поля. Поэтому выявление первичной компоненты далеко не всегда возможно.

20

Для палеомагнитного анализа требуется специальная высокочувст­ вительная аппаратура (особенно это справедливо в отношении чистых карбонатных пород, которые имеют очень низкую намагниченность) и отбор большого числа ориентированных по современному полю с по­ мощью обыкновенного компаса свежих (не выветрелых) образцов по­ род. Наилучшие результаты дают породы, содержащие много магнит­ ных минералов — красноцветные терригенные толщи и базальты, а также дайки и интрузивные породы. В последние годы получило ши­ рокое распространение изучение только магнитной восприимчивости пород, что менее трудоемко, но хорошо отражает тончайшие колеба­ ния в составе осадков. Для выделения первичной компоненты исполь­ зуются различные методы чистки — температурной или переменным полем. Как правило, значительная часть образцов (а иногда и вся кол­ лекция) отбраковываются как непригодные из-за их вторичного перемагничивания.

В настоящее время в интервале от средней юры до современности разработаны весьма детальные номерные палеомагнитные шкалы. Границы магнитохронов в них датированы с точностью до 10 тыс. лет, хотя эти оценки опираются на ненадежные геохронологические шка­ лы. Эти шкалы согласованы с магнитными полосовыми аномалиями современных океанов. Вместе с тем, для конца позднего мела-совре- менности такие шкалы достаточно надежны и получили широкое при­ менение. В частности, при глубоководном бурении в океанах разрез каждой скважины изучается с помощью палеомагнитного метода. Для триаса и палеозоя общепринятых шкал нет, но они активно разрабаты­ ваются. Существенным недостатком метода является отсутствие «соб­ ственного лица» у каждой магнитозоны, поэтому без дополнительной информации, обычно биостратиграфической или геохронологической, невозможно в конкретной последовательности зон провести их иден­ тификацию с общей шкалой. Если в разрезе имеются перерывы, то легко сбиться в определении зон, поскольку зачастую происходит лишь их последовательный счет.

Несмотря на отмеченные сложности и недостатки, палеомагнитный метод — один из немногих, который является универсальным, по­ зволяя расчленять и коррелировать разнофациальные морские и кон­ тинентальные отложения глобально.

Х ем остратиграфия. Другим методом, получившим весьма широ­ кое применение в последние годы, является хемостратиграфия. Хотя название этого метода подразумевает его химическую природу, на са­ мом деле речь идет только об одной из методик химического ряда — а именно, об использовании стабильных изотопов. Он применим только к морским карбонатным толщам. Основными изотопными отношения­

21

ми, которые используются в хемостратиграфии, являются |80 /|60, l3C/12C, 34S/32S, 87Sr/86Sr. Изменения этих отношений определяются процессами, протекающими в атмосфере, гидросфере и биосфере. Климатические колебания, изменения скорости эрозии континентов, изменения продуктивности морских экосистем, быстрое захоронение органического вещества приводят к глобальным сдвигам этих отноше­ ний [Morrow et al., 1995] (рис. 1.3). Установлены два типа таких сдви­ гов. Одни из них носят медленный направленный и закономерный ха-

позднего мела и кайнозоя. Возраст и корреляция по ним получаются путем совмещения выявленной кривой для данного разреза или района со стандартным графиком. Другие сдвиги весьма кратковременны и носят характер внезапных отклонений от более или менее стабильных фоновых значений. Такие сдвиги могут использоваться как идеальные реперы глобальной корреляции, и их наиболее яркими примерами служат негативные аномалии изотопного состава углерода в конце се­ номана и палеоцена. Эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах более подробно.

1.2. БИОСТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ШКАЛЫ И ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ

Биостратиграфический метод, наряду с литостратиграфическим, относится к основным стратиграфическим методам, используемым как при геологическом картировании, так и при изучении истории осадоч­ ных бассейнов. Тем или иным аспектам этого метода посвящено ог­ ромное количество зарубежных и отечественных публикаций. Среди наиболее важных обобщающих работ последнего времени назовем лишь некоторые: Шиндевольф, 1975; Красилов, 1977; Международ­ ный..., 1978; Мейен, 1989; Меннер, Макридин, 1988; Найдин и др., 1994; Никитин, Жамойда, 1984; Степанов, Месежников, 1979; Страти­ графическая..., 1980; Стратиграфический кодекс..., 1977, 1992. «Зако­ нодательные» решения по стратиграфии и, в частности, биостратигра­ фии нашей страны публикуются в специальной серии «Решения Меж­ ведомственного стратиграфического комитета...».

Биостратиграфический метод, как известно, основан на принципе необратимости эволюции органического мира Земли. Объектом био­ стратиграфии являются остатки ископаемых организмов, заключенные в породах, и сами породы. Поэтому при современных биостратиграфических исследованиях решается несколько взаимосвязанных про­ блем, нацеленных на восстановление истории осадочных бассейнов:

1. Биостратиграфия (в узком смысле) занимается установлением относительного возраста пород, расчленением разрезов и их корреля-

22

цией. Продуктом биостратиграфических работ являются зональные шкалы различного типа и ранга, тесно связанные с географическим распределением фоссилий (т. е. палеобиогеографией).

2.Тафономия, изучающая особенности захоронения организмов. Итогом тафономических исследований являются модели захоронения органических остатков, уточняющие данные седиментологии и палео­ географии. Основные понятия и методы тафономических исследова­ ний обобщены в трудах Б. Т. Янина [1983, 1990].

3.Экостратиграфия и палеоэкология направлены на реконструк­ цию условий обитания ископаемых организмов. Палеоэкология моде­ лирует условия обитания организмов, включая климатический фактор

итем самым дополняет данные палеогеографии. Экостратиграфия, ис­ пользуя результаты палеоэкологических исследований, подобно био­ стратиграфии занимается расчленением и корреляцией разрезов. Проб­ лемы палеоэкологии и экостратиграфии отражены в работах Р. Ф. Гек-

кера [1957], В. А. Красилова [Красилов, 1977; Красилов и др., 1985], Б. Т. Янина [1990], В. В. Меннера и В. П. Макридина [1988].

Разработка стратиграфической основы является одной из важней­ ших задач при изучении осадочных бассейнов. Чем надежнее, полнее и детальнее разработана стратиграфическая шкала, тем более широкие возможности открываются для структурных, палеогеографических и других исследований.

Известно, что построение подобных шкал идет от частного к об­ щему: от местных шкал, через региональные, к общей шкале. Регио­ нальные шкалы (РСШ) и общая (международная) шкала (МСШ) пред­ ставляются наиболее существенными для понимания истории осадоч­ ных бассейнов. Последняя особенно важна, поскольку она имеет дело с наиболее характерными чертами глобальной геоэволюции, отражен­ ными так или иначе в свитах и горизонтах, т. е. местных и региональ­ ных подразделениях. К примеру, кимериджский ярус, используемый широко (по меньшей мере в пределах северного полушария), был вы­ делен [d’Orbigny, 1850] как характерная толща глин у деревни Киммеридж (Kimmeridge Clays) в Дорсете (Южная Англия). После получения фаунистической характеристики этих глин было выяснено, что отло­ жения с подобными ископаемыми распространены гораздо шире, чем в Дорсете, и представлены в различных фациях. Другими словами, термин «киммеридж» перерос свое «свитное» содержание и стал ис­ пользоваться для обозначения относительного положения слоев в об­ щей последовательности, т. е. в ранге яруса.

При установлении стратиграфических подразделений любого ран­ га наиболее важными являются:

1. Установление и описание стратотипа.

24

2. Установление эталонных границ подразделения, — т. е. опреде­ ление стратиграфического объема подразделения.

Рассмотрим некоторые проблемы, возникающие при установлении стратотипов на примере ярусов.

Э талонны е разрезы (стратотипы )

Ярус (Stage) является основной единицей Международной страти­ графической шкалы [Стратиграфический кодекс..., 1977; 1992]. Стра­ тотипы ярусов МСШ принадлежат в основном к категории «историче­ ских стратотипов» [Найдин, 1978], выбор которых был сделан в соот­ ветствии с принципом приоритета. Многие из ярусов устанавливались в прошлом веке, когда значение разрезов для последующего сравнения еще не было понято. По этой причине одним из недостатков большин­ ства существующих стратотипов является то, что они составляют лишь часть объема каждого яруса (например, ярусов меловой системы и палеогена). Следовательно, стратотип является носителем качест­ венной характеристики яруса, но не мерилом его объема. Роль страто­ типов заключается в том, что они, во-первых, закрепляют названия ярусов и, во-вторых, доставляют исходные, начальные данные для по­ следующего развертывания их фаунистической характеристики в более полных разрезах [Найдин, 1978]. Стратиграфический объем ярусов может быть получен только путем корреляции стратотипов и парастра­ тотипов. Таким образом, палеонтологическая характеристика ярусов, их положение в последовательности слоев более крупных стратигра­ фических единиц оцениваются зональным делением, сложившимся по большей части за пределами стратотипических районов. Отсюда сле­ дует крайне важный вывод, заключающийся в том, что особое внима­ ние должно уделяться разрезам, поставляющим материалы для зо­ нального деления по всем группам органических остатков, иными сло­ вами, опорным разрезам.

В последнее время среди зарубежных стратиграфов наметилась тенденция в отказе от старых стратотипов. Предлагается выбирать но­ вые, более полные стратотипы или выбирать (и даже в различных ре­ гионах земного шара) только стратотипы границ (см. ниже) стратигра­ фических подразделений. Принятие подобной точки зрения приведет не только к терминологической путанице, но и к многочисленному пе­ реизбранию стратотипов (с каждым чуть более полным разрезом) и в конечном итоге к существенному изменению объемов ярусов, что без­ условно не лучшим образом отразится не только на стратиграфических шкалах, но в первую очередь на геокартировании.

25

Опорны е разрезы (R eference sections)

ВРоссии правила описания опорных разрезов закреплены в Стра­ тиграфическом кодексе [1977, 1992], а также в специальных методиче­ ских работах [Либрович, Овечкин, 1963], где приведена и процедура

их выбора [Никитин, Жамойда, 1984]. Однако в связи изменившимися требованиями к детальности работ и новыми методиками изучения эти методические рекомендации нуждаются в новой редакции.

Критерии выбора регионов или районов, для которых предлагают­ ся опорные разрезы, связаны с особенностями пространственной обо­ собленности типов разрезов отложений.

Регионы могут быть выделены на палеобиогеографической основе, если стратиграфическое расчленение и сопоставление основываются на данных распространения ископаемых организмов. Они могут пред­ ставлять собой литолого-фациальные зоны, если выделяются литост­ ратиграфические подразделения. Наиболее целесообразно выделять регионы не только по фациальным признакам отложений, но с учетом их структурного положения. Наименее геологически обосновано вы­ деление территорий, для которых описываются опорные разрезы по административному признаку.

Существуют два типа опорных разрезов [Найдин, 1976; Никитин, Жамойда, 1984; Стратиграфический кодекс, 1977, 1992].

П ервы й тип опорны х разрезов разрабатывается для крупных геологических регионов или палеобиогеографических областей. Он базируется на серии частных разрезов, расположенных на большой площади, и отражает максимально полную стратиграфическую после­ довательность в регионе. Фактически такой разрез является сводным для нескольких ярусов, отделов или систем. Региональные опорные разрезы составляют основу региональных стратиграфических схем, но могут быть типовыми и для стратиграфических схем разных палео­ биогеографических областей. Назначение опорных разрезов этого ти­ па— подача материалов для детализации стратиграфического расчле­ нения толщ с целью совершенствования легенд к крупномасштабным картам.

Примером комплексного подхода к изучению опорных разрезов Бореальной палеобиогеографической области является опорный ре­ гиональный разреза неокома (берриас-готерив) Сибирской платформы [Гольберт и др., 1981], расположенный в бассейне рек Хатанга и Анабар (рис. 1.4, 1.5, см. прил.). Для этого разреза приведена детальная {послойная) литолого-геохимическая, тафономическая и палеоэколо­ гическая характеристика, распределение аммонитов, белемнитов, двустворок, гастропод, брахиопод, фораминифер, остракод и палиноком-

26

Рис. 1.5. Региональная биостратиграфическая схема расчленения неокома (берриас-готерив) Сибирской платформы. По [Гольберт и др., 19811.

Слои с двустворками и форамениферами по фациальным типам отложений именуются как «Комплекс Buchia crassicollis...» или «Комплекс Pseudolamarskina tatarica...» и т. п. Во всех случаях это следует

Рис. 1.6. Унифицированная стратиграфическая схема нижнемеловых отложений Восточно-Европейской платформы (1993).

Левая часть отражает корреляцию зон общей шкалы с региональными зонами по разным группам фауны.

плексов. Помимо этого проведена комплексная интерпретация условий формирования разреза, сведение полученных стратиграфических результатов в целом по региону и сопоставление со стратиграфической схемой стратотипов ярусов.

Вариантом региональных биостратиграфических схем могут слу­ жить унифицированные стратиграфические схемы крупных регионов. В них сведены данные местных, региональных схем, привязанные к отдельным крупным структурам, и произведено сопоставление с об­ щей шкалой, включая зональную шкалу. Основной смысл составления подобных схем — унификация и корреляция стратиграфических дан­ ных при переходе от локальных структур (местные схемы) к регио­ нальной шкале. Примером может служить унифицированная страти­ графическая схема нижнемеловых отложений Восточно-Европейской платформы [1993] (рис. 1.6, 1.7, см. прил.).

В настоящее время подобные работы должны быть дополнены магнитостратиграфическими работами, результатами анализа стабиль­ ных изотопов [Channell et al., 1993; 1995] и данными абсолютной гео­ хронологии (включая геохронометрические методы, анализ ритмично­ сти и т.д.), т. е. комплексом методов, позволяющих перейти от чисто стратиграфического сопоставления к хронологической корреляции опорных разрезов (рис. 1.8, 1.9). Так, пик на кривой С13, дополнитель­ но коррелируемый с магнитохроном прямой намагниченности СМИ, является хорошим стратиграфическим репером и может быть опознан практически в любых разрезах (рис. 1.8). Привязка магнитостратигра­ фических данных к уровням распространения зональных фоссилий (рис. 1.9) позволяет использовать эти признаки не только для установ­ ления и корреляции разрезов, но и для их синхронизации (или уста­ новления возрастного скольжения фауны).

Второй тип опорны х разрезов выбирается из числа самых пол­ ных и фаунистически охарактеризованных разрезов или скважин. Он характеризует, как правило, отдельные фациальные зоны, но может быть избран в качестве дополнительного для региональной шкалы или (в силу своей уникальности и полноты) для характеристики отдельных интервалов (границ) стратотипов.

Примером может служить Найбинский разрез Сахалина (альбданий) Тихоокеанской палеобиогеографической области [Верещагин и др., 1987], являющийся одним из наиболее полных и фаунистически охарактеризованных на Дальнем Востоке (рис. 1.10, 1.11, см. прил.). В этом разрезе, помимо обычного стратиграфического исследования, де­ тально изучено распределение аммонитов, иноцерамов и других двустворок, гастропод, фораминифер, радиолярий, спор и пыльцы. Весьма важно наличие изображений изученных групп фауны. Приведена так-

27