Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Кальцисферул иды

.....p jJliU U iu *” -

ммГ1

-160

-120 РИшаш.РР^

-80 -40

-0

глинистых прослоях разреза Емды-Курган.

/ — мел, 2 — переходная зона, 3 — глинистый прослой, 4 — места взятия проб.

торых устойчивость проявляют только представители агглютинирую­ щих форм. Выше «глин» восстанавливается обычное для вмещающих карбонатных пород соотношение ПФ, БФ и кальцисферулид. Последо­ вательность растворения хорошо известна и аналогична растворению раковин в современных осадках: сначала разрушаются хрупкие порис­ тые раковины ПФ, затем раковины известково-секреционного бентоса [Berger, 1978; Sliter, 1975]. Наиболее устойчивыми оказываются агглю­ тинирующие БФ, имеющие компактную шаровидную раковину с большим количеством цемента [Копаевич, 1988].

Наблюдаемые прослои формировались под действием механизма растворения карбонатного вещества, который был предложен русским ученым Г. А. Надсоном [1904]. Изучая донные илы некоторых озер Ук­ раины и дополнив полученные сведения экспериментальными данными, он объяснил исчезновение карбоната кальция в осадке растворением его угольной кислотой. По-видимому, причиной формирования «глини­ стых» прослоев являлось резкое возрастание биопродуктивности пелагиапи, в результате чего на дне скапливалось большое количество орга­ ники, при окислении которой образовывалась кислота, резко повышаю­ щая растворение карбоната кальция [Найдин, Копаевич, 1988].

Условия, благоприятные для возникновения «глинистых» просло­ ев, могли возникать в разное время в различных участках эпиконтинентальных бассейнов, а иногда охватывать значительные их площади.

66

Взрыв биопродуктивности мог быть связан с различными организма­ ми: либо с ПФ, либо с цветением (bloom) фитопланктона.

«Глинистые» прослои, являющиеся следствием синседиментационных процессов, представляют собой достаточно длительные перио­ ды с пониженной скоростью осадконакопления. Именно поэтому их характеризуют повышенные концентрации некоторых элементов и их соединений (рис. 1.30). Периоды замедленного темпа осадконакопле­ ния могли продолжаться несколько тысяч-десятков тысяч лет. Так, на­ пример, «глины» на маастрихт-датской границе в разрезе Гредеро (Ис­ пания) накапливались 16 тыс. лет [Smit, Hertogen, 1980]. «Глины» не есть собственно перерывы, но их формирование совпадает со значи­ тельным снижением темпа осадконакопления.

Рис. 1.30. Распределение некоторых элементов и их соединений в глини­ стых прослоях и вмещающем мелу верхнего кампана разреза Сулукапы.

Помимо описанных выше, в мелководно-морских карбонатных толщах можно встретить «глины» иного генезиса. Тонкие шлировые прослои образуются при процессах растворения уже в породе, много позже процесса осадконакопления. Широким распространением в кар­ бонатных толщах пользуются бентониты, являющиеся следствием вул­ канической деятельности и подводного выветривания пеплового мате­ риала в осадке. Многие исследователи склонны природу всех «глини­ стых» прослоев объяснять вулканической деятельностью. Существуют тем не менее признаки, которые с достаточной степенью уверенности позволяют различать их, а именно:

67

1. Бентонитовые прослои имеют гораздо более широкое площад­ ное распространение — региональное, а иногда субглобальное, в то время как выклинивание прослоев растворения можно наблюдать в со­ седних разрезах;

2.В отличие от бентонитов, прослои растворения полностью ли­ шены биотурбации благодаря насыщенности осадка избыточным ко­ личеством СО2, которое делает невозможным обитание здесь илоедов;

3.Распределение зоо- и фитопланктона в бентонитах мало чем от­ личается от вмещающих пород;

4.Присутствие в составе прослоев растворения вулканического материала идентично вмещающим породам, внутри которых он в зна­ чительной степени разбавлен биогенной составляющей [Sholz, 1973].

1.4. ПОСТРОЕНИЕ ХРОНОСТРАТИГРАФИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ И ПРОФИЛЕЙ

Заполнение любого осадочного бассейна содержит большое число стратиграфических перерывов, хотя сама по себе толща осадков физи­ чески сплошная. На перерывах обычно происходит лишь более или менее резкая смена литологического состава и свойств осадочной толщи. Перерывы несут наиболее ценную информацию об истории развития бассейна, но их труднее всего выявлять и изображать графи­ чески. Эффективным приемом для этого в последние годы стало по­ строение хроностратиграфических разрезов и профилей.

1.4.1. ХРОНОСТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ

Стратиграфический разрез, зафиксированный в какой либо точке осадочного бассейна, обычно представляется графически в виде вер­ тикальной колонки, заполненной условными знаками, обозначающими различные по составу типы осадочных пород. Слева от колонки приве­ дена стратиграфическая шкала, в которой обозначены наиболее важ­ ные подразделения общей, региональной и местной шкал. Однако из общих подразделений показываются только те из них, которые присут­ ствуют в данном разрезе. Даже в сводных колонках к среднемасштаб­ ным картам или их сериям общая шкала никогда не бывает представ­ лена полностью из-за наличия перерывов или гиатусов. Техника по­ строения обычных разрезов подробно описана в различных методиче­ ских руководствах [Практическая стратиграфия, 1984; Инструкция по составлению]. Чтобы восполнить эти пробелы и визуализировать пе­ рерывы, можно построить вместо стандартного литостратиграфиче­ ского разреза хроностратиграфический разрез. Последний на верти­

68

кальной оси имеет не стратиграфический, а временной масштаб в ус­ ловных единицах или годах либо полную общую стратиграфическую шкалу. При этом ранее единая колонка неизбежно разрывается на от­ дельные фрагменты, разделенные промежутками времени, которые отвечают перерывам (ненакоплению и размыву осадков) (рис. 1.31).

Рис. 1.31. Стандартные литостратиграфический (я) и хроностратиграфический (б ) разрезы.

1.4.2. ХРОНОСТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ

Полезным инструментом, позволяющим восстанавливать геологи­ ческую историю осадочных бассейнов, являются хроностратиграфические профили (ХП), иногда называемые также литохроностратиграфическими диаграммами. В отличие от обычных геологических про­ филей (разрезов), на которых показываются литология и возраст оса­ дочных тел в условных или абсолютных вертикальных координатах, выраженных в метрах, вертикальный масштаб ХП временной, т. е. в идеальном случае откладывается в годах (обычно в миллионах лет).

69

Это означает, что на таком профиле интервалы общей шкалы, не пред­ ставленные в данном бассейне в виде осадков, будут отражены пробе­ лами. Временной масштаб непрерывен, тогда как почти каждый стра­ тиграфический разрез содержит в себе перерывы. Если геологический профиль в первую очередь наглядно представляет изменения скоро­ стей седиментации (мощностей) и амплитуду последующих размывов в линейных единицах пространства, перерывы при этом выражаются лишь в соотношении границ стратонов и продолжительность гиатусов никак не может быть количественно получена из графика, то ХП по­ зволяет легко визуализировать последнюю наряду с демонстрацией фациальных изменений. Такие профили не заменяют обычные, но служат информативным дополнением к ним.

Хотя хроностратиграфические профили как инструмент анализа истории бассейнов стали широко применяться лишь в последнее деся­ тилетие, подобные графики, в которых мощности стратонов показыва­ лись равными не только в горизонтальном направлении, но и по верти­ кали (либо несколько меняющимися в зависимости от представлений об их относительной длительности), применялись уже давно [Тихоми­ ров, 1967].

Первыми очень примитивными формами ХП можно считать стра­ тиграфические схемы, в которых для каждого района или структурно­ фациальной зоны бассейна самостоятельная колонка содержит в сло­ весном виде характеристику каждого стратона, а пропуски в разрезе показаны вертикальной штриховкой. Таковы стандартные унифициро­ ванные стратиграфические схемы в их корреляционной части. Более совершенными являются схемы, в которых литология показана графи­ ческими символами (условными знаками), а не сообщена словами, и границы колонок сняты [Найдин и др., 1991, 1994].

Необходимый признак настоящего ХП — наличие реального гори­ зонтального масштаба вдоль определенной линии, прямой или ломан­ ной (если число имеющихся в распоряжении исследователей разрезов ограничено). То есть настоящий ХП — такой же профиль, как и обык­ новенный геологический, но представляющий временную структуру осадочного чехла, а не только его пространственное строение.

Наконец, возможна комбинация реального стратиграфического профиля с вертикальным масштабом в виде мощности и хроностратиграфической информации (рис. 1.32, 1.33, см. прил.). В этом случае внутри каждого стратона, длительность которого рассчитана по опре­ деленной геохронологической шкале, вдоль оси каждого разреза от­ кладывают точки, отвечающие возрасту, выраженному в миллионах лет, и с шагом, допустим, через 1 млн лет. В случае конденсированных разрезов возможен выбор шага, равного 0.5 млн лет и менее. При этом

70

учитывается изменение полноты разреза как в подошве стратона, так и в его кровле. Затем одновозрастные точки соединяются прямыми ли­ ниями. Их исчезновения на границах будет отражать перерывы и раз­ мывы осадков, а расстояние между ними будет характеризовать ско­ рость седиментации. Сближение линий демонстрирует снижение тем­ па накопления осадков, а увеличение расстояния между ними — рост скорости седиментации. Эти линии могут быть названы изохронами. Такой профиль легко трансформировать в чисто хроностратиграфический путем приведения всех изохрон в строго горизонтальное положе­ ние с одинаковым интервалом между ними.

Методика построения ХП

1. Технические особенности ХП зависят от протяженности профи­ ля и величины охватываемого им стратиграфического интервала. По последнему параметру все ХП можно подразделить на обзорные и де­ тальные. Обзорные ХП характеризуются тем, что они охватывают весь осадочный чехол бассейна. Часто это бывает весь фанерозой или зна­ чительная его часть. Это приводит к тому, что такие ХП имеют высо­ кую степень генерализации и мелкий масштаб. Детальные профили строятся для одной-двух систем.

Континентальные (речные, ледниковые и пр.) неогеновые и чет­ вертичные отложения малой мощности из таких профилей исключа­ ются (если изучаются платформенные бассейны), так как невозможно показать в том же вертикальном (временном) масштабе реальные со­ отношения этих толщ из-за их малой продолжительности.

Общий стратиграфический диапазон диктует величину шага вре­ менной шкалы. Для обзорных ХП достаточно временных эквивалентов системы, отдела или яруса, тогда как детальные профили могут стро­ ится на уровне яруса, подъяруса, горизонта и даже зоны.

Горизонтальное протяжение ХП также варьирует — обзорные про­ фили должны пересекать весь бассейн или его большую часть, а деталь­ ные в случае необходимости могут строиться только для какой-нибудь одной части бассейна. Тип профиля в первую очередь определяется це­ лями и задачами исследования. Обычно для общей характеристики бас­ сейна достаточно построить 2-3 профиля, пересекающих его в несколь­ ких различных (наиболее показательных) направлениях. Ориентировка профилей определяется либо выбором необходимых сечений, либо на­ личием ограниченного числа пригодных для этого исходных разрезов.

Из изложенного выше следует, что ХП — это двумерные модели хронологического и литологического строения осадочной толщи бас­ сейна. В случае, если возможно построение серии (системы) из взаи­

71

мопересекающихся профилей, на их основе может быть получена и трехмерная хроностратиграфическая модель бассейна.

Исходные данные

В качестве исходных данных необходимо иметь описание детально расчлененных и привязанных к региональной и общей шкалам кон­ кретных разрезов. Как правило, таковыми являются разрезы глубоких скважин, вскрывающих осадочный чехол на его полную мощность. Для каждого стратона, который будет показываться на профиле в соот­ ветствии с его временным масштабом, следует дать обобщенную ли­ тологическую характеристику по преобладающему типу пород. Имен­ но она будет показываться условными знаками на профиле. Мощности, хотя они в прямом виде не отражаются на профиле, также должны со­ держаться в исходных данных, так как их колебания в случае ограни­ ченности стратона перерывами могут интерпретироваться как умень­ шения или увеличения длительности времени, представленного в кон­ кретном разрезе осадками. В случае детальных ХП возможно исполь­ зование и разрезов обнажений, если данная часть бассейна достаточно хорошо обнажена.

Стратиграфическая шкала

Для построения ХП необходимо располагать региональной страти­ графической схемой, обеспечивающей детальную корреляцию мест­ ных литостратонов (свит) друг с другом и с общей шкалой. В России основным подразделением региональной шкалы является горизонт. По существу это региональный ярус или подъярус. Именно на этом уров­ не рекомендуется строить детальные ХП. Однако для многих регио­ нов, особенно в интервале юрской и меловой систем, горизонты нико­ гда ранее не выделялись. В таких случаях рекомендуется использовать для построения детальных ХП подъярусы общей шкалы. Такая шкала заимствуется из утвержденной для данного региона унифицированной схемы, в случае же отсутствия последней или если она слишком уста­ рела, разрабатывается новый рабочий вариант шкалы, подлежащий ут­ верждению соответствующей РМСК. В качестве общей шкалы следует использовать таковую, утвержденную для отдельных систем Межве­ домственным стратиграфическим комитетом СССР (ныне России) и опубликованную в последнем варианте в справочном руководстве [Ан­ дреева-Григорович и др., 1991]. Текущие дополнения и исправления публикуются в специальных бюллетенях МСК.

72

Горизонтальный масштаб

Горизонтальный масштаб выбирается исходя из ограничений, на­ кладываемых полиграфией или демонстрационными требованиями, но в любом случае расстояние на профиле между конкретными разрезами должно быть пропорционально расстоянию между ними на местности. Это значит, что профиль должен адекватно передавать изменения стра­ тиграфической полноты разрезов и фациальные переходы в горизон­ тальном направлении.

Вертикальный масштаб

Как указывалось выше, вертикальный масштаб в целом задается типом профиля. В левой части профиля приводится упрощенная стра­ тиграфическая шкала, включающая названия, например, систем, отде­ лов, ярусов и горизонтов. Масштаб определяется значениями возраста границ ярусов в миллионах лет, которые указаны в большинстве дос­ тупных геохронологических шкал. До настоящего времени наиболее популярными являются шкалы Харленда и др. [Harland et al., 1990] и Ж. Одэна [Odin, 1994]. Для кайнозоя в качестве стандартной МСК Рос­ сии недавно утвердил шкалу У. Берггрена и др. [Berggren et al., 1995]. Однако для подразделений древнее середины мела и особенно палео­ зоя, надежность приведенных в этих шкалах цифр очень низка, и они в настоящее время подвергаются серьезному пересмотру. Рекомендуется выбирать либо наиболее часто используемую шкалу, либо наиболее новую из числа опубликованных авторитетными специалистами в ме­ ждународных изданиях. При этом следует иметь в виду, что отечест­ венная общая шкала при тождестве наименований ярусов не всегда подразумевает те же их объем и положение внутри подразделений бо­ лее высокого ранга, что и в международных или западноевропейских шкалах. Однако за последнее время большинство таких расхождений, например, касавшихся границы девона и карбона, границы нижнего и среднего карбона, положения датского и келловейского ярусов, ликви­ дированы. В ряде случаев корреляция региональных шкал с общими заведомо неточна как в случае живета и франа Русской платформы, ко­ гда живетские образования последней (пашийский и нижняя часть та­ манского горизонтов) показаны в наших схемах как нижний фран.

Если одному ярусу общей шкалы отвечает более одного горизонта, то длительность последних рассчитывается как частное от деления продолжительности данного яруса на число горизонтов (т. е. поровну).

Возможен и другой путь. При построении детальных ХП для от­ дельных систем палеозоя, если имеются супердетальные шкалы, как

73

например, для девона и карбона Русской платформы (более 30 гори­ зонтов для каждой системы), то можно принять длительность всех та­ ких горизонтов одинаковой. Вертикальный масштаб в этом случае бу­ дет определяться исходя из технических требований к рисунку.

Условные обозначения

Литология стратонов показывается на ХП с использованием стан­ дартных (наиболее употребимых) условных обозначений, применяе­ мых в стратиграфических колонках к средне- и крупномасштабным геологическим картам. Это необходимо, чтобы читатель мог легко воспринять смысл изображенного. Соответственно каждый ХП или один набор таких профилей сопровождается набором условных знаков, значение которых объясняется прямо на профиле или в подписи к не­ му. Кроме литологии в обозначениях показываются границы: прямые линии в качестве согласных границ без перерывов и волнистые линии для границ с перерывом.

Вертикальной штриховкой обозначаются те интервалы разреза (стратоны или их части), которые первоначально существовали в дан­ ном месте профиля (т. е. накапливались здесь), но позднее были раз­ мыты. Верхний предел времени размыва определяется нижней грани­ цей более молодого стратона, на которой вертикальная штриховка за­ канчивается. Пустые (белые) поля на профиле обозначают отсутствие седиментации в данном месте в данное время, то есть смысловую на­ грузку несет вся площадь профиля, а не только те его части, которые закрыты определенными литологическими знаками.

Стадии построения профиля

Первоначально выбираются горизонтальный и вертикальный мас­ штабы (критерии выбора указаны выше). Таким образом формируется прямоугольное поле профиля. Затем на горизонтальной оси отмечается положение разрезов, которые будут использованы для построения ХП.

Для каждого разреза выделяется вертикальная колонка шириной 0.5-1 см, в которой в соответствии с принятыми условными обозначе­ ниями показываются присутствие стратона и его литология. После на­ несения всех разрезов одновозрастные и одноименные границы соеди­ няются. В случае смены фаций предполагаемые границы перехода по­ казываются стандартными зубчатыми косыми или субвертикальными линиями. Если граница между двумя стратонами явно имеет характер перерыва, но его продолжительность очень мала или никак не может быть определена, то такая граница показывается волнистой линией без

74

разрыва. При условии, что перерыв значителен, между двумя волни­ стыми линиями оставляется пробел, равный предполагаемой амплиту­ де перерыва. Эти пробелы могут быть полностью или частично запол­ нены вертикальной штриховкой. Построение ХП завершается тем, что те интервалы, в течение которых первоначально осадки накаплива­ лись, но позднее были размыты, покрываются вертикальной штрихов­ кой. После этого на горизонтальной оси условными знаками (напри­ мер, штрихами или треугольниками) показывается положение разрезов и приводятся их названия.

1.5.ГЛОБАЛЬНЫЕ КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ

ИЭЛЕМЕНТЫ СЕКВЕНТНОЙ СТРАТИГРАФИИ

Разработка детальных региональных стратиграфических корреля­ ций чрезвычайно важна при геологическом картировании. Особую остроту эта проблема приобретает в связи с изданием новой серии Го­ сударственных геологических карт России масштаба 1 : 200 000. Особо важное значение имеет палеогеографический аспект. В ряде случаев трудности удаленных стратиграфических корреляций для регионов, расположенных в разных палеогеографических областях, помогает преодолеть распознавание в разрезах следов глобальных геологиче­ ских катастроф. Они сохраняются в разрезах разных геологических структур вне зависимости от палеогеографических обстановок, что по­ зволяет осуществлять широкие стратиграфические сопоставления. В то же время катастрофы приурочены к узким геохронологическим ин­ тервалам, и это значительно уточняет и детализирует стратиграфиче­ ские построения. Все эти вопросы были недавно подробно описаны, и предложенные ниже разделы основаны на предшествующих публика­ циях [Веймарн и др., 1998; Алексеев, 1998].

Под глобальными катастрофическими событиями в геологиче­ ской истории понимаем относительно кратковременные явления, при­ ведшие к проявившимся в масштабе всей Земли изменениям литосфе­ ры, атмосферы и гидросферы, которые четко фиксируются в палеонто­ логической и седиментологической летописях. Массовое вымирание организмов является наиболее четким признаком происшедшей гло­ бальной катастрофы. Причины глобальных катастроф являются пред­ метом острых дискуссий и в настоящее время интенсивно изучаются и обсуждаются в геологической литературе.

1.5.1.БИОТИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Впалеонтологии и стратиграфии наибольший интерес представля­ ет такое понимание термина «событие» (event), при котором оно рас­

75