10.2. Палеогеографический анализ геологических формаций

10.2.1. Геологические формации, генетические типы отложений и ландшафтные зоны

Палеогеография – наука о физико-географических обстановках Земли в прошлые геологические периоды. Палеогеография изучает древние ландшафты. Ландшафт – это единица физико-географического районирования – генетическая единица территории с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером поверхностных и подземных вод, закономерным сочетанием почв, растительности и органического мира. Древние ландщафты проявляются в составе осадочных и осадочно-вулканогенных комплексов, формах их тел и внутренним строением, во взаимоотношениях комплексов друг с другом, в перерывах осадконакопления.

Ранее было отмечено, что каждую осадочную, осадочно-вулканогенную формацию можно рассматривать в качестве совокупности генетических типов отложений – совокупностей накоплений, сформированных в результате деятельности определенных процессов переноса и накопления осадков.

Размещение совокупностей генетических отложений на поверхности контролируется определенными типами ландшафтов. Соответственно, пространственное размещение осадочных формаций позволяет реконструировать палеоландшафты, палеоландшафтные зоны. Широкое распространение в разрезе аллювиальных, делювиальных, озерных отложений свидетельствует о былой аллювиально-озерной равнине. Наличие по-соседству мелководно-морских отложений позволяет сделать вывод о том, что эта равнина была прибрежной. Распространение угленосных формаций свидетельствует о широком развитии заболачивания и т.п.

Для выявления палеоландшафтов проводится генетический анализ формаций – толщ. Его часто называют фациально-генетическим анализом. Специально изучаются структуры и текстуры пород и их изменение на площади. Выявляются минералы и горные породы – индикаторы обстановок осадконакопления (литофациальный анализ). Отдельно изучаются остатки животных и растительных организмов, их распределение в разрезе и на площади (биофациальный анализ). Литофациальному и биофациальному анализам посвящены исследования литологов, палеоэкологов.

10.2.2. Приемы реконструкции палеогеографических обстановок

Для реконструкции палеогеографических обстановок необходимо рассмотреть факторы, контролирующие накопление совокупностей осадочных пород, Такими факторами являются:

1. Геологическое строение области размыва. Определяет минеральный состав терригенного материала, сносимого в бассейн осадконакопления.

2. Рельеф области размыва и осадконакопления. Рельеф отражает режим тектонических движений и активность процессов денудации. Определяет гранулометрию обломков, выносимых в бассейн осадконакопления.

3. Климат – определяет характер и скорость процессов денудации, степень химического преобразования вещества (характер выветривания), объем возникающего обломочного материала, агенты транспортировки вещества и характер его концентрации.

4. Среда осадконакопления (водная – субаквальная, воздушная – субаэральная) может существенно различаться по температурам, глубинам, газовому режиму, термо-динамической обстановке, степени кислотности среды, направлениям и скорости перемещения среды (водные течения, воздушные потоки) и т.д. Среда осадконакопления определяет структурно-текстурные характеристики осадков, минеральный состав и степень преобразования первичных осадков.

5. Вулканизм как особый фактор, влияющий на состав и строение осадочных и осадочно-вулканогенных толщ, в связи с выбросами пирокластического материала, излияния лав, выноса гидротермами химических соединений.

Перечисленные факторы по-разному взаимодействуют друг с другом. Они взаимосвязаны и нередко взаимообусловлены. Совокупным действием нескольких факторов объясняется состав материала, поступающего в бассейн осадконакопления («петрофонд» по И.В. Хворовой).

Задачи палеогеографического анализа:

1. Оконтуривание областей сноса и бассейнов осадконакопления.

2. Выяснения характера палеорельефа области сноса, общих черт геологического строения, климатических особенностей, расположения палеодолин речных систем.

3. Палеогеографическое районирование бассейна осадконакопления

• по рельефу поверхности осадконакопления (палеодепрессии, палеоподнятия)

• по климату и температуре среды осадконакопления

• по характеру среды и направлениям перемещения (застойная среда, области течений, их относительные скорости и направления)

• по палеобиоценозам

• по газовому режиму придонного слоя.

4. Эволюция палеогеографических обстановок на определенных временных рубежах.

Все задачи решаются на основе принципа актуализма. Для решения первых трех задач, связанных с выявлением типов ландшафов на площади пользуются анализом латеральных рядов формаций, изображенных на формационных профилях, на картах. Последняя задача, связанная с установлением эволюции палеоландшафтов, требует анализа стратиграфической последовательности формаций – вертикального формационного ряда или серии формационных карт, составленных для последовательных промежутков времени.

Некоторые приемы решения палеогеографических задач. Решение палеогеографических задач предусматривает первоначально стратиграфическое расчленение разреза и детальную стратиграфическую корреляцию выделенных ассоциаций генетических типов отложений – индикаторов палеоландшафтов. Палеогеографический анализ может проводиться на уровне формаций, на уровне подформаций и отдельных пачек пород, слагающих формации.

Оконтуривание и районирование палеосуши. Палеосуша в геологическом разрезе фиксируется площадью отсутствия отложений соответствующего возраста. Как правило, площадь отсутствия отложений превышает площадь былой суши, так как при последуюшем погружении часть отложений, примыкающих к суше, оказываются размыты. Уточнение местоположения контуров суши проводится поисками литоральных отложений, дельтовых накоплений, образований прибрежных дюн и т.д.

О рельефе суши мы судим, в первую очередь, по гранулометрии обломочных пород, выносимых в бассейн осадконакопления. Широкое развитие грубообломочных пород и толщ свидетельствует о горном рельефе, преобладание мелкообломочных и глинистых – о равнинном. О климате можно судить по степени химического выветривания отложений, по наличию сохранившихся кор выветривания, по объему твердого стока, поступающего в бассейн, по наличию определенных пород-индикаторов: углей, каменной и калийной соли и т.д. О геологическом строении суши свидетельствует минеральный состав обломочных накоплений, выносимых в бассейн.

Например, наличие кварц-каолиновой формации на периферии бассейнового формационного комплекса свидетельствует о том, что климат на примыкающей суше был теплым и влажным, рельеф – равнинным. В пределах суши можно искать сохранившиеся коры выветривания, а на периферии бассейна - болотные накопления с пластами углей. Наоборот, серповидные тела грубообломочных полимиктовых формаций указывают на расчлененный горный рельеф на прилежащей суше, а ширина шлейфов - на степень влажности климата.

О климате могут сидетельствовать ассоциации формаций. Широкое распространение карбонатных формаций свидетельствует в пользу теплого климата на суше. Ныне карбонатные отложения накапливаются в приэкваториальных бассейнах. Песчано-глинистые и глинисто-кремнистые толщи характерны для бореальных бассейнов. Примыкание карбонатных формаций к палеосуше позволяет предполагать засушливый климат, отсутствие сноса терригенного материала. Наличие дельтовых отложений среди терригенных формаций в краевой части осадочного бассейна свидетельствует о имевшихся на суше речных долинах. Их ориенировку в пространстве можно предположить по форме дельты, а также проанализировав ориентировку разломов, которые могли контролировать речные палеосистемы.

Районирование палеобассейнов. Для палеогеографического районирования палеобассейна, желательно построить формационный профиль «от берега до берега», чтобы иметь представление о положении «нулевой линии» – уровне вод в бассейне, или базисе эрозии на определенный момент времени. На основе материалов генетического анализа толщ удается построить гипсометрическую кривую поверхности осадконакопления, отражающую рельеф дна бассейна. Пространственное размещение типов формаций позволяет уточнить рельеф дна бассейна, наметить разные типы положительных и отрицательных форм. Увеличенные мощности кораллово-водорослевых и других биогермных формаций указывают на расположение подводных поднятий, благоприятных для обитания рифостроящих организмов. Сопряженные с ними формации тонкослоистых известняков и мергелей будут фиксировать понижения рельефа дна бассейна. Несомненно, что разница в мощности биогермных формаций и сопряженных с ними тонкослоистых карбонатных, кремнисто-карбонатных позволит оценить глубину понижений дна бассейна.

Характерно, что увеличение мощности осадчно-вулканогенных формаций с увеличением содержания прослоев лав позволяет фиксировать подводные возвышенности – вулканы. В областях накопления песчано-глинистых накоплений подводные возвышенности фиксируюся уменьшением мощности формаций, так как на поднятиях, в силу подвижности среды, пелитовые частицы не осаждаются и будут снесены в соседние прогибы, увеличивая там мощность песчано-глинистых формаций.

В некоторых случаях структура формации позволяет судить о рельефе дна бассейна. Наличие подводно-оползневых складок, олистостромовых горизонтов свидетельствует о крутых склонах дна бассейна. Тонкослоистые и листоватослоистые толщи приурочены к понижениям дна бассейна, защищенным от течений.

При оценке рельефа дна бассейна необходимо учитывать строение зон фациальных переходов смежных одновозрастных формаций. Наличие протяженных «фациальных клиньев» у смежных формаций свидетельствует о пологом рельефе морского дна. Резкие фациальные границы свидетельствуют о наличии на дне бассейна уступов, которые могли быть связаны с конседиментационными разломами.

Степень подвижности среды осадконакопления определяется строение формаций и преобладающими типами структур и текстур горных пород. Направление и скорость перемещение среды осадконакопления также оценивается по изменению структурно-текстурных признаков в породах, по ориентировке галек и их наклону.Можно с уверенностью говорить о том, что подвижная среда обычно богата кислородом, малоподвижная – скорее обеднена им. Соленость бассейна, газовый режим определяются на основе минералов и пород – индикаторов. Важнейшее значение при этом имеет анализ ориктоценозов и составление схем зонального расположения биоценозо в бассейне. В последние годы исследования по палеогеографическому районированию именуют «бассейновым анализом»

В результате анализа латеральных рядов формаций и формационных карт составляются палеогеографические карты. Карты служат надедежной основой для прогноза отдельных видов полезных ископаемых: углей, бокситов, каменной и калийных солей, россыпей металлов, стекольных песков, керамических глин, горючих сланцев, фосфоритов и проч.

Использование формаций для палеогеографических реконструкций позволяет обосновать только общую ландшафтную зональность. В случае необходимости выделения форм палеорельефа, уточнения деталей строения ландшафтных зон, необходимо формации делить на части и заниматься детальным лито- и биофациальным анализом.

Эволюция палеогеографических обстановок прошлых геологических периодов обосновывается анализом формаций-индикаторов в их стратиграфической последовательности, т.е. анализом вертикальных рядов формаций. Вертикальные ряды формаций в разных точках одного и того же бассейна осадконакопления выглядят неодинаково, поэтому для полного представления об эволюции бассейна необходим анализ серии формационных карт, составленных на площадь всего бассейна.

Палеогеографической обстановкой контролируется накопление горных пород на суше и в бассейне осадконакопления. Однако, для того, чтобы накопилась толща однотипных горных пород или однотипного переслаивания разных пород, соответствующая палеогеографическая обстановка должна длительно сохраняться на площади. Это возможно в том случае, если эта обстановка поддерживается определенным тектоническим режимом. В результате, если накопление типов пород на площади определяется ее палеогеографическими особенностями, то накопление толщ – тектоническим режимом, длительно сохраняющимся на данной площади. Поэтому мы вправе говорить о том, что формационная неоднородность в строении земной коры обусловлена тектоническими причинами.