Общие понятия о фациальном анализе

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК

Одной из важнейших задач исторической геологии является воссоздание физико-географических обстановок прошлого Земли, их эволюцию во времени. Этим занимается палеогеография, а её основным методом является фациальный анализ – восстановление древних обстановок по породам и содержащимся в них окаменелостям. Поэтому он слагается из двух частей – литологического и биономического.

Палеогеография – это наука о географической оболочке Земли, её состоянии и развитии в геологическом прошлом. В процессе палеогеографических исследований реконструируется состав атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы, выявляются масштабность и интенсивность палеогеологических процессов, динамика воздушной и водной сред, восстанавливаются ландшафтные обстановки прошлого, реконструируется климатическая зональность и дается характеристика климата.

 

Общие понятия о фациальном анализе

Термин фация (в переводе с французского языка лицо, облик) в 1838 году ввёл швейцарский геолог А. Грессли. По нему фация есть часть слоя одновозрастных пород, отличающаяся от других частей этого слоя своими литологическими и палеонтологическими особенностями, которые следует называть признаками (рис. 2.1). Термин фация трактуется, к сожалению, неоднозначно. Его следует понимать так, как он введён Грессли, т.е. это понятие включает и породы, и условия их образования для одновозрастного пласта. В русскую литературу этот термин ввел Н.А. Головкинский в 1869 г. Генетический тип (комплекс отложений, образованных в определенных физико-географических условиях), в отличие от фации, не имеет стратиграфического содержания.

Палеогеографические реконструкции базируются на принципе актуализма, а именно на сравнении современных и прошлых геологических процессов и явлений с выводами по аналогии. Однако это совсем не означает, что в прошлом были те же процессы, что и сейчас. Примером могут служить протерозойские обстановки железонакопления, которые в истории Земли больше не повторялись. Просто концепция актуализма позволяет высказать предположение об обстановках прошлого и она единственный способ для этого.

Для того чтобы применять метод актуализма или сравнительно-литологический, надо знать особенности современного осадконакопления и обстановки, в которых образуются осадки, поскольку горные породы являются ископаемыми их аналогами. Выделяется четыре типа обстановок со своими особенностями осадконакопления: континентальные, переходные, морские и океанические.Для первых характерны субаэральные (в воздушной среде), субаквальные (подводные) фации. В воздушной среде идет преимущественно мобилизация вещества и его размыв, хотя существует и накопление (элювий, пролювий, морена, колювий). В водной среде континентальных обстановок происходит преимущественно осаждение материала.

В пределах суши наряду с денудационными процессами происходит образование кор выветривания и накопление осадков в различных по генезису, размерам и форме впадинах. Формирование осадков идет в долинах рек, озерных котловинах, в зонах распространения ледников и в областях наземной вулканической деятельности. Континентальные осадки характеризуются неустойчивым вещественным составом, различной мощностью, структурами и текстурами и сильной изменчивостью в латеральном направлении.

Основными типами континентальных пород являются обломочные и глинистые, реже присутствуют биогенные (угли) и хемогенные (известняки, доломиты и соли) разности. Это обусловлено тем, что в процессе дифференциации на суше концентрируются преимущественно продукты начальных стадий выветривания и размыва элювия, а тонкообломочные образования и растворимые соединения в большинстве случаев выносятся в морские бассейны.

Площади накопления континентальных отложений чаще всего располагаются недалеко от областей сноса. Поскольку перемещение продуктов разрушения материнских пород происходит на небольшие расстояния, то среди континентальных отложений преобладают обломочные, плохо сортированные и слабо окатанные образования. Большинство из них, исключая осадки болот, заболоченных пойм и озёр, накапливаются в условиях свободного доступа кислорода и поэтому обогащены окисными соединениями железа. Слоистость континентальных отложений разнообразна. Наряду с неслоистыми (морены и обвальные образования) распространены косо- и горизонтально-слоистые толщи.

При образовании континентальных отложений характерна зависимость их состава от типа климатической зональности. В ледовом типе климата основными источниками осадочного материала являются продукты физического выветривания и транспортировки обломочного вещества льдом, талыми водами и ветром. Низкие температуры обуславливают практически полное отсутствие биогенных осадков и химической переработки материала.

В гумидном климате наряду с процессами механической дезинтеграции исходных пород принимают участие биологические и химические процессы. Перенос материала происходит в виде растворов, взвесей и перекатывания по дну рек. Осаждение осуществляется в процессе переноса, но в большей степени в конечных бассейнах стока. Легко растворимые соединения выносятся в крупные внутриконтинентальные и морские бассейны. Осадки гумидной зоны наиболее разнообразны. Это галечники, пески, алевриты, глины, карбонаты, силициты, лигниты, бурые угли. Характерны также высокие концентрации железа, марганца, алюминия, элементов-гидролизатов, органического углерода и т.д.

Аридный тип литогенеза примечателен отсутствием осадков, обогащенных органическим углеродом, присутствием легкорастворимых солей и соединений. Наряду с полимиктовыми несортированными образованиями большим распространением пользуются хемогенные отложения, в частности карбонаты, гипсы и соли.

В морских, только субаквальных обстановках, осадконакопление резко преобладает над размывом. Отложения морского генезиса пользуются наибольшим распространением. Они отличаются устойчивым составом на значительной площади и обилием разнообразных морских органических остатков. На состав и строение морских фаций большое влияние оказывают климат, гидродинамический и гидрохимический режимы морских бассейнов, характер подводного рельефа и окружающей суши, состав и объем твердого стока, вулканизм и тектонические движения.

Основная масса осадков, как древних, так и современных, образуется в морских бассейнах. В современный Мировой океан, занимающий площадь около 71% поверхности Земли, поступает ежегодно 25,33 млрд тонн вещества из литосферы, 3 млрд т из недр Земли и 0,08 млрд т из космоса. Распределение твердого материала в идеальном случае должно быть обусловлено механической дифференциацией вещества. По этой схеме вблизи берега отлагаются терригенные, затем гемипелагические (переходные от терригенных к пелагическим илам), пелагические хемогенные и биогенных илы. Эта схема находит своё выражение в циркумконтинентальной (т.е. обрамляющей континенты) зональности размещения различных типов осадков на поверхности дна. Так терригенные осадки тяготеют к шельфу, гемипелагические – к периферии шельфа и континентальному склону, пелагические – к центральным океаническим областям.

Характер морских фаций в значительной мере изменяется с глубиной, и нередко по мере удаления от берега терригенные осадки становятся все более тонкозернистыми, изменяется состав фауны, особенно бентосных форм, уменьшается количество знаков ряби, и исчезают водоросли. Рельеф морского дна определяет распространение течений, возникновение котловин с застойными водами, влияет на распределение хемогенных и терригенных осадков. На подводных возвышенностях с активной гидродинамикой формируются более крупнозернистые осадки.

От рельефа прилегающей к морю суши зависят объём и состав выносимого в бассейн обломочного материала. При пологом рельефе выносятся продукты глубокого химического преобразования горных пород и относительно более тонкозернистый материал, а при расчлененном рельефе – грубообломочный. Обособление морей, возникновение лагун и заливов приводит к нарушениям солевого и газового режима и к изменению состава органического мира.

Переходный тип фаций выделяется в областях чередования морских и континентальных обстановок во времени и пространстве. Это условия дельт, эстуариев, лагун, лиманов, где нарушена нормальная соленость. Её различия в пределах лагуны в той или иной степени отражается на видовом составе организмов. В отложениях лагун наиболее часто захоронены остатки известковых водорослей, беззамковых брахиопод, остракод, ракообразных, мшанок, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и рыб. Фации переходной группы возникают как вблизи равнинной, так и возвышенной частей суши, поэтому отложения могут содержать и грубообломочные образования. Обычны песчано-глинистые толщи, но довольно часто встречаются соленосные, гипсоносные, хемогенные и органогенные осадки.

Фациальный анализ осуществляется путем исследования отдельных разрезов и осадочных пород определенного стратиграфического интервала и прослеживания найденных изменений и закономерностей по площади. Выделяется два основных вида этого анализа – биономический и литологический. С помощью первого физико-географические обстановки прошлого устанавливаются по органическим остаткам в породах, второго – по их литологическим признакам.