«НЕФТЕГАЗОВАЯ ЛИТОЛОГИЯ Москва Российский университет дружбы народов 2009 Ю.М. МАЛИНОВСКИЙ НЕФТЕГАЗОВАЯ ЛИТОЛОГИЯ Учебное пособие Москва Издательство Российского университета дружбы народов 2009 ББК 26.304.4 Утверждено M ...»

Ю.М. Малиновский

НЕФТЕГАЗОВАЯ ЛИТОЛОГИЯ

Москва

Российский университет дружбы народов

2009

Ю.М. МАЛИНОВСКИЙ

НЕФТЕГАЗОВАЯ ЛИТОЛОГИЯ

Учебное пособие

Москва

Издательство Российского университета дружбы народов

2009

ББК 26.304.4 Утверждено M 19 РИС Ученого совета Российского университета дружбы народов Рецензентдоктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры месторождений полезных ископаемых и их разведки РГУНГ им. Губкина П.В. Флоренский Малиновский Ю.М.

M 19 Нефтегазовая литология: Учеб. пособие. - M.: Изд-во РУДН, 2009.-217 c.: ил.

ISBN 978-5-209-03127- Пособие составлено на основе лекций, прочитанных бакалаврам и магистрам инженерного факультета РУДН в рамках курса нефтегазовой литологии, студентам и преподавателям кафедры литологии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, а также практической работы в качестве литолога-нефтяника на Кубе и в Афганистане.

Пособие восполняет пробел по системному освещению роли биосферы как системы, производящей осадочные толщи и осадочные полезные ископаемые, существующий в учебниках и учебных пособиях по литологии и нефтегазовой литологии. Оно ни в коем случае не заменяет такие учебники, как «Литология нефтегазоносных толщ» Ю.К. Бурлина и других (1991) и «Литология» Б.К. Прошлякова и В.Г. Кузнецова (1991) или др. Кроме биосферных основ литологии (часть I) учебное пособие включает необходимые сведения о литологии природных резервуаров нефти и газа (часть II).

Знания о системе, в которой мы живем, необходимы не только геологу, но и любому культурному человеку. Геологам они особенно полезны, так как позволяют глубже понять закономерность строения осадочных толщ и нефтегазоносных комплексов, позволяя мыслить глобально, а действовать локально. В современных условиях последнее качество специалиста стало особенно ценным.

Для студентов-геологов старших курсов и магистров, а также преподавателей с целью расширить кругозор системного подхода к изучению осадочных процессов.

Автор благодарен своим великим учителям Л.В. Пустовалову, Н.М. Страхову, Н.Б. Вассоевичу и А.И. Перельману, которые так много сделали для развития отечественной литологии и геохимии.

ISBN 978-5-209-03127-7 ББК 26.304. © Ю.М. Малиновский, © Издательство Российского университета дружбы народов, 50-летию Российского университета дружбы народов посвящается Дорогие друзья!

Вашему вниманию предлагаются лучшие книги, изданные в серии «Библиотека классического университета», посвященной 50-летию со дня образования Российского университета дружбы народов. В этой серии опубликовано более 100 монографий, учебников и учебных пособий, рекомендованных к изданию Ученым советом университета.

За прошедшие 50 лет в университете подготовлено более 60 тыс. специалистов, в том числе более 5 тыс. кандидатов и докторов наук, которые успешно работают более чем в 170 странах мира. В 1975 г. университет был награжден орденом Дружбы народов за заслуги в деле подготовки специалистов для стран Азии, Африки и Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока, а в 2002 г. одна из малых планет Солнечной системы названа в честь университета - РУДруНа.

В настоящее время в университете и его филиалах обучается около 30 тыс. студентов, аспирантов, ординаторов, интернов и стажеров из 135 стран мира, представители около 450 народов и национальностей. Успешность выпускников РУДН в карьере и в бизнесе подтверждает качество нашего образования, которое обеспечивается, в частности, высоким уровнем учебников и учебных пособий, написанных выдающимися учеными и педагогами университета.

В последние годы в университете активно развиваются совместные международные магистерские программы и программы двойного научного руководства аспирантами с участием ведущих западноевропейских университетов и университетов стран Азии. И, безусловно, высокое качество подготовки специалистов на уровне требований ведущих университетов мира обеспечивается в университете посредством издания не только учебников и учебных пособий, но и монографий, в которых отражены результаты фундаментальных исследований наших ученых. Российский университет дружбы народов по праву гордится своим профессорско-преподавательским составом, его вкладом в развитие отечественной науки и образования.

Издание серии «Библиотека классического университета»

стало возможным благодаря помощи издательства РУДН и ряда других издательств, которые приняли участие в публикации книг этой серии. Мы высоко ценим их помощь и рассматриваем ее как вклад в развитие лучших традиций отечественного образования и науки, которым Российский университет дружбы народов следует на протяжении 50 лет своего существования.

Ректор РУДН

БИОСФЕРНЫЕ ОСНОВЫ

ЛИТОЛОГИИ

В связи с тем, что биосфера здесь рассматривается как динамическая, открытая, самоорганизующаяся (синергетическая) система, необходимо дать хотя бы самые общие понятия о системах и их свойствах. Тем более что такие знания имеют более универсальное применение.

Система по Винеру - часть пространства, взятая нами для исследования. Поэтому любой процесс или объект могут рассматриваться как система. Системы бывают статические и динамические, открытые и закрытые, линейные и нелинейные и самые разные, но перечисленные признаки служат ведущими для их определения. Причем один и тот же объект может быть нами организован в зависимости от целей исследования по-разному. Например, геологическое пространство нефтяного месторождения или бассейна, когда исследуется его структура, рассматривается как статическая закрытая система, а когда мы изучаем историю формирования бассейна - как открытая динамическая. Если при этом мы не принимаем во внимание автоколебательные Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология процессы в системе, то мы ее рассматриваем как линейную, и если их учитываем - то, как нелинейную, открытую динамическую систему. Все системы состоят из взаимосвязанных элементов. Выделение элементов системы и их количество зависит от целей исследования и в значительной степени влияет на его результаты.

Важнейшие законы функционирования самоорганизующихся систем Парадокс иерархии систем, отражающий философскую категорию неполноты познания Мира, требует для решения любой системы решение системы более высокого уровня, в которую она входит. Поэтому при исследовании любой системы необходимо применение теории, рабочей гипотезы или просто веры. Наиболее общие решения систем самого высокого уровня организации отражены в законах их функционирования:

1. Каждая система находится в процессе системной реализации, проходя три основные фазы: развития, стационарности и распада. Фаза развития при нарастании скоростей процессов в системе заканчивается режимом с обострением, из которого система выходит через хаос в фазу стационарности или, минуя ее, оказывается в фазе распада. Возможен и третий путь выхода из хаоса, когда элементы системы образуют новую целостность, т. е. новую систему, находящуюся в фазе развития. При переходе в фазу стационарности режим с обострением может быть разной силы и не обязательно наступает во всех системах.

Земля как планета находилась в фазе развития согласно последнему определению времени взрыва сверхновой звезды (В.П. Макаров, 2003) с 5,937 примерно до 4 млрд.

лет. Около 4 млрд. лет назад она в режиме с обострением, по всей видимости, сбросила часть своей массы и перешла в фазу стационарности, в которой и пребывает. Фаэтон же постигла другая участь: он развалился в режиме с обострением. А планеты-гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, вошли в фазу стационарности почти без режима с обострением.

В процессе функционирования системы в фазе стационарности в ней накапливаются дефекты, которые обусловлены тем, что один или несколько элементов при общем стационарном состоянии системы продолжают находиться в фазе развития. В результате в системе противоречия достигают порога устойчивости, и система оказывается в зоне неопределенности, после которой наступает фаза распада или переход в другую систему, вступающую в фазу развития.

В качестве примера рассмотрим системную реализацию нефтегазоносного комплекса (НГК). В фазе развития НГК пребывал с момента накопления слагающего его вещества до тех пор, пока осадки не стали горными породами. В фазу стационарности глинистые породы вступают позже карбонатных и обломочных пород. Поэтому в течение весьма длительной фазы стационарности НГК накапливаются противоречия между компетентными проницаемыми породами и почти непроницаемыми глинистыми. По мере погружения НГК эти противоречия усиливаются, так как разница между давлением в глинистых породах, которое близко к геостатическому, начинает значительно превышать давление в проницаемых породах, которое близко к гидростатическому. И когда эта разница на каком-то участке мощной глинистой нефтематеринской пачки превысит крепость горных пород, система окажется в зоне неопределенности, из которой выйдет в результате прорыва флюидов в проницаемые породы или на поверхность с образованием грязевых вулканов. Это главная фаза нефтеобразования, которая служит началом (фазой развития) процесса формирования залежей.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология НГК превращается из системы генерирующей нефть в систему формирующую залежи.

2. В каждой системе свое время, определяемое порядком событий. Нет событий - нет времени.

3. Каждая система стремится попасть в режим самоциркуляции. В такой режим, мало зависимый от среды, могут попасть не все системы, а только высокоорганизованные. Для некоторых систем, хотя бы для части используемых ими ресурсов, режим самоциркуляции является обязательным. А.Н. Малюта (1990) назвал такие системы гиперкомплексными динамическими системами. К ним относится и биосфера.

Важнейшие биогенные элементы - азот и углерод циркулируют в биосфере почти без потерь. Стремление к независимости сдерживается другим системным законом - законом «минимизации».

4. Каждая система развивается по пути минимальной деятельности. Поэтому в системе всегда борются два противоречивых начала: быть независимой и минимально деятельной. Когда побеждает последнее, система становится полностью зависимой от «хозяина», т. е. от включающей ее системы, и ведет паразитическое существование. В других случаях, когда такой возможности нет, система вынуждена согласовывать свою системную реализацию с системой ее включающей, так как это энергетически выгоднее.

Системы, которые подобно биосфере целиком зависят от источника энергии, но не наносят ему вреда, называются сопряженными.

В связи с тем, что все земные системы вложены в систему нашей планеты, а она - в солнечную и через нее - в Галактику, космический ритм биосферных и геологических процессов является отражением системного закона «минимизации».

5. Каждая система стремится обладать гомеостазом.

Гомеостаз (от греч. homoios - подобный и stasis - неподЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии вижность) - это динамическое поддержание постоянства внутренней среды, когда основные параметры системы находятся вблизи оптимального уровня. Например, температура тела здорового человека колеблется вблизи 36,6 °С.

Необратимая потеря гомеостаза системой приводит к ее разрушению. Чтобы поддерживать гомеостаз, динамическая система вынуждена совершать колебания своих параметров вблизи уровня, заданного гомеостазом. Другого пути для нее нет.

Для поддержания гомеостаза нам необходимо, чтобы билось сердце, и делать вдох и выдох. Вместе с тем уровни колебания параметров системы, заданных гомеостазом, не являются абсолютно жесткими и могут быть выше или ниже «генеральной» линии. Например, артериальное давление человека. Так как гомеостаз является необходимым условием существования системы, ему подчинены все ведущие процессы, которые в ней происходят.

Движущей силой эволюции служит стремление системы к гомеостазу, и все изменения в системе направлены на то, чтобы сохранить стабильность. Иными словами, система новизны не терпит и без новизны жить не может, или все меняется, чтобы не измениться. Таким образом, эволюция системы обязана автоколебательному механизму поддержания ее гомеостаза. Ибо без изменений выйти на «круги своя» не возможно. С каждым биением сердца мы меняемся.

Здесь приведены наиболее важные, но далеко не все системные законы, которые математически обоснованы в книгах А.Н. Малюты: Гиперкомплексные динамические системы. - Львов: Высшая школа, 1989; Закономерности системного развития. - Киев: Наукова думка, 1991. Они не легки для чтения, но весьма полезны для успешного решения многих проблем (в том числе и житейских) в современном мире.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология

БИОСФЕРА КАК СИСТЕМА,

ПРОДУЦИРУЮЩАЯ ОСАДОЧНЫЕ ТОЛЩИ

В предлагаемой работе главное внимание уделено не столько вопросам эволюции живого вещества биосферы и роли живых организмов в образовании биогенных полезных ископаемых (торфа, каменных углей и др.) и горных пород (диатомитов, мела и др.), сколько результатам глобальной средообразующей роли живого вещества, которое определяет геохимические свойства всей среды, где происходит формирование осадочных горных пород и полезных ископаемых.

Средообразующая роль организмов в значительной мере заключается и в создании термодинамических условий - климата, его зональности, океанических и воздушных течений.

В широком понимании климат является термодинамической характеристикой биосферы.

Появлению данной работы немало способствовали известные труды В.И. Вернадского, А.П. Карпинского, Б.Л. Личкова, А.П. Виноградова, Л.В. Пустовалова, Я.В. Самойлова, А.И. Перельмана. Их идеи и понятия о биосфере, волнах жизни, взаимодействии оболочек Земли, биогеохимическом круговороте веществ, периодичности геологических процессов нашли здесь свое отражение.

Прежде чем начать рассматривать биосферу как систему, продуцирующую нефтегазоносные и рудосодержащие толщи, необходимо, хотя бы кратко, остановиться на том, что она собой представляет, какие имеет размеры, из чего состоит и как организована.

Академик В.И. Вернадский в свое время говорил о сложностях восприятия и изучения сферы жизни: «Биосфера не может быть понята в явлениях, на ней происходящих, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением всего космического механизма. И эту связь мы можем установить в бесчисленных нам известных других фактах ее истории».

До настоящего времени еще существует как у нас, так и за рубежом разное понимание термина «биосфера». Довольно часто, особенно в географической литературе, под биосферой подразумевается совокупность живых организмов, т. е. только живое вещество в понимании В.И. Вернадского. Вместе с тем такое толкование термина имеет свои исторические корни. Его автор - известный австрийский геолог Эдуард Зюсс, предложив в 1875 г. новый термин с таким блестящим будущим, не дал ему никакого определения. Это послужило поводом для того, чтобы понятие «биосфера» стало использоваться в геологической и географической литературе с разной смысловой нагрузкой.

После работ В.И. Вернадского понятие о биосфере стало входить в науку как понятие о земной Природе, в котором совокупность живых организмов (живое вещество) есть лишь часть более сложного целого. Это целое - биосфера. В ней все взаимосвязано. По образному выражению Н.Б. Bacсоевича, «Биосфера - это и обитатели, и дом, и все, что в нем». В современном понимании она представляет собой глобальную открытую динамическую нелинейную систему со свойством саморегуляции (гомеостаза) или (по А.Н. Maлюте) гиперкомплексную динамическую систему. Ее считают кибернетической централизованной системой, в которой живое вещество играет роль ведущего центра в функционировании системы в целом.

Согласно учению В.И. Вернадского о биосфере, ее пределы ограничены, прежде всего, полем существования жизни, в котором условия позволяют организму давать потомство и увеличивать свою массу, в отличие от поля устойчиМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология вости жизни, в условиях которого организм имеет возможность только выжить. Поле существования жизни постепенно вверх и вниз переходит в поле устойчивости жизни с еще более неопределенными границами. Сейчас допускается, что на континентах нижний предел биосферы достигает 2-3 км от поверхности, а под океанами - 0,5-1 км от их дна.

Естественной верхней границей биосферы, по В.И. Вернадскому, служит озоновый экран на высоте 23-25 км.

Биосфера, как и всякая открытая система, имеет свои «вход» и «выход». На ее входе - потоки информации, солнечной энергии и вещества из земных глубин и космоса, на выходе - вещество, энергия и информация, поступающие в земные глубины и космос. Главные потоки вещества связывают биосферу с литосферой. За счет движений земной коры поднимаются горы, образуются прогибы, действуют вулканы. Благодаря этому в биосферу, кроме вещества горных пород, поступают газы и жидкости. Поступившее вещество вовлекается в глобальный круговорот, который, согласно учению о биосфере, происходит по следующей схеме:

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

ГИДРОСФЕРА

ЛИТОСФЕРА

Круговорот этот сложный, так как часть вещества, попадающая в бассейны осадконакопления, вновь поступает на хранение в литосферу на десятки и сотни миллионов лет.

Продолжительность пребывания вещества в биосфере зависит от многих причин. Крупные обломки горных пород имеют наименее длительный срок пребывания. Он определяется скоростью их доставки и расстоянием от места обраЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии зования до места захоронения. Наиболее длительно удерживаются в активном круговороте

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

биогенные элементы, N, С, О, Р. Чемпионом среди них является азот, который почти не покидает биосферы.

Живое вещество, почвы, гидросфера и тропосфера главные элементы (подсистемы) биосферы. Остановимся на их краткой характеристике.

Живое вещество, по определению В.И. Вернадского, это совокупность всех организмов, населяющих Землю.

Величины биомассы и продукции организмов суши и океана служат важнейшими характеристиками биосферы и исходными параметрами для геохимических расчетов потоков почти всех веществ в биотических и глобальных геохимических круговоротах. Определение биомассы и продукции Земли представляет собой весьма непростую научную проблему. До сих пор еще нет комплекса согласованных процедур, позволяющих проводить подсчеты биомассы и продукции с точностью 20-30%. Особые трудности представляет определение количества биомассы и продукции органического вещества там, где оно находится в быстром биотическом круговороте и практически из него не выходит.

По оценкам Е.А. Романкевича (1988), биомасса Земли составляет около 4 трлн. сырой массы, а ежегодная продукция 800 млрд. сырой массы. В то же время растения суши составляют 3936 млрд. т. Они же на 90% состоят из Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология древесины, которая, строго говоря, является не живым, а биогенным веществом наподобие построек коралловых рифов или торфов на торфяных болотах. Поэтому живая масса Земли, если не включать в нее древесину, составит порядка 450 млрд. сырой массы. Продукция суши и океана примерно одинакова - по 400 млрд. в год, несмотря на то, что биомасса океана всего порядка 33 млрд. сырой массы. По данным М.Е. и Г.М. Виноградовых (2000), глобальная величина первичной продукции составляет 100 млрд. в год органического углерода (670 млрд. т/год сырой массы), которая тоже поровну распределена между сушей и океаном.

Высокая биопродуктивность экосистем Мирового океана обеспечивается быстрым биотическим круговоротом веществ, так как вся масса живого вещества там обновляется примерно за 30 дней, а фитомасса - каждый день.

«Ничтожные» размеры массы живых организмов по сравнению с массой других оболочек Земли: тропосферы (4 IO15 т), земной коры (4,7 IO19 ) и массы Земли (5,98 10 т) длительное время мешали геологам понять исключительную роль жизни в геологических процессах. Так, даже крупнейший ученый-геохимик, современник В.И. Вернадского, Виктор Мориц Гольдшмидт (1888-1947) - один из основателей современной геохимии - отрицал ведущее значение живого вещества в геохимических процессах. Однако в последние годы жизни и он все же пришел к пониманию важнейшей роли организмов в геохимических процессах. Однако уже тогда академик Борис Борисович Полынов (1877-1952) отмечал, что количество живого вещества, соответствующее данному моменту, не может дать представления о том грандиозном количестве его, которое проводило свою работу в течение всего времени существования организмов. Так сколько его было?

Естественно, точно определить количество живого вещества, которое было на Земле за время существования биосферы (около 4 млрд. лет), мы никогда не сможем. ОдЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии нако порядок цифр, характеризующих массу живых организмов населявших нашу планету, получить можно, зная их продуктивность - 0,8 10 в год. Если считать вслед за В.И. Вернадским, что количество живого вещества на Земле было постоянным или колебалось в незначительных пределах, то масса живых организмов, населявших планету в течение четырех миллиардов лет, составит 3,2 10 т. Количество действительно грандиозное, сравнимое с массой нашей планеты!

Если учесть прижизненный обмен веществ организмов с окружающей средой, то мы придем к выводу, что все химические элементы земной коры были многократно использованы жизнью, а вся вода гидросферы сотни тысяч раз входила в состав живого вещества. Ведь его масса была в десять тысяч раз больше всей массы гидросферы (1,46 х IO18 т). Можно ли теперь сомневаться в том, что живое вещество играет роль ведущего центра в функционировании биосферы - среды, в которой мы живем и происходит образование осадочных горных пород и полезных ископаемых.

Живое вещество довольно неравномерно распределено в биосфере. В вертикальном срезе его основная масса образует три пленки жизни, которые располагаются у границ разделов твердой, жидкой и газообразной фаз. Это верхние (200 м) слои вод морей и океанов, их дно и поверхность суши. В плане живое вещество создает отдельные сгущения жизни. На суше их распределение подчиняется климатической зональности, а в морях и океанах оно в большей степени связано с характером материковых окраин, течений и местоположения устьев рек, несущих питательные вещества. В морских и океанских акваториях можно выделить прибрежные, саргассовые, рифовые, апвеллинговые и абиссальные рифтовые сгущения жизни. Наивысшей биологической продуктивностью отличаются апвеллинговые сгущения, связанные с подтоком в зону фотосинтеза глубоких Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология вод, обогащенных фосфором, азотом и углекислотой. Самая мощная продуцирующая система Мирового океана находится у берегов Перу. Перуанский апвеллинг, занимающий всего 0,02% всей акватории Мирового океана, дает до 20% мирового улова рыбы.

На материках известны береговые, пойменные, озерные, тропические и субтропические лесные сгущения жизни. В пределах каждого климатического пояса их продуктивность и биомасса падают по мере уменьшения увлажненности от гумидных к аридным (пустынным) областям. Наивысшей продуктивностью и биомассой характеризуются пойменные сгущения жизни. Они при ничтожной площади (менее 1%) производят около 10% живого вещества. Плотность биомассы и на суше, и в океанах изменяется от одного района к другому в десятки и сотни раз. Она в 1000 раз меньше в Мировом океане, чем на суше. Однако по продуктивности живое вещество океана не уступает таковому суши.

Почвы, по определению В.В. Докучаева, - это наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененных совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мертвых. Созданная им наука о почвах стоит у истоков учения о биосфере его великого ученика В.И. Вернадского, который очень образно назвал их «благородной ржавчиной литосферы».

Почвы являются наиболее сложным биокосным телом биосферы, поскольку располагаются на границе трех сред:

твердой, жидкой и газообразной. Они насыщены разнообразными живыми организмами - от простейших до высших, масса которых достигает 10 т/га. В них сосредоточено 95всей массы животных.

В почвах имеются свои гидросфера и атмосфера, в мириадах точек создающие наиболее выгодные для жизни границы между собой и твердой фазой, чему способствует особая пористая структура почв, одна из основ их плодородия.

В почве есть все необходимое для жизни, но нет света.

Поэтому величайшим достижением эволюции живого вещества планеты служит появление примерно 500 млн. лет назад высших растений, которые начали использовать одновременно блага почвы и солнечного света.

Ускорение биогеохимического круговорота веществ важнейшая функция почв в биосфере. Создаваемая ежегодно масса отмерших растений и животных полностью минерализуется за 200-500 лет. Солнечная энергия, аккумулированная в этой массе, активно участвует в разрушении горных пород, на которых развиваются почвы, вовлекая все новые и новые порции фосфора, кальция, серы, калия, кремния, железа, магния и других элементов в биогенный круговорот.

Почвы, участвуя в постоянном обмене веществом и энергией с атмосферой, гидросферой, живым веществом и литосферой, очень чутко реагируют на все изменения в названных геосферах. В результате со временем один тип почв переходит в другой. Отсюда большое разнообразие почв и их связь с ландшафтами. Они живут и дышат кислородом, выдыхая углекислый газ, аммиак, водяные пары, метан и другие газы.

Велика роль почв в изменении геохимической подвижности элементов. Чем больше биогенное значение тех или иных минеральных веществ и чем в большей степени они захватываются живущими организмами, тем лучше они защищены от прямого выноса из почвы грунтовыми и поверхностными водами. Поэтому элементы высокой степени биогенности (Р, Ca, К, S, С, N) в почвах обладают относительно меньшей миграционной способностью, чем элементы, не играющие существенной роли в химическом составе организмов (Cl, Na, Mg).

В почвах с кислой реакцией среды (рН = 5-6 и меньше) подзолистых, серых, лесных, торфяных, красноземах и желтоземах - возрастает миграционная способность большинства химических элементов и образуются их более подвижМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология ные соединения, например, соединения железа, марганца, алюминия. Доломит, кальцит и гипс в кислой среде интенсивно растворяются и разрушаются.

Однако растворимость некоторых соединений возрастает в щелочной среде. Это, в частности, характерно для кремнезема. Щелочную реакцию имеют содовые солонцы, а нейтральную или слабощелочную - обыкновенные черноземы, луговые и коричневые почвы. Микроэлементы Sr, Be, Cu, Zn, Cr, Mn, Ni, Со подвижны в кислой среде, а As, Mo, V+5 мобильны в щелочной среде.

Многократные периодические горообразования и глобальные изменения климата планеты, зафиксированные в геологической истории, несомненно, приводили к преобразованиям почвенного покрова континентов и общему изменению подвижности химических элементов.

Гидросфера - вся вода нашей планеты в твердом, жидком и газообразном состоянии с общей массой около 1,46 IO18 т. Примерно 94% ее составляют соленые воды Мирового океана, 4% - подземные соленые воды, 2% - лед и снег (Арктика, Антарктида, Гренландия, горные ледники), 0,4% - пресные воды суши, 0,01% - атмосферные воды.

Постоянно происходит перенос влаги с океанов в атмосферу и обратно, а также на континенты и в сток речных вод. За счет этого воды океанов, по расчетам М.И. Львовича, возобновляются каждые 2600 лет, только лишь реки могут заполнить Мировой океан за 44 000 лет.

Океан покрывает 70,8% поверхности нашей планеты и имеет среднюю глубину 3,88 км. В его водах растворено 5 IO16 солей, что создает их соленость около 35 г на литр (35%о). В высоких широтах она меньше и составляет 33%0.

В составе солей больше всего хлоридов (88,64%), затем сульфатов (10,80%) и карбонатов (0,34%). В среднем составе речных вод, заполняющих Мировой океан за 44 000 лет, эти соли представлены в обратном порядке: хлоридов сульфатов - 9,9%, а карбонатов - 60,1%. Они нахоЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии дятся в воде в виде отдельных ионов. Несмотря на огромные размеры, Мировой океан един по своему солевому составу. Пропорции между содержанием ионов настолько постоянны, что общую массу солей в любой точке рассчитывают по содержанию одного иона хлора.

В водах Океана растворено значительное количество газов, причем более пресные и холодные воды поглощают их больше. Газовый состав верхнего слоя вод находится в динамическом равновесии с атмосферой. Среднее содержание (в мл) в 1 л воды: CO2 - 50, N2 - 13, O2 - 2-8, Ar - 0,32.

В Мировом океане при равновесии с атмосферой растворено 140 IO12 CO2, что в 54 раза больше, чем в атмосфере (2,6 x I O т), а кислорода - всего 8 10, что в 130 раз меньше, чем в атмосфере.

Постоянство химических свойств океанских вод поддерживается по принципу демпфирования (Ле-ШательеБрауна): если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе усилится одно из направлений процесса, течение которого ослабляет влияние этого воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. Морская вода имеет слабощелочную реакцию (рН колеблется в пределах 7,5-8,5).

Существует много механизмов поддержания постоянства щелочных свойств морской воды. Однако ведущая роль в этом принадлежит карбонатной системе Мирового океан. На рис. 1.1 схематически изображена вся карбонатная система океана от CO2 атмосферы, растворяющегося в воде и образующего угольную кислоту, до бикарбонат-ионов НСОз" и карбонат-ионов СОз2~, которые связываются Ca2+ в СаСОз - плохо растворимое соединение. Вместо изображения связей компонентов карбонатной системы с другими элементами и системами авторами на рис. 1.1 поставлены многоточия, иначе бы не хватило рисунка - так обширны и многообразны связи системы.

При недостатке CO2 бикарбонат превращается в карбонат и выпадает в осадок с выделением CO2, а при избытке Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология fuocmam Рис. 1.1. Карбонатная система океана CO2, наоборот, карбонат превращается в бикарбонат и растворяется. Фитопланктон при фотосинтезе поглощает углекислоту, поэтому в верхних слоях Мирового океана регулярно наблюдается устойчивое пересыщение вод карбонатом кальция в три раза и выше.

На глубинах около 4 км за счет избытка углекислоты происходит обратный процесс растворения карбонатов, поэтому они там не образуются.

Время пребывания химических элементов в Мировом океане не одинаково. Оно определяется с учетом их общего количества и выноса с поверхности вод ветрами и осаждения в виде нерастворимых соединений на дно морей и океанов, а также количества солей, поставляемых в моря реками за счет разрушения горных пород. Время пребывания какого-либо элемента равно его общему количеству, деленному на его количество ежегодно поставляемое в океан реками или на его количество им ежегодно теряемое. Так, наприЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии мер, время пребывания алюминия и железа составляет всего ция - 850 000 лет, а калия - 6 000 000 лет. Свойства морской воды таковы, что все элементы находятся примерно в постоянных пропорциях друг к другу. Согласно закону Форчхаммера, описавшего это явление более ста лет назад, количество различных элементов в морской воде не пропорционально тому количеству элементов, которое приносят реки в моря, а обратно пропорционально той легкости, с которой элементы в морской воде переходят в нерастворимое состояние при химических и биохимических реакциях.

Тропосфера - это нижняя часть атмосферы, в которой содержится 80% всех ее газов, масса которых составляет 5,27 IO15 т. Она простирается до 16 км над уровнем моря в тропиках и до 9 км - у полюсов. Сухой воздух состоит из 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, около 0,03% углекислого газа и малых количеств других газов.

Подобно тому, как солевой состав океанской воды отличается от солевого состава впадающих в него рек, так и химический состав атмосферы отличается качественно и количественно от состава поступающих в нее вулканических газов. Как показал Г.А. Заварзин, газовые эксгаляции Земли, модифицируясь в ее атмосферу, претерпевают превращение в соответствии с химическими свойствами компонентов. При этом:

а) растворимые газы взаимодействуют с водой и образуют растворы, прежде всего галогенов;

б) химически неактивные газы, прежде всего инертные и азот, накапливаются в атмосфере по мере выделения;

в) газы, способные к окислительно-восстановительным реакциям, модифицируются бактериями, которые способны воздействовать на все окисляемые компоненты - H2, H2S, S0, СО, С Н 4.

По современным представлениям наша кислородная атмосфера почти целиком создана за счет фотосинтеза.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Главный источник кислорода - континентальный и морской фотосинтез, а потребитель - аэробное дыхание. Отрицательный баланс кислорода восполняется благодаря захоронению органического вещества и накоплению его в толщах горных пород.

Исходя из количества кислорода в атмосфере (1,2 IO15 ) и его потоков, можно определить время пребывания кислорода в атмосфере - 4000 лет. Длительность пребывания азота оценивается в 1 млн. лет, а углекислоты - всего в 3,5 года.

Средняя температура воздуха у земной поверхности в наше время равна 15 °С. В тропосфере она уменьшается с высотой на 6,5 0 C за каждый километр и в значительной степени зависит от содержания паров воды и CO2 в атмосфере. Водяной пар и углекислый газ резко влияют на потоки коротко- и длинноволнового излучения в атмосфере и, таким образом, вносят большой вклад в парниковый эффект способность атмосферы пропускать солнечную радиацию до подстилающей поверхности, но поглощать тепловое излучение подстилающей поверхности и нижележащих атмосферных слоев.

Перемешивание воздушных масс приводит к тому, что нескольконедельные местные изменения погоды имеют глобальные последствия.

Даже краткое знакомство с биосферой не оставляет сомнений в справедливости закона В.И. Вернадского, сформулированного А.И. Перельманом: «Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, H2S и т. д.) обусловлены живым веществом - как тем, которое в настоящее время населяет данную биокосную систему, так и тем, которое действовало в биосфере в течение геологической истории». Таким образом, осадочные горные породы, включая нефтегазоносные комплексы, и осадочные полезные ископаемые являются результатами деятельности биосферы.

Для того чтобы понять закономерности формирования нефтегазоносных толщ, необходимо рассмотреть процесс функционирования (системной реализации) биосферы во времени. Вместе с тем студенты выпускных курсов геологических специальностей не обладают системным представлением о времени. В большинстве случаев для них время существует само по себе в Ньютоновском понимании.

Поэтому необходимо дать хотя бы самые основы системного понимания времени в геологии.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Геология - наука историческая, поэтому понятие о времени вопрос важнейший. Для того чтобы понять порядок событий, запечатленных в осадочной оболочке Земли стратисфере, необходимо знать, когда они происходили.

Сделать это сложно.

На Земле не существует такого места, где бы отложились и сохранились до наших дней все слои горных пород за всю геологическую историю. В доступных для непосредственного наблюдения естественных выходах на дневную поверхность разрезах горных пород или вскрытых скважинами в лучшем случае присутствуют отложения, накопившиеся за 200 млн. лет. А ведь геологическая история насчитывает свыше четырех миллиардов лет. Более того, один разрез характеризует строение толщи горных пород только в определенном небольшом районе, а для познания геолоМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология гической истории необходима информация по огромному количеству разрезов на разных материках и в океанах. Нужно не только уметь достраивать недостающие звенья разрезов, но и знать, какую часть надо достраивать и какая часть их отсутствует или повторяется в сопредельных участках и удаленных на тысячи километров. Этот круг вопросов решает одна из самых старых геологических наук - стратиграфия. Она является основой геологии. Благодаря ней геологи смогли сопоставить данные миллионов разрезов скважин и естественных обнажений. Истинное величие геологической науки в стратиграфии.

Блестящие успехи стратиграфии позволяют выделить в геологической истории многочисленные эпохи и проследить их в отложениях всех континентов и океанов. И это все несмотря на прерывистость и изменчивость отложений, когда в одних случаях образования той же эпохи представлены километровыми накоплениями песчаников и глин, в других - толщами известняков, а в-третьих - сантиметровыми слоями глинистой породы или вовсе отсутствуют.

В стратиграфии используются различные методы, однако главным является палеонтологический. Он основан на эволюции живых организмов, изучение остатков которых позволяет определить относительный возраст отложений.

Этот возраст указывает положение тех или иных отложений, содержащих соответствующий комплекс ископаемых остатков организмов, в стратиграфической шкале. Создание международной стратиграфической шкалы - это огромный труд многих поколений геологов. В ней отражена последовательность событий. Вместе с тем по этой шкале нельзя определить длительность геологических эпох и соответственно скорости геологических процессов. Более того, относительная геохронологическая шкала - это шкала эволюции живого вещества, и она работоспособна только в пространстве биосферы. Для того чтобы сравнить события в биосфере с событиями вне ее пространства, нужна другая шкала Ч а с т ь I. Биосферные основы литологии астрономическая или ей адекватная. И из такого трудного положения геологи нашли выход благодаря разработке методов «абсолютной» геохронологии, позволяющих определять длительность геологических событий. Геолог, пожалуй, как никто другой, почти материально ощущает миллионы лет геологической истории. Для него они - метры, десятки и сотни метров толщ горных пород, дни и месяцы бурения, десятки километров маршрутов.

Открытие радиоактивности сыграло большую роль в развитии методов определения радиометрического возраста горных пород. Датировки основаны на измерении в минералах некоторых изотопов, накопившихся после их образования, благодаря распаду содержащихся в них радиоактивных веществ. Принято считать, что скорости распада изотопов радиоактивных элементов постоянны в течение всей геологической истории, хотя с открытием неоднородности реликтового излучения Вселенной в этом появились сомнения.

Поэтому, зная количества радиоактивного изотопа и продуктов его распада, можно определить время, которое необходимо для образования наблюдаемых соотношений изотопов и продуктов их распада.

Из многочисленных методов определения «абсолютного» радиометрического возраста можно выделить наиболее распространенные - свинцово-ураново-ториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.

Для того чтобы построить геохронологическую шкалу в абсолютном летоисчислении, мало знать только радиометрический возраст горных пород, необходимо еще иметь возможность установить их положение в относительной геохронологической шкале. Большинство надежных определений радиометрического возраста связано с магматическими породами, которые не содержат ископаемых остатков организмов. В связи с этим узнать их точный относительный возраст часто практически нельзя. Однако такие случаи, когда можно это сделать с точностью до яруса или еще Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология детальнее, все-таки имеются. К настоящему времени для фанерозоя - последних 500-600 млн. лет геологической истории - имеется около 1000 таких опорных точек. Требуется давать датировки границам отдельных стратиграфических подразделений, но опорные точки почти никогда не находятся там, где нужно - на границах геологических эпох.

Поэтому возникают еще дополнительные трудности, связанные с необходимостью интерполяции. Более того, опорные точки очень неравномерно распределены по возрасту.

Их количество резко убывает от молодых к более древним эпохам.

Многочисленные трудности построения геохронолической шкалы привели к тому, что в настоящее время существуют десятки шкал с отличающимися друг от друга датировками рубежей. Автору не пришлось бы упоминать об этом, если бы его коллеги не абсолютизировали принятые датировки границ стратиграфических подразделений. Многие геологи воспринимают опубликованные радиометрические шкалы как действительно «абсолютные», в то время как они не более чем простая рабочая модель. Такое положение хорошо отражает высказывание ведущего специалиста в этой области В. Харленда: «Большая трудность состоит в незаслуженной вере, которую так много геологов питает к опубликованным шкалам. Это приводит к частому применению шкал, но лишь к незначительному их улучшению».

Существующие радиометрические шкалы имеют минимальные отклонения в датировках рубежей эпох для самых последних 100 млн. лет, но уже нижняя граница меловой эпохи отличается у разных авторов на 20 млн. лет - от 128 до 148 млн. лет. Нижняя же граница кембрия имеет в этих шкалах возраст от 500 до 600 млн. лет. Вместе с тем нет объективных критериев для оценки достоверности предлагаемых разными авторами шкал. Все они построены одним и тем же методом с использованием одного и того же набора опорных точек. Почему же при этом наблюдаются значительные колебания датировок? Дело в том, что при построении шкал используются не все опорные точки, а примерно ЗСМ-0% от их общего числа. Остальные 40-50% попадают в разряд подтверждающих проб. При этом всегда присутствует около 15% опорных точек с противоречащими значениями.

Хотя последних бывает немного, нет никаких критериев их отбраковки и нельзя достоверно сказать, что значения противоречащих проб менее соответствует действительности, чем значения реперных. Так что варьирование шкал зависит от того, какие опорные точки относятся исследователями к разрядам реперных, подтверждающих и противоречащих проб.

При таком положении кажется самой разумной оценка шкал по их практической ценности. Поэтому следует согласиться с мнением акад. Ю.А. Косыгина, что критерием выбора метрического эталона должна служить практическая полезность.

В современной геологии господствует точка зрения, согласно которой временные характеристики существуют независимо от нас, от наших целей и измерительных возможностей. В физике с начала нашей эры, от Августина и до И. Ньютона, тоже допускалось, что любые реальные физические процессы могут лишь верно или неверно отражать время, существующее независимо от процессов, от чеголибо «внешнего». Но уже Г. Лейбниц, современник И. Ньютона, пришел к выводу, что время - это порядок событий, а пространство - порядок тел. В конечном счете и временные эталоны, и любые другие временные характеристики (геохронологические шкалы) - лишь исследовательский инструмент. Как и всякий инструмент, он оценивается соотношением затраченных усилий и полученного результата.

Поскольку в каждой динамической системе существует своя временная метрика, определяемая в ней порядком событий, можно выделить астрономическую, радиологическую, тектоническую, биосферную, биологическую и другие шкалы времени.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Порядок событий в самоорганизующихся системах определяется их автоколебаниями. Такими автоколебаниями в биосфере служат биосферные ритмы. Поэтому биосферная геохронологическая шкала должна быть биосферноритмической.

А.А. Фридман определял время как совокупность вещей, называемых моментами и состоящих в определенных отношениях между собой и трехмерным пространством. Моменты фиксируются по событиям, а время измеряется при помощи какого-либо процесса. Произвольны выбор начала отсчета T0 = 0, выбор процесса Р, используемого для измерения времени, произволен также выбор единиц измерения. Если выбор T0, P и произведен, то измерение времени обретает строгий физический и операционный смысл.

Таким образом, для того чтобы построить геохронологическую шкалу, отвечающую этим требованиям, необходимо выбрать какой-то непрерывный геологический процесс, выделить в нем соответствующие колебания () и принять начало отсчета. Последнее сделать просто, поскольку можно принять традиционную для геологии точку начала отсчета T0 - современный момент.

В качестве примера разберем ход построения тектонической геохронологической шкалы.

2.1. Тектоническая геохронологическая шкала 2.1.1. Колебания уровня Мирового океана как процесс для измерения времени В настоящее время для всего фанерозоя наиболее изучен в количественном отношении процесс изменения площадей бассейнов осадконакопления. Современная геология располагает данными, позволяющими строить палеогеографические карты, на которых для отдельных районов и цеЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии лых материков показано распределение суши, морей и других бассейнов для разных геологических эпох. Опубликованы многочисленные палеогеографические карты и атласы, на которых зафиксированы очертания бассейнов осадконакопления для всех эпох фанерозоя. Замеры площадей бассейнов осадконакопления по последовательным сериям палеогеографических карт позволяют давать количественную характеристику процесса изменения бассейнов во времени.

Впервые на это обратил внимание акад. Н.М. Страхов и построил в 1949 г. график, на котором против каждого момента откладывал отрезки, пропорциональные площади бассейнов осадконакопления в пределах современных континентов. Впоследствии такие графики получили название кривых трансгрессий.

При замере площадей бассейнов для наименее подвижных и удаленных друг от друга территорий можно получить кривую, характеризующую колебания уровня Мирового океана.

Такими территориями являются самые древние докембрийские платформы, на которых фанерозойские отложения лежат почти горизонтально, постепенно поднимаясь и выклиниваясь в сторону древнейших поднятий. Перемещение береговых линий бассейнов зависит от двух причин. С одной стороны, это синхронные колебания уровня Мирового океана, а с другой - собственные асинхронные поднятия и опускания территорий платформ. Следовательно, если просуммировать кривые трансгрессий нескольких удаленных между собой платформ, то их собственные разнонаправленные движения будут взаимно гасить друг друга, а однонаправленные колебания уровня Мирового океана проявляться более четко. Такая суммарная кривая трансгрессий (рис. 2.1) была построена для территорий Северо-Американской, Восточно-Европейской и Сибирской платформ.

На построенной суммарной кривой трансгрессий выделяются три гигантские волны затопления материков. Максимальные трансгрессии захватывали около 30% их площади.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология для территорий Восточно-Европейской, Восточно-Сибирской Показаны соотношения суши и моря в пределах равнинных территорий Северного полушария и интенсивность накопления красноцветных формаций (крап). Чем больше площадь суши, тем больше красноцветных Для всей Земли (510 млн. кв. км) 30%-ное сокращение площади суши (149 млн. кв. км) составит около 9%. Следовательно, суша, которая сейчас занимает 29% поверхности Земли, в момент максимальных трансгрессий составляла около 20%. На гипсографической кривой эта часть суши расположена чуть выше отметки +200 м, что можно принять за верхний предел колебаний уровня Мирового океана в фанерозое. Вообще, возможным пределом подъема уровня Океана при условии неизменного объема планеты является средняя высота поверхности Земли, которая составляет +245 м. Если за нижний предел опусканий уровня принять глубину внешнего края шельфа -130...-150 м, то размах колебаний уровня Мирового океана при принятых допущениях можно оценить в 300-350 м.

Что же касается нижнего предела опускания уровня Мирового океана, то, как отмечает Ф. Шепард, он может быть еще ниже и достигать отметки -200 м. Вероятно, это предельная величина, свойственная только ледниковым эпохам, характерным для периодов, разделяющих гигантские волны затопления материков. Однако на суммарной кривой трансгрессий не показаны опускания уровня Мирового океана ниже современного, что связано с недостаточной изученностью геологического строения шельфов.

С учетом максимальной глубины опускания поверхности Мирового океана максимальный размах колебаний его уровня может быть оценен в 300-400 м. Такие колебания характерны только для сложных долгопериодических изменений его уровня с периодом около 180 млн. лет. На фоне этих долгопериодических колебаний существует целый спектр других более мелких колебаний уровня Мирового океана, которые в данном случае представляют для нас наибольший интерес как наименьший временной шаг.

Существует мнение, что примененный здесь метод определения размаха колебаний уровня Мирового океана на сегодняшний день является самым надежным и единственным. Кривые колебаний уровня Мирового океана, полученные сейсмостратиграфами Вейлом и другими, не могут считаться достоверными, так как в их основе лежит неверное представление о прямой связи осадконакопления с трансгрессиями и регрессиями морей на континентах. Между осадконакоплением и трансгрессиями, равно как и регрессиями, существует весьма сложная связь, о чем будет сказано ниже. Поэтому более достоверными являются кривые, отражающие колебания уровня океана, полученные по данным палеогеографии.

Таким образом, удается выбрать процесс для измерения геологического времени и дать ему количественную характеристику, а также принять начало отсчета - T0 = 0. Значительно труднее найти единицу измерения -. Понятно, что такой единицей могут служить равновеликие колебания процесса. Три крупных примерно равновеликих как по частоте, так и по амплитуде колебаний процесса затопления континентов выделяются уверенно. Однако их огромный шаг в 180 млн. лет нас мало устраивает. Поэтому постараемся в каждом из этих крупных циклов колебаний процесса Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология выделить по равному количеству более мелких его естественных фаз.

Колебания уровня Мирового океана связаны с изменениями климата. В распоряжении геологов имеются материалы, которые позволяют построить более или менее надежную кривую изменения палеотемператур вод морей средних широт Северного полушария в течение мезозоя и кайнозоя - последних 180 млн. лет геологической истории.

С ее помощью можно более обоснованно выделить в альпийском цикле процесса затопления континентов его естественные фазы, а также выяснить, какими климатическими последствиями они сопровождались.

2.1.2. Трансгрессивно-климатические ритмы Еще в начале 50-х гг. прошлого века К. Брукс рассчитал по данным физической географии изменения средних температур воздуха над материками в зависимости от их относительных размеров. По его расчетам, сокращение крупных площадей суши на каждые 10% вблизи экватора (на широте 20°) приводит к среднегодовым похолоданиям климата на 0,3 °С, а на широте 70° - к потеплению на 3,5 °С. Происходит это потому, что поглощение солнечной энергии в Мировом океане совершенно иное, чем на суше, где оно происходит в поверхностном слое, равном глубине проникновения солнечных лучей. При одинаковой температуре воды и суши расход тепла на излучение с поверхности воды одинаков или даже меньше, чем суши, а приход его на 10-20% больше. Это приводит к большим значениям радиационного баланса над водой по сравнению с сушей. Если сопоставить температуры поверхности Мирового океана и влажных районов суши, где потери тепла на испарение такие же, то температура воды окажется выше. Поэтому моря в среднем значительно теплее суши, особенно в умеренных широтах.

Основная часть тепловой энергии поступает в атмосферу от подстилающей поверхности, тепловое состояние которой зависит от таких ее физических свойств, как отражательная способность, или альбедо, излучательная способность, теплоемкость и теплопроводность. Поверхность Мирового океана, имеющая малое альбедо (0,05-0,10), поглощает больше солнечной энергии, чем суша (альбедо 0,10-0,30), и особенно снег и лед (альбедо до 0,90). Благодаря большой теплоемкости воды и ее теплопроводности океаны накапливают тепло и затем могут его расходовать, обогревая атмосферу. В результате циркуляции океанских вод такие источники тепла могут возникать далеко от тех районов, где происходит аккумуляция солнечной энергии.

Сейчас уже накоплены данные, позволяющие утверждать, что местные изменения погоды, продолжающиеся несколько недель, геологически мгновенно, имеют глобальные последствия.

Серии палеогеографических карт позволяют оценить соотношения суши и моря на разных территориях Северного полушария в различные моменты фанерозоя. Сравнение этих данных с результатами палеотемпературного изотопного анализа дает возможность установить, какими палеотемпературными изменениями сопровождаются трансгрессии. Изотопный палеотемпературный анализ позволяет определять температуру воды, в которой жили организмы, по соотношению изотопов кислорода О/ О в кальците их раковин. Чем меньше 18O, тем выше температура.

По многочисленным определениям изотопных палеотемператур, сделанных зарубежными и российскими исследователями, можно выделить восемь климатических оптимумов: норийский, плинсбахско-тоарский, оксфордтитонский, апт-альбский, турон-сантонский, палеоценовый, среднеэоценовый и самый последний среднемиоцеМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология новый. Они разделены значительными понижениями температур.

Сравнение кривых трансгрессий и палеотемператур для Северной Америки, Европы, Западной Сибири и Средней Азии показывают, что всем крупным затоплениям названных территорий соответствуют значительные потепления климата (Малиновский, 1982). Однако прямой зависимости величин потеплений от величин трансгрессий не наблюдается. Например, крупнейшая позднемеловая (около 100 млн.

лет назад) трансгрессия происходила в условиях относительно небольшого потепления.

При условии существования в геологическом прошлом такого же, как и теперь, механизма усвоения солнечной энергии разными участками земной поверхности, всем трансгрессиям, связанным с подъемами уровня Мирового океана, должны были соответствовать слабые похолодания в низких широтах и значительные потепления - в высоких. Это приводило к сглаживанию меридионального температурного градиента и снижению аридности (сухости) климата. Наоборот, регрессии должны были способствовать увеличению разности температур между низкими и высокими широтами планеты и образованию пустынь.

Наблюдаемые одинаковые изменения климата, происходившие в мезозое и кайнозое в Северной Америке, Европе и Западной Сибири, расположенных с трех сторон от полюса, указывают на то, что они не связаны с изменениями положения названных территорий относительно полюса. Колебания палеотемператур с размахом 5-10 0 C и одинаковая направленность их изменений в Северном и Южном полушариях (Новая Зеландия) свидетельствуют не о местных изменениях климата, а о крупных изменениях климата общепланетарного характера. В настоящее время общая связь трансгрессий с потеплениями климата стала общепризнанной.

Возраст кайнозойских трансгрессий, благодаря небольшому расхождению существующих шкал в оценках радиоЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии метрических рубежей для этого времени, определяется довольно уверенно, что позволяет установить их периодичность и периодичность связанных с ними климатических изменений в 20-25 млн. лет. Следовательно, в качестве единицы измерения времени - можно принять среднюю длительность трансгрессивно-климатического ритма - 22 млн. лет. В альпийском этапе выделяются восемь таких ритмов. Центральное место среди них занимает позднемеловая (сантонская) трансгрессия.

Трансгрессивно-климатические ритмы - это «колебания маятника тектонических часов» с периодом, определенным по физической метрике, равным около 22 млн.

лет (точнее 20-25 млн. лет). Если все ритмы принять равными 22 млн. лет, то мы от шкалы радиометрической перейдем к тектонической, которая с ней совпадает в лучшей ее части.

тектонической геохронологической шкалы По принятым геохронологическим шкалам крупнейшие опускания уровня Мирового океана, с которых начинаются каледонский, герцинский и альпийский этапы развития Земли, приходятся на интервалы 590, 390 и 200 млн. лет.

Таким образом, длительности этапов почти равновелики (190-200 млн. лет) и по принятым шкалам соответствуют длительности восьми ритмов по 25 млн. лет. Вместе с тем мы будем пользоваться средней величиной полученного временного шага в 22 млн. лет, несмотря на некоторое противоречие с существующими шкалами.

Равновеликость этапов развития Земли позволяет предполагать, что герцинский и каледонский этапы построены аналогично альпийскому, и в них можно найти такие же ритмы. Поэтому, мы можем сопоставить этапы между собой Малиновский Ю.. Нефтегазовая литология (рис. 2.2) и по аналогии с альпийским найти в герцинском и каледонском циклах такие же ритмы. Затем, используя временные метки границ ритмов, длительность которых составляет 22 млн. лет, наметить временные рубежи между эпохами. Или, по сути дела, получить тектоническую геохронологическую шкалу фанерозоя, которая использована в наших построениях.

Рис. 2.2. Синфазное сопоставление трех крупных волн I-VIII - трансгрессивно-климатические ритмы; 1 - суммарная кривая трансгрессий; 2 - палеотемпературная кривая; 3 - оледенения;

Таким образом, нами построена шкала, в которой соблюдены все три условия: начало отсчета T0 = 0 - современный момент, процесс для измерения времени P - процесс затопления и осушения платформенных территорий Северного полушария, отражающий колебания уровня Мирового океана, единица измерения времени - трансгрессивно-климатические ритмы.

Естественно, чтобы отдать предпочтение полученной шкале, необходимо убедиться в ее преимуществах перед существующими. Как известно, все радиометрические шкалы составлены с разной точностью для кайнозойской, мезозойской и палеозойской частей. Для кайнозоя (65 млн. лет) с точностью 1 млн. лет и выше установлены не только границы периодов, но даже границы между отдельными веками.

Поэтому для кайнозоя нами использованы датировки рубежей, приведенные в шкале У. Харленда и др.

Возрастные рубежи между периодами мезозоя уже значительно менее надежны, особенно между юрой и триасом, а также триасом и пермью. Изменения, которые вносит составленная шкала, касаются главным образом датировок триаса, перми и карбона - наименее обоснованной части всех шкал.

Тектоническая геохронологическая шкала может быть проверена данными из независимых источников информации. Например, сведениями о развитии других процессов, связанных с колебаниями уровня Мирового океана. Если исходить из неизменности объема планеты и ее гидросферы за последние 500 млн. лет, то все изменения уровня океана, за исключением обусловленных материковыми оледенениями, могут быть вызваны только изменениями емкости чаши Мирового океана. Опускание уровня происходит за счет увеличения ложа океанов, если оно сопровождается коллизией: горообразованием за счет столкновения материков или других литосферных плит. Коллизионную природу имеют все крупнейшие горные сооружения Земли, такие, как Гималаи, Кордильеры, Кавказ, Альпы и др.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Подъем уровня океана происходит в результате заполнения его продуктами разрушения горных пород суши.

Американский геолог Г. Шопф, основываясь на расчетах среднегодовых поступлений материала с суши, пришел к выводу, что подъем уровня Мирового океана на 100 м произошел бы за 5 млн. лет. Понятно, что интенсивность сноса материала с континентов не постоянна и убывает по мере подъема базиса эрозии и сглаживания континентов, а также зависит и от других биосферных процессов. Получающаяся скорость подъема уровня океана за счет его заполнения продуктами разрушения горных пород суши весьма значительна и вполне достаточна для тех крупных волн затопления материков, которые, судя по палеогеографическим картам, происходили в течение фанерозоя. Однако поступление материала с континентов приводит только к подъему уровня воды, а тектонические движения за счет вертикального перемещения масс горных пород могут только понижать уровень Мирового океана. Лишь в редких случаях типа огромных оползней горных пород в океаны или тектонически обусловленного опускания островов и им подобных явлений уровень океана может незначительно подняться. Получается так, что подъемы и опускания уровня Мирового океана имеют разную природу: подъемы - эвстатическую, а опускания при отсутствии материкового оледенения - тектоническую. Поэтому полученную нами шкалу правильнее называть не тектонической, а тектоно-эвстатической.

При столкновении континентов или других литосферных плит происходит скучивание и нагромождение их горных пород. В результате мощность континентальной коры увеличивается и образуются горные сооружения типа Гималаев или Альп. В этом случае с тыльной стороны напирающей плиты нарастает площадь океанической коры и увеличивается объем чаши океана, что приводит к снижению его уровня. Следовательно, при условии постоянства объема планеты приращение емкости чаши Мирового океана равно объему возникших на континентах горных сооружений.

Расчеты объема горных сооружений, возникших после эоцена (40 млн. лет назад), когда их было очень мало, дают примерную величину снижения уровня океана за последние 40 млн. лет на 200 м. Приблизительно такой отметки достигают на платформах эоценовые отложения, фиксирующие береговую линию того времени. Если же все континенты будут срезаны до уровня базиса эрозии, океан поднимется до отметки +245 м - своей предельно возможной, но не достижимой высоты.

Здесь следует обратить внимание на то, что при постоянстве объема планеты возникновение срединно-океанических хребтов, которые не выходят выше уровня океанов, не может быть причиной подъема их уровня. Они вытесняют тот объем воды, который необходим для заполнения компенсирующих их опусканий. Вместе с тем многие геологи считают этот процесс главной причиной подъема уровня Мирового океана, так как увеличения скорости раздвигания дна океанов и роста срединно-океанических хребтов совпадают по времени с подъемами уровня океана. Так и должно быть. Ведь скорости раздвигания дна океана выше, когда нет коллизий.

Таким образом, можно считать, что наиболее вероятной причиной опусканий уровня Мирового океана были тектонические движения на суше. Поэтому, если нам удастся получить характеристику их развития в течение всего фанерозоя в абсолютном летоисчислении, то мы сможем проверить полученную шкалу путем сравнения кривой трансгрессий с другой кривой, характеризующей интенсивность горообразования. Такую характеристику процесса горообразования отражает количество гранитоидных массивов, образовавшихся в разные отрезки времени. Например, в течение каждых 5 млн. лет. По многочисленным данным радиометрических возрастов гранитоидов можно определить, сколько их Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология образовывалось в каждые 5 млн. лет фанерозоя, и построить соответствующую кривую распределения возрастов гранитоидных тел.

Сравнение кривой трансгрессий, построенной в масштабе тектонической шкалы, с кривой распределения возрастов гранитоидных тел (рис. 2.3) показывает, что всем регрессиям соответствуют усиления горообразования, а всем подъемам уровня Мирового океана - затишья тектонической деятельности. Если бы кривая трансгрессий была построена в масштабе принятых шкал, то закономерное соответствие горообразований регрессиям было бы соблюдено только в течение последних 100 млн. лет геологической истории, т. е. в той части, где радиометрические шкалы наиболее надежны. Совершенно не вероятно, чтобы такая закономерность не выдерживалась бы в течение всей геологической истории. Поэтому тектоническая шкала, в масштабе которой она выдерживается в течение всего фанерозоя, больше отвечает действительности, чем другие, но, к сожалению, пока менее детальна. Не удивительно, что все новейшие определения нижней границы кембрия дают ее возраст, Рис. 2.3. Сравнение кривых трансгрессий (а) и распределения возрастов гранитоидных тел (б) показывает, что всем регрессиям соответствуют усиления гранитоидного магматизма, а всем трансгрессиям - затишья тектонической равный 500-530 млн. лет, а его продолжительность сокращают до 50 млн. лет (А.В. Кучинский, 2001), подтверждая наши построения. Получив более точную геохронологическую шкалу, можно привязать геологическую историю к различным моментам нахождения Солнечной системы в Галактике и посмотреть, как вписывается «работа» земных глубин в систему более высокого порядка.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

НА БИОСФЕРУ

Российский астроном, чл.-корр. АН СССР Павел Петрович Паренаго (1906-1960) определил, что Солнце движется вокруг центральных масс Галактики по закону, очень близкому к закону относительного движения планет вокруг Солнца, выявленному Иоганом Кеплером, т. е. приблизительно по эллиптическим орбитам. Применив выведенное им уравнение для потенциала Галактики, он вычислил приблизительно элементы орбит некоторых звезд, а также вычислил и построил приближенную орбиту Солнца. При этом он получил следующие величины для элементов галактической орбиты Солнца: период обращения 212 млн. лет и время между двумя последовательными прохождениями через перигалактий или апогалактий (кратчайшее или наибольшее расстояния от центра Галактики до Солнца), так называемый аномалистический период галактического движения Солнца - 176 млн. лет. Именно его Борис Леонидович Личков назвал галактическим годом. Новый год в Солнечной системе начинается с перигалактия, которого она должна достигнуть, по расчетам П.П. Паренаго, через 12 млн. лет.

Орбитальное движение в плоскости Галактики сочетается с гармоническими колебаниями движения Солнца в Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология направлении, перпендикулярном к галактической плоскости, с периодом, величина которого в два раза меньше галактического года. Это так называемый «драконический период». В течение каждой половины драконического периода Солнечная система движется с одной стороны галактической плоскости и в течение каждых 22 млн. лет то удаляется, то приближается к ней.

3.1. Зависимость геологических событий от положения Солнечной системы в Галактике Если мы снова обратим внимание на кривую, характеризующую интенсивность горообразования в течение последних 500 млн. лет, то увидим, что все моменты прохождения Солнечной системы через три апогалактия и два перигалактия отмечены резкими вспышками гранитоидного магматизма и горообразования, после которых следовал период в 20-25 млн. лет с минимальной активностью тектонических движений.

Другим доказательством зависимости работы земных глубин от времени галактического года служит сходство процессов гранитообразования в течение каждого из трех последних галактических лет. Наблюдается довольно хорошая корреляция трех отрезков кривой распределения возрастов гранитоидных тел, соответствующих галактическим годам (рис. 3.1). Эти отрезки кривой коррелируются наилучшим образом, если их длина будет соответствовать 175 млн. лет, подтверждая тем самым геологическими данными расчеты П.П. Паренаго. Существуют и другие оценки длительности галактического года (до 250 млн. лет), но они не находят столь убедительных радиометрических подтверждений.

Чтобы получить наиболее полную характеристику интенсивности процесса образования гранитоидных тел в течение галактического года в целом, можно воспользоваться Рис. 3.1. Сходство развития процессов граиитоидиого магматизма в течение каждого из трех последних галактических лет и суммарная характеристика их развития методом наложения эпох, предложенным проф. A.JI. Чижевским (1897-1964), и построить суммарную кривую распределения возрастов гранитоидов, отнеся все замеры к одному галактическому году, или, другими словами, произвести сложение кривых трех галактических лет. Получившаяся кривая более рельефна, чем каждая из составляющих, что доказывает сходный характер изменения интенсивности тектонических процессов в течение каждого галактического Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология года. Понятно, что если бы кривые распределения не коррелировались, суммарная кривая была бы менее рельефна. На ней еще более отчетливо проступают пики апо- и перигалактия, а также минимумы активности горообразований, соответствующие трансгрессиям, которые следуют друг за другом через 20-25 млн. лет.

Закономерная повторяемость процессов развития гранитообразования в течение каждого галактического года указывает на их зависимость от времени галактического года. Из этого следует, что земные глубины работают по космическому расписанию.

3.2. Восточное скольжение зон повышенной тектонической активности Нам хорошо известны бегущие волны приливов и отливов в Мировом океане с периодами 24 ч 50 мин. и 12 ч 25 мин., а что мы знаем о крупной волне в мантии Земли, скользящей с запада на восток с периодом около 180 млн. лет?

В настоящее время геологи уже не сомневаются в существовании колебаний уровня Мирового океана, но в оценке их роли в развитии трансгрессий и регрессий единогласия нет.

Действительно, кривые трансгрессий Восточно-Европейской и Северо-Американской платформ для всего фанерозоя, а также кривые трансгрессий названных платформ, Скифско-Туранской (Предкавказье и Средняя Азия) и Западно-Сибирской плит для мезозоя и кайнозоя свидетельствуют о синхронности трансгрессий на огромной территории и наличии колебаний уровня Мирового океана. Однако примером асинхронности трансгрессий (равно, как и регрессий) служит их развитие в пределах Восточной Сибири в сравнении с таковыми на названных территориях. На Сибирской платформе максимум мезозойских трансгрессий приходится на начало юрского периода, а регрессий - на его окончание и меловой период, в то время как в Северной Америке, Европе, Средней Азии и Западной Сибири на первую половину юрского периода приходится только самое начало мезозойских трансгрессий, которые достигли своего максимума в конце юры и в мелу. Таким образом, при наличии колебаний уровня Мирового океана крупные трансгрессии, строго говоря, не синхронны, так как зависят еще от поднятий и опусканий блоков земной коры, где они происходят.

Сравнение кривых трансгрессий для разных территорий позволяет наметить некоторое омоложение максимумов трансгрессий с запада на восток: от Сибирской платформы с максимумом в начале мезозоя на восток к Северо-Американской и Восточно-Европейской платформам с максимумом в его средней части и далее на восток к Средней Азии и Западной Сибири с максимумами уже в конце мезозоя и начале кайнозоя. Это позволяет предположить наличие скользящей с запада на восток волны тектонических движений, последовательно изменяющей относительное положение разных блоков земной коры.

Как говорят геологи, «магматизм - это тектоника только другими средствами». Поэтому у нас есть возможность проверить предположение о восточном смещении тектонических напряжений.

Для такой проверки нужны данные о долготном положении и возрастах магматических или метаморфических пород, которыми современная геология располагает в избытке. На рис. 3.2 по оси ординат нанесены усредненные значения абсолютных возрастов гранитоидов и метаморфических пород складчатых областей Северного полушария, а по оси абсцисс - усредненные значения их долготного положения. Каждая точка на графике представляет собой среднюю часть интервала магматической активизации региона.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология

T W WI WV W

Рис. 3.2. Восточное смещение тектонической активности Большинство точек на графике, фиксирующих время и место (долготы) проявления магматизма и метаморфизма, располагаются по диагональной полосе (ограниченной сплошными линиями), которая соответствует восточному смещению зоны усиленной тектонической активности в литосфере Северного полушария; 1 - центральные части зон с пониженной {а) и повышенной (б) тектонической активностью; 2 - складчатые области (I - Южной Европы, II - Кавказа, III - Тянь-Шаня и Памира, IV - Забайкалья и Восточной Монголии, V - Восточной, Юго-Восточной и Южной Азии, VI - п-ова Камчатка, Курильских островов и Сахалина, VII - Северо-Востока России, VIII - Кордильер, IX - Аппалачей) В пределах последних 200 млн. лет основная масса точек на графике располагается по диагональной полосе (со стрелкой), ограниченной на рисунке сплошными линиями и соответствующей восточному смещению зоны усиленной тектонической активности в литосфере Северного полушария. Только четыре точки, расположенные на СевероАмериканской плите, сюда не попадают и находятся в полосе с пониженной тектонической активностью. Здесь следует отметить, что для палеозоя в современных координатах подобные полосы не выделяются. Видимо, в то время расположение континентов относительно полюсов было существенно иным.

Важно заметить, что обсуждаемый график строился для опровержения мобилистских построений. Если бы все точки на графике расположились на полосе с повышенной тектонической активностью, то в новообразовании Атлантического океана можно было бы весьма усомниться. Однако четыре точки на графике, которые попадают в полосу с пониженной тектонической активностью, займут нужное место только в случае, если их сдвинуть вправо на ширину Атлантического океана. Причем ни когда попало, а примерно 130-140 млн. лет назад. Тем самым, не задаваясь целью определить время раздвижения Атлантики, мы это сделали и оно совпадает с данными палеоокеанологии.

Осевая линия полосы с максимальной тектонической активностью пересекает ось абсцисс около 45° в. д., указывая ее современное положение в Северном полушарии. Нулевой меридиан она пересекла дважды примерно 195 и 20 млн. лет назад, свидетельствуя о смещении зоны повышенной тектонической активности с запада на восток со средней скоростью немного большей или равной 2° долготы за 1 млн. лет.

Следовательно, волна тектонических движений замыкает свой круг в Северном полушарии за 175-180 млн. лет, т. е. за время, равное галактическому году по П.П. Паренаго.

Скольжение зоны тектонической активности с запада на восток создает одинаковую периодичность тектонических движений (без учета дрейфа континентов) в любом районе Северного полушария, но они не синхронны. Все блоки земной коры в зависимости от своего долготного положения находятся одновременно в разных фазах волны тектонических движений. Такое явление, подобное диахронному ходу суточной освещенности планеты, когда все фазы циклического процесса можно наблюдать одновременно, можно назвать «скользящей», или диахронной, периодичностью.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Восточное скольжение тектонической активности отмечается по другим данным на Дальнем Востоке России и Западе США. Так, по заключению В.А. Красилова, мощный меловой вулканизм от позднего альба до позднего сеномана продвинулся на восток от Малого Хингана до Сихоте-Алиня, а в начале датского века достиг Сахалина. По утверждению Дж. Гиллули, миграцию тектонической активности можно последовательно проследить в меловое время от восточной части штата Невада, через западную часть штата Юта на восток штата Айдахо и в штат Вайоминг, в эоцене уже на востоке Кордильер, а в олигоцене - на южной части Скалистых гор. Размер этой миграции на восток, по его заключению, превысил 1500 км, если считать от побережья Тихого океана. И в том, и в другом случаях скорость восточного смещения тектонической активности составляла около 2° долготы за 1 млн. лет.

Итак, центральная часть зоны усиленной тектонической активности за 175-180 млн. лет проходит через все Северное полушарие. Она начала следующий круг около 20 млн. лет назад и сейчас находится в районе 45 в. д. За время своего движения она пересекла различные сочетания материковой и океанической коры, что не могло не отразиться на емкости Мирового океана и положении его уровня.

Для того чтобы узнать, какие соотношения материковой и океанической коры прошла волна тектонической активности, будем возвращать ее назад от современного положения, определяя соотношения названных кор через каждые 15° долготы на отрезках меридианов от Северного полюса до экватора.

Время прохождения центральной части зоны усиленной тектонической активности через меридианы найдем по графику на рис. 3.2. В результате мы сможем определить соотношения разных кор на меридианах, которые последовательно прошла центральная часть зоны за последние 200 млн. лет, и выразить это в виде кривой, помещенной Рис. 3.3. Влияние восточного смещения зоны повышенной тектонической активности на колебания уровня Мирового океана и периодические затопления На график нанесены данные о соотношениях материковой и океанической кор в той последовательности, в которой их проходила волна тектонической активности, а также кривые трансгрессий для территорий (цифры в кружках): 1 - Западной Европы, 2 - Восточной Европы, 3 Средней Азии, 4 - Западной Сибири, 5 - Восточной Сибири, 6 - Колымы, 7 - Чукотки, 8 - Северной Америки. Горизонтальной штриховкой отмечены эпохи высокого положения уровня Мирового океана, которые совпадают со временем прохождения зоны повышенной тектонической активности через Тихий и Атлантический океаны в левой части рис. 3.3. Исходя из полученных данных зона повышенной тектонической активности от 220 до 140 млн.

лет проходила Лавразию (огромный континент, включающий Северную Америку и Евразию), от 140 до 80 млн. лет назад находилась в Тихом океане, от 80 до 60 млн. лет назад прошла Северную Америку, а от 60 до 20 млн. лет назад находилась в Атлантике и 20 млн. лет назад вступила в Евразию.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Согласно имеющейся у нас суммарной кривой трансгрессий (см. рис. 2.1), всем временам прохождения волны усиленной тектонической активности через океаны соответствует высокое положение уровня Мирового океана, а через материки - низкое. В результате скользящие, диахронные тектонические движения, изменяя емкость Мирового океана, приводят к синхронным колебаниям его уровня.

3.3. Трансгрессии - результат интерференции волн Чтобы понять, как происходит процесс сложения скользящих тектонических движений и колебаний уровня Мирового океана, приводящих к затоплению и осушению части континентов, дополним наш график кривыми трансгрессий для различных участков материков согласно их долготному положению (рис. 3.3). Кривые трансгрессий для Западной Европы, Восточно-Европейской платформы, Скифско-Туранской и Западно-Сибирской плит поместим соответственно на меридианы 5, 35, 55, и 75° в. д., проходящие через их центральные части. Кривую трансгрессий для Восточной Сибири поместим на меридиан 120° в. д., так как мезозойские трансгрессии там происходили вблизи этого меридиана, а кривую для Северной Америки - на меридиан 90° з. д., проходящий через ее центральные части. В итоге получается довольно любопытная картина, по-видимому, увязывающая тектонические движения и колебания уровня Мирового океана с трансгрессиями на континентах и объясняющая особенности их развития на разных материках.

Здесь важно заметить, что все кривые трансгрессий построены в масштабе тектонической геохронологической шкалы. Если же они будут выполнены в масштабе других шкал, то такой закономерной картины не получится. Цель науки - прогноз, а закономерность - путь к прогнозу. Поэтому наша шкала как исследовательский инструмент, поЧ а с т ь I. Биосферные основы литологии зволяющий находить закономерности, оказывается лучше, чем другие шкалы, в масштабе которых такие закономерности не устанавливаются.

Прежде всего при рассмотрении кривых трансгрессий на рис. 3.3 обращает на себя внимание диагональная полоса, обусловленная восточным смещением момента смены трансгрессий регрессиями, которая совпала с осевой линией зоны повышенной тектонической активности. Осевая линия названной зоны как бы срезает трансгрессии в разных местах в определенное время. На нее приходятся регрессии на Восточно-Европейской платформе в начале триаса, на Скифско-Туранской плите в конце триаса, в Западной Сибири в начале юры, на Сибирской платформе в конце юры, на Северо-Американском континенте в начале палеогена и в Западной Европе в конце кайнозоя. Причем осушение территорий происходит в четырех случаях (в Западной Европе, на Восточно-Европейской платформе, Скифско-Туранской и Западно-Сибирской плитах) на фоне низкого положения уровня Мирового океана, а на Сибирской и Северо-Американской платформах - на фоне его подъема, который способствовал развитию трансгрессий на других территориях Таким образом, судя по резкой смене трансгрессий регрессиями в момент прохождения центральной части зоны тектонической активности, можно сделать вывод об относительно быстром подъеме самих территорий, который начинался примерно за 10-15 млн. лет до ее прохождения. Наличие же трансгрессий, предшествовавших таким подъемам территорий, даже на фоне низкого положения уровня Мирового океана, свидетельствует о том, что подъемы блоков земной коры предварялись их значительными опусканиями. Следовательно, волна тектонических напряжений с периодом около 180 млн. лет асимметрична и состоит из длительного опускания в течение примерно 165-170 млн. лет и относительно кратковременного около 10-15 млн. лет подъема блоков земной коры. К сожалению, размах колебаний описываемой волМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология ны никем не определялся. Он может составлять тысячи метров. Форма самой волны, скорее всего сложная, возможно серповидная, выпуклой стороной обращенная на восток (?).

Понятно, что самые крупные трансгрессии возможны, когда низкое положение территорий совпадает с высоким уровнем Мирового океана. Таким условиям отвечают палеогеновые трансгрессии Европы и Западной Сибири, а также меловые трансгрессии Северной Америки. Благодаря особому долготному положению Сибирская платформа в течение последних 200 млн. лет ни разу не попала в оптимальные условия для развития трансгрессий, но дважды в начале юрского периода и миоцене сама значительно опускалась. Этим и объясняется своеобразие развития мезозойских трансгрессий в ее пределах, когда в отличие от других территорий, где максимумы трансгрессий приходятся на меловой период, на ней максимальная трансгрессия была в начале юры.

Естественно, высокому положению территорий при низком уровне Мирового океана должны соответствовать регрессии, продолжительность которых зависит от длительности совместного действия этих двух факторов в данном месте. Таким условиям соответствуют регрессии в Северной Америке в течение поздней перми и раннего-среднего триаса, на Восточно-Европейской платформе от начала триаса до средней юры, Скифско-Туранской плите в ранней юре и в Западной Сибири в течение ранней и средней юры.

Таким образом, трансгрессии на платформах происходили или во время высокого положения уровня Мирового океана при их собственном невысоком положении, или в моменты их максимального опускания даже при низком положении уровня. Оптимальные условия для развития трансгрессий возникали при совместном действии скользящих с запада на восток максимумов опусканий территорий и глобальных подъемов уровня Мирового океана.

График на рис. 3.3 содержит обе важнейшие составляющие трансгрессий. Поэтому, зная характер колебаний уровня Мирового океана и местонахождение волны тектонических движений в течение последних 200 млн. лет, мы можем предсказать (вернее, ретросказать) развитие трансгрессий в пределах любой территории Северного полушария. Если же продолжить наш график в положительную область отсчета времени, то можно предсказать развитие трансгрессий и регрессий на многие миллионы лет вперед для любой части Северного полушария. Однако детальность таких предсказаний пока низкая и не отвечает еще практическим интересам. Таким образом, полученная схема обладает ретросказательно-предсказательной функцией.

Зная приблизительно профиль волны тектонических движений с периодом около 180 млн. лет и ее путь в течение последних 200 млн. лет, можно сказать, что при прохождении ее гребня через океаны уровень их поднимается за счет низкой тектонической активности на континентах в это время, а при прохождении его через материки - падает за счет усиления горообразовательных процессов. Последовательно проходя через материковое и океаническое полушария Земли в течение галактического года, волна тектонических движений создает колебания уровня Мирового океана с таким же периодом.

Подытоживая сказанное, приходим к выводу, что крупная периодичность метаморфизма и гранитообразования в разных тектонически активных районах была почти одинаковой (около 180 млн. лет), но процесс начинался и заканчивался в разное время, постепенно смещаясь на восток. На фоне такой диахронной периодичности тектонических движений проявлялись фазы складчатости, синхронные (?) в пределах значительных частей Северного полушария.

Естественно, для геологов наши построения могут показаться мало убедительными. С одной стороны, мешает груз традиционных представлений, а с другой - кажущаяся легкость и простота решения серьезной проблемы. Поэтому наши исследования можно считать как развернутую постановку задачи о диахронности тектонических движений, коМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология торую необходимо выполнить с использованием большего количества данных и применением более сложной их статистической обработки.

Решение поставленной задачи будет выглядеть значительно убедительней, если на графике вместо точек усредненных возрастов магматической активизации регионов с их грубой долготной привязкой, будут поля точек возрастов разных магматических и метаморфических пород, имеющих долготную привязку с точностью до одного градуса. Для чего предстоит обработать десятки тысяч уже имеющихся радиометрических датировок магматических и метаморфических пород, а также построить детальные кривые трансгрессий по нескольким десяткам меридианов. Причем графики должны быть построены для обоих полушарий.

В результате успешного решения поставленной задачи мы получим возможность увидеть зависимость колебаний уровня Мирового океана от взаимного расположения материков и океанов и их положения относительно оси вращения Земли, получить закономерную картину развития тектонических движений и трансгрессий в пространстве и времени для последних 200 млн. лет, а также появятся перспективы постановки обратной задачи для палеозоя и докембрия. С решением последней связаны надежды на возможность оценки смещения литосферных плит с запада на восток, или наоборот, т. е. давать им долготную привязку, которая пока отсутствует в мобилистских реконструкциях.

В итоге можно привести замечательное высказывание А.П. Карпинского (1888) о том, что «при образовании континентов и горных кряжей преобладают внутренние процессы Земли, результаты которых совершенно затемняют то влияние, которое, может быть, оказывает на это образование вращательное движение Земли или внешние астрономические причины. Наконец, возможно, что ось Земли не всегда имела то положение, какое она имеет в настоящее время». А ведь это было сказано во времена безраздельного господства идей Э. Зюсса, рассматривавшего все тектонические процессы как результат сморщивания верхней оболочки постепенно остывающей Земли.

Итак, тектонические движения, обладая диахронным циклическим типом периодичности, благодаря астрономическим причинам, скользят с запада на восток и проявляются асинхронно и регионально-синхронно. Проходя через материки и океаны, они создают колебания уровня Мирового океана.

Однако тектонические движения при наложении на колебания уровня океанов затушевывают их глобальное синхронное выражение, и они проявляются в виде трансгрессий и регрессий регионально-синхронно, хотя и на огромных территориях.

Все местные тектонические явления, воздействуя на биосферу, суммируются ее подвижными оболочками и имеют глобальные последствия. Тектонические движения, ответственные за соотношение суши и моря на нашей планете и поставку в биосферу вещества литосферы, работают по космическому расписанию. Они осуществляют внешние воздействия на биосферу.

Чтобы ответить на вопрос, как реагировала биосфера на эти воздействия, необходимо восстановить историю развития биосферы, которая записана в земных недрах.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ ФАНЕРОЗОЯ

В связи с тем, что осадочные толщи и осадочные полезные ископаемые являются продуктами на выходе биоМалиновский Ю.М. Нефтегазовая литология сферы, они содержат всю информацию о ее функционировании. Однако чтобы понять, как работает биосфера, изучая продукты на ее выходе, необходимо знать, как они организованы. Следовательно, возникает задача построения статической системы продуктов на выходе биосферы и последующего ее исследования.

«Периодическая система фанерозойских трансгрессий»

в виде синфазного сопоставления трех крупных волн затопления материков (см. рис. 2.2) у нас уже имеется. Если мы на нее нанесем данные о стратиграфическом положении осадочных толщ разного литологического состава и данные об осадочных полезных ископаемых, то получим систему, в которой участвуют и продукты на выходе биосферы, и данные о внешних воздействиях, т. е. «Периодическую систему геологических событий фанерозоя».

Верхняя оболочка Земли из осадочных горных пород стратисфера - это не что иное, как геологическая летопись биосферы. В ее слоях заключено колоссальное количество информации о связях биосферы с космосом и земными глубинами, о ее поведении на протяжении миллиардов лет в ответ на внешние воздействия. Эта информация закодирована в бесчисленных сочетаниях разных слоев осадочных и метаморфических (бывших осадочных) горных пород.

Понятно, что в идеальном виде такой информации пока получить невозможно. Вместе с тем геологическое изучение планеты продвинулось за последние десятилетия настолько, что уже можно понять порядок на «складе продуктов» биосферы. Прежде всего он прослеживается в закономерной повторяемости в разрезе стратисферы характерных сочетаний горных пород и месторождений полезных ископаемых в периодичности их накопления. Резкий рубеж в качестве информации приходится на границу докембрия и фанерозоя. Он обусловлен появлением скелетных форм организмов, изучение которых позволило геологам разработать существующую относительную геохронологическую шкалу.

Поэтому все внимание мы сосредоточим на периодичности геологических процессов в течение фанерозоя. Тем более что нам уже известен характер тектонических воздействий на биосферу в течение этого времени.

Надо сказать, что идеальной периодичности в природе вообще не существует. Изменяется даже продолжительность суточного вращения Земли - такого, казалось бы, идеально циклического процесса. Идеально циклическим процессом считается обращение Земли вокруг Солнца, период которого (звездный год) принят в качестве эталона времени. Сложная взаимосвязь и субординация геологических процессов, их наложение друг на друга, кажется, вообще исключает возможность существования строго периодических процессов в геологии, а наши средства определения длительности геологических событий еще далеки от совершенства. Это приводит, с одной стороны, к невозможности точного определения периодов, а с другой стороны - к выделению «идеальных» периодов. Поэтому, строго говоря, периодичность, ритмичность и цикличность геологических процессов являются квазипериодичностью, квазиритмичностью и квазицикличностью. Однако в связи с тем, что в геологии процессов с идеальными названными свойствами не существует, приставку «квази» можно отбросить, но постоянно о ней помнить.

4.1. Периодичность накопления полезных ископаемых Выявление закономерных повторений в распределении месторождений полезных ископаемых в разрезе земной коры важно не только с позиций определения прошлых состояний биосферы, но и для поисков самих полезных ископаемых. В этом случае появляется возможность прогнозировать нахождение месторождений в отдельных относительно узких интервалах разреза стратисферы.

Малиновский Ю.М. Нефтегазовая литология Для того чтобы построить более детальные схемы распределения в разрезе земной коры месторождений полезных ископаемых, необходимо использовать данные только о тех месторождениях, для которых возраст вмещающих толщ определен с необходимой точностью, а остальные отбраковывать как несоответствующие условиям эксперимента. Однако и такой прием не позволяет выявить периодичность накопления месторождений, поскольку неизбежны пропуски эпох образования месторождений из-за того, что не все они известны. Возникает задача: как обнаружить скрытую периодичность их накопления? Она может быть решена с помощью метода синфазного сопоставления крупных циклов развития геологических процессов, к которому мы уже прибегали при выделении ритмов длительностью около 22 млн. лет в герцинском и каледонском циклах колебаний уровня Мирового океана (см. рис. 2.2).

Если сопоставление крупных циклов проведено верно, а биосфера однотипно отвечала на тектонические воздействия в течение последних 500 млн. лет, то месторождения полезных ископаемых, как результаты ее деятельности, должны быть синфазны, т. е. располагаться в одноименных фазах крупных циклов колебаний уровня Мирового океана.