[ В.М. Цейслер
ФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ
Допущено
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
дипломированных специалистов
«Прикладная геология»
Москва
Издательство Российского университета дружбы народов 2002 Утверждено Б Б К 26. 3 РИС Ученого совета Ц29 Российского университег дружбы народов Рецензенты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Е. Шлезингер, кафедра исторической геологии Санкт-Петербургского университета Цейслер В.М.
Ц29 Формационный анализ: Учебник. - M.: Изд-во РУДН, 2002. - 186 с : ил.
ISBN 5-209-01459- Книга является первым ориишадьным учеоником по дисциплине, которая включена в учебные планы подготовки инженеров-геологов в вузах России и ближнего зарубежья более десяти лет тому назад. До настоящего времени дисциплина обеспечивалась только научными пуб ликациями и внутривузовскими учебными пособиями, В соответствии с программой дисциплины охарактеризованы ос новные методы выделения, изучения, классификации геологических фор маций как осадочных толщ, магматических и метаморфических комплек сов. Приведены сведения об основных типах геологических формаций.
Рассмотрены приемы анализа геологических формаций в связи с реше нием вопросов стратиграфии, палеогеографии, палеотектоники и текто нического районирования, прогнозной оценки территорий.
Для студентов-геологов, магистрантов, аспирантов и лиц, зани мающихся вопросами региональной геологии, тектоники и минерагении.
ISBN 5-209-01459-2 ББК 26. © Издательство Российского университета дружбы народов, © Цейслер В.М.,
ВВЕДЕНИЕ
В пространственном размещении горных пород сущест вует определенная упорядоченность, выраженная в том, что отдельные породы распространены не изолированно, а обра зуют закономерные ассоциации, объединяющие разности, близкие по условиям образования и вещественному составу, или же наборы пород, возникшие при повторяющихся изме нениях условий образования, что выражено их чередовани ем.Устойчивые во времени и в пространстве закономерные ассоциации горных пород, связанные единством веществен ного состава и строения, обусловленным общностью их про исхождения или сонахождения, получили название геологи ческих формаций в широком смысле этого термина. В разре зе земной коры они слагают различные геологические тела:
толщи, комплексы, массивы. Другими словами, это типич ные по составу и (или) строению толщи (комплексы) осадоч ных, магматических и метаморфических пород, составляю щие в совокупности земную кору. Каждая геологическая формация - определенная геологическая система, вещест венная категория соответствующего ранга.
Изучение состава и строения земной коры проводится на нескольких уровнях познания: геохимическом, минералоги ческом, петрографическом, формационном, структурновещественном, оболочечном. Изучением распределения в земной коре химических элементов занимается геохимия.
Минералогия изучает земную кору с позиций распределения в ней минералов. Закономерности размещения в земной коре горных пород изучают петрография и литология. Учение о геологических формациях ставит перед собой задачу изучить земную кору на уровне тел ассоциаций горных пород - фор маций и ассоциаций формаций. Более крупные структурновещественные категории - структурно-формационные зоны и слои земной коры изучают геотектоника и геофизика.
Положение геологической формации в иерархии вещест венных категорий земной коры выглядит следующим обра зом: химический элемент - минерал - горная порода - геоло гическая формация - формационный комплекс - оболочка земной коры.
Современные представления о геологических формациях и методике формационного анализа развивались преимуще ственно на основе изучения осадочных толщ. Формационный анализ магматических и метаморфических комплексов имеет ряд особенностей, но в целом его содержание во многом опирается на положения, разработанные при анализе осадоч ных толщ.
В учении о геологических формациях существует много спорных, еще не решенных вопросов. Некоторые из них оп ределяются широким спектром проблем, которые пытаются решать специалисты разных направлений с помощью фор мационного анализа при ограниченном числе работ, посвя щенных детальному всестороннему изучению отдельных ти пов формаций и их групп. Тем не менее, в последние десяти летия выделение и анализ геологических формаций прочно вошли в практику геологических исследований. Наличие той или иной ассоциации горных пород уже само по себе свиде тельствует о возможности обнаружения определенного типа полезного ископаемого, а также служит индикатором палео географической, палеотектонической, палеогеодинамической обстановок, определяет стиль деформаций, инженерногеологические и гидрогеологические условия.
В настоящее время учение о геологических формациях является учением об осадочных толщах, магматических и метаморфических комплексах как самостоятельных геологи ческих системах, вещественных категориях определенного уровня. Это учение об их составе, строении, формах обособ ления, обстановках формирования, приуроченности к струк турам земной коры и о положении в них полезных ископае мых.
Для понимания обстановки формирования осадочных комплексов важное значение имеют работы, связанные с изучением процессов современного осадконакопления в раз личных ландшафтных зонах, а также материалы бурения скважин в океанах. Формирование магматических комплек сов в современных условиях можно наблюдать в зонах вул канизма. Что же касается метаморфических серий, то пред ставления рб обстановке их формирования основываются преимущественно на косвенных данных.
Исследователь обращается к геологическим формациям с определенной целью - выявить закономерности в строении и истории развития земной коры, в размещении на площади полезных ископаемых. В зависимости от цели исследования выбирается объем геологических тел, которыми приходится оперировать. Поэтому всегда при выделении формаций при сутствует элемент целевого подхода. Целевой подход при выделении формаций позволяет видеть в них прежде всего индикаторы для оценки палеогеографической обстановки и палеотектонического режима, минерагенических особенно стей регионов. Не каждое сообщество горных пород может служить подобным индикатором. Нередко в качестве инди каторов выступают сообщества формаций.
В современной геотектонике при палеогеодинамических построениях вместо геологических формаций нередко ис пользуется понятие «литогеодинамический комплекс». В ро ли литогеодинамических комплексов-индикаторов геодина мических режимов выступают разноранговые вещественные категории. В одном случае индикаторами являются наборы химических элементов в горных породах, в другом - сами горные породы, в третьем - геологические формации или их ассоциации. Таким образом, понятие «литогеодинамический комплекс» отличается от понятия «геологическая формация»
отсутствием ранговости в подходе при выделении вещест венных категорий.
Учение о геологических формациях в виде самостоятель ной дисциплины «Основы формационного анализа» вошло в планы подготовки специалистов в инженерно-технических вузах России и СНГ. Необходимость курса при подготовке инженеров-геологов предопределена уровнем развития гео логической науки и широким практическим использованием карт геологических формаций как геологической основы для структурно-тектонического, инженерно-геологического рай онирования, прогноза полезных ископаемых и подземных вод. Ныне эта дисциплина в соответствии с ГОСом именует ся «Формационный анализ». Предлагаемая работа обобщает многолетний опыт преподавания автором курса в МГРИ (МГГА, он же МГГРУ). Ее содержание соответствует типо вой программе курса, а поэтому она может быть использова на как учебник для студентов вузов и как методическое по собие для специалистов, занимающихся формационным анализом. При работе над учебником были использованы мате риалы ранее опубликованной книги «Анализ геологических формаций» /35/.
Первая часть учебника посвящена методике выделения и изучения формаций и их краткой систематической характе ристике. Во второй части раскрываются возможности собст венно анализа геологических формаций как метода палеогео графических и палеотектонических реконструкций, тектони ческого районирования, минерагенического прогноза на ос нове изучения пространственного размещения геологических формаций. Основное внимание в учебнике уделено характе ристике осадочных формаций и их анализу. Магматические и метаморфические формации охарактеризованы кратко.
При изучении дисциплины важное место отводится ана лизу карт геологических формаций, колонок, профилей с на несенными на них геологическими формациями.
При составлении макета учебника неоценимую помощь автору оказал А.В.Туров.
Автор с благодарностью воспримет все конструктивные замечания и пожелания, которые следует направлять по ад ресу: 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая 23. МГГРУ - ка федра региональной геологии и палеонтологии или 117923, Москва, ул. Орджоникидзе 3, РУДН - кафедра петрографии, минералогии, кристаллографии.
ЧАСТЬ I. ПРИЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ГЛАВНЕЙШИЕ
ТИПЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ
ГЛАВА 1. УЧЕНИЕ О Г Е О Л О Г И Ч Е С К И Х
ФОРМАЦИЯХ - У Ч Е Н И Е О Б ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩАХ,
МАГМАТИЧЕСКИХ И М Е Т А М О Р Ф И Ч Е С К И Х
КОМПЛЕКСАХ
1.1. УЧЕНИЕ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ СРЕДИ НАУК
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА
* Учение о геологических формациях - относительно мо лодое направление среди наук геологического цикла. Оно оформилось благодаря усилиям литологов, стратиграфов, тектонистов, специалистов по полезным ископаемым. При выяснении общих закономерностей строения и истории раз вития земной коры, эволюции магматизма, палеогеографиче ских обстановок, размещении месторождений полезных ис копаемых оказалось удобнее оперировать не отдельными ти пами и слоями горных пород, а целостными толщами, ком плексами однотипных горных пород, получивших в общем случае наименование геологических формаций. Действи тельно, только обратившись к природным ассоциациям гор ных пород как целостным геологическим системам, стано вится возможным решать задачи, связанные с палеотектоническими реконструкциями, тектоническим районированием, минерагеническим прогнозом. Исследователи разных на правлений и школ при объединении горных пород в естест венные ассоциации - геологические формации пользовались различными критериями и изначально неодинаково понима ли сам термин - геологическая формация. Для одних иссле дователей был важен возраст толщи, для других - ее состав и строение, третьи главное место среди критериев выделения естественных ассоциаций отводили их генезису, четвертые местоположению толщ в разрезе крупных седиментационных циклов и т.д.Ныне учение о геологических формациях оформилось как самостоятельное научное направление - учение об осадоч ных толщах, магматических и метаморфических комплексах:
геологических системах определенного иерархического (надпородного) уровня организации вещества. В учении рас сматривается состав, строение, формы выделения, положе ние в структурах земной коры, обстановки формирования, минерагеническая специализация этих систем.
Учение о геологических формациях вобрало в себя эле менты стратиграфии, литологии, петрографии, структурной геологии, учения о полезных ископаемых в такой же мере, как петрография, например, включила в себя элементы ми нералогии, кристаллографии, физической химии и проч.
Большой вклад в становление этого учения внесли многие выдающиеся российские геологи.
Геологические формации в земной коре образуют круп ные геологические тела. При изучении их вещественного со става и внутреннего сложения применяются методы литоло гии, петрографии, при оценке возраста - методы стратигра фии, структурной геологии, при выявлении обстановки об разования - методы генетического анализа. Положение в них полезных ископаемых оценивается методами поисковоразведочного дела. Тело геологической формации настолько велико, что его восприятие как целого возможно при геоло гическом картировании, при составлении профильных разре зов, серий колонок, блок-диаграмм. Выводы о тектонических режимах, палеогеографических обстановках, минерагении, основанные на анализе пространственного и временного размещения формаций в разрезе земной коры, базируются на сравнительном изучении геологических формаций.
В учении о геологических формациях намечаются две по следовательно решаемые группы задач. Первая группа задач предусматривает выделение формаций, их изучение, типиза цию, установление коррелятивных связей между типами формаций и тектоническими структурами, палеогеографиче скими обстановками, полезными ископаемыми. Вторая груп па задач связана с ретроспективными построениями на осно ве ранее выявленных закономерностей состава и строения формационных залежей, их пространственных и временных взаимоотношений с тектоническими структурами, а также осуществлением тектонического, инженерно-геологического, гидрогеологического районирования и прогнозной оценки территорий. В определенной мере эти две группы задач отвечают так называемым «прямой» и «обратной» задачам геофизики, когда вначале изучаются геофизические поля из вестных геологических объектов, а потом на основе разного типа геофизических полей прогнозируются геологические объекты. Естественно, что степень обоснованности выводов, получаемых при решении второй группы задач, напрямую зависит от степени решения задач первой группы.
Учение о геологических формациях тесно связано со смежными направлениями геологической науки. Для литолога, петрографа выделение геологических формаций пред ставляется итогом их исследований. Для тектониста, гидро геолога, поисковика, специалиста по инженерной геологии геологическая формация представляет собой инструмент, с помощью которого он осуществляет свои исследования
1.2. ИСТОРИЧЕСКИЕ ВЕХИ В УЧЕНИИ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ФОРМАЦИЯХ
В развитии представлений о геологических формациях условно можно наметить два этапа: 1) с середины XVIII до начала XX в.; 2) с середины 30-х гг. XX в. и до настоящего времени.Первый этап отвечает времени появления и истории ис пользования термина «геологическая формация». Второй этап - становлению самого учения о геологических форма циях. Появление термина «геологическая формация» связы вают с Г. Фюкселем (1722—1773), И. Леманном (1700— 1767), А. Вернером (1749—1817).
Г. Фюксель и А. Вернер в качестве формаций выделяли толщи горных пород по вещественному составу (формации медистых сланцев, раковинного известняка, цехштейна и др.), которые выстраивались в определенном порядке в стра тиграфической схеме А. Вернера от пород «первозданных» к «переходным», «флецевым», «наносам» и вулканическим породам.
В начале IX в. И. Гейм, С. Брейслак, К. Прево использо вали этот термин для обозначения генетической природы толщ. Генетическое понимание термина было воспринято многими геологами.
На II сессии МГТС, состоявшейся в Болонье в 1881 г., тер мин «геологическая формация» был официально исключен из стратиграфической номенклатуры и рекомендован для ис пользования при характеристике генезиса толщ. Однако гео логи США этим термином обозначают стратиграфические подразделения и в настоящее время.
На рубеже XIX и XX вв. термин наполняется новым со держанием. М. Бертран, изучая геологию Альп, применил термин «формация» для обозначения крупных комплексов горных пород, выделяющихся в разрезах разновозрастных геосинклинальных областей (гнейсы - сланцевый флиш флиш - моласса). Стратиграфическая последовательность таких комплексов («тектонофаций») отвечает полному циклу геосинклинального развития. Идея о формациях как крупных комплексах пород получила развитие в работах Л.Кобера, а также в работах многих российских тектонистов.
Таким образом, в начале XX в. этот термин использовался в нескольких значениях: вещественном (петрографическом), генетическом, стратиграфическом, тектоно-стадиальном.
По-видимому, одновременно с перечисленными четырь мя значениями развивалось пятое — прикладное, минерагеническое. Это направление возникло с момента появления самого термина, о чем свидетельствуют наименования:
«формация медистого сланца», «бурого угля» в работах А. Вернера.
Середина 30-х — 40-е гг. XX в. соответствуют началу но вого этапа в развитии представлений о геологических фор мациях и последовательному созданию элементов учения.
Первые публикации принадлежали Н.Б. Вассоевичу, а также В.И. Попову, М.А. Усову, Н.С. Шатскому, В.Е. Хаину.
В 1953 г. в Новосибирске состоялась 1-я Всесоюзная конференция по геологическим формациям, проведению ко торой способствовал интерес, проявленный к формациям со стороны ведущих геологов. В резолюции этой конференции было отмечено существование нескольких направлений в подходе к выделению, изучению и определению геологиче ских формаций. Была рекомендована формулировка опреде ления, предложенная сотрудниками ГИН АН СССР (Н. С.
Шатский, Н. П. Херасков, Б. М. Келлер, Н. А. Штрейс), в со ответствии с которой формациями являются «...естественные сообщества горных пород и других минеральных образова ний, отдельные члены которых (породы, слои, толщи и т. д.) парагенетически связаны друг с другом как в пространствен ном, так и в возрастном отношении (переслаивание и другие виды чередования, некоторые направленные ряды пород)».
Этот подход в литературе получил название парагенетического и противопоставлен генетическому. Последний разви вали литологи, рассматривая формации в последовательном ряду фациально-генетических понятий, как совокупность оп ределенных генетических типов отложений (фаций) Н. М. Страхов, Ю. А. Жемчужников, В. И. Попов и др.
Тектоно-стадиальное направление отстаивало выделение формаций как «тектонофаций» ~ комплексов образований, соответствующих определенным этапам, стадиям геосинк линального цикла (В. В. Белоусов, Н.Б. Вассоевич, В. Е. Xaин).
Можно с полной определенностью свидетельствовать, что в 50—60-е гг., как и сто лет назад, термин «формация»
исследователи продолжали использовать в нескольких смы словых значениях: применительно к свитам, однородным петрографическим комплексам, генетическим совокупностям отложений и частям разрезов геотектонических циклов, а также к образованиям, вмещающим определенный тип по лезного ископаемого. При этом явно повышенный интерес геологической общественности к формациям, определенная «мода на формации», способствовали тому, что почти в каж дой работе упоминался термин «геологическая формация», нередко при полном смешении понятий.
В 50—-60-е гг. значительный вклад в изучение геологиче ских формаций внесли И.В. Хворова, Л.Б. Рухин, В.Е. Хаин, Н.С. Шатский, Н.П. Херасков, Г.И. Теодорович, А.А. Богда нов, В.И. Попов и другие исследователи. Несмотря на обилие публикаций, их авторы, как правило, ограничивались выде лением стратиграфической последовательности формаций и указанием на их тектоническое положение.
Из числа исследований, посвященных разносторонней характеристике формаций, следует отметить работы Н.Б. Вассоевича по флишу, И.В. Хворовой по флишу и молассам, В.И. Попова по молассам, Н.С. Шатского по фосфоритоносным и марганцевоносным, Ю.Д. Жемчужникова - по угленосным формациям и др.
С начала 70-х годов работы по изучению геологических формаций приобрели определенные направления в соответ ствии с программами Междуведомственного тектонического комитета и Междуведомственного литологического комите та при О П Т АН СССР.
Результаты широкого обсуждения формационных иссле дований были опубликованы в материалах совещаний, ин формация*, сборниках. Появляются работы с обоснованием принципов выделения формаций и методологии формацион ных исследований (В.И. Драгунов, Ю.А. Воронин и Э.А.
Еганов, М.С. Дюфур и др.), с характеристикой методики тек тонического анализа геологических формаций (В.М. Цейс лер, К.В. Боголепов) и др.
На развитие учения о геологических формациях оказали существенное влияние многие исследователи: литологи, тек тонисты, металлогенисты. Поэтому неслучайно, что геологи ческим формациям отводится место в учебниках и моногра фиях по литологии, геотектонике, металлогении.
Основу учения о геологических формациях должны со ставить монографические исследования по отдельным груп пам и типам формаций. В настоящее время наиболее полно изучены состав, строение, условия образования осадочных флишевых, молассовых, некоторых терригенных, в том чис ле угленосных и красноцветньгх, рифовых карбонатных, эвапоритовых, осадочно-вулканогенных и кремнистых групп формаций. Их характеристике посвящены отдельные моно графии. В меньшей степени специально изучались другие группы формаций.
В двухтомной монографии В.И. Попова «Опыт классифи кации и описания геологических формаций» (1966, 1968) обобщены сведения по типам формаций - генетическим комплексам. Генетическим комплексам-формациям посвя щено крупное обобщение В.И. Попова и В.Ю. Запрометова/23/.
Изданы: «Карта осадочных и вулканогенных формаций территории СССР» масштаба 1:2500000 под ред. Э.Н. Янова, «Карта магматических формаций СССР» масштаба 1:2 500000 по ред. Д.С. Харкевича и В Н. Москалевой, двух томная монография «Магматические формации СССР» /11/, сводные работы по осадочным и осадочно-вулканогенным формациям Восточно-Европейской/5/, а также Сибирской (Н.С. Малич) платформ, по осадочным формациям подвиж ных поясов /39/.
Интерес представляет серия коллективных монографий сотрудников ВСЕГЕИ «Принципы и методы оценки рудоносности геологических формаций» /10,16/ под редакцией Д.В. Рундквиста, посвященных характеристике осадочных, магматических, метаморфических формаций.
Геологические формации являются основой содержания «Тектонической карты структурно-формационных ярусов СССР» масштаба 1:10000000 (В. И. Драгунов). Изданы двух томный терминологический справочник «Геологические формации» /4/, а также ряд карт геологических формаций для крупных регионов (Кавказ, Восточный Казахстан, Прибалти ка, Тихоокеанский подвижный пояс и др.). В этих работах отражен опыт коллектива геологов, работающих над различ ными аспектами учения о геологических формациях.
1.3. СОВРЕМЕННЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ
Понятие «геологическая формация» широко используется геологами разного профиля: стратиграфами, литологами, петрографами, тектонистами, металлогенистами. При общем однозначном понимании геологических формаций как сооб ществ горных пород представители разных направлений не одинаково оценивают признаки, которые позволяют обосо бить сообщества горных пород как геологических формаций.Составители терминологического справочника «Геологи ческие формации» /4/ собрали воедино множество определе ний термина «геологическая формация» из работ ведущих ученых, а также различные характеристики отдельных формационных типов. Анализ формулировок показывает, что каждый исследователь выбирает признаки, наиболее ему близкие по роду деятельности, важные для решения его практических задач. Это обусловливает субъективный под ход при выделении формаций.
При обособлении тел ассоциаций горных пород, именуе мых геологическими формациями, обычно учитываются сле дующие признаки:
1. Вещественный состав пород (определяется перечнем горных пород, составляющих толщу).
2. Строение толщи (определяется типами переслаивания - взаимоотношением пород в разрезе).
3. Мощность однородной толщи.
4. Степень обособленности в разрезе - характер взаимо отношения с покрывающими и подстилающими толщами;
5. Наличие определенного вида полезного ископаемого в разрезе толщи.
6. Возрастной объем толщи.
7. Генезис толщи.
8. Приуроченность к определенной структурной форме земной коры.
9. Положение в разрезе крупного тектоноседиментационного цикла (герцинского, альпийского и т.п.) Перечисленные признаки по своей сути могут рассматри ваться как прямые (1-5), наблюдаемые непосредственно в обнажении, и косвенные(6-7), объективные (1-6) и субъек тивные (7-9).
Рассмотрим, какую роль отводят представители разных направлений перечисленным признакам при выделелении формаций.
Фациально-генетическое направление. Использует тер мин «формация» для обозначения совокупностей генетиче ских типов отложений (фаций). Исследователи этого направ ления полагают, что, только установив генетическую приро ду отложений, доказав, что она одинакова для всей ассоциа ции пород, последнюю можно рассматривать в качестве той или иной формации (морской, лагунной, мелководной, глу боководной и т.д.).
Л.Б. Рухин определял формацию как генетическое сооб щество фаций, устойчиво образующихся на более или менее обширном участке земной поверхности при определенном тектоническом и климатическом режиме. Формации, по мне нию Л.Б. Рухина, накапливаются в течение длительных от резков времени — периодов, эпох и т. д. Комплексы фаций, образовавшиеся в меньшие отрезки времени, он называл субформациями.
В.И. Попов, наоборот, к формациям относил небольшие по объему генетические комплексы. В соответствии с его наиболее кратким определением /23/, формация представляет сообщество изогенетических горных пород, т. е. каждая формация объединяет породы одинакового происхождения.
Может оказаться, что в разрезе одной серии чередуются два или три генетических типа отложений в виде относи тельно маломощных слоев горных пород осадочного морско го, наземного или вулканического происхождения. Каждый из таких слоев, по В.И. Попову, отвечает своей формации, поскольку формация соответствует понятию «генетический тип».
При данном подходе исследователь стремится расчленить толщу на «формации» — генетические типы. Детальность исследования здесь будет выражаться в выделении много численных типов осадков, в той или иной мере различаю щихся по условиям осадконакопления, динамике среды о садко накопления, палеоландшафтам. Литолог в данном случае имеет дело с одним и тем же уровнем организации вещества — с горной породой, противопоставляя в роли «формаций» слои аллювиальных русловых песчаников пес чаникам морского генезиса и т. д.
Представитель генетического направления В.Т. Фролов писал, что для определения и выделения геоформаций петро графический признак не применяется /29,30/, а сами геофор мации вне зависимости от вещественного состава являются парагенезисом только генетических типов отложений. Как видно, это направление придает понятию «геологическая формация» совсем иное содержание. Формационный анализ в таком случае отождествляется с генетическим анализом осадочных и вулканогенных толщ, а сам термин соответствует понятию /фациально-генег^еокий комплекс».
Вне зависимости от объема толщ, которые выделяются в ранге формаций, сторонники этого направления из всех при знаков, характеризующих толщу, главным признаком для отождествления толщи с формацией считают генезис - при знак косвенный, нередко субъективный.
Тектоио-стадиальиое направление. Начало этому на правлению положено работами М. Бертрана. В нашей стране тектоно-стадиальное направление активно развивается в ра ботах тектонистов, некоторых литологов и петрографов, пы тавшихся выделение формаций увязать со стадиями развития земной коры и ее главнейших структурных элементов. В.Е.
Хаин наиболее обстоятельно • разработал тектоностадиальный подход к выделению формаций. По В.Е. Хаину, формация — естественное и закономерное сочетание (парагенез, комплекс, набор, ассоциация) горных пород (осадоч ных, вулканогенных, интрузивных), связанных общностью условий образования и возникающих на определенных ста диях' развития структурных элементов земной коры /32/.
В схемах исследователей, придерживающихся этого на правления, число формаций ограничено и определено субъ ективными представлениями авторов о количестве основных структурных элементов земной коры и числе стадий разви тия. В результате, в формации объединяются комплексы по род, накопившиеся в последовательные этапы крупных тектоно-седиментационных циклов (начальный, средний, ко нечный), разделенных эпохами горообразования и денуда ции. При данном подходе исследователи меньше всего вни мания обращают на вещественный состав отложений или особенности ландшафтной обстановки их накопления.
Этот подход ставит учение о формациях в зависимость от часто изменяющихся, нередко субъективных геотектониче ских концепций, превращая его в придаток геотектоники. В то же время этот подход создает существенные неопределен ности в понимании объемов толщ, выделяемых в ранге гео логических формаций, Принцип, положенный в основу вы деления формаций представителями этого направления, не однократно подвергался критике (Ю.А. Косыгин и др.).
Тектоно-стадиальное направление и разработанные в со ответствии с ним классификации формаций, основанные на концепции теории геосинклиналей, в настоящее время поте ряли свое значение, так как идеи новой глобальной тектони ки предполагают иные типы структурных элементов земной коры и иные стадии их развития.
Структурно-вещественное (парагенетическое) направ ление использует понятие «геологическая формация» по от ношению к сообществам горных пород определенного веще ственного состава и строения (сложения), которые устойчиво проявляются в разрезе земной коры.
Это направление получило развитие в нашей стране благодаря Н.С Шахскому и H.II Хераскову, разработавшим представления о геологических формациях как парагенезисах горных пород, подобно тому, как горные породы являются парагенезисами минералов /33,36/.
Определение формации, данное Н.С. Шатским и Н.П. Хе расковым, не лишено недостатков — оно включает разноуровенные и неоднозначные по смыслу понятия (например, горная порода — понятие вещественное, пачка, свита — стратиграфическое, отложения — генетическое). В результа те со ссылками на определение Н.С. Шатского даются раз личные толкования термина /41.
Заслуга Н.С. Шатского и Н.П. Хераскова в том, что они обратили особое внимание на необходимость изучения парагенезисов пород, использовали понятие «парагенезис» при определении формаций, показали, что понятие «парагенезис»
позволяет осуществлять единый методологический подход к выделению минеральных ассоциаций любого ранга: минера лов, горных пород, формаций. Вещественная категория лю бого ранга определяется только двумя признаками: составом и структурой. Все остальные признаки являются дополни тельными, характеризующими отдельные стороны вещества.
Структурно-вещественное направление ориентируется на два признака: минеральный состав пород, слагающих толщу и характер чередования пород в разрезе толщи.
Стратиграфическое направление. Этого направления придерживались представители сибирской школы геологов (М.А. Усов, М.К. Коровин, Л.Л. Халфин и др.). М.А. Усов определял формацию, как толщу непрерывных осадков, от деленную от других формаций тектоно-денудационным пе рерывом. Л.Л. Халфин определял формацию как естествен ную единицу локальной стратиграфии, представляющую со бой индивидуальный комплекс отложений, все члены кото рого связаны непрерывной последовательностью образова ния и который в целом меняется по простиранию в узких фациальных рамках, имея нижней и верхней границами пере рыв седиментации. Представители данного направления отождествляют формации со свитами, осадочными комплек сами, горизонтами, «циклами» и т. д., подчеркивая, что все формации индивидуальны и являются тектоностратиграфическими единицами. Из перечня признаков, при веденных в начале раздела, представители этого направления важнейшими считают ее обособленность в разрезе поверхно стями размыва.
Минерагеническое направление при изучении формаций пользуется большой популярностью. Выделяются угленос ные, соленосные, бокситоносные, фосфоритоносные, желе зорудные и прочие формации. Определяющая роль отводит ся присутствию в разрезе формации того или иного вида по лезного ископаемого. Остальные характеристики являются как бы второстепенными.
Сравнение формаций, выделенных на основе присутствия в них определенного типа полезного ископаемого, позволяет сделать вывод, что среди одной и той же минерагенической группы формаций выделяются толщи, отличные по мине ральному составу, строению, условиям формирования и др., т. е. в природе существуют разные угленосные, фосфорито носные, соленосные формации.
Существование перечисленных направлений в учении о формациях можно объяснить тем, что оно развивалось на стыке нескольких геологических наук специалистами разного профиля, в связи с решением различных зада,. Задачи определяют объемы комплексов отложений, используемых в качестве основной единицы при формационном анализе. При стратиграфических и минерагенических исследованиях тол щи «мысленно» дробятся до минимального объема, при историко-геологическом анализе те же толщи нередко объеди няют в более крупные комплексы. Тектонисты, в зависимо сти от иерархии изучаемых структур, оперируют толщами разных объемов, а при картографировании объем «форма ции» нередко определяется масштабом карты. Это приводит к множеству мнений и взаимоисключающих рекомендаций по поводу того, какой должна быть единичная «формация».
1,4, СООТНОШЕНИЕ ПОНЯТИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ И МАГМАТИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
Изучая совокупности горных пород - осадочные толщи, магматические и метаморфические комплексы мы использу ем целый ряд терминов - понятий, которые относятся к со вокупностям пород, характеризуя их в разных аспектах.Формация, генетический тип, фация, ассоциация генетиче ских типов, свита, серия, ярус, отдел, структурный этаж, структурный ярус, интрузив, интрузивный комплекс и мно гие другие - это термины, связанные с ассоциациями горных пород, составляющими земную кору.
Ассоциация горных пород ~ термин свободного пользова ния. В ассоциации могут объединяться породы по разным признакам, с разной целью. Говорят об ассоциациях глини стых пород, карбонатных пород, об ассоциациях пород субаэральных, субаквальных, мелководных, глубоководных, ас социациях вулканогенно-осадочных пород, вулканоплутонических пород и т.п.
Формация - вещественная категория рангом выше, чем горная порода. Ранее говорилось о том, что формация пред ставляет собой парагенетическую ассоциацию горных пород.
Формации, как и горные породы, выделяются по веществен но-структурным признакам.
Генетический тип отложений. Генетический тип отло жений - это совокупность горных пород, накопившихся в одинаковой палеогеографической обстановке, при господ стве определенных процессов транспортировки и отложения материала. Представления о генетических типах континен тальных отложений вошли в геологическую науку благодаря работам И.В. Павлова. Это аллювий, делювий, пролювий и т.д. Существенный вклад в учение о генетических типах континентальных отложений внес R B. Шанцер. Он подчер кивал, что осадочная формация, являясь совокупностью сло ев горных пород, выступает также как закономерное сообще ство генетических типов отложений. Тем не менее, надо иметь в виду, что одинаковое сообщество генетических ти пов отложений может быть представлено разными формациями. Резко различны по составу аллювий равнинных и горных рек, озерные отложения аридного и гумидного кли мата, мелководно-морские отложения экваториальной зоны и арктических морей. В результате различные по составу и строению толщи могут быть одинаковы с точки зрения их генезиса.
Генетический анализ формаций, т. е. изучение генезиса наборов пород, слагающих формацию, выяснение палеогеоморфологической, палеоклиматической, палеотектонической, палеогеохимической и прочих обстановок формирова ния совокупностей горных пород, находящихся в определен ных соотношениях - непременное условие изучения геологи ческих формаций. Без выяснения условий накопления и пре образования вещества формации невозможны палеотектонические и палеоклиматические реконструкции, прогноз по лезных ископаемых. Необходимо различать генетический анализ геологических формаций и фациально-генетический подход (генетическое направление) при их выделении.
Свита, серия - таксоны местной стратиграфической шка лы. В свиты объединяют совокупности горных пород, выде ляющиеся особенностями состава, строения, ископаемыми остатками, наличием характерных маркирующих горизонтов и т.д. Свита выделяется в разрезе осадочной толщи таким образом, чтобы ее было легко картировать. Она должна быть легко узнаваемой на местности. Нередко одна свита от дру гой отделена поверхностью перерыва. Серия объединяет не сколько свит. Ярус и отдел - таксоны общей стратиграфиче ской шкалы.
Структурный этаж (структурный ярус) объединяет со вокупность слоев горных пород, деформированных однотип но. Каждый структурный этаж отделен от смежного поверх ностью углового несогласия.
Таким образом, геологическая формация, генетический тип отложений, ярус (свита), структурный этаж - все пере численные термины относятся к совокупностям горных по род - к осадочным толщам. Однако эти термины использу ются для различных характеристик толщ. Формации выде ляются как толщи однородного вещественного состава или строения. Говоря о генетическом типе или совокупности ге нетических типов отложений мы подчеркиваем единство в ландшафтной обстановке накопления толщи. Свита - под разделение местной стратиграфической шкалы. Если она од нородна по составу и строению - она будет соответствовать конкретной формации. Свита может быть меньше объема формации, если внутри однородной толщи - формации, сви та выделяется благодаря наличию прослоев маркирующих слоев с остатками ископаемой фауны. Свита может объеди нять несколько внешне сходных составом или строением формаций. В структурный этаж (структурный ярус) объединяются толщи, одинаково деформированные, отделенные от выше- и нижележащих поверхностями угловых несогласий, вне зависимости от их состава, генезиса, возраста. Как пра вило, структурный этаж объединяет несколько формаций, иногда может соответствовать одной.
При выделении формаций мы объединяем в толщу слои горных пород тем же способом, каким объединяются мине ралы в горные породы. В остальных случаях мы ставим пе ред собой цель сгруппировать смежные слои горных пород таким образом, чтобы передать некоторые характеристики этого вещества. В одном случае в пространстве ограничиваются ассоциации: горных пород одинакового генезиса (гене тический тип); в другом - ассоциации пород, пригодные для региональных стратиграфических корреляций (свита); в третем случае - ассоциации пород, в разной степени и в разное геологическое время испытавшие деформации (структурный этаж). «Целевых» ассоциаций пород, выделенных по разным признакам, можно предложить бесчисленное множество, и каждая будет иметь свои ограничения в пространстве в зави симости от того, какую характеристику вещества земной ко ры мы хотим более выпукло представить.
Необходимо твердо условиться, что геологическая фор мация — категория вещественная, генетический тип — гене тическая, свита — стратиграфическая, структурный этаж — структурная (тектоническая). Ставить в один ряд эти катего рии, как это нередко делается, неправильно. В то же время в конкретных случаях осадочные толщи, рассматриваемые как формации, очень часто совпадают по своему объему со сви тами. Осадочная формация, как правило, выступает в качест ве ассоциации генетических типов отложений. Структурный этаж обычно объединяет несколько формаций, но может соответствовать толще, выделяемой в ранге формации (рис. 1).
Совокупность магматических плутонических порд, обо собленных в пространстве в форме единого тела, называют интрузивом. Одновозрастные интрузивы одного состава в конкретном регионе именуют интрузивным комплексом (баргузинский интрузивный комплекс, таннуольский интру зивный комплекс, становой интрузивный комплекс и проч.).
Одинаковые по составу и строению интрузивные комплексы вне зависимости от их возраста и пространственного расположения объединяются в плутонические магматические формации. Интрузивный комплекс выступает в роли пред ставителя определенного типа магматической формации т.н. конкретной формации. Последовательность формаций одного тектонического цикла составляет ряд магматических формаций.
В опубликованной литературе существует путаница в от ношении терминов, используемых при характеристике оса дочных толщ. М.А. Усов и многие западносибирские геологи отождествляли формации и свиты. Г.Ф. Крашенинников в один иерархический ряд ставил генетические и веществен ные категории (фации, генетические типы и формации).
О.А. Вотах и К.В. Боголепов вещественые категории (поро ды, формаци) ставили в один иерархический ряд со струк турными (структурный этаж, платформа, складчатая область и т. п.). Можно привести много примеров, когда авторы, рас сматривая интересующие нас понятия, при переходе на очередной иерархический уровень «перескакивают» от понятий генетических к вещественным, от вещественных — к чисто структурным и снова — к вещественным. Это объясняется, вероятно, тем, что терминология генетических, веществен ных, структурных иерархических таксонов не разработана.
ГЛАВА 2. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ
2.1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМАЦИИКАК ПАРАГЕНЕЗЫ ГОРНЫХ ПОРОД
Понятие «парагенезис» первоначально обозначало место и способ пространственного сонахождения минералов («смежность» по В. М. Севергину). Более детально это поня тие разработано А. Брейтгауптом. На Международном кол локвиуме в 1966 г. во Фрейберге было сформулировано сле дующее определение термина «парагенезис»: «Парагенезис минералов — это минеральная ассоциация, возникшая зако номерно в ходе одного процесса, ограниченного в простран стве и времени и протекавшего в определенных физикохимических условиях».Академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг в 1935 г. писал, что для освещения генезиса различных осадочных пород важно изучение парагенетических соотношений, т.е. условий со вместного нахождения как различных минералов одной и той же горной породы, так и различных пород.
Н.П. Херасков и Н.С. Шатский через парагенезис горных пород определили геологические формации. Н.С. Шатский подчеркивал, что эмпирическое выделение формаций как парагенезисов — это не временный метод, связанный с недос татком наших знаний, а наиболее правильный и объективный подход к выделению формации/36/.
Парагенетическая ассоциация выражается перечислением горных пород (минеральных ассоциаций), которые ее со ставляют. Перечисление горных пород, входящих в парагенетическую ассоциацию, нередко именуют «набором пород».
В составе «набора» выделяют главные (обязательные) и вто ростепенные (необязательные) члены парагенезиса. Главные члены характеризуют парагенезис вне зависимости от воз раста и местоположения толщи. Второстепенные члены мо гут присутствовать не в каждом из них. Обычно их содержа ние в разрезе невелико - до 5% от мощности в центральных частях формационных залежей.
Например, разрез таврической серии Горного Крыма сла гают алевролиты, мелкозернистые песчаники, аргиллиты, глинистые сидериты, гравелиты. Алевролиты, мелкозерни стые песчаники и аргиллиты, перемежаясь в виде пластов небольшой мощности, составляют разрез всех пачек таври ческой серии. В отдельных пачках присутствуют гравелиты, в других - глинистые сидериты. Иногда они отсутствуют в разрезе. Алевролиты (и мелкозернистые песчаники) вместе с аргиллитами являются главными членами парагенезиса, гра велиты и глинистые сидериты - второстепенными.
В разрезе карбонатной толщи среднего-верхнего карбона южного крыла Московской синеклизы среди биогенных из вестняков и доломитов, которые являются главными членами парагенезиса, как второстепенный член присутствуют редкие прослои пестрых глин. К второстепенным членам парагенеза Н.С. Шатский относил прослои углей, бокситов и сиаллитов в разрезе визейской каолин-кварцевой толщи западного кры ла Московской синеклизы. Следует отметить, что второсте пенные члены парагенеза, отражая его индивидуальность в данном месте, в определенное время, часто имеют важное значение для восстановления обстановки формирования па рагенеза, а также являются полезными ископаемыми.
2.2. ФОРМАЦИЕОБРАЗУЮЩИЕ И АКЦЕССОРНЫЕ
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Рассматривая геологическую формацию в едином иерар хическом ряду вещественных категорий, составляющих зем ную кору (минерал - порода - формация - формационные комплексы нескольких порядков - слои земной коры), мы вправе в учении о формациях использовать многие понятия, более полно разработанные в минералогии, петрографии.Это касается, прежде всего, подходов при характеристике форм минеральных скоплений, их распределения в про странстве, частоты встречаемости и многого другого.
Общее число ныне известных минералов насчитывает не сколько тысяч. Однако их ограниченное число способно об разовывать устойчивые минеральные ассоциации - горные породы. Петрографы эти минералы называют породообра зующими. Полная аналогия имеет место при сравнении об щего числа известных горных пород с теми, которые способ ны образовывать крупные скопления в виде осадочных толщ, магматических комплексов. Три группы пород - песчаники, глинистые сланцы и известняки составляют 95% объема оса дочной оболочки. Содержание других хорошо известных ти пов осадочных пород ничтожно мало. То же касается магма тических горных пород, среди которых наиболее широко распространены базальты. Таким образом, только ограни ченное число групп осадочных и магматических пород в раз резе земной коры образуют крупные скопления.
С точки зрения формационного анализа среди осадочных пород следует обозначить четыре группы. Во-первых, это горные породы, способные образовывать значительные по мощности монопородные толщи (писчий мел, кварцевые песчаники, граувакковые песчаники, кораллововодорослевые известняки). Их содержание в объеме толщи может достигать 80-90%. Во-вторых, это породы, которые только в наборе с другими создают толщи (каолиновые, монтморилонитовые глины, ангидриты, некоторые разности из вестняков). Их содержание в разрезе обычно не превышает 30%. Обе группы пород могут рассматриваться как формациеобразующие, так как их представители обычно выступа ют в роли главных членов породных ассоциаций. Формациеобразующим породам противопоставляются две группы ред ких пород. Одна из них, как правило, не образует крупных самостоятельных скоплений (фосфориты, бокситы, каменные угли, сидериты) и встречается в форме отдельных пластов в толщах; другая - породы, встречающиеся крайне редко (из вестковые туфы, гипсовые пески, брекчии). Последние две группы пород можно отнести к акцессорным.
Формациеобразующие породы образуют ряд, в который входят горные породы, широко распространенные в крупных скоплениях в разрезе земной коры. Это большинство алюмосиликатных обломочных, алюмосиликатных глинистых, кар бонатных, кремнистых, сульфатно-хлоридных пород. Перемежаясь в пространстве, они слагают тела осадочных форма ций. Формациеобразующие породы в составе конкретной формации выступают как главные (обязательные) элементы системы - главные члены парагенезиса (по Н.С.Шатскому).
Они же могут являться второстепенными членами в кон кретном парагенезисе.
Акцессорные породы образуют ряд, состоящий из пород окисно-марганцевой, окисно-железистой, фосфатной, глино земистой групп, каустобиолитов, некоторых видов карбонат ных, сульфатных, хлоридных пород. В составе формации они присутствуют как второстепенные, необязательные члены породной ассоциации. Акцессорные породы создают инди видуальность конкретной формации, часто они помогают оценить ее генезис, нередко определяют минерагеническую специализацию. В некоторых случаях относительное содер жание акцессорных пород в отдельных частях тела формации бывает настолько значительным, что они становятся главны ми членами породной ассоциации, образуя месторождения полезных ископаемых (фосфориты, угли, железистые поро ды, бокситы).
При характеристике осадочных формациеобразующих пород нами используется структурно-вещественный подход к их систематике /25/. Систематика магматических пород также основана на их разделении по веществу (кислотность, щелочность) и структуре.
2.3. ФОРМАЦИЕОБРАЗУЮЩИЕ ОСАДОЧНЫЕ
ПОРОДЫ
Важнейшее место среди формациеобразующих занимают алюмосиликатные обломочные (терригенные) и глинистые, карбонатные породы. Сульфатные, галогенные, железистые, кремнистые породы имеют меньшие объемы в разрезе зем ной коры.Алюмосиликатные породы. Толщи, сложенные преиму щественно алюмосиликатными породами, подразделяются по гранулометрии на крупнообломочные (гравийноконгломератовые и проч.), мелкообломочные (песчаниковоалевролитовые), пелитовые (глинистые, глинистосланцевые), а также смешанные (глинисто-песчаниковые, глинисто-глыбовые, конгломератово-песчаниково-глинистые и т.д.) Гранулометрия пород, слагающих толщу, в общем случае позволяет судить о тектоническом режиме времени осадкообразования. Важным показателем конседиментационной обстановки (тектонического режима, а также палео географии) является минеральный состав обломочного и глинистого материала. В одних условиях накапливаются кварцевые пески, в других - полимиктовые пески и граувакки, туфопесчаники. Ценным показателем является первичная окраска пород, обусловленная валентностью железа, приме сью органического вещества и пр.
Толща - формация в том случае является индикатором палеогеографической обстановки и тектонического режима, если при группировании пород мы будем учитывать уста новленные коррелятивные связи между типами пород и обстановками их осадконакопления. Этим определяется целе вой подход и объем толщи, выделяемой в ранге единичной формации.
Видом формациеобразующей породы должна служить разность, обладающая максимальной информативностью для ретроспективных построений и прогноза полезных ископае мых. Такими разностями среди алюмосиликатных обломоч ных пород являются: кварцевая грубообломочная порода (включая кварцевый конгломерат и гравелит), полимиктовая грубообломочная порода (конгломерати гравелит), туфоконгломерат и туфобрекчия, кварцевая мелкообломочная по рода (песчаник-алевролит), аркозовый песчаник, граувакковый песчаник, туфопесчаник и др. В качестве формациеобразуюего вида могут рассматриваться разности пород смешан ного минерального состава: кварцево-аркозового, кварцевограуваккового.
При выделении формациеобразующих видов среди гли нистых пород определяющим является минеральный состав глинистых минералов (каолинитовые, гидрослюдистые хло рит-гидрослюдистые, монтмориллонитовые и др. глины).
Для оценки палеогеографической обстановки осадконакоп ления важным показателем является первичная окраска глин (красноцветные и пестроцветные глинистые толщи, зелено вато-голубые, темноцветные - «черносланцевые»). При пре вращении глин в аргиллиты, глинистые сланцы, филлиты, установить их первичный минеральный состав часто не представляется возможным.
Диагностика минерального состава обломочных и глини стых пород является непременным условием при их группи ровании в формации. Каолин-кварцевая мелкообломочная ассоциация по многим параметрам будет отличаться от гидрослюдисто-граувакковой мелкообломочной. Указанные ас социации накапливались в несхожих палеогеографических и палеотектонических обстановках, для них обычны разные полезные ископаемые, да и строение этих ассоциаций, как правило, различно. В то же время обе они относятся к об ширной группе терригенных алюмосиликатных формаций, являясь «песчаниково-глинистыми».
Выделение формациеобразующих видов среди алюмо силикатных пород и группирование видов пород в толщи по зволяет расчленить внешне однообразные толщи терриген ных накоплений на самостоятельные формации - индикато ры стабилизации и активизации былых тектонических режи мов, изменений климата, палеогеографической обстановки.
Эти же формации позволяют оценить приуроченность полез ных ископаемых к определенным интервалам разреза.
Карбонатные породы. Среди карбонатных толщ по со ставу выделяются известняковые, доломитовые и смешанные (известняково-доломитовые). Они могут быть целиком сло жены различными типами известняков, доломитов. Кроме того, карбонатные породы широко распространены в разре зах смешанных толщ алюмосиликатно-карбонатного, крем нисто-карбонатного, сульфатно-карбонатного состава, явля ясь в них главными членами породных ассоциаций. Как из вестно, карбонатные породы накапливаются в разной обста новке (от субаэральной до морской глубоководной) в резуль тате обломочной, биогенной, хемогенной седиментации. По этому определение разностей пород, принимаемых как формациеобразующие виды, важно для формационного анализа.
Известняки по типам структур (и генезису) обычно под разделяются на обломочные, биогенные и биогеннохемогенные. Среди обломочных известняков формациеобразующие виды устанавливаются на основе гранулометрии.
Крупнообломочные (известняковые брекчии и конгломера ты) и мелкообломочные известняки обычно слагают круп ные шлейфы вокруг рифовых массивов, а нередко образуют самостоятельные формационные тела. Некоторые обломоч ные известняки красноцветны.
Среди органогенных известняков формациеобразующие виды устанавливаются по типам породообразующих орга низмов: строматолитовые, кокколитофоридовые, коралло вые, кораллово-водорослевые, археоциатовые, устричные, мшанковые и проч. Этот подход обеспечивает выделение различных типов известняковых формаций. Например, раз рез верхней юры - эоцена в Крымско-Кавказской области некоторыми исследователями рассматривался как единая «карбонатная формация». В действительности, в карбонат ном разрезе выделяются формации: типа «аммонитико рос са» (в юре и нижнем мелу), кораллово-водорослевых извест няков (в верхней юре), кокколитофоридовых известняков мергельно-меловые (в верхнем мелу и эоцене), нуммулитовых известняков (в эоцене) а также многие другие формации резко различные по наборам карбонатных пород, внутренней структуре, обстановкам формирования и полезным ископае мым. Вне всякого сомнения, что это самостоятельные из вестняковые формации, отличающиеся, прежде всего, соста вом породообразующих организмов в известняках. В сово купности они составляют разнородную по составу и строе нию ассоциацию карбонатных формаций на северной пери ферии палеобассейна Тетис.
Формациеобразующие виды органогенных известняков обладают вполне определенной стратиграфической приуро ченностью: строматолитовые известняки - приемущественно рифей, археоциатовые - кембрий, швагериновые и фузулиновые - верхний палеозой, кокколитофоридовые - мелпалеоген, нуммулитовые - палеоген и т.д. Выделение соот ветствующих формаций позволяет судить об эволюции карбонатонакопления.
Среди биогенно-хемогенных известняков (известняков с кристаллитовой и сферо-агрегатной структурой, по В.Н.Шванову) формациеобразующими видами являются:
микритовые, зернистые, оолитовые, псевдооолитовые, пелетовые разности, распространенные в карбонатных толщах совместно с органогенными известняками и самостоятельно.
Группирование доломитов в формации предусматривает предварительно решение вопроса об их первичности и вторичности.
Сульфатные и хлоридные породы. Рассматриваемая группа пород по сравнению с алюмосиликатными и карбо натными распространена незначительно. Тем не менее, на чиная с позднего докембрия их скопления концентрируются в определенных типах бассейнов на платформах и в орогенных областях образуя т.н. соленосные (эвапоритовые, гало генные) формации.
Г. А. Мерзляков /15/ выделил шесть разновидностей гало генных толщ: ангидрит-галитовую, доломит-ангидритгалитовую, глинисто-доломит-глауберит-галитовую, сильвинит-карналит-галитовую, кизерит-карналит-галитовую, кизерит-бишофит-карналит-сильвинит-галитовую в соленосных бассейнах Евразии. Названия галогенных толщ им установ лены по наименованию главных членов ассоциации - по формациеобразующим видам пород. Таким образом, в каче стве формациеобразующих видов сульфатных и хлоридных пород выступают галитовая, сильвинитовая, карналитовая, глауберитовая, бишофитовая, кизеритовая породы, а такде ангидриты и гипсы. Накапливаясь в аридной обстановке, со общества сульфатных и хлоридных пород являются прекрас ным индикатором палеоклимата.
Вместе с сульфатными и хлоридными породами в парагенезисах нередко участвуют доломиты, мергели, пестроцветные глины и мелкообломочные алюмосиликатные породы. В периферийных частях тел эвапоритовых формаций они иг рают важную роль.
Кремнистые породы. Кремнистые (силицитовые) поро ды распространены в разрезах кремнисто-карбонатных, кремнисто-глинистых, кремнисто-вулканогенных толщ, а такде образуют самостоятельные скопления. Крупные зале жи часто встречаются в геосинклинальных (подвижных) поясах, но также известны в чехлах платформ в разрезах вы сокоширотных бассейнов. Толщи, относимые к кремнистым формациям, иногда в значительной степени сложены крем нистыми породами - яшмами, радиоляритами, трепелами, опоками, спонголитами, но чаще кремнистые породы обра зуют пачки и прослои, чередуясь с туфами, лавами, фуффитами, известняками, кварц-глауконитовыми песчаниками, гидрослюдистыми и монтмориллонит-гидрослюдистыми глинами. Наличие кремнистых пород обычно рассматривает ся как показатель глубоководности, низкой температуры вод бассейна, вулканизма.
Формациеобразующими видами пород являются различ ные типы яшм, фтаниты, радиоляриты, спонголиты, опоки, трепела. Они определяют наименования формаций.
Акцессорные осадочные породы. Железистые и марган цевые породы. Выделяют железистые пароды, образованные лимонитовыми, сидеритовыми, шамозитовыми и оолитовы ми гидрогётит-лептохлорит-сидеритовыми рудами. Желези стые породы в осадочных формациях присутствуют в каче стве второстепенных членов парагенетических ассоциаций, но в ряде случаев их содержание в разрезе настолько велико, что они становятся главными членами парагенезисов.
Оксидные и карбонатные марганцевые породы (руды) в ассоциациях обломочных, кремнистых, глинистых и карбо натных пород присутствуют в виде второстепенных членов, образуя отдельные пласты, линзы, конкреции.
Фосфатные породы. Пластовые, желваковоконкреционные фосфориты и костяные брекчии встречаются в ассоциациях обломочных, глинистых и карбонатных пород в роли второстепенных членов, образуя отдельные пласты, линзы, желваковые включения.
Глиноземистые породы (латериты и бокситы) встречают ся в разрезе осадочных формаций довольно часто, как прави ло, они не являются формациеобразующими, представляя собой очень важный второстепенный член преимущественно карбонатных или терригенных ассоциаций.
Угли каменные, бурые, горючие сланцы являются важ нейшими второстепенными членами парагенезисов осадоч ных пород и определяют их промышленное использование.
Известны случаи, когда суммарная мощность пластов углей настолько велика, что угли выступают в роли главных чле нов парагенезисов (Ангренская впадина).
2.4. ФОРМАЦИЕОБРАЗУЮЩИЕ МАГМАТИЧЕСКИЕ
И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ
Номенклатура магматических пород разработана значи тельно более детально, чем номенклатура осадочных пород, Само название магматической горной породы отражает ее состав (кислотность, щелочность) и структурно-текстурные особенности, т. е. глубинность остывания магматического очага — условия образования. Поэтому перечисление магма тических горных пород, составляющих парагенетическую ассоциацию, позволяет судить о генетической сущности са мой ассоциации.Несколько хуже разработана классификация метаморфи ческих пород, названия которых в большинстве случаев оп ределяются их минералогическим составом. Названия мета морфических пород содержат в себе сведения о веществе и термобарической обстановке его формирования (фации ме таморфизма). В результате перечисление пород, составляю щих парагенетическую ассоциацию, позволяет сделать выво ды об их генезисе.
Выделяя магматические формации, необходимо разли чать четыре группы пород: ультраосновные (в том числе ультрамафические), основные (мафические), средние (мафическо-салические) и кислые (салические). В свою очередь, каждая группа пород разделяется на подгруппы глубинных, полуглубинных и излившихся магматических пород. Среди всех групп выделяются породы так называемого нормально го и щелочного ряда. Главнейшее формациеобразующее зна чение среди кислых пород имеют граниты, риолиты, которые нередко ассоциируются с гранодиоритами. В связи с круп ными гранитоидными массивами в качестве акцессорных обычно присутствуют гранит-порфиры, аплиты, пегматиты.
Диориты играют меньшую роль в строении формаций, участвуя в составе группы мафическо-салических формаций (габбро-диорит-плагиогранитовая, диорит-гранодиоритовая).
Более широко распространены излившиеся разности - анде зиты, которые в областях современных островных дуг Тихо океанской окраины вместе с андезибазальтами и андезидацитами составляют 80% объема продуктов четвертичного вулканизма? Особенно широким распространением характе ризуются излившиеся породы основного состава — базаль ты, долериты. По значению их роль выше роли глубинных мафических, пород — габбро, габбро-норитов. По оценкам А.Б.Ронова, базальты составляют 89,3% всего объема вулка нических пород Земли. Среди ультраосновных - главное значение имеют глубинные — дуниты, пироксениты.
Выбор разностей горных пород из числа широко распространенных (формациеобразующих), скоплениями которых образована земная кора, определяет объемы единичных фор маций и возможности формаций как индикаторов при палеореконструкциях и прогнозной оценке территорий.
ГЛАВА 3. СТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ФОРМАЦИЙ
Геологические формации в разрезе земной коры образуют различные по форме и размерам геологические тела — формационные залежи. Каждая залежь характеризуется прису щим ей составом и внутренним строением (сложением).Изучение и систематизация геометрических форм залежей и их внутреннего строения представляют важную задачу.
Наименования пород одинакового минерального состава в рядах: гранит - гранит-порфир - риолит, или габбро - долерит - базальт определяются их структурными характери стиками - формами минеральных выделений. В учении о геологических формациях понятие о структуре и текстуре осадочных толщ (интрузивных комплексов) разработано не достаточно. В то же время различия в строении парагенезисов (ассоциаций пород) позволяют осадочные и осадочновулканогенные серии, а также магматические комплексы близкие по минеральному составу разделить на самостоя тельные типы формаций. Геологические формации различа ются формой их тел и внутренним сложением.
3.1. ФОРМА ТЕЛ ОСАДОЧНЫХ, МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ
первоначально надо «распрямить» изогнутые в складки за лежи, совместить разобщенные разрывами их части, после чего переходить к реконструкциям палеоструктур. Геомет рические формы залежей различных групп формаций существенно различаются у формаций осадочных и осадочновулканогенных, магматических и метаморфических.
Осадочные и вулканогенно-осадочные формации. Инте рес к изучению геометрической формы тел осадочных толщ объясняется тем, что форма залежи контролируется морфо логией конседиментационной тектонической структуры.
Кроме того, с залежами определенной формы и состава свя заны важные промышленные месторождения полезных ис копаемых, особенно нефти, газа, россыпей драгоценных ме таллов. Особое внимание в литературе уделено формам зале гания песчаных и карбонатных пород /27/.
Одна из первых классификаций форм залегания осадоч ных тел принадлежит П. Д. Крынину, который выделял фор мы: а) покровные, или плащеобразные; б) таблитчатые;
в) призматические; г) шнурковые.
Ф.Дж. Петтиджон /22/, рассматривая геометрию тел оса дочных пород, уделил внимание песчаным, карбонатным и соляным породам. Среди форм, характерных для песчаных пород, он выделяет простые линейно вытянутые тела — «шнурковые песчаники», сложные и разветвленные, клиноподобные и плащеобразные песчаниковые тела. Размеры тел шнурковых песчаников весьма разнообразны. Иногда их протяженность достигает полутора сотен километров (ка менноугольные отложения в США). То же касается других форм, присущих песчаным породам. Среди форм карбонат ных пород он выделяет рифы, биогенные карбонатные хол мы, банки и др.
Автором /27/ предложен вариант классификации морфо логических типов залежей осадочных формаций. Сравнение формационных залежей с хорошо известными предметами позволяет выделить несколько их типов:
L Дисковидная — плоская залежь округлой или много угольной формы в плане. Типична для формаций централь ных частей платформенных бассейнов осадконакопления.
2. Локрывшообразна* - плоская залежь, приближающаяся по форме в плане к трапеции или прямоугольному че тырехугольнику. Форма также характерна для формаций центральных частей бассейнов.
3. Косынковидная — плоская залежь, приближающаяся по форме в плане к треугольнику.
4. Веерообразная — залежь, имеющая в плане треугольную форму, утолщенная в направ лении к одной из вершин.
5. Лентовидная — прямолинейно в ытянутая плоская залежь.
6. Шнуровидная — прямолинейно в ытянутая залежь неправильного или округлого поперечного сечения.
7. Рукавообразная — линейная в олнисто изогнутая в плане залежь различного сечения.
«