Возраста отложений

В стратиграфии существуют различные методы расчленения и корреляции отложений: биостратиграфический (палеонтологический), литологический, геохимический, геофизический и др. К главным относятся биостратиграфический и литологический методы, остальные являются вспомогательными, поскольку имеют ограниченные области применения. Все эти методы определяют относительный возраст пород, поскольку позволяют установить только то, какие породы образовались раньше и какие позднее по отношению друг к другу.

2.2.4.1 Биостратиграфический (палеонтологический) метод

Метод опирается на изучение ископаемых остатков организмов, как ископаемой флоры, так и фауны. Основу метода составляют общая необратимость эволюции органического мира и быстрое расселение возникающих новых форм, которое происходило, как правило, за меньшее по сравнению с длительностью формирования стратиграфических подразделений отрезки времени и в геологическом смысле протекает практически одновременно.

Органический мир на Земле появился в самые ранние этапы ее геологической истории и с тех пор непрерывно направленно изменялся. Поэтому каждый комплекс осадочных пород характеризуется определенными остатками фауны и флоры. Это явление используется для расчленения разрезов.

С другой стороны ископаемые широко используются для корреляции разрезов. Если породы в разных, даже далеко отстоящих разрезах содержат одинаковые органические остатки, можно считать, что эти породы образовались в одно время. Если же органические остатки разные, значит породы образовались или в разное время, или в одно и то же время, но в разных условиях.

Палеонтологический метод является ведущим при определении возраста пород. Установлено, какие ископаемые жили в какое время. Следовательно, обнаружив их, можно определить возраст вмещающих их отложений.

Однако не все органические остатки одинаково определяют возраст отложений. Некоторые из них жили на Земле достаточно долго, но слабо эволюционировали. По ним можно (и то не всегда) определить возраст достаточно мощных толщ горных пород. Но это как правило, для стратиграфии не имеет существенного значения. Для определения возраста нужны организмы, которые обладают следующими особенностями:

1. Недолго жили на Земле или быстро изменялись, вследствие чего в разрезе земной коры они имеют небольшое вертикальное распространение;

2. Широко расселялись в пространстве и потому позволяют увязывать и сопоставлять далеко расположенные друг от друга разрезы;

3. Хорошо сохраняются в ископаемом состоянии и в одном и том же месте присутствуют в большом числе экземпляров.

Ископаемые организмы, удовлетворяющие перечисленным особенностям, получили название руководящих форм. Наряду с отдельными остатками организмов используются в стратиграфии (и достаточно широко) руководящие комплексы ископаемых. Т.е., например, для определения возраста используют не одно ископаемое, а несколько представителей разных классов, типов и т.д.

Таким образом, для решения вопросов стратиграфии различные группы окаменелостей имеют разное значение. Это и послужило тому, что среди ископаемых были выделены архистратиграфические и парастратиграфические группы.

Архистратиграфические группы включают вымершие организмы, с помощью которых можно проводить детальное расчленение разрезов и осуществлять их дробную региональную и межрегиональную корреляцию. Это граптолиты, трилобиты, аммониты, планктонные фораминиферы и др. Они характеризуются быстрой эволюцией, широким географическим распространением и, главное, захоронением в различных по вещественному составу осадочных породах.

Парастратиграфические группы тесно связаны с определенными типами осадков и морского дна. Поэтому в меньшей мере, чем архистратиграфические, они используются для широких, например, межрегиональных корреляций и расчленения толщ. Однако в отдельных регионах и для определенных участков морского дна эти организмы имеют важное значение. К ним относятся к основном бентосные организмы: брахиоподы, мшанки, губки, сверлящие и зарывающиеся двустворчатые моллюски и др.

2.2.4.2 Стратиграфический метод

Это метод сопоставления разрезов по сходству порядка напластования. Слои, чередующиеся в одном и том же порядке, будут одновозрастными. Метод широко применяется при корреляции отложений.

2.2.4.3 Группа литолого-минералогических методов

Группа включает несколько методов, из которых рассмотрим литологический, минералогический и геохимический методы.

Литологический метод широко применяется при расчленении отложений и в этом отношении является ведущим, для корреляции же он применим на ограниченной площади. Суть метода состоит в том, что разрез делится на части (пачки, свиты и пр.) исходя из литологических особенностей слагающих его пород, таких как их состав, окраска, текстура, структура и др. признаки. Выделенные таким образом подразделения прослеживаются от исходного разреза до тех пор, пока это возможно (обычно это довольно ограниченная площадь).

Но нередко в природе бывают случаи, когда развиты малоконтрастные разности, да еще и монотонно повторяющиеся. В таких случаях можно использовать так называемые маркирующие горизонты – пласты с индивидуальными особенностями (характерный вещественный состав, цвет, обилие каких-либо включений и др.). Например, макирующим может быть пласт красноцветных песчаников среди известняков. Маркирующие слои позволяют расчленить осадочные толщи на отдельные части и проследить границы выделенных таким образом подразделений по простиранию.

Вообще же нужно иметь в виду, что ни один литологический признак не сохраняется неизменным на значительные расстояния.

Минералогический метод – разновидность литологического метода, при котором используется минералогическая характеристика. Метод основывается на представлении о том, что во времени меняются источники сноса обломочного материала. При смене (во времени) источников сноса меняется состав минералов, в особенности минералов тяжелой фракции. Изучение минерального состава позволяет расчленять толщи пород (более или менее однородных) и сопоставлять разрезы на небольших площадях.

Геохимический метод – также разновидность группы литолого-минералогических методов. Для расчленения и корреляции разрезов используются геохимические характеристики отложений. Например, в кембрии Кара-Тау (Северный Тянь-Шань) четко проводится граница по появлению в разрезе ванадия.

2.2.4.4 Палеоклиматологический метод

В геологической истории климатические условия часто были неустойчивыми и довольно быстро менялись. Изменения климата отражаются на составе органического мира, процессах осадконакопления, на минеральном составе и геохимических особенностях осадков. Выявляя изменения в составе пород и минералов и комплексах органических остатков, возникших из-за периодических изменений климата, можно дробно расчленять отложения и впоследствии их коррелировть между собой.

2.2.4.5 Геофизические методы

Наиболее распространенными среди геофизических методов являются каротаж скважин и использование палеомагнитных характеристик горных пород. В этой же группе рассмотрим изотопный метод, который применяется в первую очередь для определения возраста пород.

Каротаж скважин применяется для изучения разрезов скважин. Суть его заключается в том, что в скважину спускается зонд, который измеряет те или иные физические характеристики пород (электрические, радиоактивные и т.п.) по разрезу скважины. На поверхности эти измерения фиксируются самописцем, который чертит кривые (каротажные диаграммы), которые сравниваются по сходству их строения в ряде разрезов скважин. Существует несколько видов каратажа. При каждом изучаются определенные физические свойства пород. Например, при электрокаротаже измеряют удельное сопротивление пород, при радиоактивном каратаже интенсивность естественного радиоактивного излучения осадочных пород (гамма-каротаж) или излучение взаимодействия источников радиоактивного излучения и горных пород (гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж ).

Существуют специальные методики интерпретации каротажных диаграмм (кривых), по которым восстанавливается состав пород, порядок их чередования, мощность слоев. Вместе с тем часть информации о породах остается недоступной при каротаже (текстура пород, цвет, минеральный состав). Поэтому сопоставление разрезов скважин по каротажу нужно увязывать с данными по керну.

Палеомагнитные методы основаны на изучении магнитного поля Земли прошлых геологических эпох.

Применение палеомагнитных данных основано на трех гипотезах:

1. Горные породы в момент своего образования (в момент осаждения в жидкой среде или в жидкой магме) намагничиваются по направлению магнитного поля Земли, которое существовало на тот момент времени. Это относится к породам, которые содержат железистые частицы (минералы), способные к намагничиванию – красноцветные и некоторые сероцветные песчаники, бокситы, лавы основного состава.

2. Приобретенная таким образом первичная намагниченность сохраняется в породе и может быть определена.

Известно, что в течение существования Земли ее полюсы время от времени как бы меняются местами, точнее меняют знак намагниченности: с прямого на обратный. Это явление называется инверсией магнитных полюсов. Под прямой намагниченностью (полярностью) понимают современное положение магнитных полюсов, когда северный магнитный полюс более или менее совпадает с географическим северным полюсом. Обратная намагниченность – северный магнитный полюс более или менее совмещается с южным географическим.

Измеряя намагниченность пород, слагающих разрез, можно детально расчленить его на зоны прямой и обратной намагниченности. Изучив таким способом несколько разрезов, затем можно их сопоставить.

В палеомагнитном методе изучается кроме инверсии полюсов также их миграция. Миграция магнитных полюсов – это их блуждание по поверхности земного шара. Установлено, в какой период истории Земли в каком месте находился ее полюс. Это дает возможность установить относительный возраст породы по положению полюса в период ее формирования.

Палеомагнитные методы позволяют производить корреляцию местных и региональных стратиграфических подразделений, но главная ценность их заключается в возможности глобальных корреляций.