БИОСТРАТИГРАФИЧЕСКИИ АНАЛИЗ

СТРАТОТИП

В типологической классификации практикуется обозначение границ таксона описанием типичного экземпляра. Таксономическая принадлежность других экземпляров определяется их соответствием типу. С типологической классификацией связано и первое представление о типичном разрезе стратиграфического подразделения, введенное Д'Орбиньи при описании ярусов юрской системы (D'Orbigny, 1849–1852 гг.). Вышедшая почти через сто лет статья В. Кегеля (Kegel, 1938) оживила интерес к стратотипам. Дж. Уилсон (Wilson, 1959) сравнивает концеп-

цию стратотипа с «одномерным» видом натуралистов, изучающих локальные фауны и флоры. В специальном таксономическом исследовании характеристика вида суммирует признаки многих популяций, и ни одна локальная выборка не может считаться более типичной, чем другая. Расширение географии стратиграфических исследований позволило составить представление о размахе изменчивости литологических и палеонтологических признаков всех подразделений международной шкалы. Некоторые стратиграфы, пытаясь примирить изменчивость с типологической концепцией, стали выделять не один, а несколько стратиграфических типов. Так появились парастратотипы — вспомогательные типы для отдельных районов, фациостратотипы — для отдельных фаций и т. д. (Sigal, 1964). Однако при детальных исследованиях становилось все более очевидным, что изменчивость в пределах стратотипических областей (стратотопов) и фациальных группировок противоречит концепции типичного разреза. Для составления общей характеристики стратона во всех случаях необходима достаточно представительная выборка (ряд разрезов), а не описание одного стратотипа. Поэтому стратиграфы все более склонялись к мысли, что стратотип — это не самый типичный разрез, а просто первый из описанных, т. е. разрез, на котором основано первоописание стратона. Так возникла связь между типологической концепцией стратотипа и номенклатурным принципом приоритета.

В любой науке есть «трудные» понятия — постоянный источник разночтений и противоречий, например «вид» в систематике, «мутация» в генетике, «гомология» в сравнительной морфологии и т. д. Причина затруднений большей частью состоит в том, что эти долгоживущие понятия со временем изменили свой смысл, перешли из одной концептуальной сферы в другую. То же случилось и со стратотипом. Переход этого понятия из типологической классификации в номенклатуру послужил причиной путаницы, заметно осложняющей развитие стратиграфии уже в течение нескольких десятков лет. В частности, принцип приоритета — это номенклатурный, а не классификационный принцип. Он ограждает лишь номенклатурный тип, но не границы таксона.

Основной принцип систематики состоит в постоянстве номенклатурного типа (замена возможна лишь в случае его утраты, а также в очень редких случаях, когда принцип приоритета мешает решению номенклатурных проблем), который однозначно определяет применение названия. Распространение принципа приоритета на классификацию означало бы отказ от развития этой дисциплины. Никто не стал бы оспаривать выделение рода гинкго в самостоятельный порядок на том основании, что первоначально он состоял в семействе тиссовых. Принцип приоритета не препятствует изменению объема и границ таксона. Однако если бы род гинкго был признан номенклатурным типом семейства тиссовых, то принцип приоритета ограждал бы связь

названия семейства с этим родом, т. е. при любых классификационных изменениях семейство, содержащее гинкго, мы называли бы Тахасеае, а не Ginkgoaceae.

Эти принципы строго соблюдаются в систематике организмов, но постоянно нарушаются в стратиграфической систематике. Например, одно из возражений против перенесения датского яруса в палеоген заключается в том, что первоначально он был выделен как ярус меловой системы и по принципу приоритета должен остаться в ее составе. В действительности принцип приоритета охраняет не границы меловой системы, а лишь название, определяемое номенклатурным типом. Если бы датский ярус был признан номенклатурным типом этой системы, то его перенесение в другое подразделение означало бы ликвидацию названия «меловая система». Однако такое номенклатурное решение никогда не обсуждалось и принцип приоритета не имеет никакого отношения к вопросу о принадлежности датского яруса меловой или палеогеновой системам. Попытка наложить вето на пересмотр стратиграфической классификации с позиций приоритета означает смешение номенклатурных и классификационных принципов и, кроме того, дискредитирует сам принцип приоритета, который превращается в препятствие на пути совершенствования стратиграфической классификации. Хотя в ряде работ (Sylvester-Bradley, 1967; Barthel, 1971; Мейен, 1974а) поясняется значение номенклатурных типов и принципа приоритета в стратиграфии, попытки пересмотреть границы того или иного стратона все еще наталкиваются на сопротивление сторонников плохо понятого принципа приоритета.

О. Шиндевольф (1975) полагал, что стратотипы, или руководящие разрезы, после изучения лучше всего засыпать. Возражая против хроностратиграфической концепции стратотипа, он заодно отвергает и номенклатурную концепцию, указывая, что в стратиграфии типы служат не для сохранения названий (это справедливо для классификационных типов, но не для номенклатурных) и что названия высших стратонов не образуются от названий низших (в биологической систематике названия семейств образуются от названий номенотипных родов, однако такой способ наименования не следует считать принципиальной стороной типификации; во всяком случае названия видов и родов не образуются от названий голотипов и типовых видов). Далее, Шиндевольф писал, что номенотипными следовало бы считать первые из описанных стратонов, что соответствовало бы принципу приоритета. Но, по его словам, нельзя утверждать, что, например, средний девон типичнее для девона, чем нижний или верхний. Это совершенно справедливо, но здесь речь идет уже о классификационной типологии, а не о номенклатурных типах. Многолетний опыт систематики показывает, что номенклатурные типы необходимы для обеспечения стабильности номенклатуры и предотвращения инфляции названий. Отсутст-

вие номенклатурных типов в стратиграфии — одна из причин неблагополучного состояния стратиграфической номенклатуры. Можно возразить, что стратотип, определяя границы стратиграфического подразделения, в то же время служит и его номенклатурным типом. Это представление, безусловно, ошибочно. Номенклатурным типом может служить только один из классифицируемых объектов или подразделений низшего ранга, но не весь объем таксона. В противном случае столкновение стремлений к совершенствованию классификации и стабилизации номенклатуры снова завело бы нас в тупик.

Номенклатурным типом вида служит одна особь, а не все входящие в него особи, номенклатурным типом рода — один вид, а не весь принятый при первоописании видовой состав и т. д. Аналогично номенклатурным типом свиты может быть лишь один входящий в нее слой, а не весь стратиграфический интервал от нижней до верхней границы. Указание номенотипных слоев при первоописании стратиграфического подразделения способствовало бы стабилизации стратиграфической номенклатуры, не препятствуя пересмотру классификации. Желательно, чтобы номенотип был доступен для повторных описаний и легко распознавался в разрезе. В то же время едва ли есть необходимость в специальном законодательстве по охране номенотипных слоев. Большинство номенклатурных проблем можно решить без инспекции номенотипа. Достаточно, например, указания, что слой песчаника, избранный в качестве номенотипа, залегает в 100 м от нижней границы свиты А, название которой он определяет. Если возникает необходимость разделить эту свиту на две, то название А автоматически сохранится за той частью, в которую попадет номенотип. В стратиграфической иерархии номенотипом стратона может служить один из подчиненных ему стратонов. По мнению Видманна (Wiedmann, 1971), номенотипом яруса должна быть зона. Номенклатурные типы нужны только для самих стратиграфических подразделений, но не для их границ. «Стратотип границы» — это хроностратиграфическое понятие, не имеющее отношения к номенклатуре.

Изучение латеральной и вертикальной изменчивости стратиграфических признаков привело многих исследователей к выводу, что в том и другом случае мы имеем дело с непрерывной изменчивостью — континиумом, который невозможно расчленить на дискретные единицы, сохраняющие значение естественных подразделений стратиграфической шкалы в масштабах всей Земли. Подразделения международной шкалы обладают только временным единством, т. е. входящие в них слои объединяет лишь то обстоятельство, что все они образовались в определенный интервал времени. Обозначив нижнюю и верхнюю временные границы этого интервала, мы тем самым определим стратиграфическую принадлежность отвечающих ему слоев. Идеальным было бы, например, такое определение: к юрской системе отно-

сятся слои, образовавшиеся в промежуток времени между датами 180 и 130 млн. лет назад. Однако из-за технических ограничений методов радиометрической геохронологии такое определение непрактично. Поэтому хроностратиграфическое подразделение определяется обозначением пограничных слоев в стратотипе. «Объем яруса лучше всего определить как совокупность слоев в любом месте, отвечающую по возрасту всему временному интервалу, представленному слоями, заключенными между горизонтами, избранными в качестве реперов кровли и подошвы этого яруса в его типовом разрезе, или стратотипе» (Hedberg, 1964). Аналогично «систему можно представить как совокупность слоев с любыми признаками, образовавшихся в любом месте в течение определенного временного интервала, для которого избранный стратотип (или составной стратотип) служит только стандартным репером во времени, а не типичной стратиграфической характеристикой» (там же). Таким образом, стратотип в хронологической классификации — это разрез, содержащий стратиграфические реперы, или референтные слои, обозначающие подошву и кровлю стратиграфического подразделения, т. е. эталон временного интервала (Хедберг уподоблял его физическим эталонам метра или килограмма).

Так как любое членение хроностратиграфического континиума искусственно, то референтные слои устанавливаются методом «золотого гвоздя», т. е. международным соглашением. Для таких крупных стратонов, как системы, трудно найти непрерывный разрез, содержащий реперы подошвы и кровли. Их определяют с помощью составных стратотипов — двух или нескольких разрезов, без перекрытия наращивающих друг друга. Хроностратиграфическая корреляция сводится к прослеживанию во все более удаленных от стратотипа разрезах стратиграфических уровней, определяемых референтными слоями. Поэтому для корреляции важен, собственно, не весь стратотип подразделения, а стратотип границы — т. е. часть стратотипа, содержащая референтный слой. «Типы границ действительно наиболее существенны для выделения хроностратиграфических подразделений, так как они автоматически определяют само подразделение» (Hedberg, 1964). Репер нижней границы стратона одновременно маркирует верхнюю границу нижнележащего стратона. Следовательно, нужны только стратотипы нижних границ. Например, С. Морли (Morley, 1975) предлагает избрать разрез Кендельбахграбена в Австрии в качестве стратотипа нижней границы рэта. Обозначать в том же разрезе референтный слой верхней границы рэта не имеет смысла, так как она будет установлена корреляцией со стратотипом нижней границы геттангского яруса, который пока не выбран (Morley, 1975). Эта процедура позволяет избежать перекрытий во времени.

Приведенное выше определение системы, предложенное Хедбергом на 22-й сессии Международного геологического конгресса,

было отвергнуто Советским стратиграфическим комитетом на том основании, что оно преуменьшает значение биостратиграфического метода. Системы как основные подразделения международной стратиграфической шкалы отвечают этапам эволюции органического мира и определяются биостратиграфически. Хедберг, впрочем, признает, что эволюционный уровень биофоссилий — наиболее существенная отличительная черта систем фанерозоя — и отводит палеонтологическим признакам главную роль в корреляции. Однако хроностратиграфическая система базируется на строго фиксированных реперах. Эволюционные эпизоды, так же как появление или вымирание вида, по мнению Хедберга и его последователей, не могут служить стабильным репером, так как новые палеонтологические находки постоянно изменяют их геологический возраст. Поэтому биостратиграфические подразделения, в отличие от хроностратиграфических, не могут иметь стратотипов, однозначно определяющих их продолжительность. Некоторые авторы (Holder, Zeiss, 1972) считают, что и для хронозон стратотипы границ не нужны и что их не следует подчинять ярусу. Существует также мнение, что стратотип могут иметь только конкретные лито- и биостратоны, а не абстрактные хроностратоны, но оно противоречит основным постулатам хроностратиграфии.

Д'Орбиньи и Оппель не видели принципиальной разницы между зоной и ярусом. Хотя зоны называют по индекс-видам, а ярусы — по географической принадлежности, те и другие определяются типовым набором биофоссилий (Story, Patterson, 1959). Применение различных критериев к зонам и ярусам нарушает классификационный принцип единства основания деления. Что же касается стратотипов границ, то здесь обнаруживается более общее противоречие между естественной системой, которой противопоказаны незыблемые реперы, и искусственной системой, которой они необходимы. Стратиграф имеет дело с неравноценными по обнаженности, палеонтологической или радиохронометрической изученности разрезами. Установленные им закономерности, как правило, удается проследить не в любых, а лишь в наиболее полноценных опорных разрезах (Либрович, Овечкин, 1963; Шиндевольф, 1975). Для привязки собранной им информации стратиграф использует маркерные, или референтные слои (установлено, например, что такой-то вид впервые появился в слое А, но чтобы в дальнейшем можно было безошибочно отыскать этот слой, его необходимо привязать к ближайшему маркеру). Таким образом, независимо от теоретических установок, опорные разрезы и референтные слои играют большую роль в стратиграфической практике, но в каузальной стратиграфии значение референтных слоев определяет привязанная к ним информация, а не «золотой гвоздь».
{178}

Глава 2.

РЕФЕРЕНТНЫЕ СЛОИ

Наиболее общая закономерность, установленная при описании геологических разрезов, заключается в многократном повторении определенной последовательности фаций, которое время от времени прерывается неповторяющимися слоями. А. Камминг, Дж. Фуллер и Дж. Портер назвали их «непоследовательными слоями» (nonsequential beds, например, прослои турбидитов в карбонатноэвапоритовых циклотемах: Gumming et al., 1959). Повторяющиеся слои представляют собой запись геологической истории седиментационного бассейна, подобно тому, как повторяющиеся и уникальные последовательности нуклеотидов ДНК кодируют наследственную программу развития организмов. Форма записи в том и другом случае аналогична, и основная информационная нагрузка падает на уникальные элементы: в генетическом коде к ним приурочены структурные гены, а в геологическом разрезе они могут служить референтными слоями.

Повторность стратиграфической последовательности фаций объясняется их миграцией в соответствии с известным принципом Головкинского—Вальтера, согласно которому фации, сменяющие друг друга в разрезе, принадлежат соседним топографическим элементам седиментационного бассейна. Таким образом, повторные смены фаций носят миграционный характер, тогда как появление уникальных слоев можно назвать мутационной сменой. Она свидетельствует о существенном изменении фациальной обстановки.
ПОВТОРЯЮЩИЕСЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Ритмичное осадконакопление при устойчивых или однонаправленно изменяющихся условиях имеет 1) сезонный и 2) авторегуляционный характер.

Сезонная ритмичность (варвы) характерна для стратифицированных озер, лагун и морей. Ее сохранению способствуют ана-

эробные условия и отсутствие бентоса. Ритмичность возникает вследствие изменения гранулометрического состава осадков во время весенних паводков, цветения планктона, листопада, влияния температуры на садку карбонатов в озерах семиаридной зоны и солей в лагунах.

Авторегуляция в той или иной степени характерна для всех обстановок осадконакопления и ответственна как за очень мелкую, так и за крупную ритмичность. Чередование слойков различного гранулометрического состава объясняется миграцией знаков ряби (McBride et al., 1975). Накопление раковин зарывающихся моллюсков уплотняет грунт и ведет к гибели колонии (Keary, Keegon, 1975). Накопление торфа ведет к отрыву от грунтового питания и постепенно замедляет рост торфяника.

В результате накопления аллювия у одного берега и эрозии другого происходит миграция потока и многократная смена в разрезе русловых и пойменных осадков (Шанцер, 1951; Alien, 1970). По мере роста дельты все больше сносимого рекой материала сгружается в пределах дельтовой равнины, заполняет рукава дельты и тормозит сток.

В эпиконтинентальных морях заполнение осадками вызывает миграцию поясов песчаных, глинистых и карбонатных осадков, повышение базиса эрозии, уменьшение энергии седиментационного процесса, уже не компенсирующего прогибание. Начинается новый цикл.

Авторегуляция, возможно, играла определенную роль в формировании классических палеозойских циклотем Иллинойса — пятичленной последовательности песчано-глинистых слоев, мергелей, известняков и углей. Гляциоэвстатический контроль и тектонические движения предлагались как альтернативные механизмы цикличности (Duff et al., 1967). Формирование глубоководных турбидитов (флиша) также включает автоциклические процессы (Bouma, 1962; Walker, 1967). Математическое моделирование помогает понять закономерности образования полиритмических толщ (Вистелиус, 1961; Леонтьев, Гире, 1975; Turner, 1975).

Изменение условий обрывает автоциклический процесс и сопровождается седиментационньши паузами или формированием слоев, выпадающих из автоциклической последовательности. Эти слои отвечают переходу от одного динамического равновесия к другому, когда автоциклический процесс возобновляется в новых условиях.

Факторы, нарушающие равновесие, обладают собственной периодичностью, определяющей ритмичность высших порядков, но по отношению к элементарным ритмическим процессам выступают в качестве уникальных событий.

РЕФЕРЕНТНЫЕ СОБЫТИЯ

Регулярные миграции фаций (правило Головкинского—Вальтера) послужили основанием для сомнительного вывода о диахронности слоев. А. Б. Шоу считает, что все слои в отложениях эпиконтинентальных морей диахронны. Эти представления тесно связаны с концепцией непрерывной седиментации и абсолютного времени (непрерывное скольжение образования слоя относительно последовательности точечных моментов). Однако при миграции фаций условия седиментации не переносятся с места на место как целое. Напротив, миграция происходит вследствие изменения условий, маркирующего последовательные моменты геологического времени, запечатленные геологической летописью как неидентичные слои. В литературе можно встретить много примеров «диахронности слоев». Эти примеры показывают лишь, что разные слои нередко принимают за один слой и что такие ошибки время от времени удается распознать.

Нарушения динамического равновесия седиментационной системы фиксируются в разрезе по изменению интенсивности или паузам в осадконакоплении, образованию эрозионных поверхностей, почвенных профилей и кор выветривания. Соответствующие слои и поверхности могут служить стратиграфическими реперами. Проведение границ по слоям конгломератов или грубозернистых песчаников, залегающих в основании ритмически построенных пачек,— широко распространенный прием стратиграфической классификации аллювиальных, дельтовых и морских турбидитовых толщ. Методика выделения циклов, нижняя граница которых проводится по относительно грубозернистому слою регрессивной фации, была разработана для угленосных отложений Донецкого бассейна (Жемчужников и др., 1959–1960). В последовательности циклов I порядка мощностью 8–17 м наблюдается закономерное изменение соотношений между грубозернистым регрессивным и тонкозернистым трансгрессивным членами, которое носит периодический характер и позволяет выделить мезоциклы (30–70 м) и макроциклы (100–150 м). При корреляции разрезов сначала сопоставляется последовательность макроциклов, затем циклов низших порядков, причем наиболее устойчивые
{181}

циклы, сохраняющие определенный набор и последовательность фаций, служат маркирующими горизонтами. В стратиграфии флиша маркерами служат грубозернистые турбидиты (Ricci-Lucchi, 1975). Некоторые исследователи считают их продуктом длительной аккумуляции, другие постулируют краткий седиментационный эпизод (Ksiazkiewicz, 1975).

Близкие методические приемы используются при корреляции разрезов флишевых толщ. В роли референтных слоев выступают не только грубозернистые базальные слои ритмов, но и другие их элементы. Например, при разработке первой детальной стратиграфической схемы угленосных отложений Донецкого бассейна были использованы легко распознаваемые прослои известняков, приуроченные к трансгрессивным частям ритмов (Лутугин, 1926). Эта схема оказалась настолько удачной, что послужила основой всех последующих стратиграфических работ в Донецком бассейне. Сами угольные пласты, различающиеся по морфологическим признакам, с большим или меньшим успехом выполняли функции стратиграфических маркеров (см., например, Гинзбург и др., 1972). С ними связаны каолинитизированные болотные почвы — тонштейны (Феофилова, 1975). Последовательные тонштейны отличаются друг от друга по мощности, цвету, растительным остаткам, пиритовым конкрециям и другим признакам (Зарицкий, 1972), которые настолько устойчивы, что позволяют проследить отдельные слои в пределах всего бассейна площадью 60000 км. В перми и триасе Центральной Европы широкое площадное распространение имеют так называемые фиолетовые горизонты — выдержанные по простиранию почвенные слои (Ortlam, 1974).