Глава V. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

Классификация формаций – это группирование геологических формаций на основании одного или нескольких признаков. При создании классификаций формаций в основу их группирования могут быть положены различные признаки. Главными из них являются:

1. 
   Вещественный состав формаций.
   
2. 
   Внутреннее строение формаций.
   
3. 
   Наличие определенных полезных ископаемых.
   
4. 
   Палеогеографическая обстановка времени накопления формаций.
   
5. 
   Структурное положение формаций.
   
6. 
   Геоморфологическая приуроченность формаций.
   
7. 
   Положение в разрезе относительно общепланетарных тектонических циклов.
   

На основе вещественного состава все формации делятся на осадочные (и вулканогенно-осадочные), магматические, метаморфические и пневмато-гидротермальные. В этом наиболее общем подразделении главное значение имеет генетический признак. Осадочные формации в свою очередь целесообразно, исходя из их породного состава, разделить на следующие группы: алюмосиликатные (обломочные, глинистые), карбонатные, сульфатно-хлоридные, кремнистые, железистые, фосфоритовые и др., а также смешанные.

Магматические формации в зависимости от кислотности и щелочности магматического расплава разделяются на гипербазитовые, базитовые, средние и кислые нормального и щелочного рядов, а также смешанные (непрерывные). В зависимости от условий остывания магматического расплава они делятся на плутонические и вулканические. Вещественный состав метаморфических формаций зависит от состава исходных пород и степени их преобразования, т.е. от фаций метаморфизма, которые и являются основными классификационными признаками группирования метаморфических комплексов.

В меньшей степени при классификации геологических формаций используются особенности их структуры. Обычно противопоставляют тонкослоистые ритмичные (флишевые) формации всем нефлишевым. Иногда как особый тип выделяют флишоидные или ритмично-среднеслоистые толщи.

В вещественном составе формаций наиболее полно отражена палеогеографическая обстановка, климат, исходное вещество (петрофонд). Структура формаций характеризует, в основном, тектонический режим. Так, по внутреннему строению и морфологии формационных тел резко отличаются литологически однотипные формации, накопившиеся в обстановке платформенного и геосинклинального режимов. Нижняя и верхняя терригенные формации, накопившиеся в разные стадии геосинклинального цикла, также отличаются по строению: нижняя начинает осадочный мегаритм и характеризуется трансгрессивным строением, верхняя – его завершает и имеет регрессивное строение.

Таким образом, в классификациях формаций, основанных на группировании по веществу и строению, заложен большой объем генетической информации о палеогеографии, климате, тектоническом режиме.

Исходя из палеогеографической и палеогеоморфологической обстановки образования формаций они делятся на четыре фациальные группы: наземную, параллическую, мелководно-морскую и глубоководно-морскую. С учетом климатического фактора формации трех первых групп подразделяются на ледовые, аридные и гумидные.

По принадлежности к различным основным структурам земной коры выделяются платформенные, геосинклинальные, орогенные формации и формации областей постконсолидационной активизации. Такая классификация позволяет типизировать структуры по их вещественному заполнению.

Классификации формаций на основе последовательности формаций в тектонических циклах были разработаны В.В.Белоусовым и В.Е.Хаиным. Они были основаны на классических представлениях о геосинклинальном развитии структур земной коры в ходе одного тектонического цикла, начинающегося прогибанием, которое последовательно сменяется поднятием и завершается орогенезом. Наиболее детальные, последовательно усложняющиеся классификации такого рода были разработаны В.Е.Хаиным (1954, 1959, 1973). В первой классификации он выделял формации четырех стадий тектонического цикла для платформ, внешних и краевых прогибов, внутренних и межгорных прогибов. Во второй классификации он выделил формации четырех стадий тектонического цикла (ранней, средней, поздней и заключительной) для устойчивых платформ, подвижных платформ, миогеосинклиналей и передовых прогибов, эвгеосинклиналей и межгорных прогибов. В последней классификации он учел климатический фактор и выделил формации гумидного и аридного климата для всех структур и всех стадий. Соответственно количество формаций увеличивалось в каждой последующей схеме.

2. ОСАДОЧНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМАЦИИ

Осадочные породы покрывают почти три четверти суши, развиты на большей части морей и океанов и образуют осадочный слой мощностью от 0 на щитах до 18-20 км в глубоких впадинах. По данным Ф.Дж. Петтиджона (1981) около 95% объема осадочного слоя сложены песчаниками, глинистыми сланцами и известняками, при этом на долю песчаников и глин приходится 80-85%, а на долю известняков – 18-22% осадочных пород. Содержание песчаников и глин возрастает в разрезе осадочного слоя подвижных областей, где также велика роль вулканических пород, слагающих до 25% разреза, наиболее высокое содержание карбонатных пород характерно для платформ.

Систематическое описание осадочных геологических формаций имеется в работах В.И.Попова, Л.Б.Рухина, В.Е.Хаина, В.М.Цейслера, Э.Н.Янова и многих других. Ниже дана краткая характеристика осадочных формаций, выделенных по их составу и сгруппированных по этому же принципу в классы алюмосиликатных, карбонатных, галогенных, кремнистых формаций.

1. Класс алюмосиликатных формаций

Алюмосиликатные формации включают толщи, сложенные обломочными и глинистыми породами. Поскольку глинистые минералы по генезису как обломочные, так и химические образования, понятия «алюмосиликатные» и «терригенные» не являются синонимами, но, говоря о терригенных формациях, мы обычно подразумеваем формации алюмосиликатного петрогенетического состава.

Алюмосиликатные формации являются главенствующими среди остальных типов осадочных толщ на протяжении всей истории Земли, они возникли ходе преобразования первичных пород литосферы при их взаимодействии с атмосферой и гидросферой.

По преобладающим типам пород класс терригенных формаций В.М.Цейслер (1992) подразделяет на группы грубобломочных, мелкообломочных, глинистых и смешанных формаций. Далее они описаны по его данным.

Они широко распространены в разрезах платформ и складчатых областей от архея до кайнозоя. Относительные пики псефитообразования в истории Земли на континентах, по данным В.Г.Чернова (1980), соответствуют венду (13%), позднему кембрию раннему ордовику (до 15%), раннему девону (до 30%), среднему карбону (25%), поздней перми (21%), позднему триасу (13%), отдельным моментам ранней (27%), средней (35%) и поздней (19%) юры, баррему (11%), эоцену (21%), раннему миоцену (20%), среднему плиоцену (37%).Во времени отмечается увеличение роли грубообломочных пород пролювиального и аллювиального происхождения с их максимумом в кайнозое, в то время как в древних толщах более широко развиты грубообломочные серии морского происхождения. Появление грубообломочных формаций в разрезе свидетельствует об активизации тектонических движений, поэтому их широкое распространение совпадает с орогенными эпохами в соответствующих областях и большинство грубообломочных формаций следует относить к категории моласс – продуктов разрушения горных систем. Нередко грубообломочные формации соответствуют нижней части седиментационных ритмов (базальные конгломераты). Таким образом, грубообломочные формации тяготеют к трансгрессивным и, в основном, к регрессивным частям тектоно-седиментационных циклов.

Грубообломочные формации обычно примыкают к областям размыва и по латерали замещаются мелкообломочными или смешанными глинисто-обломочными, известняково-обломочными формациями. В связи с этим преобладающие формы залежей – клиновидные, веерообразные, реже линзовидные. Строение тел асимметричное. Мощности формаций изменяются от нескольких десятков метров до первых километров.

По данным В.Г.Чернова (1980) мощность грубообломочных толщ находится в прямой зависимости от гранулометрического состава пород: с увеличением размеров обломков возрастает мощность. В Восточных Карпатах толщи мелкогалечных конгломератов имеют мощность до 50 м, среднегалечных – 100-250 м, крупногалечных – 300 м, валунных – до 1000 м. Главными членами ассоциации являются конгломераты, гравелиты, грубозернистые песчаники, среди второстепенных членов следует отметить неотсортированные песчано-алеврито-глинистые породы (паттумы), мелкозернистые песчаники и алевролиты, глины, глыбники, биогенные известняки. Породы серо- и красноцветные, реже пестроцветные. Нередко окраска изменяется по вертикали и горизонтали в соответствии с изменением гранулометрии пород. Состав грубооломочных формаций тесно связан с составом пород размывавшейся суши. Наиболее широко распространены полимиктовые грубообломочные породы, но в формациях морского генезиса нередки олигомиктовые кварцевые грубообломочные породы.

Внутреннее строение грубообломочных формаций обычно толстогрубослоистое, ритмичное, линзовидно-слоистое. Формации содержат многочисленные поверхности размывов, при этом практически все ритмы разделены поверхностями размыва, а в сводах конседиментационных антиклиналей нередки внутриформационные угловые несогласия. От внутреннего (примыкающего к области сноса) к внешнему краю формационного тела уменьшается гранулометрия пород, ритмичность становится более четкой, возрастает содержание чуждых формации второстепенных членов, присущих смежным формациям. Эти формации обычно красноцветные и пестроцветные, при этом нередко от внутреннего к внешнему краю сероцветная окраска сменяется красноцветной и пестроцветной.

Грубообломочные формации накапливаются вблизи горной суши, Генетически они образованы пролювиальными, аллювиальными, озерными и прибрежно-морскими отложениями.

Грубооломочные формации по петрографическому составу слагающих пород делятся на группы полимиктовых и моно-олигомиктовых. Группа полимиктовых грубообломочных формаций развита в разрезе орогенных комплексов складчатых областей и выполняют межгорные и краевые прогибы, наложенные впадины, связанные с эпиплатформенным орогенезом. Типичными представителями этой группы формаций являются неогеновые конгломератовые серии Предкарпатья, Альп, сакмарско-артинская конгломератовая толща Предуральского краевого прогиба, юрские конгломераты Крыма, девонские грубообломочные красноцветные толщи Центрального Казахстана, неогеновые конгломераты Памира и др. Группа моно-и олигомиктовых грубообломочных формаций более характерна для древних платформ и срединных массивов. Она широко развита в составе докембрийских отложений протоплатформенных чехлов вместе кварцитовыми и железисто-кварцитовыми сериями.

С грубообломочными формациями полимиктового и моно-олигомиктового состава связаны крупные месторождения золота, урана.

Песчаниково-алевролитовые формации различаются по составу и строению. Среди них встречаются формации тонкоритмичного строения (песчаниково-алевролитовый флиш Туркестанского хребта) и грубослоистые толщи глауконитово-кварцевых песчаников альба сеномана Мангышлака, Северо-Западного Кавказа; толщи косослоистых протерозойских красных и розовых кварцитов Прионежья, Башкирского антиклинория Урала; полимиктовые песчаники и алевролиты неокома юго-востока Средней Азии и др. Мелкообломочные формации формировались на всех этапах развития Земли и распространены в различных структурных зонах.

Главными членами этой группы формаций являются различные по минеральному составу песчаники и алевролиты; в качестве второстепеннных членов присутствуют глины, паттумы, мергели, хемо- и биогенные известняки, железистые породы, а также трепелы и опоки, фосфориты, угли, гипсы и другие породы. Генетические типы отложений, слагающие эти формации,   субаэральные эоловые, речные дельтовые и озерные до морских относительно глубоководных во внешней части шельфа и на подножии континентального склона в зонах выноса крупных речных систем.

Форма формаций в плане – от шнуровидной и лентообразной линзовидной до плащеобразной. Мощности формаций изменяются от первых десятков метров до первых километров.

По латерали песчаниково-алевролитовые формации замещаются грубообломочными, карбонатными, глинистыми и смешанными – песчаниково-глинистыми, карбонатными, сульфатно-галогенными и другими формациями.

На основании состава обломочного материала выделяются кварцевые, аркозовые и граувакковые группы формаций. Они характеризуют степень зрелости обломков, что является важным показателем при палеогеографических и палеотектонических построениях. По форме нахождения железа в цементе выделяются подсемейства сероцветных и красноцветных формаций. Форма нахождения железа определяет цвет пород и зависит от климатических условий образования формаций, что имеет большой генетический смысл и важно при палеогеографических реконструкциях. Сероцветные формации типичны для гумидных областей, красноцветные и пестроцветные– для аридных. Как правило, формации одного и того же минерального состава, но относящиеся к этим двум разным подсемействам, образуют с другими формациями свои парагенезы. Это установлено на примере красноцветных (А.И.Анатольева, А.В.Сочава), сероцветных угленосных (Ю.А.Жемчужников) и терригенных флишевых (Н.Б.Вассоевич) формаций.

Мелкообломочные кварцевые формации типичны для платформ. Они образовались за счет размыва и переотложения кор выветривания. В процессе транспортировки материала из него удаляется глинистая составляющая и он обогащается устойчивыми к разрушению минералами титана, циркония, алмазами, золотом и т.д. Эти формации парагенетически тесно связаны с формацией каолиновых глин и нередко в зонах их смыкания образуют кварцево-каолиновые формации. Мелкообломочные кварцевые формации вместе с олигомиктовыми (полевошпат-кварцевыми) обычно относят к так называемым (по Б.М.Келлеру) фаллаховым формациям, образованным в результате размыва кристаллических пород фундамента. Они формируются в условиях теплого гумидного климата и спокойной тектонической обстановки и поэтому являются надежным индикатором платформенного режима.

Кварцевые мелкообломочные формации широко распространены в разрезах докембрия. К этой группе формаций относятся толщи овручских, шокшинских, петрозаводских песчаников на Украинском и Балтийском щитах, а также нижние свиты криворожской и курской серий нижнего протерозоя, где они находятся в парагенезисе с железистыми кварцитами и углеродистыми филлитами. В разрезе рифейских отложений они развиты на Сибирской (мукунская, гонамская свиты) и на Восточно-Еврпрейской (зильмердакская свита Урала, иотний Балтийского щита) платформах. В разрезе фанерозойских отложений Восточно-Европейской платформы к мелкообломочным сероцветным кварцевым формациям относятся толща гдовских песчаников венда, ижорские песчаники кембрия, песчаники волского яруса, палеогена, неогена Украины.

Формации, образованные аркозовыми песчаниками, распространены не так широко, как кварцевые, при этом нередко выделяются аркозово-кварцевые формации. В отличие от обломочного материала кварцевых формаций обломочный материал аркозовых мелкообломочных формаций обладает меньшей зрелостью. По тектонической приуроченности они мало отличаются от чисто кварцевых и также развиты в основном в пределах платформ.

Мелкообломочные полимиктовые (граувакковые) формации типичны для геосинклинальных и орогенных комплексов, встречаются они также в чехле молодых платформ на уровнях, отвечающих эпохам тектонической активизации. Это отложения удаленных частей конусов выноса, подводных и надводных дельт, пляжа и шельфа. Их морфология и внутренняя структура определяются тектоническим режимом и морфологией вмещающих структур, а также палеогеографическими условиями накопления. С граувакковыми формациями в парагенетических взаимоотношениях находятся глинистые гидрослюдистые, монтмориллонитовые, а также смешанные осадочные и вулканогенно-осадочные формации. Примерами подобных формаций являются верхнепермские серии Северного Приаралья, неокомские красноцветные отложения юго-востока Туранской плиты и Ферганской впадины.

Форма тел глинистых формаций разнообразна – от серповидной, лентовидной до амебобразной, мощности формации обычно измеряются десятками и сотнями метров.

Внутреннее строение глинистых формаций определяется примесями к глинистым минералам, неравномерно распределенными по разрезу, и прослоями других пород. Глинистые формации иногда неслоистые массивные, чаще слоистые, в том числе тонкослоистые и даже листоватые. Слоистость почеркивается желваковыми включениями мергелей, глинистых сидеритов, фосфоритов, линзочками обломочного материала, прослойками алевролитов, налетами алеврита и органического вещества на плоскостях наслоения.

Исходя из минерального состава глинистых минералов, выделяются формации каолиновые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и смешанные. Эти группы формаций, как правило, различаются по обстановке накопления, по условиям образования, в том числе и по тектоническому режиму, по минерагении и парагенезисам со смежными формациями.

Глинистые формации по цвету делятся на три подсемейства: 1) темноцветные, богатые органическим веществом; 2) светлые, бедные органическим веществом и не окрашенные гидроокислами железа; 3) красноцветные, обогащенные гидрокислами железа. Они отличаются условиями образования и входят в разные парагенетические ассоциации.

Для глинистых формаций важным показателем является их карбонатность, позволяющая разделить их на две группы: карбонатных и бескарбонатных. Карбонатные и бескарбонатные глины встречаются в красноцветных и светлых глинистых формациях, темноцветные высокоуглеродистые формации обычно бескарбонатны.

Глинистые формации формировались в различной обстановке: от морской глубоководной до субаэральной озерной. Нередко они накапливались в полуизолированных как опресненных, так и осолоненных бассейнах. Формации каолиновых глин обычно встречаются в ассоциации с формациями кварцевых песчаников и являются надежным индикатором платформенного режима. Толщи гидрослюдистых глин формируются в различной тектонической обстановке; монтмориллонитовые нередко находятся в ассоциации с кремнисто-карбонатными сериями, вулканитами.

В разрезе Восточно-Европейской платформы глинистые формации известны в отложениях венда (ламинаритовые глины), нижнего кембрия (лонтоваский горизонт), нижнего ордовика (диктионемовые сланцы), силура, верхней юры, эоцена, олигоцен-миоцена, плиоцена.

Формации каолиновых глин вместе с аркозово-кварцевыми песчаниками известны в разрезе нижней средней юры и олигоцена Туранской плиты. Характерным примером группы гидрослюдистых глинистых формаций является келловей оксфордская часть разреза верхней юры центральной части Западно-Сибирской плиты. Формации монтмориллонитовых глин установлены в нижне-среднемиоценовых отложениях юга Западно-Сибирской плиты (таволжанская, калкаманская свиты), в миоцене Кустанайской седловины (аральская свита) и в Чуйской впадине, в эоцене Туранской плиты и Копет-Дага.

Смешанные песчаниково-глинистые (глинисто-песчаниковые) формации – наиболее многочисленная, разнообразная по составу и строению группа формаций алюмосиликатного класса. Смешанные формации характерны для трансгрессивных и регрессивных частей формационных рядов тектоно-седиментационных циклов и встречаются в их инундационных частях. Чаще всего они накапливались в бассейнах, примыкавших к материковой суше, и характерны для всех структур на всех стадиях их развития. Особенно они распространены в структурах высоких широт.

Главные члены парагенезисов смешанных формаций: разнообразные по минеральному составу песчаники, алевролиты, глины (аргиллиты) с непостоянным соотношением обломочных и глинистых пород. Второстепенные члены: карбонатные, кремнистые, сульфатно-галогенные, железистые, углеродистые породы. Набор второстепенных членов зависит от положения конкретной формации в теле более крупной ассоциации и от состава смежных формаций. Второстепенные члены ассоциации могут быть полезными ископаемыми. Поэтому смешанные песчано-глинистые формации бывают нефтеносными и газоносными, угленосными, сланценосными, бокситоносными, фосфоритоносными, соленосными и т.д. Наличие тех или иных второстепенных членов ассоциации, тип чередования наборов слоев – все это важные генетические характеристики песчаниково-глинистых формаций. Для данной группы формаций характерен очень широкий спектр изменения минерального состава и обстановки формирования.

Для смешанных формаций характерна асимметрия тел, связанная с их промежуточным положением в пространстве между относительно более мощными обломочными формациями, приближенными на континенте к источникам сноса, и глинистыми формациями удаленной части терригенного приконтинентального шлейфа. В разрезе глинисто-песчаниковых формаций всегда отмечается определенная направленность изменения состава в зависимости от положения формации в разрезе крупного седиментационного мегаритма. Мощности формаций и объемы их тел изменяются в широких пределах в зависимости от типа, формы и размеров вмещающего конседиментационного прогиба.

Среди смешанных глинисто-песчаниковых формаций наиболее характерными являются аспидная и флишевая формации.

Аспидная формация была выделена Б.М.Келлером в 1946 г. под названием кровельной, в 1947 г. она была названа Н.Б.Вассоевичем аспидной. Это мощные (до тысяч метров) в разной степени метаморфизованные глинистые и алевропелитовые толщи с тонкими невыдержанными слойками песчаников. Породы черные и темно-серые, обогащеные органическим веществом. Формация накапливалась в условиях шельфа и континентального склона на начальной стадии прогибания геосинклиналей за счет сноса материала со смежных платформ. Часто сменяется в формационном ряду спилит-диабазовой и кварц-кератофир-спилит-диабазовой формациями. В действительности под этим наименованием выделяются разные по составу и строению парагенетические ассоциации пород: от чисто глинистых (сланцевых) до терригенных флишевых и даже песчаниковых полимиктовых. Поэтому ее можно рассматривать как ассоциацию формаций.

Флишевая формация – геосинклинальная терригенная ассоциация пород, отлагавшаяся в глубоководном прогибе, ограниченном с одной или двух сторон кордильерами. Она характерна для среднего этапа развития геосинклиналей, предшествующего общей инверсии и началу накопления моласс. Для нее типична четко выраженная ритмичность и градационная слоистость. Флишевые повторы (многослои), обычно именуемые ритмами, имеют размер от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, редко больше. Они состоят из небольшого, определенного для каждой толщи набора пород, обязательно включающего как обломочную породу (с уменьшающимся снизу вверх размером частиц), так и пелитовую (глинистую, в карбонатном флише – мергельную или известняковую). Границы между многослоями резкие, внутри многослоя – слабо выраженные. Особенности флиша, включая и бедность цельными остатками макрофауны, объясняется тем, что флиш своим происхождением во многом обязан периодически возникавшим суспензионным потокам.

Терригенные флишевые серии описаны в нижнепротерозойских отложениях Приладожья, в рифее Енисейского кряжа, в ордовике Центрального Казахстана, в силуре Южного Тянь-Шаня и Западного Саяна, в девоне раннем карбоне Урала и Алтая, в среднем –позднем карбоне Южного Тянь-Шаня, в ранней перми Памира, в триасе ранней юре Горного Крыма, в мелу –палеогене Альпийской складчатой области.

По мнению некоторых исследователей (Архипов, 1973) флиш накапливался с начала до конца геосинклинального цикла, не является определенной формацией (Цейслер, 1992), а представляет собой группу различных по вещественному составу, но сходных по внутренней упорядоченности строения формаций, накапливавшихся в различных палеогеографических обстановках.