Глава III. ВЫДЕЛЕНИЕ И ИЗОБРАЖЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕКИХ ФОРМАЦИЙ

При выделении в разрезе земной коры ассоциаций горных пород в ранге формаций необходимо последовательно решить несколько методических вопросов.

Во-первых, надо установить признаки, по которым выделяются и обособляются ассоциации пород, и разработать номенклатуру пород, обьединенных в ассоциации. Во-вторых, следует определить границу между количественными и качественными изменениями, что позволит оконтурить формационные тела. Далее необходимо условиться о названии формаций и установить ранговость ассоциаций горных пород, составляющих слои земной коры. И, наконец, разработать методику изображения формаций на картах, планах, разрезах, блок-диаграммах.

В.М.Цейслер предлагает следующий порядок операций при выделении формаций:

1) в ходе описания и графического изображения разрезов толщи выявляется элементарная совокупность слоев (элементарный парагенезис), повторяемостью которых образована формация, при этом устанавливаются обязательные и второстепенные члены формации;

2) определяется тип внутренней структуры формации и ее изменение от ядерной части формационного тела к периферийным зонам, которые могут рассматриваться в качестве подформаций (по вертикали и латерали);

3) выявляются поверхности, ограничивающие данное формационное тело от смежных с ним;

4) устанавливается форма, размеры формационного тела, его стратиграфический диапазон в разных частях;

5) выявляется положение формационного тела в более крупном теле ассоциаций формаций;

6) производится сравнение выделенной формации с известными эталонами и устанавливается ее принадлежность к тому или иному типу формаций, устойчиво повторяющемуся во времени и пространстве.

В отличии от минералов и горных пород, которые можно наблюдать непосредственно или с использованием оптических приборов и таким образом диагностировать их, тело геологической формации непосредственно необозримо для исследователя. Поэтому при переходе от вещественных категорий одного уровня (минералы и горные породы) к другому (формации) возникают объективные трудности с диагностикой объектов изучения, связанные с различиями в величине объектов. В связи с этим приемы, используемые при изучении минералов и пород, непригодны при изучении формаций. Геологическая формация может быть целиком воспринята исследователем только в виде сильно уменьшенной модели в виде карты или профильного разреза и выбор способов изображения состава и строения толщ во многом определяют успех при выделении и изучении формаций.

2. ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ ФОРМАЦИЮ

К наиболее настойчиво упоминаемым признакам формаций относятся: 1) набор видов пород, тела которых слагают формацию; 2) взаимоотношения тел горных пород, слагающих формацию, определяющие ее внутреннее строение – структуру; 3) положение в современной структуре земной коры; 4) геотектонические условия образования; 5) климатические условия образования; 6) палеогеографические условия образования; 7) стратиграфическое положение; 8) метаморфизм; 9) минералогический состав; 10) химический состав; 11) полезные ископаемые; 12) мощность.

Выбор признаков и способа их группировки определяют позицию исследователя и принадлежность его к тому или иному направлению или школе в учении о формациях. Стремление учесть возможно большее количество признаков, если не определен способ их группировки, приводит к тому, что количество потенциальных направлениях в учении о формациях может почти вдвое превысить население земного шара. Поэтому при выделении формаций исследователи используют ограниченное количество признаков и независимо от того, какого направления они придерживаются, все используют первые два признака: состав и структуру. В.И.Драгунов и др. (1972) установили, что признаки 1, 2, иногда 3 при выделении формаций использовали А.И.Айнемер (1968), А.И.Анатольева (1972), В.В.Белоусов (1961), В.И.Васильев (1968), М.А.Жарков (1969), Б.М.Келлер (1949, 1968), Ю.А.Косыгин (1958,1964), И.В.Круть (1968), Ю.А.Кузнецов (1962, 1964, 1965), И.В.Лучицкий (1972), Н.П.Херасков (1967), Е.В.Шанцер (1966), Н.С.Шатский (1965), А.Л.Яншин (1963, 1972), Дж. Нилл (1959), П.Нигли (1952). Признаки 1, 2, 4, иногда 3 использовали В.В.Белоусов (1948), Н.Б.Вассоевич (1940, 1951, 1966), Г.С.Дзоценидзе (1965), Ж.Обуэн (1967), А.В.Пейве (1948), Ю.Ир.Половинкина и Т.Н.Иванов (1959), В.Е.Хаин (1964,1973), Е.Т.Шаталов (1963). Признаки формаций 1, 2, 4, 5 использовали Г.Ф.Крашенинников, (1957,1968), М.В.Муратов и В.М.Цейслер (1968), Л.Б.Рухин (1953, 1955, 1969), В.Е.Хаин (1964,1973), И.В.Хворова (1961), Э.Н.Янов и Н.С.Малич (1968). Признаки 1, 2 и 5 использовали В.А.Зубаков (1966), Н.М.Страхов (1960). Признаки 1, 2, 4, 5, 6 использовали Г.А.Иванов (1967) и М.Кэй (1955). Признаки 1, 2, 6 использовали Д.В.Наливкин (1956) и В.И.Попов (1955, 1959, 1966). Признаки 1, 2, 7 применяли К.Данбар и Дж.Роджерс (1962), М.А.Усов (1945). Признаки 1, 2, 9, 10 использовали В.П.Казаринов, В.И.Бгатов и др. (1968).

Таким образом, из большого числа признаков, характеризующих формации, и служащих для их выделения, наиболее важными являются состав и структура.

Состав характеризуется набором пород, составляющих устойчивую ассоциацию. Главные (обязательные) члены ассоциации определяют тип формации, второстепенные (необязательные) – ее индивидуальные особенности. К главным членам ассоциации рекомендуется относить породы, содержание которых в разрезе толщи превышает 10% общей мощности в центральной части формационного тела. Второстепенными членами ассоциации являются породы, содержание которых в центральной части тела формации менее 10%. В краевых зонах их содержание может увеличиваться. Второстепенные (необязательные) члены формации нередко могут иметь значение важнейших показателей условий накопления формации, а также представлять собой ценное промышленное минеральное сырье (пласты калийных солей, фосфоритов, углей и др.).

Второй важный показатель вещества – его структура – взаимоотношение главных членов ассоциации друг с другом и по отношении ко всей ассоциации в целом. Горная порода при одинаковом составе может иметь разное наименование в зависимости от формы выделения минералов и их взаиморасположения. Например, гранит, гранит-порфир, риолит имеют одинаковый минеральный состав (полевой шпат, кварц, роговая обманка), но являются разными породами, поскольку отличаются структурой. Таким же образом, для формаций тип строения толщи – не менее важный показатель нежели ее состав. Ассоциации пород с одинаковыми наборами пород, но с их разными соотношениями в разрезе могут относиться к разным формациям. Следует отметить, что классификационные признаки, позволяющие на основе установленных типов строения разделять одинаковые по составу толщи как формации, пока не разработаны. Одним из основных структурных классификационных признаков является тип слоистости. Например, флишевая формация выделена исходя из характера слоистости: многократного правильного чередования пород, составляющих флишевый ритм (многослой). Повторение ритма (элементарного набора пород) в разрезе создает формацию. Иной тип слоистости у молассовых, угленосных, карбонатных, соленосных формаций.

Выделение формаций в разрезе слоистых толщ основано на группировании пород в комплексы, однородные по вещественному составу и строению. При выделении формаций выделяются совокупности горных пород (элементарный набор), повторяемостью которых сложено тело формации.

Элементарные наборы наиболее легко устанавливаются в толщах ритмичного строения – во флишевых, угленосных, соленосных формация. Так, например, девонские соленосные формации Припятского прогиба имеют ритмичное строение и каждый ритм (ритмопачка), сложенный несолевыми сульфатно-карбонатно-глинистыми породами в основании и каменной солью в кровле, отвечает элементарному парагенезу. Карбонаты (глины и мергели), сульфаты и галит являются обязательными членами парагенезов. В кровле полных циклов залегают калийные соли, которые являются второстепенным (необязательным) членом парагенезов. В базальных частях ритмопачек в основном по периферии формации втречаются песчаники и алевролиты, которые также являются второстепенными членами элементарных парагенезов. Повторяемостью в разрезе элементарного набора пород образованы соленосные формации.

Флишевые формации образованы многократно повторяющимися в разрезе флишевыми ритмами. Так, флишевый ритм формации таврического терригенного флиша Горного Крыма сложен (снизу вверх) полевошпато-слюдисто-кварцевыми песчаниками, слюдисто-кварцевыми алевролитами, гидрослюдистыми аргиллитами с линзовидными включениями глинистого сидерита. Песчаник, алевролит, аргиллит являются главными (обязательными) членами ассоциации, сидерит распространен не во всех ритмах и служит второстепенным (необязательным) ее членом. В некоторых флишевых ритмах присутствует полимиктовый гравелит или мелкогалечный конгломерат, которые также являются необязательными членами набора. Повторяемостью в разрезе вышеуказанного элементарного набора пород образована формация таврического терригенного флиша.

Донецкая угленосная формация образована ритмами, каждый из которых сложен полевошпат-кварцевыми песчаниками и алевролитами, аргиллитами, каменнными углями и органогенными песчаниками. Подобным же образом устанавливаются элементарные наборы пород в толщах груборитмичных и неритмичных.

Методику группирования горных пород в геологические формации в рамках парагенетического направления с использованием, в основном, признаков состава и строения, можно рассмотреть на примере девонских формаций Припятского прогиба. Это расчленение было выполнено Р.Е.Айзбергом с соавторами (Айзберг, Махнач, 1969, 1970; Айзберг, Кислик, Лупинович, 1974; Айзберг, 1976, 1978; Айзберг, Гарецкий, 1976; Айзберг, Ажгиревич, Гарецкий, 1989; Айзберг, Ажгиревич, Старчик, 2000, 2001) и выдержало испытание временем.

В практике геологоразведочных работ в мощном (до 5 км) комплексе девонских отложений выделяется пять литологических толщ: подсолевая, нижнесоленосная, межсолевая, верхнесоленосная и надсолевая. Они литологически резко отличаются друг от друга, но более детальный анализ набора пород и особенностей строения показал, что некоторые из них состоят из нескольких формаций.

Подсолевая девонская толща Припятского прогиба в свою очередь делится на нижнюю   терригенную и верхнюю – карбонатную толщи. Следовательно, в подсолевой девонской толще необходимо выделять не менее двух формаций: терригенную и карбонатную.

Нижняя и верхняя части подсолевой девонской терригенной толщи по набору пород отличаются друг от друга.

Нижняя часть в объеме витебского горизонта эмского яруса нижнего девона и эйфельского яруса среднего девона сложена песчаниками, алевролитами, гипсами, доломитами, глинами и мергелями и в северной части прогиба содержит линзы каменной соли мощностью в метры и первые десятки метров. Структура толщи упорядоченная груборитмичная. Каждый ритм представлен определенной вертикальной последовательностью пачек: нижняя – песчаная, средняя – сульфатно-доломито-мергельная, верхняя – доломито-мергельно-глинистая. Породы сероцветные. Мощность толщи возрастает с юго-запада на северо-восток Припятского прогиба от 0 до 100 м, а к северу от прогиба в районе Орши достигает 175 м.

Верхняя часть терригенной толщи в объеме полоцкого горизонта живетского яруса и ланского горизонта франского яруса образована переслаиванием песчаников, глин и алевролитов, прослои мергелей и доломитов занимают подчиненное положение. Структура толщи упорядоченная ритмичная. Выделяется два ритма, в каждом из которых состав изменяется снизу вверх от песчаников до глин. Породы пестроцветные. Мощность толщи возрастает с юго-востока на северо-запад прогиба и за его пределами достигает 200 м. Верхняя толща на нижней залегает несогласно, с перерывом.

Таким образом, нижняя и верхняя терригенные толщи значительно отличаются по набору пород: в верхней отсутствуют сульфаты и каменные соли, меньше доломитов и мергелей. Подобные различия литологического состава двух толщ позволяют выделять их в качестве двух самостоятельных формаций: нижней – сульфатно-карбонатно-терригеной сероцветной и верхней терригенной пестроцветной. Отличие пород двух формаций по цвету и наличие перерыва в осадконакоплении и несогласия, которое можно считать межформационным, являются дополнительными критериями для их выделения. Отличия литологического состава двух формаций объясняются разными условиями осадконакопления: нижняя формация накапливалась в осолоненном морском мелководном шельфовом бассейне, который иногда превращался в серию разобщенных остаточных лагун; верхняя формация накапливалась в морском мелководном опресненном, реже несколько осолоненном бассейне, часто лагунного или озерного типа с впадающими в него реками и их подводными дельтами.

Выше в низах подсолевой карбонатной толщи достаточно уверенно выделяется карбонатная морская сероцветная формация в объеме саргаевского и семилукского горизонтов. Она сложена известняками и доломитами с прослоями мергелей и по набору пород резко отличается от подстилающей терригенной пестроцветной формации и от покрывающей туффито-глинисто-мергельной формации, выделяемой в объеме речицкого горизонта. Структура формации груборитмичная, упорядоченная. Она сложена двумя ритмами: основания ритмов сложены мергелями, при этом в нижнем присутствуют прослои и линзы ангидритов, верхние части ритмов представлены известняками и доломитами. В кровле формации выделяется межформационный перерыв. Формация довольно выдержана по составу и мощности, которая достигает 90 м. Она накопилась в морском бассейне с соленостью, близкой к нормальной, в процессе широкого распространения среднефранской трансгрессии на территории Восточно-Европейской платформы.

Туффито-глинисто-мергельная пестроцветная формация выделяется в объеме речицкого горизонта и сложена глинами и мергелями с примесью туфового материала, с прослоями песчаников, алевролитов, глинистых известняков, доломитов и туффитов. Она распространена только в восточной части прогиба и ее мощность увеличивается в восточном направлении до 70 м. В Припятском прогибе она накопилась в трансгрессировавшем с востока мелководном морском бассейне в начальную фазу рифтовой стадии в процессе начавшегося рифтового вулканизма, с связи с чем она обогащена туфогенным материалом.

Верхняя часть подсолевой карбонатной толщи в объеме воронежского и нижней части евлановского горизонтов выделена в качестве сульфатно-карбонатной сероцветной формации. Она образована парагенезом ангидритов, доломитов, известняков и мергелей. От подстилающей формации она отличается присутствием ангидритов, от покрывающей галогенной галитовой – отсутствием каменных солей. Мощность формации на востоке прогиба достигает 320 м. Она накапливалась в последовательно осолонявшемся морском бассейне.

Таким образом, на примере подсолевой девонской толщи Припятского прогиба видно, что формации можно уверенно выделять в разрезе осадочных бассейнов исходя, в основном, из первого признака формаций: их породного состава, т.е. набора видов пород. В качестве дополнительных критериев используются структура, в основном, характер слоистости, цвет пород, наличие межформационных перерывов и несогласий. Границы формаций в большинстве случаев совпадают с границами стратиграфических подразделений: горизонтов, подъярусов и ярусов. Так, в подсолевой девонской толще только граница сульфатно-карбонатной сероцветной и покрывающей галогенной галитовой формаций не совпадает с стратиграфической границей и проходит внутри евлановского горизонта. При этом она стратиграфически скользящая и поднимается вверх по разрезу к ее периферии

Как показывает приведенный пример подсолевых девонских отложений Припятского прогиба осадочные геологические формации достаточно уверенно выделяются в рамках парагенетического подхода, исходя из породного состава и структуры формаций до изучения генезиса пород, выделения фаций и генетических типов отложений.

4. ГРАНИЦЫ ФОРМАЦИЙ

Выделить формацию – это значит определить ее границы. Границы формаций определяются поверхностями, по которым происходит разрыв однородности свойств формации: ее состава и строения.

Проведение границ между формациями является в ряде случаев довольно сложной задачей, так как смежные формации по латерали и вертикали нередко связаны постепенными переходами и в их парагенезах имеются общие члены. Как в латеральном ряду формаций, так и в их вертикальной стратиграфической последовательности, могут происходить фациальные замещения формаций. В этих случаях границы формаций нередко являются условными. Формации могут быть связаны широкими зонами взаимопроникновения, границы смежных формаций расплываются в широкие зоны и если ширина такой зоны взаимопроникновения соизмерима с величиной тел сравниваемых смежных формаций, необходимо выделять между ними самостоятельную формацию. В.М Цейслер (1992) предлагает в таких случаях проводить условные границы между формациями на основе подсчета процентного содержания пород – главных членов в смежных парагенетических ассоциациях. Например, граница между глинистой и известняковой формациями должна быть проведена там, где содержание известняков и глин в разрезе примерно равно и составляет 40-60%. В ряде случаев такую границу нельзя выразить одной линией, и на карте будет выделяться широкая переходная зона.

Наиболее четким ограничением формаций в их вертикальном ряду являются стратиграфически несогласные контакты, связанные с перерывами в осадконакоплении, которые иногда сопровождаются угловыми несогласиями, что свидетельствует о перестройке структурного плана на рубеже двух формаций. Однако критерий перерывов не может быть основным при выделении формаций, поскольку перерывы нередко бывают внутриформационными и часто отсутствуют на границах формаций. Н.С.Херасков (1952) писал, что “сам по себе перерыв, даже несогласие не являются достаточным признаком межформационной границы, но длительный региональный перерыв и несогласие, по-видимому, всегда сопровождаются сменой формаций“. И далее “перерыв лишь тогда является межформационным, когда он совпадает со сменой парагенезов пород. А уже из этого следует, что выделение формаций не может быть подменено установлением перерывов, а должно исходить из изучения строения самих формаций. Еще важнее то, что смена одной формации другой далеко не всегда сопровождается перерывом”. Далее он отмечал: “с методологической точки зрения ошибкой в определениях, основанных на перерывах, является то, что в них тело характеризуется не его внутренним содержанием, а только особенностями его границ, а последние могут быть не связаннными с образованием самого тела, так как образование граничных перерывов в общем либо предшествует, либо следует за образованием тела”. Вместе с тем он писал, что “в громадном большинстве случаев выделение формаций и проведение между ними границ не создает больших затруднений. При разделении разреза на формации обычно используются некоторые из обычных стратиграфических границ, а именно те, которым соответствуют значительные литологические изменения”.

В тех случаях, когда длительность перерывов в осадконакоплении соизмерима с длительностью накопления формаций, даже тогда, когда подстилающая и покрывающая толщи не отличаются по составу, целесообразно выделять их в качестве двух формаций.

5. НАИМЕНОВАНИЯ ФОРМАЦИЙ

Наименование формаций как парагенезисов горных пород обычно выражается перечислением главных членов парагенетической ассоциации в порядке возрастания значимости того или иного типа, образующего формацию. Перечисление главных членов ассоциации должно сопровождаться указанием на тип строения толщи. При одном-двух членах ассоциации такие названия как кварц-каолиновая тонкослоистая или граувакковая мелкобломочная грубослоистая еще воспринимаются, но если число главных членов парагенезиса больше трех – название получается очень длинным.

Некоторые формации получили названия исходя из строения (флиш), состава или тектонического положения (аспидная, фаллаховая, молассовая), но обычно это группы формаций, т.е. вещественные категории более крупные, чем формации.

Предложенные некоторыми исследователями аббревиатурные наименования формаций (Мельников, 1988), буквенная индексация формаций (Шванов, 1982) или географические названия для формаций оказались неудобными и не нашли применения.

Таким образом, разработанной понятийной базы для номенклатуры формаций нет и проблема наименований формаций требует дальнейшей разработки. В.М.Цейслер (1992) рекомендует именовать формации по одному ведущему члену парагенезиса с указанием географической, стратиграфической привязки или типичного облика формаций, принятых за эталон. За эталоны могут быть приняты формации, получившие в литературе наиболее полную петрографическую, генетическую и структурную характеристики.

6. ФОРМАЦИЕОБРАЗУЮЩИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Горные породы, слагающие формации, делятся на две большие группы: формациеобразующие и акцессорные. Формациеобразующие породы широко распространены в земной коре и образуют основные объемы формаций, а некоторые породы слагают формации целиком (писчий мел и др.). Они могут быть как главными, так и второстепенными членами парагенетических ассоциаций. Акцессорные породы имеют ограниченное распространение в земной коре, не образуют крупных скоплений, а входят в состав парагенезов в качестве второстепенных (необязательных) членов.

К формациеобразующим осадочным породам относятся группы обломочных алюмосиликатных, глинистых, карбонатных, кремнистых, железистых, сульфатных и галогенных (хлоридных) пород. К акцессорным – группы марганцевых, фосфатных, глиноземистых пород и каустобиолитов. Подразделение пород на формациеобразующие и акцессорные в значительной степени условно. Среди группы формациеобразующих имеются типы пород, не образующих самостоятельных крупных скоплений, а некоторые представители акцессорной группы образуют месторождения – рудные формации.

Формациеобразующие группы осадочных пород. Важнейшими среди формациеобразующих являются терригенные и глинистые алюмосиликатные и карбонатные породы, которые слагают основной объем осадочной оболочки. Сульфатные, галогенные, железистые, кремнистые породы имеют меньшее значение.

Обломочные алюмосиликатные породы. При группировании пород в формации обломочные породы подразделяются на мелкообломочные (песчано-алевритовые) и грубообломочные. Грубобломочные подразделяются на гравийно-конгломератовые, валунно-глыбовые и глыбово-брекчиевидные породы. При этом песчаники и алевролиты рассматриваются как один компонент формации, все грубообломочные – как второй. Практика показывает, что если при выделении формаций не объединять песчаники и алевролиты в одну группу, а все грубообломочные в другую, получаются очень мелкие подразделения, отвечающие рангу частей формаций. Терригенные породы по составу подразделяются на кварцевые, аркозовые, граувакковые, смешанные. Состав пород является важным показателем палеогеографической обстановки формирования формаций. Поэтому в качестве членов парагенетических ассоциаций, выделяемых в ранге формаций, выступают, например, кварцевая алевропесчаная порода, аркозовая алевропесчаная порода, кварцевая гравийно-конгломератовая порода.

Глинистые алюмосиликатные породы. Глинистые породы при выделении формаций подразделяются по составу на каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и смешанные. При сильном изменении первичного состава глин и превращении их в аргиллиты, глинистые сланцы, филлиты, установить первичный состав глин часто не представляется возможным.

Определение вещественного состава обломочных и глинистых пород является обязательным условием при группировании пород в формации. Так, каолин-кварцевая и гидрослюдисто-граувакковая мелкообломочные формации относятся к одной группе алюмосиликатных формаций, являются песчано-глинистыми, но по многим параметрам они отличаются друг от друга, поскольку накапливались в разных палеотектонических и палеогеографических условиях, отличаются по строению и для них обычны разные полезные ископаемые.

Известняки подразделяются на три большие группы: обломочные известняки, органогенные и органногенно-детритовые, хемогенные. Среди обломочных известняков выделяются мелкообломочные – калькарениты и крупнообломочные – конгломерато-брекчии, брекчии, гравийно-конгломератовые известняки. Органогенные и органогенно-обломочные известняки различаются в зависимости от породообразующих организмов (коралловые, мшанковые, криноидные, водорослевые, фораминиферовые и др.), при этом состав породобразующих организмов во многом определяет лицо формации. Среди хемогенных известняков различают микрозернистые, оолитовые, псевдоолитовые и др.

Доломиты также подразделяются на обломочные, органогенные и органогенно-обломочные и хемогенные. Группирование доломитовых пород в формации предусматривает предварительное решение вопроса о первичности или вторичности доломитов.

Сложности при формационном анализе могут быть связаны с тем, что в кристаллических известняках и доломитах первичная структура и состав породообразующих организмов могут быть полностью уничтожены последующими процессами.

Нередко в роли главных членов парагенезов выступают породы смешанного состава: известняково-доломитовые, гипсово-доломитовые, глинисто-доломитовые, глинисто-известняковые (мергели), кремнисто-известняковые.

Сульфатные и хлоридные породы. Сульфатные и хлоридные породы образуют закономерные сочетания в соленосных формациях, а также присутствуют в качестве второстепенных членов в терригенных и карбонатных формациях, образованных в аридной обстановке. Главными типами пород, входящими в парагенезы, являются гипс, ангидрит, каменная соль (галит), калийная соль (карналлит, сильвинит).

Акцессорные группы пород. Железистые и марганцевые породы. Железистые породы образованы лимонитовыми, сидеритовыми, шамозитовыми и оолитовыми гидрогётит-лептохлорито-сидеритовыми рудами. Железистые породы в осадочных формациях присутствуют в качестве второстепенных членов парагенетических ассоциаций, но в ряде случаев они становятся главными членами парагенезисов.

Оксидные и карбонатные марганцевые породы (руды) в ассоциациях обломочных, кремнистых, глинистых и карбонатных пород присутствуют в виде второстепенных членов, образуя отдельные пласты, линзы, конкреции.

Бокситы сложены гиббситом, бёмитом и диаспором и подразделяются на гиббситовые, бёмитовые и диаспоровые. По условиям образования они бывают элювиальными, или латеритными, осадочными и карстовыми.

Латерит является элювиальным продуктом физико-химического выветривания алюмосиликатов в условиях жаркого и влажного климата и состоит, в основном, из каолинита, окислов железа, двуокиси титана, обычно гиббсита, магнезита и галлуазита и входит в состав бокситового ряда.

Каустобиолиты. Угли каменные и бурые, горючие сланцы являются важнейшими второстепенными членами парагенезисов осадочных пород. Иногда мощность углей настолько велика, что они выступают в роли главных членов парагенезисов.

Формациеобразующие группы магматических и метаморфических пород. При выделении магматических и метаморфических формаций главным является их породный состав и перечисление в названии формациеобразующих пород, составляющих парагенетическую ассоциацию, позволяет делать выводы об их генезисе.

При выделении магматических формаций различают четыре группы пород: ультраосновные (ультрамафические), основные (мафические), средние (мафическо-салические) и кислые (салические). Среди всех групп выделяются породы нормального и щелочного рядов. Каждая группа пород разделяется на подгруппы глубинных (плутонических или интрузивных), полуглубинных (субвулканических) и излившихся (вулканических).

Главными формациеобразующими породами среди кислых являются граниты и риолиты, которые нередко находятся в тесной связи с гранодиоритами. В крупных гранитоидных массивах в качестве акцессорных обычно присутствуют гранит-порфиры, аплиты, пегматиты.

Диориты играют меньшую роль в образовании формаций. Они участвуют в составе группы мафическо-салических формаций: габбро-диорит-плагиогранитной, диорит-гранодиоритовой.

Более широко распространены формации, сложенные породами основного состава – базальтами, диабазами и долеритами, при этом их роль выше, чем глубинных мафических пород – габбро и габбро-норитов.

Формации ультраосновных пород сложены дунитами и пироксенитами в разной степени серпентинизированными.

Классификация метаморфических пород разработана хуже, чем магматических, при этом названия метаморфических пород определяются, в основном, их минералогическим составом, а также термобарической обстановкой их образования (фации метаморфизма).

7. ИЕРАРХИЯ АССОЦИАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД

И ПРОБЛЕМА ОБЪЕМА ЕДИНИЧНОЙ ФОРМАЦИИ

Формации занимают вполне определенное положение в иерархии ассоциаций горных пород как вещественных геологических уровней организации вещества в последовательном ряду: горная порода – фация   генетический тип отложений – формация   структурный этаж   структурный комплекс   структурный мегакомплекс – геосферы (земная кора, мантия, ядро). Формация является парагенезом генетических типов отложений и третьим, верхним надпородным уровнем организации вещества.

Несмотря на то, что формация в приведенном выше ряду геологических уровней организации вещества занимает вполне определенное положение, по вопросу ее иерархических соотношений с парагенетическими ассоциацими других уровней нет единого мнения. Так, многие исследователи определяют формацию как парагенез фаций или парагенез пород и в практике формационного анализа формации обычно выделяются именно как парагенезы пород. Соответственно нет единства мнений и по объему формаций: у разных исследователей объем формаций в одних и тех же отложениях может существенно различаться. Очевидно, что в качестве парагенетических ассоциаций осадочных горных пород могут быть выделены подразделения различного объема и ранга от многослоя флиша (элементарный набор, элементарный парагенезис) до осадочной оболочки в целом. Последняя представляет собой ни что иное, как парагенезис разнообразных осадочных и магматических горных пород. При этом далеко не всегда ясно, какого ранга парагенетическую ассоциацию горных пород следует называть формацией, какую – частью формации, а какая из них сама является ассоциацией формаций.

Необходимы четкая иерархия среди парагенезов уровней организации вещества разного ранга и определение места формации в этой иерархии, а также иерархия среди самих формационных подразделений (субформация, формация, надформация, ассоциация формаций, формационный комплекс, группа формаций, формационый ряд). Каждая ассоциация горных пород находится в тесной связи с другими, смежными ассоциациями, объединяет ассоциации более низкого и входит в состав ассоциаций более высокого ранга. Для того, чтобы разобраться в генетической природе любой ассоциации пород, необходимо найти ее место в цепочке связанных с ней по латерали и вертикали ассоциаций того же ранга и определить этот ранг. Сравнительный анализ формаций эффективен только тогда, когда сравниваемые формации выделяются по единым принципам и их объемы сопоставимы.

Разнообразие подходов к пониманию формаций и их объема имеет под собой вполне объективные причины. Во-первых, оно определяется целями и задачами, которые ставят перед собой специалисты разного профиля (стратиграфы, литологи, тектонисты, специалисты по полезным ископаемым) при выделении и анализе формаций. Так, у тектонистов, которые выделяют формации как закономерные сочетания горных пород, отвечающие определенной стадии геотектонического цикла в конкретной геотектонической зоне, объем формаций будет больше, чем у литологов. Однако и у них он будет зависеть от ранга рассматриваемых тектонических структур и от того, как различные исследователи трактуют стадийность. Во-вторых, при разных масштабах работ и разном масштабе карт объем формаций также будет различным. Объем формаций зависит и от степени изученности: по мере повышения детальности работ объем выделяемых формаций будет уменьшаться.

Для тектонического районирования, оценки территории на полезные ископаемые, геодинамических реконструкций формационные единицы обычно соответствуют таким стратиграфическим подразделениям как горизонт или несколько горизонтов, свита или несколько свит, подъярус, ярус, иногда несколько ярусов, реже   отдел. Такого типа толщи картируются как естественные геологические тела на картах 1:25 000 1:50 000 масштабов и оказываются наиболее удобными для практической работы. Время накопления такой единичной формации составляет от 3-6 до 10-12 млн. лет. Мощность формаций изменяется в широких пределах: от десятков, редко от единиц метров, до нескольких километров. Осадочные формации в плане имеют обычно изометричную или линейную форму на платформах и линейную в геосинклиналях. Их форма подчиняется форме осадочных бассейнов, в которых они накапливаются, размеры могут изменяться в значительных пределах: от десятков тысяч до первых миллионов километров на платформах.

Хотя прямое отождествление формаций и стратиграфических подразделений является неправильным, нельзя отрицать наличие определенной и довольно тесной связи между этими понятиями. Действительно, любая единица местной стратиграфической шкалы – пачка, свита, серия, горизонт   это вместе с тем конкретный литологический и фациальный комплекс, который может образовывать формацию или входить в состав формации. Свиты, как подразделения местной стратиграфической шкалы, выделяются как картируемые геологические тела определенного литологического состава, отличные по составу от подстилающих и покрывающих свит и нередко отделенные друг от друга перерывами и несогласиями. Такие свиты по объему обычно соответствуют формациям. Соотношение формаций, стратиграфических, структурных и генетических подразделений показано на рис. 2.

Анализ соответствия геологических формаций подразделениям международной стратиграфической шкалы показывает, что их возрастной диапазон отвечает интервалу от подъяруса до отдела (редко) и формации накапливаются в интервале 3-12 млн. лет. Так, сульфатно-карбонатно-терригенная формация в объеме витебского горизонта эмского яруса нижнего девона и эйфельского яруса среднего девона накапливалась на территории Беларуси более 10 млн. лет. Вышележащая терригеннная пестроцветная формация, которая объединяет отложения полоцкого горизонта живетского яруса среднего девона и ланского горизонта франского яруса верхнего девона, накапливалась более 5 млн. лет. Вышележащие формации: карбонатная морская сероцветная формация саргаевского и семилукского горизонтов, туффито-глинисто-мергельная пестроцветная формация речицкого горизонта, сульфатно-карбонатная сероцветная формация воронежского и нижней части евлановского горизонтов и галогенная галитовая формация евлановско-ливенского возраста накапливались в течение менее 5 млн. лет, т.е. время образования каждой из них составляет 1-2 млн. лет. Фаменские терригенно-сульфатно-карбонатная, галогенная калиеносно-галитовая и карбонатно-терригенная сланценосная сероцветная формации сформировались в Припятском прогибе в течение 15 млн. лет, т.е. время накопления каждой составляло в среднем 5 млн. лет. Вместе с тем следует отметить, что молассоидная пестроцветная формация нижнего и среднего триаса накапливалась около 20 млн. лет, а формация писчего мела в объеме послесеноманских отложений верхнего мела накапливалась не менее 25 млн. лет. В рифее в течение около миллиарда лет на территории Беларуси образовалось всего шесть формаций и, следовательно, время накопления каждой формации могло исчисляться не только десятками, но и сотнями млн. лет, но ввиду наличия крупных перерывов в осадконакоплении, длительность которых оценить трудно, сложно определить и время накопления формаций. В целом, намечается закономерное уменьшение длительности накопления формаций с одновременным увеличением их мощности с ростом тектонической активности и интенсивности погружения.

Довольно тесная связь существует между формациями и структурными этажами (ярусами). Терминами “формация” и “структурный этаж” обозначаются различные по принципам выделения вещественные категории земной коры: формации выделяются в основном по вещественным, структурные этажи – по структурным критериям. Тем не менее, поскольку структурные этажи сложены формациями, их можно и должно рассматривать в одном ряду, тем более, что при выделении структурных этажей и особенно более крупных подразделений чехла типа структурных комплексов и мегакомплексов, которые иногда называются структурно-формационными, наряду с структурными учитываются и формационные критерии.

Структурному этажу в Геологическом словаре (1973) дано следующее определение: “структурный этаж – группа геологических формаций, отделенная от выше- и нижележащих образований поверхностями региональных несогласий и характеризующаяся определенным типом складчатой структуры и степенью метаморфизма”. Структурный ярус считается частью структурного этажа (Шатский, 1957 и др.) или его синонимом (Хаин, 1964; Косыгин, 1969). Структурные этажи подразделяются на подэтажи и объединяются в структурные комплексы (дальсландский, нижнебайкальский, верхнебайкальский, каледонский, герцинский, киммерийско-альпийский), отвечающие тектоническим этапам. Структурные комплексы в свою очередь объединяются в квазиплатформенный, катаплатформенный и ортоплатформенный структурно-формационные комплексы. Иногда выделяются мегакомплексы (фундамент и чехол древних платформ).

Структурные подэтажи обычно включают одну, две или несколько формаций. Так, в Припятском прогибе в герцинском структурном комплексе среднефранский структурный подэтаж эмско-среднефранского структурного этажа выделяется в объеме одной карбонатной морской сероцветной формации, лебедянско-стрешинский подэтаж верхнефранско-фаменского структурного этажа   в составе одной галогенной калиеносно-галитовой формации, полесский подэтаж   в составе одной карбонатно-терригенной сланценосной сероцветной формации. Эмско-нижнефранский подэтаж объединяет две формации: сульфатно-карбонатно-терригенную в объеме витебского горизонта эмского яруса нижнего девона и эйфельского яруса среднего девона и терригенную пестроцветную формацию полоцкого горизонта живетского яруса среднего девона и ланского горизонта нижнефранского подъяруса верхнего девона. Речицко-евлановский подэтаж объединяет туффито-глинисто-мергельную пестроцветную формацию в объеме речицкого горизонта и сульфатно-карбонатную сероцветную формацию в объеме воронежского и нижней части евлановского горизонтов, а также пространственно сопряженные с ними щелочно-ультраосновную – щелочно-базальтоидную формацию трубок взрыва речицкого возраста и нижнюю часть щелочно-ультраосновной-щелочно-базальтодной формации евлановско-ливенского возраста, а также галогенную галититовую формацию евлановско-ливенского возраста.

Структурные этажи объединяют от одной до нескольких формаций. Так, нижнепермский структурный этаж Припятского прогиба выделяется в объеме одной красноцветной галогенно-калиеносной песчано-ангидритово-глинистой формации, верхнепермский структурный этаж Подлясско-Брестской впадины – в составе одной терригенно-карбонатной формации цехштейна, нижне-среднетриасовый этаж Припятского прогиба – в составе одной молассоидной пестроцветной формации. Чаще структурный этаж включает от двух до восьми формаций.

Структурые комплексы отвечают крупным тектоническим этапам (каледонский, герцинский, киммерийский, альпийский и др.) и в своем полном развитии объединяют формации закономерно построенных направленных вертикальных рядов. Такие ряды включают формации трансгрессивной части в основании, инундационной – в средней части, регрессивной и иногда эмерсивной частей ряда   в верхней части.

Примером такого наиболее полного вертикального формационного ряда на территории Беларуси является ряд герцинского структурного комплекса. В его основании, в трансгрессивной части ряда залегают сульфатно-карбонатно—терригенная и терригенная пестроцветная формации нижнего, среднего и основания франского яруса верхнего девона. Средняя инундационная часть ряда представлена сложным комплексом карбонатных, карбонатно-терригенных, терригенных, галогенных и щелочно-ультраосновных–щелочно-базальтоидных формаций позднедевонского возраста. Регрессивная часть ряда образована комплексом терригенных и карбонатно-терригенных формаций каменноугольного возраста. Эмерсионная часть ряда представлена нижнепермской красноцветной галогенно-калиеносной песчано-ангидритово-глинистой формацией и нижне-среднетриасовой молассоидной пестроцветной формацией.

Киммерийско-альпийский структурный комплекс на территории Беларуси сложен в базальной трансгрессивной части сероцветной континентальной терригенной буроугольной формацией верхнего триаса, нижней и средней юры. Средняя инундационная часть вертикального формационного ряда образована комплексом морских сероцветных терригенных, терригенно-карбонатных, карбонатных, терригенно-глауконитовых формаций. Завершают вертикальный ряд формаций комплекса континентальные пестроцветная терригенная буроугольная формация верхнего олигоцена-миоцена регрессивной части и обломочно-терригенная ледниковая формация антропогена эмерсивной части ряда.

Количество формаций, объединяемых в структурные комплексы, варьирует в широких пределах, в основном, в связи с глубокими размывами и с неполнотой формационных рядов. На территории Беларуси готский структурный комплекс объединяет четыре формации, нижнебайкальский – четыре, верхнебайкальский – три в Оршанской и четыре в Подлясско-Брестской впадинах, две в восточной части Балтийской синеклизы. Каледонский структурный комплекс включает пять формаций в Подлясско-Брестской впадине и две формации на северном склоне Белорусской антеклизы. Наиболее мощный и полный герцинский структурный комплекс Припятского прогиба объединяет шестнадцать формаций. В киммерийско-альпийском комплексе на территории Беларуси выделено девять фор-маций.

Структурные подэтажи, этажи, комплексы, мегакомплексы являются следующими после формаций более высокими уровнями организации вещества. В отличие от фаций, генетических типов отложений и формаций, которые выделяются в основном по вещественному и в меньшей степени по структурному принципу, в основе выделения подэтажей, этажей, комплексов и мегакомплексов лежит структурный принцип, поэтому они являются структурными уровнями организации вещества и объектами изучения геотектоники. Вместе с тем они сложены наборами, комплексами и закономерно построенными направленными вертикальными рядами формаций, поэтому формационный анализ является важным компонентом при их выделении и изучении.Беларуси.

Состав и строение отдельных частей формаций могут изучаться в поле в обнажениях или по разрезам скважин по керну и каротажным диаграммам, они могут выделяться на временных сейсмических разрезах. Однако только карта совместно с профильными разрезами и формационными колонками позволяет охарактеризовать формацию как трехмерное тело и показать ее соотношения со смежными формациями. При картографировании формаций используются два типа условных знаков – для пород, составляющих формацию, и для самих формаций.

Колонки и разрезы первого типа   обычные литолого-стратиграфические колонки, петрографические разрезы, литолого-фациальные профили с детальным обозначением всех разностей горных пород, их генетических признаков и взаимоотношений по вертикали и латерали. Вертикальный масштаб колонки выбирается в соответствии с возможностью изображения слоев – главных членов ассоциации. Обычно выбирается масштаб от 1:100 до 1:1000 и мельче. Вертикальный масштаб должен позволить изобразить элементарные наборы слоев, ритмы. Горизонтальный масштаб профильных разрезов зависит от размеров формационных тел. Он выбирается кратным масштабу карты.

Наглядное изображение на картах внутреннего строения и состава толщ облегчает выделение и оконтуривание формаций. Для слагающих толщи разностей пород используются общепринятые обозначения. Для отображения минерального состава пород могут быть введены дополнительные обозначения. Например, граувакковые песчаники обозначать точками с дужками над ними, кварцевые   перечеркнув точку штрихом и т.д. Различными типами линий показывают характер взаимоотношения слоев.

Колонка позволяет изучать изменение состава и строения толщ по вертикали и выделять формации в конкретных разрезах. Для наглядного изображения внутреннего строения толщи для каждой разновидности горных пород строят колонку разной ширины, и один из краев колонки приобретает ступенеобразный вид. Обычно, чем крупнее зернистость породы, тем больше ширина колонки (рис. 3).

Путем обобщения отдельных колонок по профилю составляются формационные разрезы, на которых также условными обозначениями показаны породы. Такие разрезы позволяют не только выявить пространственные взаимоотношения наборов пород, составляющих ассоциацию, но и оконтурить ее, а также выделить зоны внутри формационного тела и изучить связи смежных формаций (рис. 4).

Колонки и разрезы второго типа представляют собой схемы, на которых условными знаками показаны не породы, а формации (рис. 5). Такие колонки составляются для показа вертикальной последовательности (вертикального ряда) формаций определенного участка земной коры. На разрезах второго типа показано соотношение формаций, как в вертикальных, так и в латеральных рядах (рис. 6).

Наиболее широко распространены карты формаций, составленные по образцу литолого-фациальных карт для интервала времени, соответствующего одной или двум формациям (один-два яруса, отдел). На таких картах показываются площади распространения формаций, их состав и строение, мощность, внутренняя зональность, взаимоотношение с покрывающими и подстилающими формациями, приуроченность полезных ископаемых (рис. 7). Иногда используется цвет для изображения типов строения парагенезисов и штриховые обозначения для характеристики состава. Взаимоотношения с подстилающими и покрывающими формациями показывают на колонках, сопровождающих карту. Если данному возрастному интервалу соответствуют две формации, обозначения каждой располагают внутри чередующихся горизонтальных полос, которые наносят на площадь, где одна формация перекрывает другую. Такие карты удобно составлять для районов пологого или горизонтального залегания формаций.

Второй тип карт отличается тем, что на них показаны только границы формаций. Стратиграфические индексы геологической основы на них сохраняются и дополняются цветовой раскраской для обозначения принадлежности формации к определенной группе по веществу (известняковой, терригенной, вулканогенной и т.п.) и штриховыми знаками для обозначения видов формаций. Совпадение или пересечения стратиграфических и формационных границ позволяют оценить возрастной объем формаций и его изменение по площади. Мощности формаций на таких картах можно показать цифрой на карте, а состав – комбинациями условных знаков. Такие геолого-формационные карты составляют для районов крутого залегания слоистых толщ (рис. 8).

Формационные карты первого типа являются геологической основой для палеотектонических, палеогеографических, прогнозных карт; карты второго типа – для карт тектонических, так как позволяют осуществить тектоническое районирование.

На формационных картах изображаются отдельные формации и их части, группы, ассоциации (комплексы) и ряды формаций соответствующего стратиграфического интервала. Степень обобщения формационных подразделений зависит от масштаба карт, степени изученности разреза и задач исследования. Считается (Межеловский, Тихомиров, 1988), что на картах масштаба 1:50 000 могут быть показаны субформации (парагенерации), на картах масштаба 1:200 000 – формации, а на картах масштаба 1:1 000 000 – только временные ряды формаций, отвечающие тектоническим этапам.

Табличное изображение формаций удобно при полевом описании слоистых осадочных и вулканогеннх толщ в обнажениях. В этих таблицах в вертикальных графах записывается номер обнажения, индекс стратиграфического подразделения, номер каждого слоя, мощности слоев разностей горных пород, номер циклита и его мощность. В полевом журнале дается описание всех разностей пород.