Учебно-методическое пособие основы стратиграфии ч. I. Лекции казань 2009

Казань

Публикуется по решению заседания кафедры исторической геологии и палеонтологии Казанского государственного университета от 19 июня 2009 г. (протокол № 4).

Составители - В.В. Силантьев, С.О. Зорина
Научный редактор – д.г.-м.н., профессор А.С. Борисов
Рецензент – к.г.-м.н. Н.И. Афанасьева

Учебно-методическое пособие «Основы стратиграфии». Ч. I. Лекции. / Сост. В.В. Силантьев, С.О. Зорина. Казань: Казанский гос. ун-т, 2009. - 81 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов геологического факультета Казанского государственного университета, изучающих курс «Основы стратиграфии». В нем кратко изложен основной и вспомогательный материал, необходимый студенту для успешного освоения лекционного курса. Основные разделы пособия составлены с привлечением теоретических разработок и практических примеров, опубликованных в учебниках и учебно-методических изданиях, использующихся при чтении лекций по «Основам стратиграфии» в ведущих геологических ВУЗах страны. По отдельным главам приведены авторские разработки составителей. Рубрикация пособия соответствует тематике лекционных занятий курса. В конце разделов приводятся контрольные вопросы, фигурирующие в экзаменационных билетах.

©Казанский государственный

университет, 2009

Содержание
1. Введение в стратиграфию………………………………………………………………………………4

2. Принципы стратиграфии………………………………………………………………………......…..10

3. Некоторые общие положения литологии и седиментологии……………………………………….14

4. Перерывы и несогласия. Фации и формации. Эвстазия и эпейрогения…………………………....20

5. Методы стратиграфических исследований…………………………………………………………..27

6. Основные положения секвенс-стратиграфического метода………………………….……………..33

7. Геофизические методы в стратиграфии…………………………………………………...…………39

8. Биостратиграфический метод………………………………………………………………………...47

9. Время в стратиграфии. Хроностратиграфические подразделения…………………………………53

10. Событийная стратиграфия……………………………………………………………………….….60

11. Стратиграфический Кодекс России (2006)…………………………………...................................69

12. Стратиграфические шкалы и схемы………………………………………………………………..78

Литература……………………………………………………………………………………………….82

I. ВВЕДЕНИЕ В СТРАТИГРАФИЮ
Стратиграфия — геологическая дисциплина, которая изучает пространственные и временные соотношения пластующихся толщ горных пород Земной коры. Термин «стратиграфия» буквально означает описание слоев (от лат. Stratum – слой и греч. graphio – пишу).

Стратиграфия одной из первых (после минералогии) выделилась в 17 веке из обширного и неопределенного познания «земной тверди», сделала геологию наукой исторической. Затем на ее основе возникли петрография, литология, тектоника, палеонтология и многие другие геологические дисциплины.

Стратиграфические исследования предваряют практически все операции геологических работ. При расмотрении любого обнажения в нем определяются неоднородности, изучая которые вырабатывается общее представление о строении разреза.

При документации скважин, по керну или каротажным диаграммам устанавливается последовательность вскрытых горных пород.

При составлении геологической или любой другой специальной карты, разрабатывается ее легенда, т.е. те элементы – объединения горных пород, ландшафтные или геодинамические единицы, которые замет будут наноситься на план.

При проведении поисковых работ на многие виды полезных ископаемых первоначально определяются породные признаки вмещающих образований для того, чтобы затем установить размещение их в геологическом разрезе и проследить в пространстве.

Любой вид геологической деятельности начинается с расчленения исследуемого объекта, затем определяются сходные черты в его элементах и только после этих стратиграфических операций переходят к выявлению сути проблемы.

Таким образом, по очень точному определению одного из выдающихся современных стратиграфов О.Шиндевольфа (1975), «Стратиграфия – фундаментальная основа геологии… Ее цель – восстановаление первоначальной последовательности залегания горных пород, которые либо наблюдают на поверхности, либо вскрывают скважинами. Тем самым стратиграфия создает условия и определяет временные границы для исторической расшифровки геологических процессов и событий. Без стратиграфии нельзя проникнуть в историю образования и строения земной коры, в процесс становления суши и моря, невозможно существования сравнительной тектоники, палеогеографии и палеоклиматологии, невозможен исторический анализ процессов формирования пород, их образования и разрушения, невозможны целенаправленные поиски и разведка месторождений полезных ископаемых».

Помимо этого, стратиграфия играет роль общемирового геологического языка, является средством общения специалистов разных стран. Один из мировых лидеров современной стратиграфии Х.Д.Хедберг (1978) так характеризует эту особенность науки: «Стратиграфия по своему существу глобальна, и необходимо международное взаимопонимание и сотрудничество, если мы хотим достигнуть полноценного воссоздания общей картины слоев Земли и восстановить историю того, как, когда и почему земные слои стали тем, что они есть, и почему находятся там, где они есть в настоящее время».

Таким образом, без знания этой науки, ее методов, принципов плодотворная деятельность специалиста-геолога невозможна. Особенно это касается направлений геологической съемки, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, нефтяной геологии, литологии, разведочной геофизики.

По Стратиграфическому Кодексу (2006) слой (пласт) — литологически более или менее однородные маломощные отложения, отличающиеся по вещественному составу или по остаткам организмов и ясно отграниченные от ниже- и вышележащих слоев. Морфологическими модификациями слоя являются линзовидный пласт, линза, клин, лавовый поток (покров), залежь и т. д.

Стратиграфия изучает не просто горные породы, а такие их объединения – стратиграфические подразделения или стратоны, которые позволяют установить их пространственно-временное положение в разрезе земной коры.

В России принято следующее определение стратона (СК, 2006): «Стратиграфическое подразделение (стратон) - совокупность горных пород, составляющих определенное единство и обособленных по признакам, позволяющим установить их пространственно-временные соотношения, т. е. последовательность формирования и положение в стратиграфическом разрезе. Каждому стратиграфическому подразделению соответствует эквивалентное ему геохронологическое подразделение». Последнее заключение является спорным.

Важной особенностью каждого стратона является его качественное обоснование, т.е. он должен отличаться от смежного критериями, характерными только для него: цветом, составом, особенностью текстуры, систематическим составом окаменелостей или формой их захоронения, соответствием определенному интервалу разреза литосферы и, наконец, - возрастом.

При всем разнообразии признаков, присущих горным породам осадочного генезиса, по своей природе стратоны могут обособляться по трем основным свойствам: седиментологическому – литостратиграфические подразделения, палеонтологическому – биостратиграфические подразделения и возрастному – хроностратиграфические подразделения.

Границы каждого из представителей отмеченных типов стратиграфических подразделений (в последовательности и в пространстве) – уровни изменения основного признака (наблюдаемого, установленного или согласованного). Они всегда плоскостные, ибо интервальные неизбежно приводят к их неоднозначности и часто ненужной дискуссионности. В случае литостратиграфических единиц их ограничения соответствуют реальным поверхностям изменения состава (породным, сейсмическим, магнитным, разделам циклов, поверхностям несогласий и т.п.). Биостратиграфические ограничиваются пространством находок зональных форм по разрезу и площади и потому менее конкретны, так как могут не смыкаться, быть первично прерывными в пространстве и часто зависят от удачи исследователя или от методики отбора образцов. Хроностратоны конкретны обычно лишь в пределах стратиграфического разреза или местности. На остальной территории они выделяются только по корреляции с эталоном на основании использования самых различных методов (по принципу С.В.Мейена). В большинстве случаев их границы в частных разрезах проходят внутри лито- или биостратонов, не согласуясь с изменениями в них реально наблюдаемого признака, и поэтому редко соответствуют реальным поверхностям. Для их использования в картосоставительских работах в настоящее время предложен оцень удачный термин – картографируемые подразделения, в отличие от картируемых литостратонов или, в меньшей степени, биостратонов, т.е. наносимые на план в камеральных условиях после анализа материала.

Стратиграфические исследования включают: стратиграфическое расчленение и стратиграфическую корреляцию (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема, иллю-стрирующая некоторые взаимоотношения слоев в близко расположенных разрезах. В разрезах В и Г нарушена временная последовательность залегания слоев и имеет место стратиграфическое несогласие.

Процедура стратиграфического расчленения в итоге сводится к проведению стратиграфических границ: литостратиграфических – для литостратонов, биостратиграфических – для биостратонов, хроностратиграфических – для хроностратонов.

В Российском Стратиграфическом Кодексе 2006 г. записано следующее определение границы стратиграфического подразделения: «стратиграфические границы — поверхности, ограничивающие стратон по подошве (нижняя граница) и кровле (верхняя граница), латеральные границы - пределы географического распространения горных пород, слагающих данный стратон».

Объем стратиграфического подразделения (стратиграфический объем подразделения) — максимальный интервал геологического разреза, заключенный между стратиграфическими границами этого подразделения.

Стратотип (стратотипический разрез) — конкретный разрез (единый или составной) стратона, указанный и описанный в качестве эталонного.

Стратотипическая местность (страторегион) — район, в котором находятся стратотип и разрезы, дополняющие его характеристику.

Границы стратонов очень часто не являются контрастными, т.е. могут быть проведены с некоторой долей условности в том интервале разреза, где происходит постепенная (неконтрастная) смена одного признака на другой. Мощности этих интервалов соответствуют расстоянию между пробами, в которых получены контрастные значения. Граница обычно проводится по середине между пробами. Подобные ситуации часто встречаются на практике при расчленении монотонных глинистых, песчаных, карбонатных толщ. Пример – юрские и нижнемеловые однородные глинистые толщи, многие из которых расчленяются на свиты только по биостратиграфии.

Однако на всех геологических документах – картах, колонках, профилях все геологические контуры проводятся конкретными линиями, что способствует стабильности стратиграфических, тектонических и других построений. Поэтому большинство стратиграфов мира принимают линейный характер границ, несмотря на возможную условность их проведения.

Стратиграфическое расчленение решает две основные задачи:

1. 
   1) выделение в частном разрезе отдельных толщ и слоев, которые отличаются определенными признаками;
   
2. 
   2) выяснение последовательности их залегания и соотношений между ними.
   

Под частным (=конкретным) разрезом понимают последовательность напластований, фактически наблюдаемую на определенной территории («точке») района, т.е. составленную на основе изучения и сопоставления конкретных геологических тел (слоев), вскрытых в частных обнажениях (рис. 1.2.). В отличие от сводного разреза частный разрез не несет в себе никакой обобщенной информации. Сводный разрез составляется для структурно-фациальной зоны, площади листа, контура месторождения и отдельных территорий путем сопоставления серии частных разрезов, обобщения информации по ним и наращивания по мощности.

1. 
   1) изучение и описание отдельных обнажений (разрезов скважин);
   
2. 
   2) стратиграфическую систематизацию слоев, т.е. составление частного разреза по отдельным обнажениям (скважинам);
   

Стратиграфическая корреляция может быть локальной (местной) для нескольких частных разрезов одного района, региональной – охватывающей разрезы целого геологического региона (осадочного бассейна), межрегиональной и, наконец, глобальной.

При геологосъемочных работах проводится и региональная корреляция, т.к. сводный разрез, составленный для конкретной площади, должен быть увязан не только с соседними листами, но и с унифицированной стратиграфической схемой, утвержденной МСК, точнее – со стратиграфическим разрезом, принятым для структурно-геологической зоны, в которую входит площадь работ.

Глобальные корреляции проводятся либо в рамках Международных проектов, либо отдельными научными коллективами и учеными, занимающимися проблемами возрастной датировки частных или сводных разрезов.

Расчленение и корреляция представляют собой два этапа стратиграфического исследования. Первым – начальным этапом является стратиграфическое расчленение частного разреза, вторым – корреляция частных разрезов, их объединение в сводный разрез.

К числу исходных положений стратиграфии принадлежит интепретация стратиграфических данных в отношении датировки (установления возраста) и продолжительности формирования стратиграфических подразделений. Интерпретация стратиграфических данных имеет два аспекта: хронологический и собственно исторический.

Стратиграфическое расчленение любого частного разреза может осуществляться двумя основными путями. Первый путь – хронологическое расчленение данной последовательности слоев – требует наличия геохронологической шкалы. Хронология представляет собой установление последовательности событий и их датировку по определенной временной шкале. Например, мезозойские события, юрские события, кимериджские события. Все они имеют некоторую длительность, выраженную в млн. лет. Хроностратиграфическое расчленение соответствует задаче привязки разреза к шкале геологического времени (геохронологической шкале),

Второй путь – естественное стратиграфическое расчленение той же последовательности слоев на базе естественной периодизации соответствующего историко-геологического процесса. Он реализуется разработкой местных и региональных стратиграфических шкал. Проще говоря, реконструируется последовательность геологических событий (биологических, седиментационных, тектонических, эвстатических, климатических и других), происходивших в рассматриваемом регионе.

Главное отличие двух рассмотренных подходов стратиграфического исследования состоит в том, что рубежи историко-геологических этапов могут испытывать возрастное скольжение, т.е. накладываться друг на друга во времени. Пример – аналогия с историческими этапами общественного развития. Начало и конец любой исторической эпохи часто носят затяжной характер. В момент начала очередной эпохи продолжают происходить события из предшествующих этапов, а при ее окончании часто присутствуют признаки, характерные для последующих эпох. Если применить принцип аналогии к геологическим этапам, то, действительно, станет возможным одновременное существование видов организмов, по последовательной смене которых построено сейчас большинство зональных шкал.

Именно по причине возможного пересечения во времени смежных историко-геологических этапов в новом варианте МСШ (ШГВ–2004) осуществлен переход к шкале физического времени.

Основные задачи стратиграфии.

Главной задачей стратиграфии является установление исторической последовательности образования стратонов и возрастная датировка их границ.

Последовательность решения основной задачи стратиграфии состоит из трех основных этапов:

а) расчленение разрезов и выделение стратиграфических подразделений (стратонов) для отдельных участков земной коры (бассейнов осадконакопления отдельных регионов);

б) проведение межрегиональной корреляции стратиграфических подразделений (стратонов) различных категорий и рангов (слоев, горизонтов, зон, ярусов и т.д.);

в) создание общей (универсальной или международной) хроностратиграфической шкалы на базе межрегиональной корреляции.

Все три задачи стратиграфии отражают последовательные стадии или уровни стратиграфических исследований от расчленения и корреляции частных разрезов через их межрегиональную корреляцию к глобальным сопоставлениям. Однако каждая из этих основных задач является одновременно и самостоятельным направлением стратиграфических исследований. Так, первое направление имеет выход в посвседневную практиву геологоразведочного производства, обеспечивая стратиграфической основой крупномасштабную геологическую съемку, поиски и разведку полезных ископаемых, а также различные специальные локальные и региональные исследования (гидрогеологические, инженерно-геологические и пр.).

Второе направление связано с обеспечением стратиграфической основой составление геологических карт среднего и мелкого масштаба, а также палеогеографических и прогнозных карт территорий, включающих несколько структурно-фациаьных зон или осадочных бассейнов.

Третье направление подготавливает необходимую базу для глобальных корреляций и обеспечивает универсальной основой проведение работ по первым двум направлениям.

Самостоятельность и единство стратиграфии.

Стратиграфия является самостоятельной дисциплиной со своим предметом исследования, принципами ит методами. Такое понимание стратиграфии не является общепринятым, поскольку существует мнение о том, что стратиграфия является лишь разделом исторической геологии. Эта точка зрения нашла отражение в таких авторитетных изданиях как Геологический словарь (1973), Стратиграфическая классификация, терминология и номенклатура (1965), ее придерживались многие корифеи отечественной геологии, к сожалению.

Как было выше показано, стратиграфия является особой фундаментальной отраслью геологии – базисом не только для исторической геологии, но в равной мере для структурной геологии и учения о полезных ископаемых.

О единстве стратиграфии. Рассматривая стратиграфию как самостоятельную геологическую дисциплину, одновременно следует подчеркнуть ее единство, в противовес широко распространенным взглядам о самостоятельности ее подразделений. В советской, да и в россиийской литературе часто стратиграфия отождествляется с биостратиграфией, что конечно же сужает и объекты, и задачи исследований.

Американская геологическая школа стоит на позиции множественности стратиграфии. Американцы рассматривают лито-, био-, хроностратиграфию в качестве самостоятельно существующих направлений исследования. Кроме того, в компетенцию стратиграфии у них входят проблемы генезиса, состава и преобразования всех горных пород, слагающих литосферу.

Мы с Вами будем понимать стратиграфию как самостоятельную геологическую дисциплину, рассматривающую пространственно-временные взаимоотношения стратонов на основе единства или комплексности подхода к их изучению.

Стратиграфия является одной из немногих геологических дисциплин, в которой одновременно существует масса зачастую противоположных подходов к определению объектов изучения, терминологии, методам, что сводится в итоге к многолетним, иногда бесплодным философским (а чаще – демагогическим) дискуссиям и спорам. В стратиграфической среде как нигде много непремиримых точек зрения по вопросам расчленения и корреляции как на локальном, а уж тем более – на глобальном уровне. Каждый автор учебного пособия считает, что его учебник является наиболее прогрессивным и следовательно, правильным. Поэтому для геолога главное – сформировать у себя такую сферу стратиграфических знаний, в которой каждое из мнений какого-либо ученого, специалиста-стратиграфа, либо специалиста-нестратиграфа, но сталкивающегося с вопросами стратиграфии прямо или косвенно, имело бы свою ячейку, т.е являлось частью общего объема стратиграфической информации, которой располагает геолог. На следующей лекции мы с Вами будем формировать ядро из принципов стратиграфии, вокруг которого будут наращиваться слои дальнейших стратиграфических знаний. И чем больше будет индивидуальная мощность полученных слоев, тем быстрее и качественнее будет выполнена Вами любая геологическая работа, что, несомненно, повлияет на карьерный рост, а главное – на формирование Вашего естественно-научного мировоззрения.

1. 
   1. Определение (предмет) стратиграфии. Объекты ее изучения.
   
2. 
   2. Значимость стратиграфии в сфере геологических знаний.
   
3. 
   3. Понятие о стратонах. Разновидности стратонов.
   
4. 
   4. Границы стратонов.
   
5. 
   5. Понятие о частном и сводном разрезах.
   
6. 
   6. Стратиграфическое расчленение: определение, задачи, этапность.
   
7. 
   7. Стратиграфическая корреляция: определение, разновидности.
   
8. 
   8. Этапы стратиграфического исследования.
   
9. 
   9. Хронологический и исторический аспекты интерпретации стратиграфических данных
   
10. 
    10. Основные задачи стратиграфии.
    
11. 
    11. Самостоятельность и единство стратиграфии.
    

Был сформулирован в XIX веке Ч. Лайелем: «Силы, действующие на земной поверхности и под нею в настоящее время, могут быть сопоставимы по роду и степени с теми силами, которые производили геологические изменения в прошлые эпохи».

В России в 50-60-х гг. XX века этот принцип отождествлялся с концепцией униформизма и подвергался суровой критике. В отличие от принципа актуализма, суть концепции униформизма заключается в признании единообразия геологических процессов на всем протяжении времени существования Земли.

В настоящее время признано основополагающее значение принципа актуализма при проведении всякого исторического исследования. В частности, он пронизывает всю стратиграфию, используется в других областях геологии, применяется в биологии и географии.