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 рассмотрении 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 – восстановление 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.

Объектами изучения стратиграфии являются геологические тела, сложенные осадочными, вулканогенными и метаморфическими породами, т. е. горными породами, образовавшимися путем седиментации. Элементарным объектом изучения стратиграфии является слой.

По Стратиграфическому Кодексу (2006) слой (пласт) — литологические 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 очень 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).

Стратиграфическое расчленение решает две основные задачи:

1) выделение в частном разрезе отдельных толщ и слоев, которые отличаются определенными признаками;

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.

Стратиграфическое расчленение частного разреза включает:

1) изучение и описание отдельных обнажений (разрезов скважин);

2) стратиграфическую систематизацию слоев, т.е. составление частного разреза по отдельным обнажениям (скважинам);

3) стратиграфическую классификацию или объединение отдельных слоев в стратоны — стратиграфические подразделения различного ранга или уровня.

Под стратиграфической корреляцией понимается сопоставление (увязка) и установление возрастных соотношений отдельных пластов (стратонов) различных, более или менее удаленных друг от друга, разрезов. Конечная или идеальная цель корреляции — установление геологической одновозрастности слоев и толщ в сопоставляемых разрезах.

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

Рис. 1.2. Схема, иллюстрирующая процедуру составления сводного разреза из частных разрезов А, Б, В, Г и Д.

Локальная корреляция является одной из основополагающих процедур при геологосъемочных, поисковых и разведочных работах (в том числе на нефть), а также при инженерно-геологических изысканиях. Послойная корреляция продуктивных нефтяных или угольных пластов называется синонимикой пластов. От правильности проведения корреляции зависит кондиционность всех последующих геологических построений, включая подсчет запасов на месторождении, либо выдачу заключения под строительство зданий и сооружений.

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 интерпретация 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, кимбриджские 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.