МЕТОДЫ изучения докембрийских пород

Раньше при изучении докембрийских пород учитывали исключительно геологические данные о соотношении отдельных комплексов между собой, а также степень их метаморфизма. В прошлом веке наблюдения над соотношением пород, образующих докембрийский фундамент древних платформ, и пород, слагающих чехол докембрийского возраста, привели к установлению крупнейших подразделений докембрия — архея и протерозоя.

В настоящее время проводят детальное изучение метаморфических комплексов, выясняют происхождение и последовательность напластования пород. При этом исследователи стараются выделить и установить распространение метаморфических комплексов, отличающихся один от другого по составу пород, залеганию, степени метаморфизма. Выясняют взаимоотношения этих комплексов, порядок залегания, условия образования. Исследуют контакты, особенно несогласного залегания, а также взаимоотношения с интрузивными породами. Такое изучение позволяет установить последовательность образования комплексов, условия их формирования, метаморфизм, время складчатости и внедрения интрузий.

МЕТОДЫ изучения докембрийских пород:

1. Биостратиграфический,

2. Минералого-петраграфический,

3. Тектонический,

4. Метод относительной геохронологии,

5. Радиогеохронологический.

Биостратиграфический. Метод опирается на изучение ископаемых остатков организмов, т.е. на палеонтологию. Основу метода составляет закономерная необратимость эволюции органического мира. При этом полагается, что возникновение новых форм и их расселение на больших территориях протекает в геологическом смысле практически мгновенно (особенно по сравнению с длительностью формирования стратиграфических подразделений).

Главное преимущество метода заключается в неповторимости палеонтологической летописи. Широкое пространственное распространение многих форм, допускает корреляцию на основе этого метода отделенных друг от друга разрезов.

Для расчленения докембрийских образований и их корреляции биостратиграфические методы имеют ограниченное применение. Их используют для стратиграфического расчленения верхнего протерозоя (рифея и венда).

При определении возраста большей части докембрия применяют минералого-петрографический и тектонический, методы относительной геохронологии и радиогеохронологические.

Учение о последовательности формирования и возрасте горных пород называется геохронологией. Различаются методы относительной и методы абсолютной геохронологии.

Методы относительной геохронологии - методы определения относительного возраста горных пород, которые лишь фиксируют последовательность образования горных пород относительно друг друга.

Эти методы базируются на нескольких простых принципах:

1) В 1669 г. Николо Стенон сформулировал принцип суперпозиции, гласящий, что в ненарушенном залегании каждый вышележащий слой моложе нижележащего. Обратим внимание, что в определении подчёркивается применимость принципа только в условиях ненарушенного залегания.

2) Следующий важнейший принцип, известный как принцип пересечений, сформулирован Джеймсом Хаттоном. Этот принцип гласит, что любое тело, пересекающее толщу слоев, моложе этих слоев.

3) Нужно отметить и ещё один важный принцип, гласящий, что время преобразования или деформации пород моложе, чем возраст образования этих пород.

Ещё одна большая группа методов относительной геохронологии – биостратиграфические методы. Эти методы основаны на изучении окаменелостей - ископаемых остатков организмов, заключённых в слоях горных пород: в разновозрастных слоях пород встречаются разные комплексы остатков организмов, характеризующие развитие флоры и фауны в ту или иную геологическую эпоху. В основе методов лежит принцип, сформулированный Уильямом Смитом: одновозрастные осадки содержат одни и те же или близкие остатки ископаемых организмов. Этот принцип дополняется ещё одним важным положением, гласящим, что ископаемые флоры и фауны сменяют друг друга в определённом порядке.

Методы абсолютной геохронологии позволяют определить возраст геологических объектов и событий в единицах времени. Среди этих методов наиболее распространены методы изотопной геохронологии, основанные на подсчёте времени распада радиоактивных изотопов, заключенных в минералах (или, например, в остатках древесины или в окаменелых костях животных).

Для докембрийских пород всех материков имеются многочисленные определения по различным минералам. При определении изотопного возраста этих пород исследователи встречаются со значительными трудностями, которые вызваны метаморфизмом и связанной с ним перекристаллизацией горных пород и образованием новых минералов.. В одних случаях удается установить точный возраст породы по первичным минералам, возникшим в течение кристаллизации магматического расплава или во время образования осадочных пород; в других— время завершения метаморфизма (перекристаллизации), в течение которого возникли новые горные породы и минералы. Так как процессы метаморфизма в докембрии проявлялись неоднократно, то и возраст пород и минералов отвечает последней фазе метаморфизма. Поэтому геологи зачастую имеют дело не с возрастом первичной породы, а с возрастом породы или минерала, возникших в процессе метаморфизма. Из-за этого результаты определения изотопного возраста отдельных метаморфических комплексов имеют весьма различные величины и нередко приводят к омоложению истинного возраста первичных пород.

Методы определения абсолютного возраста горных пород

1) Изотопные. Суть: Процессы радиоактивного распада протекают самопроизвольно с постоянной скоростью, различной у разных элементов, причем эта скорость не зависит ни от температуры, ни от давления. Для каждого радиоактивного элемента экспериментальным путем точно определена скорость распада (период полураспада). Зная количество исходного радиоактивного элемента и продуктов его распада в горной породе, а также период полураспада, можно выяснить возраст этой горной породы. Расчет производят по специальным формулам. В настоящее время для определения абсолютного возраста горных пород используют данные, полученные в результате радиоактивного распада урана, тория, калия, рубидия, углерода и некоторых других элементов. Все эти элементы, кроме радиоактивного углерода, имеют длительные периоды полураспада — в сотни миллионов и миллиарды лет. В зависимости от конечных продуктов распада различают свинцовый, гелиевый, аргоновый и стронциевый методы.

Свинцовый и гелиевый методы начали применять раньше, чем другие. В их основе лежит процесс превращения радиоактивного урана и тория в инертный газ гелий и свинец

(U238 →8Не4 + Pb206; U235→7Не4 + РЬ207;

Th232→6He4 + Pb208).

Для определения абсолютного возраста используют минералы, содержащие более 1% урана или тория, встречающиеся в магматических породах. Свинцовый метод употребляют чаще, чем гелиевый, так как он точнее.

Аргоновый метод основан на распаде радиоактивного калия и превращения его в инертный газ аргон (К40→Аr40). Он был разработан советскими учеными в 1949 г. и в настоящее время является основным. Этот метод можно применять для определения возраста магматических и осадочных пород, так как первичные калиевые минералы в большом количестве распространены в магматических (полевые шпаты, слюды) и осадочных породах (глауконит). В отличие от гелия аргон лучше сохраняется в кристаллической решетке минералов.

Стронциевый метод основан на радиоактивном распаде рубидия (Rb87→Sr87). Этот метод применим только для определения возраста древних, докембрийских пород, так как период полураспада Rb87 очень велик (50 млрд. лет).

Радиоуглеродный метод основан на изучении радиоактивного изотопа углерода С14 в растительной ткани (обычно в древесине). Этот изотоп образуется в атмосфере из азота N14 под воздействием космических лучей и усваивается живыми организмами. После отмирания организма происходит распад С14 с определенной скоростью, что и позволяет определить абсолютный возраст захоронения организма и вмещающих его пород. Период полураспада С14 приблизительно равен 5,5—6 тыс. лет, поэтому этот метод используют для определения возраста молодых четвертичных отложений и в археологии (когда возраст объектов исследования не превышает 50—70 тыс. лет).

Радиометрические методы определения абсолютного возраста горных пород быстро развиваются и совершенствуются, область их применения непрерывно расширяется. Наибольшую ценность они имеют для изучения древних, докембрийских отложений. В последние годы широкое применение радиометрических методов привело к полному пересмотру стратиграфии докембрия.

Несмотря на большое значение, радиометрические методы все еще являются вспомогательными по ряду причин. Во-первых, невелика еще точность определения (ошибки составляют 3—5%); во-вторых, далеко не во всякой горной породе можно найти минералы с радиоактивными элементами; в-третьих, радиометрические методы весьма сложны и дорогостоящи. Указанные недостатки снимают ценность этих методов и пока не позволяют сделать их универсальными рабочими методами геохронологии.

2) Палеонтологические.