Глава 3. Основные методы историкогеологического анализа

Восстановление физико-географических условий и ландшафтно-климатических обстановок, существовавших в геологическом
прошлом, возлагается на одну из основных научных дисциплин,,
входящих в состав исторической геологии — палеогеографию.
Сегодня палеогеографические исследования уже не ограничиваются только реконструкциями природных обстановок прошлого, а
применяются для генетического прогнозирования и целенаправленного поиска месторождений полезных ископаемых.

Палеогеография — это наука о географической оболочке Земли, ее состоянии и развитии в геологическом прошлом. В процес-

'се палеогеографических исследований реконструируется состав
атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы,
выявляются масштабность и интенсивность палеогеологических
процессов, восстанавливаются ландшафтные обстановки геологического прошлого, реконструируется климатическая зональность и
дается характеристика климата.

В последние десятилетия в составе палеогеографической науки
появились и развиваются такие научные направления, как региональная, динамическая и прикладная палеогеография, палеодинамическая геология, палеобиогеография, палеоклиматология и др.
Палеогеографические исследования дают возможность определить
генезис различных типов отложений, установить взаимоотношение
и взаимосвязь различных генетических типов осадков и охарактеризовать состав органического мира. Совокупность данных
позволяет не только представить площадное распределение выделенных генетических групп и типов осадков, но и дать характеристику важнейших физико-географических условий прошлого,
т. е. охарактеризовать ландшафты и климаты, определить динамический режим водной и воздушной среды. К числу наиболее
общих методов восстановления древних физико-географических
юбстановок относятся фациальный и палеоэкологический анализы.

ФАЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД

Нередко методы восстановления палеогеографических обстано!bok отождествляют с фациальным анализом, понимая под ним
метод восстановления древней географической обстановки по
горным породам и содержащимся в них окаменелостям.

Понятие о фациях было введено в геологию А. Грессли в
1838 г., а позднее расширено Н. А. Головкинским в 1868 г. для
выражения изменения состава отложений определенного стратиграфического уровня на всей площади их распространения. За
прошедшие почти полтора столетия термин «фация» по-разному
трактовался и воспринимался исследователями. Одни полагали,
что фация — это особенность осадков,, указывающая на условия
их образования, а другие, что это физико-географические условия, в которых накопились соответствующие типы осадков. Вместе с тем фации неразрывно связаны с определенными стратиграфическими интервалами разреза. Наиболее полно и объективно
отразили сущность понятия «фация» Д. В. Наливкин (1956),
Г. Ф. Крашенинников (1971) и В. Е. Хаин (1973). В их представлении фация — это комплекс отложений, отличающихся составом
и физико-географическими условиями образования от соседних
отложений того же стратиграфического уровня (рис. 3.1). Общим
понятием, не имеющим стратиграфического содержания, является
генетический тип. Геенетический тип — это более широкий комплекс отложений, образованных в определенных физико-географических условиях (элювиальный, делювиальный, пролювиальный, аллювиальный, прибрежно-морской и т. д.).

Рис. 3.1. Схема соотношения фаций в пределах одновозрастных слоев.
Фации: / — песчаники и пески с остатками наземных растений и моллюсков;

3 — пески и глины с остатками наземных растений и прибрежно-морских
бентосных беспозвоночных; 3 — глины с остатками бентосных беспозвоночных;

4 — карбонаты с ископаемыми остатками планктонных организмов

В пределах суши наряду с денудационными процессами происходят образование кор выветривания и накопление осадков в
различных по генезису, размерам и форме впадинах. Формирование осадков идет в долинах рек, в озерных котловинах, в зонах
распространения ледников и в областях наземной вулканической
деятельности. Континентальные осадки характеризуются неустойчивым-вещественным составом, различной мощностью, структурами и текстурами и сильной изменчивостью в латеральном направлении. Основные типы пород — обломочные и глинистые, реже
присутствуют биогенные (угли) и хемогенные (известняки и соли).
Это обусловлено тем, что в процессе дифференциации на суше
концентрируются только продукты начальных стадий размыва и
выветривания, а тонкообломочные и тем более растворимые соединения в большинстве случаев выносятся в морские бассейны.

Районы накопления континентальных отложений располагаются
чаще всего недалеко от области сноса. Ввиду того что перемещение продуктов разрушения материнских пород происходит на небольшие расстояния, среди континентальных отложений преобладают грубообломочные, плохо отсортированные и слабоокатанные
образования. Большинство континентальных отложений, исключая
осадки болот, заболоченных пойм и озер, накапливаются в условиях свободного доступа кислорода и поэтому они обогащены
окисными соединениями железа. Слоистость отложений разнообразная. Наряду с неслоистыми (морены и обвальные образования) распространены косо- и горизонтально-слоистые толщи.

Для континентальных отложений характерна связь с зональным типом климата. В ледовом типе климата основными источниками осадочного материала являются физическое выветривание
и транспортировка обломочного материала льдом, талыми водами
и ветром. Низкие температуры обусловливают практически полное отсутствие биогенных осадков и химической переработки материала.

В гумидном типе климата наряду с процессами механической
дезинтеграции исходных пород принимают участие биологические

4—1164 49

и химические процессы. Перенос материала осуществляется в виде
растворов, взвесей и перекатыванием по дну рек. Осаждение происходит как в процессе переноса, так и, особенно, в конечных бассейнах стока. Легкорастворимые соединения выносятся в крупные
внутриконтинентальные и морские бассейны. Осадки гумидной
области разнообразны: это галечники, пески, алевриты, глины,
карбонаты, лигниты и бурые угли. Для литогенеза в гумидном
климате характерны высокие концентрации железа, марганца,.
алюминия, органического углерода, серы, элементов-гидролизатов
и т. д.

Аридный тип литогенеза характеризуется отсутствием осадков,
обогащенных органическим углеродом, присутствием легкорастворимых солей и соединений. Большим распространением наряду с
полимиктовыми неотсортированными отложениями пользуются
хемогенные, в частности карбонаты, гипсы и соли.

Наиболее полло классификация континентальных отложений
разработана Е. В. Шанцером (табл. 3.1). Континентальные отложения могут быть сгруппированы следующим образом: элювиальные, речные, озерные, болотные, ледниковые, пустынные и вулканогенные. Вместе с тем каждая из перечисленных групп включает несколько генетических типов, связанных между собой.

Большим 'распространением.среди осадочных толщ пользуются
отложения 'морского 'происхождения. Они характеризуются устойчивым составом на значительной площади и обилием разнообразных морских органических остатков. На состав и строение морских фаций большое влияние оказывают климат, гидрохимический
и гидродинамический режимы морских бассейнов, характер подводного рельефа и окружающей суши, состав и объем твердого
стока, вулканизм и тектонические условия. Классификация генетических типов морских отложений представлена в табл. 3.2.

Характер морских фаций в значительной степени изменяется с
глубиной, и нередко по мере удаления от берега терригенные
осадки становятся более тонкозернистыми, изменяется состав
фауны, особенно бентоносных форм, уменьшается количество знаков ряби и исчезают водоросли. Рельеф морского дна обусловливает распространение течений, регулирует возникновение котловин с застойными водами, влияет на распределение хемогенных и
терригенных осадков. На подводных возвышенностях в связи с
сильной подвижностью вод формируются более крупнозернистые
осадки.

От рельефа прилегающей суши зависят состав и объем выносимого в море обломочного материала. При пологом рельефе выносятся продукты глубокого химического преобразования горных
пород и относительно более тонкозернистый материал, а при расчлененном рельефе — грубообломочные разности.

Обособление морей, возникновение лагун и заливов приводит
к нарушению солевого и газового режима и к изменению состава
органического мира.

Таблица 3.1

Классификация генетических типов континентальных осадочных
образований (по Е. В. Шанцеру, с сокращениями и дополнениями)

Парагенетический ряд	Парагенет	ическая группа	Генетический тип
I. Элювиальный	А. Почв	ы	ПОЧВЫ
			автохтонные торфяники
	Б. Кора	выветривания	элювий
II. Склоновый (коллювиальный)	А. Гравитационные отложе	а) подгруппа коллювия	обвальные накопления
	ния	обрушения	осыпные накопления
		б) подгруппа коллювия сползания	оползневые накопления солифлюкционные накопления
	Б. Делювиальн (коллювий смь	ые отложения вания)	делювий
III. Водный	А. Отложения (флювиальная)	русловых потоков	пролювий
			аллювий
	Б. Озерные н ческая)	акопления (лимни-	озерные накопления
IV. Ледниковый	А. Ледниковые	отложения	краевые морены
(гляциальный)			основные (конечные) морены
	Б. Водно-ледниковые	а) подгруппа ледниково-речная (флювиогляцнальная)	внутриледниковые накопления прилсдниковый (перигляциальный)
		б) подгруппа ледниково-озерная	озерно-ледниковые (лимногляциальные) отложения
V. Эоловый			эоловые пески
			эоловые лёссы
VI. Подземноводный	А. Отложения ральная)	пещер (субтер-	пещерные отложения
	Б. Отложения тальная)	источников (фон-	туфы и травертины

 

Таблица 3.2
Классификация генетических типов морских отложений (по В. Т. Фролову)

Генетический ряд	Генетическая группа	Генетический тип
сз Ч я а Оч t- я 0 0 ^ в а Я 0 I i CL^ ~ <u - c g s 5 Си 2 S- 0 Я S S 1 §• s I e; Й ч о га e; н к о а •—• д (U ч в ^ то д	подводно-коллювиальная	подводно-обвальный подводно-осыпной подводно-оползневой подводно-солифлюкционный (?)
волновая	прибойного потока участков волнения
течений	приливно-отливный речных выносов вдольбереговых течений стоковых течений донных течений суспензионных потоков мутьевых потоков
	лагунный западин и затишных участков пелагический
(мариногляциальная)	льда берегового припоя подводных морен (акваморен) айсберговый
подводно-вулканогенная	туфы, туффиты, отложения гидротерм

 

Продолжение таблицы 3.2

Генетический ряд	Генетическая группа	Генетический тип
§ <ц " 0^ СЯ Ь- 1^ g§§§ §ggj § ёйё- s Ё ^ £ S то'я S s^-s	органогенная	отложения подводных лугов рифовые образования ракушняковые банки планктоногенный
хемогенно-седиментогенная	отложения активной гидродинамики отложения спокойных вод
^ L R S ta 5 я (S TO я о о s 5 й 2 о. t~, 0 ™ <U ^ щ & ^ ll^^ 1^1^ Зч Н С L.	остаточные накопления	каменистые развалы горизонты конденсации
подворно-элювиальная	ихтиолиты; твердый грунт, подводная кора выветривания

 

Характерной особенностью отложений,, возникших в зоне перехода от континента к морю, является их образование в водоемах
с нарушенной соленостью. К данной группе относятся фации
дельт, лагун и лиманов. Различная соленость в пределах лагуны
в той или иной степени отражается на видовом составе организмов. В отложениях лагун наиболее часто захоронены остатки известковых водорослей, беззамковых брахиопод, остракод, ракообразных, мшанок, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и рыб.
Фации переходной группы возникают вблизи равнинной и возвышенной частей суши и поэтому в их составе могут присутствовать
грубообломочные образования. Для них характерны в основном
песчано-глинистые отложения, но довольно часто встречаются
соленосные, гипсоносные, хемогенные и органогенные карбонатные
осадки.

Фациальный анализ осуществляется путем исследования отдельных разрезов и осадочных пород определенного стратиграфического интервала и прослеживания найденных изменений и закономерностей на площади.

Для правильного установления генезиса особую ценность приобретает анализ совокупности признаков или комплексное исследование отложений. В большинстве случаев отдельные признаки
могут истолковываться по-разному, а иногда практически не дают
определенных указаний на условия образования осадка. Вместе

с тем нельзя ограничиваться только комплексным изучением отдельных пород, а желательно проследить и выявить характер
переходов одновозрастных, но разнофациальных отложений и условия образования всего парагенезиса, составляющего отдельные
разрезы или группы разрезов. Таким образом, выявление и исследование взаимных переходов одновозрастных отложений на площади — это фациальный анализ и один из главных методических
приемов генетического анализа осадочных пород и толщ, а фации — основные звенья в этой работе.

Важнейшими критериями при фациальном анализе являются
следующие:

1. Тип и вещественный (химический и минеральный) состав
пород (осадков), включая аутигенные минералы, конкреции и особенности цемента.

2. Гранулометрия породы, ее цвет, структура, состав обломков,
их окатанность, характер поверхности напластования и размыва,
следы перерывов в осадконакоплении, ориентировка обломочных
компонентов и органических остатков, присутствие подводнооползневых деформаций и нептунических даек.

3. Текстурные особенности — типы и характер слоистости и
слойчатости, изучение цикличности и ритмичности осадочных и
осадочно-вулканических толщ.

4. Формы залегания пород, их мощности; характер переходов
в другие породы.

5. Палеонтологические особенности. Состав, сохранность и
распределение фауны и флоры. Соотношение между отдельными
группами и сообществами, следы жизнедеятельности организмов,
степень сохранности следов роющих животных и их особенности.

6. Наличие минералов — индикаторов солености и газового
режима водоемов, геохимические особенности осадочных толщ.

7. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные ус
ловия. Определение Eh, pH, содержание окисных и закисных
форм железа.

8. Определение соотношения изотопов кислорода, стронция,
серы, углерода, палеотермометрические данные (магнезиальный,
изотопный, стронциевый методы), присутствие вулканогенного и
метеоритного материала.

3.2. АНАЛИЗ ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
(БИОФАЦИАЛЬНЫЙ И ПАЛЕОЭКОЛОГИЧЕСКИИ АНАЛИЗЫ)

Одно из направлений палеоэкологии рассматривает условия
существования организмов геологического прошлого на основе
закономерностей в изменении функционально-морфологических
особенностей скелета. При этом имеется в виду, что строение организмов и их образ жизни менялись не только в зависимости от
условий среды, но и от индивидуального развития. Вследствие того, что организм и среда его обитания составляют неразделимое
целое, трудно понять строение и функциональную принадлежность

сохранившихся остатков скелета, основываясь только на его морфологии.

Палеоэкологические исследования представляют собой сложный комплекс методов изучения состава, морфологии, образа
жизни различных систематических групп организмов и их фациальной приуроченности. Среда обитания морских организмов состоит из абиотических (физико-географических и физико-химических) и биотических факторов. К абиотическим относятся тип
осадка на дне моря, рельеф дна, его обнаженность, соленость,
глубина, газовый режим, температура, наличие твердых образований отмерших организмов на поверхности дна и твердых выступов фундамента, режим волнения. В процессе палеоэкологических исследований обычно выясняется максимальное и минимальное воздействие перечисленных факторов на организмы. Одни
организмы могут развиваться в достаточно широком диапазоне
абиотических факторов, другие, наоборот, в очень узком. Исходя
из этого различают эврибионтные организмя, которые хорошо
приспособляются к значительным колебаниям условий внешней
среды, и стенобионтные, обитающие в строго определенных рамках колебания условий среды. В зависимости от отношения к
температурному режиму выделяют эври- и стенотермные, а к солености — эври- и стеногалинные ррганизмы.

В процессе палеоэкологических исследований необходимо различать место обитания организма и место его захоронения, хотя,
в принципе, иногда они могут совпадать. Выяснением условий и
особенностей захоронения остатков ископаемых организмов занимается специальный раздел палеоэкологии, называемый тафономией. Следует различать, представляют ли ископаемые остатки
неотделимую часть осадка или они были принесены из других
мест обитания и позднее захоронены совместно, т. е. определить
различия между палеобиоценозом и палеотанатоценозом. Последний представляет собой скопление остатков организмов, захороненных совместно. Под палеобиоценозом Р. Ф. Геккер (1957)
понимает население ограниченного участка среды обитания,
сформированного за определенный отрезок времени под влиянием

биотических и абиотических факторов.

В последние годы важнейшим обобщением экологии стало
введение нового, более обширного понятия, чем биоценоз, которое
получило название «экологическая система», или «экосистема».
Она представляет собой группу взаимосвязанных организмов и
тех элементов внешней среды, которые оказывают наиболее сильное влияние на них и одновременно сами зависят от деятельности
организмов.

Установление принадлежности органических остатков к тому
или иному экологическому типу важно прежде всего для реконструкции особенностей среды обитания организмов. Поэтому при
палеоэкологических исследованиях необходимо не только определять систематический состав фауны, но и учитывать особенности
среды их обитания; для гидробионтов это температурный, солевой

и газовый режимы морских, лагунных и пресноводных бассейнов,
для наземных фаун — температура воздуха, влажность, общее
количество атмосферных осадков и степень их распределения в
течение года. При рассмотрении морских групп фауны желательно
учитывать интенсивность миграции организмов и определять принадлежность изученного палеобиоценоза к нормально развивающейся фауне или к иммигрантам.

Морская фауна в зависимости от образа жизни разделяется на
несколько групп. К пелагическим организмам относятся планктонные и нектонные формы. Для планктонных форм характерно
парение в толще воды или пассивное перемещение вместе с водой
и поэтому у организмов отсутствуют органы движения. Различают зоопланктон и фитопланктон. Планктонные организмы обладают небольшими размерами. В зависимости от величины тела
различают микро- и нанопланктон. Последние имеют размеры
менее 50 мкм.

Другую крупную группу пелагических организмов составляют
активно плавающие — нектонные организмы. Они обладают обтекаемой двустороннесимметричной формой тела. Ввиду того что
многие нектонные формы приспособились к обитанию на определенных глубинах с разным температурным режимом, соленостью,
плотностью, они в известной мере связаны с определенными генетическими группами осадков и являются довольно хорошими индикаторами условий обитания.

Группа организмов, ведущая донный образ жизни, именуется
бентосом. Эти организмы в зависимости от условий обитания
подразделяются на несколько типов: свободно передвигающиеся
по дну, свободно лежащие на дне, временно зарывающиеся в
грунт, постоянно живущие в иле, сверлящие твердый субстрат и
прикрепленные ко дну. Последние прикрепляются стеблями (морские лилии), ножкой (брахиоподы), прирастанием (кораллы, некоторые двустворки), биссусными нитями (двустворки) или корневыми выростами (губки, археоциаты, кораллы, мшанки). Все
зарывающиеся формы обитают на мягких грунтах и обладают
удлиненной раковиной. Основным признаком свободнолежащих
форм является неравенство створок. К грунту обращена выпуклая
сторона больших размеров.

К числу главных факторов среды обитания морских организмов относятся температура, соленость, газовый режим, степень
волнения, на которые каждая группа организмов реагирует поразному и в связи с определенными условиями среды вырабатывает защитные функции, которые отражаются в их морфоанатомическом строении.

Весьма ценный материал об условиях существования организмов дает их географическое распространение. Ареал любой таксономической группы — это часть земной поверхности. Широкое распространение свидетельствует о хорошей приспособляемости организма к изменениям внешней среды. Космополитными называются ареалы, покрывающие значительную часть обитаемых участ-

ков земной поверхности, причем частота распространения возрастает по мере повышения таксономического ранга. Обычно космополитизм характерен для отрядов и семейств и сравнительно редко для родов.

Ограниченными ареалами обладают эндемичные организмы,
Размеры их ареала находятся в зависимости от таксономических
единиц. Среди эндемичных форм различают палеоэндемиков (реликтовые эндемики) и неоэндемиков. Реликтовые эндемичные организмы представляют собой древние формы, ареал которых
первоначально был обширным, но постепенно сократился под.
влиянием ухудшения природных условий или из-за конкурентной

борьбы.

Палеогеографические выводы, основанные только на данных
по ареалам того или иного организма или их сообществ без учета
экологической валентности (уровень способности организмов приспособляться к меняющимся экологическим условиям) и генетических особенностей осадков для восстановления условий среды
обитания, не могут считаться абсолютно достоверными, а иногда
даже приводят к существенным искажениям. Например, близкие
по отношению к температурному режиму организмы могут обитать на поверхности в холодных климатических условиях, в зоне
действия холодных течений и на значительной глубине. Для того'
чтобы решить вопрос о действительных условиях обитания, наряду с анализом органического сообщества необходимо исследовать фациальную и генетическую природу осадков, в которых они
сохранились.