В настоящем курсепринятоопределение, данное Г.Ф.Крашенниковым: “фация - это комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического отрезка.” Относится к генетическому направлению, но наиболее приближено к стратиграфическому, и по сути является его закономерным развитием и совершенствованием. Акцент делается именно на отложения, так как это реальная субстанция с которой имеет дело исследователь. При этом сохраняется неразрывность трех сторон понятия фаций: вещества, среды и стратиграфической принадлежности. В целом, все направления понятия фация так или иначе касаются этих трех категорий, делая разные акценты. Далее примеры.
Таким образом наиболее важным методическим моментом учения о фациях является признание единства между средой и образующимися в ней осадками.
Понимание фации как геологического тела, выделяемого среди соседних одновозрастных тел, оставляет открытым вопрос об иерархии понятий. Еще Головкинский писал, что “обе фации как глубокого моря, так и мелководья, дробятся в свою очередь” на более мелкие фации с присущими им особенных, только им свойственных форм. Делались различные попытки ранжирования фаций (примеры), но они так и не приобрели универсального и общепринятого значения. На сегодняшний момент представляется наиболее обоснованным признание различных объемов выделяемых фаций, определяемых величиной того стратиграфического интервала, в пределах которого осуществляется исследования и наличием достаточных для более дробного подразделения диагностических признаков.
План
1.Содержание генетического и фациального анализов.
2.Генетические признаки осадков и осадочных пород
3.Общая схема проведения фациального анализа и используемые методы
4.Практическая значимость фациальных реконструкций
1.Содержание генетического и фациального анализов: развитие этих двух направлений как отражение двух основных направлений в учении о фациях. Исходя из представлений о фациях как о комплексах отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического отрезка, суть фациального анализа сводится к восстановлению этих физико-географических условий по составу отложений. Однако основные различия в понятии фации нашли отражение и в появлении генетического анализа, который также сводится к восстановлению генезиса осадочных пород. При этом в зависимости от понимания генезиса в широком или узком значении генетический анализ является частным случаем фациального анализа или наоборот фациальный анализ является частным случаем генетического. Наиболее отчетливо различия между фациальным и генетическим анализом выражены В.Т.Фроловым, исходя из его представлений о фациях и генетических типах отложений. Основная задача фациального анализа- это восстановление географии прошлых эпох - палеогеографии, точнее географической зональности для определенных этапов развития естественных геологических районов. Изучение происхождение пород и отложений можно назвать общим генетическим анализом. Школа Жемчужникова, Тимофеева и др. - генетический анализ как составная часть фациального. Школы Шанцера, Крашенинникова, Фролова - фациальный анализ - часть генетического. Далее схема генетического изучения по Крашенинникову. (рис.1 из Крашенинникова, стр.276).
Фациальный анализ или фациальные реконструкции - процедура генетическая, т.к. по сути является генетическим истолкованием выявленных изменений в составе отложений. В этом смысле вызывает недоумение разграничение двух подходов. Фациальный анализ в зависимости от выбранных признаков изучаемого объекта и цели исследования дает возможность восстановить либо обстановку осадконакопления, либо условия (гидродинамику) среды.
Основным методологическим средством познания прошлого является принцип актуализма, который в наше время может быть сформулирован следующим образом: Настоящее есть ключ к познанию прошлого. Первое стройное для своего времени обобщение он получил в концепции Ч.Лайеля. Униформистская концепция Ч.Лайеля трактовала геологическую историю как циклически повторяющуюся цепь событий, остававшуюся неизменной на протяжении всех геологических переходов:”Сегодня как всегда, всегда, как сегодня” Затем появилась концепция “необратимой эволюции развития”, воплотившаяся в принцип историзма, на базе которого развились сравнительно-исторический и сравнительно-литологический методы. В связи с этим ряд исследователей (Леонов) пытаются полностью отрицать актуализм, считая что они противоречат друг другу. Однако, несмотря на такого рода высказывания общая направленность развития геологической науки свидетельствует о том, что метод актуализма действеный инструмент познания, направленный на расшифровку механизма геологических процессов. При этом сравнительно-исторический метод дает возможность оценить их направленность и конкретные измененения во времени.
Наибольший теоретический и практический интерес в рамках актуалистической концепции изучения геологического прошлого представляет логический анализ схем переноса знания, полученного при исследовании современных процессов на объекты прошлых эпох. Можно выделить две логические схемы этого переноса.: 1- прямая экстраполяция или логическая трансформация эмпирических данных, которые снимаются с реального объекта; 2-на основе некоторых предпосылок о протекании геологического процесса в прошлом строится теоретическая модель, отражающая механизм процесса и выводятся следствия о состоянии объекта в настоящее время: т.е. следствия сопоставляются с эмпирическими данными. Одна из задач создание рабочей гипотезы, которая должна отвечать требованию принципиальной эмпирической проверяемости.
2.Генетические признаки осадков и осадочных пород.
2.1. Физические параметры.: 1 - изучение неорганических первичных осадочных текстур, включающих изучение всех особенностей слоистости и поверхностей напластования, являющихся прямым отражением среды осадконакопления и энергетических условий, преобладавших в это время; 2 - изучение осадочных структур - гранулометрический анализ осадков, включающий определение размера зерен, их формы и оатанности, структуры поверхности. Эти параметры контролируются главным образом условиями и способом переноса и в меньшей мере условиями отложения.
1. - Неорганические осадочные текстуры в общем могут быть объединены в две группы: Поверхностей напластования и слоистость (объединяющие текстуры собственно слоистости и деформации). К первой группе отнесены: знаки ряби течений и волнений, отражающие формы ложа потока, знаки ветровой ряби, следы и отпечатки на поверхностях напластования (текстуры типа ямок и холмиков, кластические дайки, трещины усыхания, морозобойные трещины, отпечатки капель дождя, пены, следы прибоя, струй, текстуры размыва и заполнения, в том числе желобковые знаки, продольные борозды, подушкообразные знаки, следы предметов). Ко второй группе отнесены текстуры конседиментационной деформации (это текстуры внедрения, конволютная слоистость, шаровые и подушечные текстуры, текстуры оползания) и различные типы слоистости. Понятие слоя - осадочная единица, сформировавшаяся в существенно не менявшихся физических условиях и при постоянном поступлении близкого по составу материала в ходе осаждения этого одиночного слоя. Мощность слоя может меняться от нескольких миллиметров до нескольких метров. Одиночный слой может состоять из более мелких единиц - слойков, Обычно мощность слойка исчисляется миллиметрами.
Типы слоистости: косая (плоскостная и желобковая; одно- и разнонаправленная, мелкая -до 5см и крупная более 5см) (рис.2); линзовидная, флазерная, волнистая, градационная, горизонтальная, гомогенная или массивная текстура.
2.2 Химические и минералогические параметры
Ен и рH среды по минералам и органическим остаткам. Например, гематит указывает на полностью аэрированные или окислительные условия, сульфиды железа - на восстановительные или лишенные кислорода условия. Высокое содержание сохранившегося органического вещества также служит доказательсьвом анаэробных условий. Про кальцит.
Соленость по минералам, фауне и бору изотопия кислорода.
Минералы-индикаторы: глауконит, оолиты, фосфориты (конт.шельф в райнах теплых вод), глинистые минералы.
Цвет - контролируется химизмом среды осадконакопления
Рассеянные элементы
2.3.Биологические параметры: твердые части скелетов иособенности их сохранности, биотурбационные текстуры (деформационные текстуры и фигуративные текстуры), фекальные пеллеты
3.Общая схема проведения фациального анализа
Рис.1(повтор) - Два крупных этапа: 1-предварительный это стратиграфия, тектоника, история геологического развития, в результате формулируются общие предпосылки или “фациальный фон”; 2-собственно фациальный анализ (в зависимости от целей подразделяется на два подэтапа: седиментологический и палеогеографический).
Собственно фациальный этап сводится к следующим стадиям:
1) Детальное литологическое изучение пород комплексом макроскопических, микроскопических, физических и химических методов. Выделение основных литотипов пород и их парагенезов.
2) Выделение”реперных фаций”, т.е. тех отложений, фациальная интерпретация которых наиболее однозначна. Это-угли, почвы, прослои с органическими биоценозами, характерными для определенных обстановок.
3) Диагностика остальных (“нереперных”) фаций на основании анализа взаимоотношения литотипов пород по разрезу (постоение литолого-фациальных колонок) и по площади (построение литолого-фациальных профилей). Слагающий элемент этой стадии выбор рабочей гипотезы. При анализе закрытых территорий обязательный методический прием использование результатов геофизических исследований скважин и сейсмопрофилей.
4) Построение в зависимости от степени детальности исследований и задач седиментологических моделей и фациальных схем и карт.
4.Практическая значимость фациальных исследований.
Лекция 4
Континентальные фации 1
План
1. Физико-химические и климатические условия континентального осадконакопления.
2. Классификация континентальных фаций
3. Элювиальные отложения
1.Физико-химические и климатические условия континентального осадконакопления
1.1.Континентальное осадконакопление обладает рядом особенностей: неустойчивостью (часто накопившиеся осадки сразу же подвергаются размыву), изменчивостью, преобладанием обломочного материала (большинство растворенных веществ выносится в море), наиболее тесной связью с материнскими породами, составом органических остатков (наземные растения и животные: позвоночные, насекомые, пресноводные организмы) и климатической зональностью.
1.2.Типы литогенеза (по Страхову). Три типа, определяемых климатическими различиями: ледовый, гумидный и аридный (рис.1. из Страхова, стр.6)
Ледовым называют такой тип литогенеза на континентальных площадях, который обеспечивает геологически длительное существование на данной территории ледового покрова. Как правило оно имеет место в высоких широтах. Современным примером являются Гренландия, Антарктида, отдельные острова Северного ледовитого океана. Основным признаком ледовых областей является их низкая среднегодовая температура, отсутствие какой-либо заметной деятельности воды в жидкой фазе и активность воды только в твердом состоянии в виде льда. Основным источником осадочного материала является механическое выветривание, перенос осуществляется также механическим путем с помощью льда, талых вод или ветра. Хемогенная садка и жизнедеятельность организмов резко подавлены. Генетические типы ледниковых отложений довольно разнообразны.
Гумидным называется «породообразование в условиях влажных климатов, отличающихся преобладанием метеорных осадков над испарением и с температурами, разрешащими существование воды в жидкой фазе, по крайней мере в теченние теплой части года. Тропический, субтропический, умеренный и холодный влажный климаты являются разновидностями гумидного климатического режима». Располагаются гумидные зоны широкими полосами в северном и южном полушарии и занимают на современной суше наибольшее пространство. Гумидное осадкообразование отличается от ледового большей сложностью и разнообразием. Кроме чисто механических процессов, в нем участвуют химические и биологические процессы. Основной перенос осадочного материала осуществляется реками. При этом вещество мигрирует в виде растворов, в виде взвесей и волочением. Осаждение происходит либо по пути переноса, либо в принимающих водоемах: озерах и морях. Большая часть выносится в моря. Среди континентальных осадков гумидной зоны преобладают обломочные породы, хотя весьма типичны торфяники, присутствуют карбонатные и сапропелевые илы. Для гумидного литогенеза характерны также высокие концентрации ряда элементов: железа, марганца, алюминия. Рудообразование происходит в коре выветривания, на путях переноса (россыпи), в озерах.
Для аридного типа литогенеза характерно преобладание процессов испарения над количеством выпадающих осадков за год. Он распространен в областях засушливого климата. Климатическая поясность здесь значительно нарушается рельефом, который осложняет морфологию зон. В результате некоторые зоны приобретают меридиональную направленность (пустыни Чили).
Для аридных процессов характерно ослабление миграции элементов в коре выветривания. Из нее почти не вымываются железо, марганец, алюминий и др. Для районов с засушливым климатом характерно отсутствие лесного покрова, болота встречаются редко, как следствие в аридных отложениях мало углей. Внутриконтинентальные водоемы аридной зоны как правило бессточны и осолонены. Например, оз.Балхаш, Аральское море. В результате в этих водоемах резко падает роль организмов, зато усиливается роль хемогенных осадков. Недостаток воды в районах с аридным климатом приводит к тому, что механические осадки здесь часто плохо сортированы. С другой стороны в этих районах увеличивается роль ветра как агента переноса.
2.Классификация континентальных отложений
Как уже ранее нами отмечалось, основная заслуга в изучении континентальных отложений принадлежит представителям условно называемого «генетического направления». Поэтому разработанная ими классификация континентальных отложений представляется наиболее удачной, но она носит название классификации генетических типов континентальных осадочных отложений (рис.2 классификац.таблица). Основная заслуга в ее разработке принадлежит Е.В.Шанцеру (1950, 1966, 1980).
Из выделенных в схеме двух классов по мнению Шанцера лишь второй объединяет собственно осадочные отложения, возникающие путем переотложения продуктов разрушения исходных горных пород. Однако существует мнение, что и первый класс (элювиальный) также частично представлен продуктактами хемогенного осадкообразования, так как в процессе выветривания не только уничтожаются прежние химико-минеральные соотношения, но и создаются новые (Г.Ф.Крашенинников). Дальнейшее подразделение классов включает обособление парагенетических рядов, групп и подгрупп и собственно генетических типов. Если сравнивать классификацию Шанцера со схемами, предложенными другими авторами, то основные группы в них обычно совпадают.
В.И.Марченко приводися следующее подразделение континентальных фаций: аллювиальные, озерные, болот, прибрежных равнин, пустынь, эоловые, карбонатных отложений аридной зоны, ледниковые, элювиальные, склоновые, и ряд других. Наиболее полно в данном курсе будут рассмотрены элювиальный и водный парагенетические ряды.
3. Элювиальные отложения.
Элювием называются уцелевшие на месте своего формирования продукты выветривания горных пород. Это понятие тесно связано с понятием «кора выветривания» и между ними нет четкой разницы. Вслед за Г.Ф.Крашенниковым под «элювием» будем понимать все вообще продукты выветривания, оставшиеся на месте своего формирования, а под корой выветривания - сложно построенный элювиальный профиль, обладающий рядом характерных признаков.
Что такое выветривание? Реакция горных пород на новые для них условия. В поверхностных и приповерхностных условиях породы испатывают влияние иных физико-химических условий, и по сути выветривание - это преобразование вещества пород в поверхностных условиях. Различают физическое, химическое и реже, биологическое выветривание. Физическое выветривание - дезинтеграция пород. Химическое выветривание - объединяет комплекс процессов окисления, гидратации, выноса катионов, накопление окислов алюминия, кремния и железа. На характер процессов оказывает влияние состав материнских пород, климат, рельеф, органический мир.
Среди элювиальных отложений по Шанцеру выделяются группы собственно элювиальных отложений и почв. Л.Н.Ботвинкиной выделяются три генетических типа элювиальных отложений: 1)обломочный или кластогенный элювий - щебнистые и глыбовые скопления преимущественно механического разрушения пород; 2) собственно кора выветривания (хемогенный элювий); 3) почвы биогенный элювий.
Наиболее характерные признаки коры выветривания:
n генетическая связь с подстилающими материнскими породами
n разница между составом материнских пород и коры возрастает снизу вверх по разрезу
n зональное строение: выделяются зоны, различающиеся по химическому и минеральному составу, часто цвету, плотности и структуре
n разнообразный минеральный состав, но преобладание глинистых минералов.
Н.М.Страховым показана стадийность развития коры выветривания в гумидных условиях, где основным фактором химического выветривания является нисходящий ток воды, постоянно промывающий верхние горизонты на водосборах. В начальной стадии оно протекает в условиях окислительной и щелочной среды: легко выносятся все соли и происходит гидролиз силикатов и алюмосиликатов. В щелочной стадии кора обогащается железом, алюминием и титаном, теряя натрий, калий, магний и кальций. В более позднюю по времени кислую стадию начинаются миграции труднорастворимых соединений и практически всех элементов и их перераспределение внутри элювия с образованием локальных высоких концентраций - рудных накоплений железа и алюминия бокитов).
Очень сложная кора выветривания развивается в жарком, периодически влажном климате тропиков, известная под названием латеритной. Мощность и строение латеритного профиля разнообразны. Выделяется несколько типов профилей по интенсивности и выраженности преобразования материнских пород. Наиболее полно он выражен на пенепленах, где может достигать 150м мощности. С латеритной корой выветривания связаны многие месторождения бокситов. Пример1. По Михайлову (1968) - кора высоких пенепленов на серицит-хлоритовых сланцах в экваториальной Африке. Рис.3 (из Крашенинникова рис.13 стр.40 и текст с описанием на стр.41) Пример 2 Латеритная кора выветривания Среднего Тимана по данным В.В.Беляева (рис.16 и 22 из его монографии).
Следующий тип (группа) элювиальных образований - почвы. В современном почвоведении под почвой понимается поверхностный слой земной коры, несущий растительность суши и обладающий плодородием. Почвы развиваются иногда в верхней части коры выветривания, но чаще в областях умеренного влажного климата почвенный покров отождествляется с маломощной корой выветривания. Почвы характеризуются тремя отличительными признаками:
-следы корневой деятельности
-зональность (почвенные горизонты)
-почвенные текстуры (макро- и микро-)
Следы корневой деятельности объединяют собственно корневые остатки и прикорневые образования (ризоконкреции) (фото из Palesols...рис.2-3 стр.4, рис.12 стр.112, рис.11, стр15). Однако сохранность корневых структур во многих типах почв невысокая. Более того можно отметить, что большинство палеопочв не содержит очевидных корневых остратков.
Отчетливая субгоризонтальная зональность является характерным признаком зрелых почв. Сверху вниз выделяются следующие горизонты:
-Верхний или нулевой горизонт образует маломощный гумусовый слой, обогащенный органическим веществом. Следующий элювиальный горизонт А (до 50см) светло-серый белесый сложен тонкодисперсным кремнеземом, многие компоненты из которого вынесены. Ниже расположен ржавый иллювиальный горизонт В или слой железистых стяжений (или иных в зависимости от климатических условий). Сюда вымываются из вышележащего горизонта током воды ряд соединений. В основании располагается горизонт С, или материнская порода, еще не подвергшаяся выветриванию. Это типичный профиль подзолистой почвы. Существуют другие типы почв. При этом нарушается зональность и изменяются характерные для отдельных горизонтов цвета. В целом серый и бежевые цвета характерны для элювиальных горизонтов. Для иллювиальных горизонтов - пигментация, пестроцветность и красноцветность.
Среди текстурных особенностей - наиболее характерные нарушенность первично осадочных текстур, комковатость и присутствием желваковых образований. Нарушенность возникает по разным причинам - результат биотурбации растительными остатками и животными организмами, усыхания и разбухания глин, замораживание и движение почвенных газов. Комковатость связана с формированием так называемых почвеных агрегатов или отдельностей, часто окруженные глинистыми каемками или ожелезнеными поверхностями.
План
1.Краткая характеристика основных континентальных фаций
1.1.Склоновые (коллювиальные и делювиальные)
1.2.Флювиальные (пролювиальные и аллювиальные)
1.3.Болотные
1.4.Озерные
1.5.Эоловые
2.Аллювиальные фации
2.1.Характеристика основных фаций аллювия
2.2.Пойменные
2.3.Старичные