что такое стратоны геология
Что такое стратоны геология
Стратиграфия (от лат. stratum — настил, слой и греч. γραφο — пишу, черчу, рисую)
Стратиграфия – геологическая дисциплина, изучающая временные и пространственнье соотношения нормально пластующихся толщ горных пород земной коры. Расшифровывая это краткое определение предмета стратиграфии, необходимо отметить некоторые наиболее существенные eгo положения. Это прежде вceгo признание. за стратиграфией статуса особой геологической дисциплины или самостоятельного раздела геологии в противовес довольно распространенному представлеию о том, что стратиграфия является лишь разделом исторической геологии. Далее из приведенного определения следует, что стратиграфия призвана изучать не горные породы как таковые, что является предметом литологии, а пространственно-временные отношения образованных ими толщ или комплексов (стpaтокомплексов). Из принятой нами дефиниции стратиграфии следует также, что объектом ее является не вся земная кора, а только ноpмально пластующиеся толщи, т. е. супракрустальные геологические тела (стратокомплексы), сложенные осадочными, вулканогенными и метаморфическими породами.
Объектами стратиграфии, являются геологические тела, представляющие собой нормально пластующиеся толщи осадочных и вулканогенных как неизмененных, так и метаморфизованных горных пород. Большинство исследователей считают объектом стратиграфии стратиграфическое подразделение – стратон.
Стратон — это геологическое тело, представляющее собой статическую палеосистему, образованную в результате взаимодействия разнородных процессов на протяжении некоторого промежутка времени, занимающую определенное положение в стратиграфическом разрезе и обладающую единством характеристик, отличающих ее от смежных стратонов как ниже- и вышележащих, так и расположенных по латерали.
Фактической основой стратиграфических исследований служат конкретные геологические объекты — естественные или искусственные обнажения горных пород и керн скважин, а также определяемые геофизическими методами (электро-, сейсмо- и другой каротаж) изменения физических свойств горных пород в скважинах.
Основным результатом стратиграфического изучения всегда является та или другая «стратиграфическая схема», или «сводная стратиграфическая колонка», т. е. схема классификации изучающихся «слоев» с исторической точки зрения.
Стратиграфия играет важнейшую роль при геологических исследованиях. Без нее немыслимо проводить геологическое картирование, решать проблемы эволюции органического мира, геологического развития отдельных регионов и Земли в целом, реконструировать палеографические обстановки. Без детальных стратиграфических исследований невозможно раскрывать сложное строение структур земной коры и проводить поиски и разведку полезных ископаемых
Основой для выделения геохронологических и хроностратиграфических единиц служат следующие критерии, тесно связанные между собой:
– этапность в ходе эволюции органического мира;
– периодическая изменчивость процессов осадконакопления и денудации
– палеогеографические критерии (изменение распределения морских бассейнов и особенностей рельефа суши и дна моря, климата, смена ландшафтных обстановок
– степень активности и характер проявления магматической деятельности и процессов метаморфизма.
– проявление крупных тектонических движений и деформаций
Основные операции стратиграфии
Стратиграфия включает в себя две основные операции: стратиграфическое расчленение и стратиграфическую параллелизацию.
Стратиграфическое расчленение — это выделение в конкретном разрезе отдельных слоев и толщ по определенным признакам (обычно литологическим) и выяснение последовательности их залегания. Под конкретным разрезом подразумевается скважина, горная выработка или естественный выход отложений (обнажение). Часто конкретный разрез суммируется (строится или надстраивается) по ряду близко расположенных обнажений или скважин, дополняющих друг друга.
Стратиграфическое расчленение можно разделить на 3 этапа:
Стратиграфическая параллелизация — это сопоставление (увязка) и установление временных (возрастных) отношений частей разрезов, более или менее удаленных друг от друга. Возрастные cooтношения между членами удаленных разрезов могут быть раньше, позже, одного возраста. Конечной целью параллелизации является синхронизация, т. е. выявление геологически одновозрастных слоев и толщ в сопоставляемых разрезах.
Одной из основных особенностей стратиграфической параллелизации является ее повторяемость на разных этапах стратиграфических исследований.
На ограниченных территориях стратиграфическая увязка может быть проведена методами непосредственного прослеживания слоев, что возможно в условиях хорошей обнаженности (или при непосредственной близости скважин).
Если увязка прямыми методами геологического картирования невозможна, пользуются косвенными методами, тогда это называется корреляцией. Стратиграфическая корреляция может быть мое той (для нескольких конкретных разрезов в одном районе), региональной (для целого региона, бассейна), межрегиональной. Наконец, существует глобальная корреляция, а также сопоставление с подразделениями общей стратиграфической шкалы. Эта специфическая корреляция называется датировка.
Обе эти стратиграфические операции тесно связаны между собой и составляют два этапа стратиграфического исследования.
Задачи стратиграфии.
Общей задачей стратиграфии является разработка, совершенствование и детализация общей стратиграфической и геохронологической шкал, необходимых для датировки геологических событий, и естественная периодизация геологической истории.
Общая стратиграфическая шкала представляет собой совокупность общих стратиграфических (хроностратиграфических) подразделений, таких, как акротема, эонотема, эратема, система, отдел, ярус, зона и т. д. (в их полных объемах, без пропусков и перекрытий), расположенных в порядке их стратиграфической последовательности и таксономической подчинености.
Общая геохронологическая шкала, или шкала геологического времени, состоит из датированных в годах эквивалентов общих стратиграфических подразделений, таких, как акрон, зон, эра, период, эпоха, век, фаза и т. д., выделение которых основано на изучении последовательности горных пород. Она объединяет два типа шкал; собственно геохронологическую, или шкалу относительного геологического времени, которая многими геологами в настоящее время представляется как шкала последовательности горных пород со стандартизированными точками, выбранными в стратотипах границ — разрезах, максимально полных в пограничных частях, и геохронометрическую, или шкалу абсолютного геологического времени, основанную на единицах продолжительности — годах.
Функции этих шкал — создать основу для сравнения возрастов. Они позволяют сократить количество способов, с помощью которых может быть выражен геологический возраст, до двух: числового и словесного. Причем эти способы не являются взаимозаменяемыми, и поэтому необходимы оба.
Существуют также более частные задачи, возникающие на определенных стадиях геологических исследований, такие, как:
— расчленение разрезов и выделение стратиграфических подразделений (стратонов) с целью создания местных и региональных стратиграфических схем (шкал), отражающих ход геологического развития данной территории. Решение этой задачи обеспечивает стратиграфической основой крупномасштабную геологическую съемку, а также поиски и разведку месторождений полезных ископаемых;
— проведение межрегиональной корреляции стратиграфических подразделений (стратонов) различных рангов, обеспечивающей составление геологических карт среднего и мелкого масштабов, палеогеографических и прогнозных карт нескольких регионов;
— совершенствование общей стратиграфической и геохронологической шкалы как шкалы, не имеющей временных пробелов, присущих всем региональным шкалам. Это направление стратиграфических исследований дает основу для историко-геологических обобщений планетарного масштаба.
Другими словами, типовыми задачами стратиграфии являются выделение стратонов, создание региональных схем их первичных пространственно-временных отношений и моделирование первичной структуры геологического пространства-времени в планетарном масштабе.
Стратиграфическое подразделение (стратиграфическая единица или стратон)
Стратиграфическое подразделение – геологическое тело, совокупность горных пород (например, слой или группа смежных слоёв), занимающая опр
Принципы выделения стратиграфических подразделений
Среди геологов нет единства взглядов на принципы выделения стратиграфических подразделений.
В стратиграфии исторически сложились две различные концепции или научные школы.
1 я концепция («единства стратиграфии» или «европейская») определяет стратиграфические подразделения как части земной коры, соответствующие определенным этапам геологической истории, то есть естественные образования.
2 я концепция («множественности стратиграфий» или «американская») рассматривает стратиграфические подразделения как совокупности горных пород, выделенные по какому-либо определённому признаку, то есть допускает искусственное, субъективное выделение стратонов, основанное на договорённости специалистов.
Однако основным объектом изучения стратиграфии являются геологические тела, представляющие собой нормально пластующиеся толщи осадочных, вулканогенных и метаморфических горных пород.
При этом изучается не состав и свойства этих пород, что является предметом других наук (литологии, петрографии, геофизики), а пространственно-временные соотношения геологических тел; реконструируется система координации
Главная цель, или конечная задача стратиграфии, – разработка хронологической шкалы для датирования геологических событий и естественной периодизации геологической истории.
Она достигается решением 3 х частных задач:
1. расчленение разрезов и установление стратиграфических подразделений для отдельных участков земной коры;
2. корреляция стратиграфических подразделений и разработка стратиграфических схем местного и регионального значения;
3. межрегиональная корреляция выделенных стратонов и их корреляция с Международной стратиграфической шкалой, детализация, уточнение и совершенствование последней.
Эталонами служат стратотипы стратиграфических подразделений.
Стратотип стратиграфического подразделения ( стратотипический разрез ) представляет собой конкретный разрез отложений одного или близко расположенных подразделений какой- либо стратиграфической единицы (яруса, горизонта, свиты и др.), который исследователем, впервые выделившим эту единицу, указывается и описывается в качестве типового разреза.
Является эталоном для последующего сравнения с соответствующими по геологическому возрасту отложениями других регионов.
Что такое стратоны геология
ПРИНЦИПЫ СТРАТИГРАФИИ
Стратиграфия — это фундамент научной геологии, т. к. только в результате стратиграфических исследований получается та модель первичных пространственно-временных отношений феноменов геологической летописи, которая служит исходной базой для всех ретроспективных реконструкций. Стратиграфия связана с другими геологическими дисциплинами сложными информационными отношениями. С одной стороны, ряд принципов и эмпирических обобщений, лежащих в основе ретроспективных реконструкций практически всех геологических дисциплин, был сформулирован именно в процессе стратиграфических исследований. С другой — сама стратиграфия применяет ряд методов, опирающихся на достижения других геологических дисциплин (литологии, палеонтологии, тектоники, геофизики и пр.), используя полученные в их рамках обобщения.
Признание за стратиграфией статуса самостоятельной геологической дисциплины влечет за собой необходимость не только уточнения ее предмета, но и установление ее принципов и вытекающих из них методов исследования. Под принципами стратиграфии, как и любой научной дисциплины, понимаются наиболее общие основополагающие концепции, на которых базируются другие, более частные положения этой науки. Для стратиграфии, как и для геологии в целом, не всегда могут быть четко разграничены такие иерархически регламентированные понятия, как «закон», «научный принцип», «постулат), «правило» и тому подобное.
Существует мнение о том, что законы в геологии, возможно, неравнозначны законам точных наук. В точных науках зачастую выпадает фактор времени, а следовательно, историзм. Геология отражает реальный мир — действительность во всей сложности, многообразии и с закономерными, и со случайными отклонениями, которых иногда ни предвидеть, ни предугадать невозможно.
На протяжении последних четырех десятилетий предпринимались и предпринимаются попытки сформулировать основные принципы, а также законы и правила стратиграфии. Так, в работе К. В. Симакова (1997) их приводится более тридцати. Их обилие, по его мнению, отражает методологическую незрелось науки, специфику объекта изучения и разновременное влияние на стратиграфию различных общепознава-тельных идей и парадигм.
Этому вопросу посвятили работы наши соотечественники Л. Л. Халфин, Д. Л. Степанов, О. П. Фисуненко, В. А. Зубаков, В. Л. Егоян, В. Е. Савицкий, И. В. Круть, С. В. Мейен, А. М. Садыков, К. В. Симаков, М. С. Месежников, А. И. Жамойда, В. А. Красилов и другие.
Из зарубежных авторов следует упомянуть К.Данбара и Дж. Роджерса, М, Уэллера, Г. Шенка, А. Шоу, X. Хедберга, Т. Николоаа, О. Шиндевольфа и многих других.
Помимо собственно стратиграфических, определяющих специфику и самостоятельность стратиграфии, в ней нередко используются общегеологические принципы, применимые к различным наукам геологического ряда, а также общебиологические (учитывая тесную связь палеонтологии и стратиграфии).
Принцип неполноты стратиграфической и палеонтологической летописи (принцип Ч. Дарвина)
К числу важнейших общих положений стратиграфии должен быть отнесен «принцип неполноты стратиграфической и палеонтологической летописи», обоснованный Ч. Дарвином в специальной X главе «Происхождения видов». Ч, Дарвин впервые высказал мысль о том, что в геологических напластованиях запечатлена, вероятно, лишь меньшая часть геологической истории, а большая часть геологического времени приходится на перерывы. Эта мысль впоследствии получила подтверждение в трудах многих ученых, развивавших идею об «утраченных интервалах» геологической истории. При этом выяснилось, что наряду с крупными перерывами, которые фиксируются несогласиями, важная роль в неполноте геологической летописи принадлежит бесчисленным мелким перерывам, обусловленных пульсационным характером и прерывистостью самого процесса осадконакопления.
Учение об этих относительно кратковременных перерывах, но в сумме дающих огромный эффект, было разработано Дж. Бареллом [Barell], предложившим для них специальный термин «диастемы».
Большой прогресс достигнут также в разработке учения о различных типах несогласий и их значений для стратиграфии. Особенно важным представляется выявившееся совсем недавно широкое распространение скрытых несогласий (paraconformity), устанавливаемых нередко лишь на основании палеонтологических данных, и недооценка которых неоднократно приводила к крупным ошибкам.
Учение Ч.Дарвина о неполноте геологической, точнее стратиграфической летописи, получило полное подтверждение в свете современных данных. Следует отметить, что с точки зрения «интерпретационной стратиграфии» перерывы и несогласия сами могут рассматриваться в качестве документа исторической геологии, получающего то или иное истолкование. Поэтому, говоря о принципе неполноты стратиграфической летописи, последний следует понимать в том прямом смысле, который непосредственно вытекает из трактовки Ч. Дарвина. Сущность его может быть выражена в следующей краткой формулировке: стратиграфическая летопись в виде толщ горных пород земной коры является неполной, т. к. более или менее значительная часть геологического времени е каждом конкретном разрезе не отражена в напластованиях и приходится на перерывы.
Во избежание часто имеющих место недоразумений следует отметить, что проблема неполноты геологической (стратиграфической) летописи имеет два различных аспекта. Один, вытекающий из формулировки Ч. Дарвина о неполноте геологической летописи и подчеркивающий то обстоятельство, что значительная часть геологического времени не документирована соответствующими слоями и приходится на перерывы, был только что рассмотрен. Он может быть обозначен как положение о неполноте стратиграфической летописи.
Другой аспект — это положение Ч. Дарвина о «неадекватности» палеонтологической летописи (inadequacy at the fossil record). Оно говорит о том, что окаменелости, заключенные в геологических напластованиях, представляют лишь незначительный процент организмов, населявших Землю в прошлые геологические эпохи. Такая неполнота палеонтологической летописи не позволяет во многих случаях достаточно достоверно устанавливать истинное распространение во времени даже известных нам представителей древних животных и растений.
Сам Ч. Дарвин видел главное значение своего принципа неполноты геологической летописи в том, что он позволял ему дать рациональное объяснение редкости нахождения переходных форм между видами и связующих звеньев между высшими таксонами, которые должны были существовать в прошлые геологические эпохи в соответствии с положениями эволюционного учения.
Преодоление неполноты собственно геологической, точнее стратиграфической летописи со времен Ч. Дарвина до наших дней шло по линии расширения геологических исследований с распространением их не только на территории всех материков, но и на акватории шельфа, а в последнее время и на океаническое ложе. Это позволило установить ряд непрерывных разрезов для тех интервалов стратиграфической шкалы, которые в изученных во времена Ч. Дарвина классических областях Западной Европы характеризовались перерывами между отдельными системами фанерозоя. Более того, установлены разрезы, в которых верхний докембрий (рифей и венд) непрерывно переходят в нижний палеозой (докембрий).
Принцип необратимости геологической и биологической эволюции (закон Дарвина)
Положение о необратимости эволюции земной коры и Земли в целом, также, как и положение о необратимости эволюции органического мира, следует рассматривать как единый принцип, отражающий всеобщий диалектический закон развития — закон отрицания отрицания.
Конкретные суждения о необратимости биологической и геологической эволюции возникли первоначально на основе эмпирических обобщений. В биологии положение о необратимости эволюции было впервые высказано Ч. Дарвиным в главе XI «Происхождения видов», хотя чаще установление этой закономерности связывают с именем Л. Долло, сформулировавшего на основе эмпирического обобщения «закон необратимости эволюции».
Несколько позднее оформилась и утвердилась идея о необратимости эволюции Земли и ее геосфер, включая и литосферу. Академик Н.М. Страхов, рассматривая эволюцию типов литогенеза а ходе геологической истории, показал как необратимые черты этого процесса, так и явления повторяемости или периодичности в нем. Мысль о том, что «развитие Земли идет посредством необратимых процессов», была высказана и обоснована Б.Н. Достоваловым. С большой убедительностью необратимость эволюции земной коры показана в работах В. М. Синицына, отметившего, что «весь геологический опыт свидетельствует о едином поступательном процессе развития земной коры, отражающем исторические изменения термодинамического режима планеты». Все это свидетельствует о том, что геологические системы развиваются по линейному типу, и многопорядковая цикличность в их эволюции частично затушевывает необратимость развития.
Все сказанное дает основание к принятию в качестве единого принципа положения о необратимости геологической и биологической эволюции. Более отчетливое проявление необратимости в биологической эволюции по сравнению с развитием неорганического мира обусловлено большей сложностью строения организмов и условий их происхождения, что делает крайне маловероятным повторение их комбинаций на разных этапах геологической истории. Необратимость процессов развития в неорганическом мире обнаруживается значительно трудней, в силу чего она часто не учитывалась или должным образом не оценивалась. Однако в последнее время накапливается все больше данных о необратимых тенденциях в развитии неорганического мира.
Принцип объективной реальности и неповторимости стратиграфических подразделений (принцип Халфина—Степанова)
Все стратиграфические подразделения (стратоны) фиксируют результаты различных геологических событий и объективно отражают суть этих событий. В стратиграфическом разрезе отдельные стратоны последовательно фиксируют очередность соответствующих событий во времени, т.е. отражают исторический процесс развития. Различия между региональными стратиграфическими подразделениями и стратонами общей шкалы заключаются в том, что первые отражают частные, локальные эпизоды, вторые синтезируют их в общепланетарную картину истории Земли.
Поэтому, по мнению Ю. В. Тесленко, нельзя противопоставлять общую стратиграфическую шкалу региональным шкалам, как нельзя противопоставлять общее частному. «Время является субстанцией, связующей между собой хроностратиграфические и региональные единицы».
Объективная реальность стратиграфических подразделений подчеркнута в книге «Стратиграфическая классификация, терминология и номенклатура», изданной в 1965 г. и утвержденной Межведомственным стратиграфическим комитетом в качестве обязательного положения для всех геологических организаций страны. В ней сказано следующее; «Выделение стратиграфических подразделений должно быть лишено элементов субъективизма и случайности. Оно должно исходить не из принципа формального удобства или простой условности, а преследовать цель объективного раскрытия действительного хода геологической истории. Стратиграфические подразделении следует выделять тек, чтобы они соответствовали реальным историческим этапам развития Земли в целом или отдельных ее регионов. Причем они должны базироваться на совокупности всех признаков, объективно отражающих этапы исторического хода развития Земли и своеобразие этих этапов в различных ее частях». И далее: «Таким образом, в стратиграфической шкале находят свое выражение результаты геологических процессов прошлого, которые происходили на различных естественных этапах развития литосферы».
Так обстоит дело с положением об объективной реальности стратиграфических подразделений общей и региональных шкал. Что касается неповторимости стратонов, то хроностратиграфические подразделения общей шкалы неповторимы по времени, ибо неповторимы в своем развитии те условия, в которых они формировались, и те признаки, по которым они выделены. Точно так же региональные стратиграфические подразделения неповторимы во времени (как составные части хроностратиграфических подразделений) и в пространстве, т. е. за пределами области их формирования, что обусловлено их местным происхождением.
Все сказанное позволяет предложить следующую краткую формулировку принципа объективной реальности и неповторимости стратиграфических подразделений. Стратиграфические подразделения (стратоны), представляя реальный результат геологических событий, объективно отражают суть этих событий и не повторяются во времени и в пространстве. Практический смысл этого принципа заключается в необходимости преодоления пользующейся распространением тенденции к субъективному подходу при установлении стратиграфических подразделений.
Принцип последовательности образования геологических тел (принцип Н. Стенона)
Этот принцип издавна фигурирует в геологической литературе как принцип или закон последовательности напластования, поскольку первоначальная формулировка этого постулата Н. Стеноном в его диссертации (1969г.) была связана непосредственно с процессом слоеобразования. В дальнейшем, однако, было предложено расширить область применения принципа (закона) Н. Стенона, не ограничивая ее слоистыми осадочными толщами, и распространить этот принцип на последовательные образования геологических тел вообще, включая и интракрустальные породы. Основанием для этого явились высказывания Н. Стенона в других местах его сочинения, в которых он рассматривает взаимоотношения геологических тел, относящихся к категориям магматических и метаморфических образований.
Соответственно, прежняя формулировка этого принципа: «При ненарушенном залегании каждый нижележащий спой древнее покрывающего слоя» должна быть заменена новой. В качестве замены Л. Л. Халфин предложил следующую: «Относительный возраст двух контактирующих тел установленного генезиса с очевидностью определяется их первичными пространственными соотношениями».
Принцип возрастной миграции граничных поверхностей супракрустальных геологических тел (принцип Н.А.Головкинского)
В основе рассматриваемого принципа лежит положение о неодновременности образования литологически однородных слоев, которое было, впервые установлено в 1868 г. Н. А. Гоповкинским в результате исследований пермской формации Камско-Волжского бассейна. Разновозрастность различных частей одного и того же слоя он считал обусловленной самим механизмом слоеобразования при перемещении береговой линии бассейна седиментации. Как вывод из своих исследований Н. А. Головкинский указал, что «должно внимательно различать понятия о хронологическом, стратиграфическом, петрографическом и палеонтологическом горизонтах». При этом, указывает он, «хронологические горизонты косвенно пересекают все другие».
В трактовке А.Н. Гейслера этот вывод Н.А. Гоповкинского звучит следующим образом: «Исходя из учении об образовании слоя, в каждом слое можно считать синхроничными только те осадки, которые отлагались вдоль существовавших в каждый данный момент определенных зон седиментации, т. е. осадки, распределяющиеся в направлении, параллельном береговой линии».
Конечно, разновозрастность отдельного слоя часто практически не может быть установлена и, поэтому не всегда имеет существенное значение для стратиграфии. В этих случаях ею можно и пренебречь. Однако с разновозрастностью осадочных комплексов, состоящих из большого числа слоев, необходимо считаться.
Идеи Н.А. Головкинского не сразу получили признание, хотя целый ряд исследователей независимо от него приходили к аналогичным выводам. Так, И. Вальтер в своем «Введении в геологию как историческую науку» установил закономерность фациальных изменений в процессе слоеобразования, названную им «закон согласования фаций» (закон Вальтера).
Несколько особую позицию в отношении оценки принципа Н.А. Гоповкинского занимал С.В. Мейен, который отмечал, что неодновозрастность литологических границ устанавливается палеонтологическими или иными собственно геологическими методами. В этом С.В. Мейен видит серьезную методическую ошибку, заключающуюся в том, что исследователи, принимающие «закон Головкинского», «раз и навсегда сводят к минимуму вес литологических признаков» и придают неизменно наивысший вес палеонтологическим признакам. С этим утверждением можно согласиться в том отношении, что весь опыт стратиграфических исследований подтверждает правильность положения о первостепенном значении палеонтологического метода при установлении и прослеживании возрастных границ. Но, конечно, это положение не следует абсолютизировать, сводя геохронологию к биохронопогии. С.В. Мейен справедливо указывал, что вполне мыслимы и действительно наблюдаются случаи, когда литологические границы являются хронологически изохронными, точнее, когда их диахронность не может быть установлена современными методами стратиграфии. В качестве примера он приводит изохронность цинеритовых горизонтов. Можно признать, что действительно в ряде случаев диахронность литологических границ не фиксируется палеонтологическими или какими-либо другими методами и что в практике стратиграфических исследований такие границы признаются изохронными. Однако не все согласны с категорическим утверждением С.В. Мейена, что «достаточно одного такого случая, чтобы «закон Головкинского» утратил статус и закона и принципа». Впрочем, отрицая правомерность установления «закона Головкинского», С.В. Мейен признавал, что случаев, когда литологические признаки имеют невысокий вес, действительно много, и поэтому предлагал ввести эмпирическое «правило Головкинского», смысл последнего — предостеречь исследователей, склонных переоценивать литологическое единство как критерий хронологической одновременности.
В заключение приведем формулировку принципа Головкинского в трактовке Д.Л. Степанова: «Граничные поверхности литостратиграфических подразделений не являются вполне изохронными на всем протяжении, причем градиент возрастной миграции этих поверхностей возрастает в направлении перпендикулярном береговой линии бассейна седиментации и уменьшается в направлении, параллельном последней».
Принцип фациальной дифференциации одновозрастных отложений (принцип А. Грессли—Е. Реневье)
Одним из важнейших принципов стратиграфии, восполняющим некоторую односторонность принципа В. Смита, чреватую существенными ошибками при излишне прямолинейном его использовании, является принцип фациальной дифференциации одновозрастных отложений. То обстоятельство, что геологически одновременные отложения могут быть в зависимости от условий их образования существенно разными как в отношении литологического состава, так и палеонтологической характеристики, значительно усложняет применение палеонтологического метода при установлении относительного их возраста. Недоучет фациальной изменчивости одновозрастных отложений часто являлся источником ошибочной датировки и корреляции. Поэтому есть все основания рассматривать концепцию фациальных изменений заслуживающей признания в качестве особого принципа, область применения которого, конечно, не ограничивается стратиграфией, а имеет значительно более широкое распространение. Разнофациапьная природа одновозрастных толщ была впервые установлена А. Грессли в результате изучения юрских отложений Швейцарии. Впервые термин «фация» встречается в трудах А. Грессли. Вот авторская трактовка понятия «фация»:
«. в горизонтальном направлении каждая формация испытывает разнообразные хорошо выраженные латеральные изменения, которые характеризуются постоянными особенностями не только петрографического состава, но и палеонтологического характера комплексов ископаемых, изменения которых подчиняются определенным и мало изменчивым законам.
Прежде всего, имеется два главных фактора, повсеместно характеризующие совокупность изменений, которые я называю фациями или обликами формаций. Первый факт (I) заключается в том, что определенный петрографический характер формации дает основание уверенно предполагать повсеместно, там, где она распространена, что свойственный ей палеонтологический комплекс будет одним и тем же. Второй факт (II) заключается в том, что данный палеонтологический комплекс строго исключает присутствие родов и видов, изобилующих в других фациях.
. Я думаю, что изменения как петрографического, так и палеонтологического характера, которые можно наблюдать в горизонтальном распространении формации, обусловлены различием обстановок и других условий, которые и до настоящего времени оказывают такое решающее влияние на различные роды и виды, населяющие современные моря.
. Из изложенных выше фактов можно вывести закон о том, что каждая фация любой данной формации имеет очень отчетливую характеристику либо петрографическую и геологическую, либо палеонтологическую, являющиеся прямо противоположными особенностям, которые обычно предполагаются обязательно присущими формации, и особенностям других фаций того же геологического уровня.
Второй закон весьма близок к первому. Он гласит: фации одинакового петрографического и геологического характера имеют весьма сходные палеонтологические особенности в различных формациях и сменяют друг друга, даже пересекая более или менее многочисленные серии выше налегающих формаций».
Почти через полвека после А.Грессли другой швейцарский геолог Е. Реневье попытался уточнить понятие «фация». Он особо подчеркнул значение одновременности как существенного элемента концепции фациальности. Вот определение понятия фация, данное Е. Реневье:
«Термин фация обозначает любые различия, могущие иметь место между формациями одного и того же возраста. Эти различия могут проявляться либо в петрографическом составе, будучи обусловленными природой отлагавшихся осадков, либо в палеонтологических особенностях, вызванных прижизненными условиями ископаемых животных и растений.
Фации являются тогда определенными типами отложений, осадочных или иных, которые могли образоваться одновременно в каждый данный геологический момент так, как это имеет место в настоящее время. Можно говорить о различных фациях одной формации так же, как говорят о различных типах современных отложений».
Как видно из приведенных цитат, Е. Реневье, сохраняя первоначальный смысл концепции фациальности, вкладывавшийся в нее А. Грессли, уточнил и конкретизировал ее. Это позволяет рассматривать концепцию фациальной неоднородности одновозрастных отложений как один из ведущих принципов стратиграфии, который заслуживает обозначения как принцип Грессли—Реневье. Для характеристики этого принципа может быть предложена следующая формулировка: «Одновозрастные отложения претерпевают в горизонтальном направлении фациальные изменения, обуславливающие существенные различия их литологического состава и палеонтологической характеристики».
Значение этою принципа для стратиграфии заключается прежде всего в том, что он предостерегает от излишней прямолинейности понимания принципа палеонтологической параллелизации В.Смита, выраженной в популярной формулировке: «Отложения, содержащие одинаковую фауну или флору, геологически одновозрастны». Более общее значение принципа фациальности заключается в том, что им «была поколеблена абсолютизация «горизонтального направления» геологического пространства». Оказалось, что состав примерно одновозрастного геологического тела — пласта, слоя, формации — изменяется и в горизонтальном направлении, и по вертикали. По существу, была установлена частная относительность геологического пространства и времени, согласно которой геологическое время является атрибутивным отношением и свойством геологических тел, но не функцией их состава, как это вытекало из вернерианской стратиграфии.
Принцип биостратиграфического расчленения и корреляции (принцип В. Смита)
По признанию большинства историков геологии, биостратиграфия или, точнее, использование палеонтологического метода в стратиграфии ведет начало от исследований В. Смита, результаты которых были опубликованы в двух его основных сочинениях; «Спои, распознаваемые по органическим ископаемым» и «Стратиграфическая система органических ископаемых». В них изложен и принцип, лежащий в основе предложенного им метода. Краткость и не всегда достаточная четкость первоначальных формулировок В. Смита явились источником расхождений между отдельными исследователями при попытке их истолкования. Возникли и значительные противоречия в оценке В.Смита как биостратиграфа.
Вот как сформулировал сам В. Смит основы своего метода. «Мой метод распределения ископаемых соответственно слоям, их содержащим, уже давно был признан всеми, кому были сообщены мои первые открытия. Лица, знающие его, смогут при помощи этой работы внести значительное усовершенствование в своих коллекциях, которое им сейчас предлагается. В нем с наибольшей пользой сочетается послойное и систематическое распределение (ископаемых). Все местонахождения каждого вида в каждом слое перечислены в порядке последовательности их залегания, что показывает, как образцы ископаемых, будучи правильно размещены, могут использоваться для распознавания «слоев». Мой оригинальный метод прослеживания слоев при помощи органических ископаемых, заключенных в них, таким образом, доведен до степени простоты, делающей нетрудным его изучение. Со времени первого письменного отчета об этом открытии, который был разослан в 1799г., он тщательно изучался моими научными коллегами в окрестностях Бата. Некоторые из них отыскивают выходы различных слоев в этом районе с такой уверенностью обнаружения в соответствующих горных породах характерных для них ископаемых, как если бы они находились на полках их коллекционных шкафов.
Эта особая отрасль геологии (стратиграфия), уже доказала, что большая часть земной поверхности кишела живыми существами и что животные и растения, так хорошо сохранившиеся в твердых частях внутренности Земли, настолько существенно отличаются от ныне существующих, что они могут рассматриваться как новое творение или, скорее, как еще неоткрытая часть старого творения. Они являются главным образом морскими (организмами), и поскольку они вообще отличаются от нынешних обитателей моря, то в отдельные периоды формирования Земли они также сильно отличались друг от друга, настолько, что каждый слой этих ископаемых органических теп должен рассматриваться как отдельный акт творения. Иначе, как Земля могла сформироваться Stratum super Stratum (слой над слоем), причем каждый из этих слоев содержит в изобилии различные расы животных и растений. Несомненно, что эти бесчисленные хорошо сохранившиеся органические ископаемые не являются результатами игры природы, помещенные туда для того, чтобы возбуждать праздное любопытство, но что они должны, как и другие произведения Великого Творца, иметь свое назначение. Шахтер давно распознавал, таким образом, положение своих отдельных выработок в шахтах, так почему же не должны делать то же самое, но более обстоятельно ученые, землевладельцы, рабочие в каменоломнях и каменотесы? В результате моих трудов установлен для этого метод, и поэтому распознавание слоев при помощи органических ископаемых становится одним из наиболее важных новейших открытий геологии. Оно дает возможность геологу отчетливо отличать один слой от другого не только на Британских островах, но также прослеживать их связь с теми же слоями на континенте. Таким образом, этот метод пригоден как для самого широкого, так и узко локального использования».
В этой же работе В. Смита имеется краткая формулировка его принципа, получившая наибольшую известность: «Сходные слои содержат сходные ископаемые» («Similar strata contain similar fossils»).
Эта краткая формулировка принципа В. Смита в интерпретации последующих авторов претерпевала подчас довольно значительную трансформацию. Наиболее точно передает первоначальный смысл краткого определения В. Смита формулировка, предложенная А. Н. Криштофовичем: «Отложения одинакового возраста содержат одинаковую фауну или флору». Приведя это определение, А. Н. Криштофович отметил, что «основной принцип стратиграфии. в самом своем существе ошибочен, если понимать это положение буквально».
Следует подчеркнуть, однако, что из формулировки В. Смита «сходные слои содержат сходные ископаемые» не ясно, вкладывал ли он в понятие «сходные слои» представление об их одновозрастности. Вероятно, поэтому некоторые авторы предпочитают более осторожное толкование принципа В. Смита как исходной концепции биостратиграфии. Между тем в приведенной выше цитате из сочинения В. Смита, содержащей развернутую характеристику сущности и оценку его метода, мы находим прямое указание на возможность использования его для корреляции отдаленных разрезов. Это позволило Д. Л. Степанову назвать принцип В Смита «принципом биостратиграфического расчленения и корреляции», предложив для него следующую формулировку: отложения можно различать и сопоставлять по заключенным в них ископаемым.
Не все авторы считают В. Смита основоположником биостратиграфии К таковым относятся Г.П. Леонов, С,В. Мейен. К числу сторонников мнения о В. Смите как об основоположнике стратиграфии и, в частности биостратиграфии, относятся И. В. Круть, Ю.В. Тесленко, Т. Николов Д.Л. Степанов и М.С. Месежников.
СВ Мейен предлагал выделять принцип Гексли (Huxley), но этот принцип, по мнению Д.Л. Степанова и М.С. Месежникова, ничем не отличается от только что рассмотренного принципа В.Смита. Но так как принцип Гексли с подачи С.В. Мейена укоренился в научной и научно-методической литературе, остановим свое внимание и на нем.
Принцип Гексли (принцип сопоставления одинаковых последовательностей)
В настоящее время существует мнение о том, что принцип Смита есть частное проявление принципа Гексли и в литературе иногда фигурирует как принцип Смита—Гексли
Перед нами два разреза с одинаковыми последовательностями отложений (мощность в данном конкретном примере никакой роли не играет).
Одинаковая последовательность называется гомотаксальностью. Одинаковые последовательности очевидно можно сопоставить. А. Броньяр и др. одинаковую последовательность автоматически считали одновременностью. На самом деле, в удаленных районах одинаковые последовательности (фаун) могут быть не строго одновременными (в пределах точности метода), т. е. гомотаксальными.
Одновременность нужно доказать. Внутри регионов это делают с помощью опорных горизонтов, являющихся разновидностью маркирующих горизонтов. Опорные горизонты в масштабах геологического времени могут считаться изохронными (одновозрастными во всех своих точках). Примерами опорных горизонтов может быть слой вулканического пепла на ограниченной территории; базальный конгломерат, образовавшийся при внезапном вторжении моря (ингресии).
А.И. Жамойда предлагает следующую формулировку: «Стратиграфическая корреляция конкретных разрезов, если непосредственное прослеживание невозможно, осуществляется сопоставлением гомотаксальных, т. в. идентичных последовательностей сходных признаков, в том числе обстановок и событий прошлого».
Таким образом, смысл принципа Гексли в том, что в двух разрезах одинаковые стратиграфические последовательности сопоставляются.
Это сопоставление идентичных последовательностей мы в дальнейшем обозначать как принцип Гексли. В первоначальной трактовке этот принцип касался преимущественно сопоставления одинаковых последовательностей фаунистических комплексов (Huxley, 1862; Красилов, 1971). При этом Гексли смущало то обстоятельство, что смена комплексов в разных местах не могла происходить одновременно, поскольку перед нами следы не кратковременных катастроф, а достаточно медленна эволюционных процессов, причем на миграцию организмов из одного района в другой требуется физическое время. Поэтому Гексли выдвинул общее положение, что гомотаксальные (и одинакового состава) фауны разных мест не могут быть синхронными. Это положение, которое можно называть «постулатом Гексли».
Принцип палеонтологической сукцессии (принцип Ж. Суллпи—В. Смита)
В тесной связи с выше рассмотренным принципом В. Смита (иногда даже объединяемое с ним) находится положение о различии комплексов ископаемых разновозрастных отложений, последовательно сменяющих друг друга. В какой-то мере это положение действительно отражено в приведенных высказываниях В. Смита о формировании Земли слой за слоем и соответственно о многократных актах творения животных и растений, объясняющих различие комплексов окаменелостей различных слоев. Однако еще за два десятилетия до первого сообщения В. Смита о результатах его исследований на Британских островах во Франции в 1780г. был опубликован текст доклада аббата Жиро Сулави «Естественная история Южной Франции», прочитанного им в 1779г в Королевской академии наук. Для целей стратиграфии главный интерес представляет глава VIII этого сочинения, основные выводы которой изложены Ж. Сулави в следующих словах.
«Залегание друг над другом различных известняковых толщ; их последовательное формирование под водами океана. Эпохи различных ископаемых соответствуют слоям, которые их содержат. Первый век царство раковин (моллюсков), которые не живут сейчас. Второй век: царство предыдущих раковин (моллюсков) и некоторых других с подобными ныне жиаущим формам. Третий век: царство моллюсков, исключительно ныне живущих в наших морях. Четвертый век: царство рыб и растений, известных ныне. Пятый век: окаменелые деревья, гравий, кости ископаемых животных и пр.». В заключение последующего рассмотрения палеонтологической характеристики первых трех из перечисленных «царств» говорится: «Мы видим теперь, что хронологический порядок этих трех различных царств согласуется с последовательностью залегания и сравнительным возрастом каждого слоя».
По мнению Г. Шенка, эти высказывания Ж. Сулави наводят на мысль о признании им того, что мы называем сейчас эволюцией органического мира. Во всяком случае, несомненно, что Ж. Сулави четко охарактеризовал последовательную смену в разрезе комплексов остатков организмов, соответствующих хронологической последовательности отдельных установленных им этапов развития («царств») органического мира. Ряд исследователей рассматривает концепцию Ж. Сулави в качестве фундаментального принципа ипи закона стратиграфии (закона палеонтологической сукцессии).
Поскольку В. Смит подошел в своих исследованиях к близким выводам, по-видимому, независимо от Ж. Сулави, можно справедливо обозначать принцип последовательной смены комплексов ископаемых, ипи палеонтологической сукцессии как принцип Ж. Сулави—В. Смита. Он, как уже отмечалось, тесно связан с основным принципом В. Смита и дополняет его более отчетливо выраженным историческим подходом к объяснению различий комплексов ископаемых из отложений, занимающих различное положение в разрезе.
В качестве краткого определения сути принципа палеонтологической сукцессии можно принять формулировку Дж. Энтони: «Ископаемые фауны и флоры следуют друг за другом в определенном, могущем быть выясненном порядке».
Принцип выбора хронологически взаимозаменяемых признаков (принцип С.В. Мейена)
Очень часто в геологии приходится сопоставлять разнофациальные разрезы (морские, континентальные, лагунные). Их сопоставление представляет серьезные трудности в работе стратиграфов, т. к. ни один из признаков (последовательностей признаков) не может протягиваться на значительное (в масштабах земного шара) расстояние. Выход есть, и он заключается в выборе признаков, которые хронологически взаимозаменяют друг друга.
Стратиграфы много говорят о комплексности, подразумевая под этим суммирование результатов, полученных различными методами по различным признакам (по нескольким группам биофоссилий, радиохронометрии, палеомагнитньм данным). Если эти результаты противоречат друг другу, то традиционная теория не указывает какого-либо способа разрешении противоречий, кроме компромисса (если по моллюскам возраст сеноманский, а по иглокожим — сантонский, сойдемся на туроне). По Мейену компромисс невозможен! В стратиграфии все наличные признаки и весь арсенал методов привлекаются для выработки объяснительной стратиграфической гипотезы и ее проверки. Таким образом, комплексирование происходит вокруг каких-то идей, служащих стержнем исследований. Преимущество имеют те признаки, стратиграфиче ские отношения которых легче всего поддаются объяснению в конкретной ситуации. Поэтому, наверно есть смысл ввести в обиход стратиграфии принцип выбора из взаимоисключающих признаков со следующей рабочей формулировкой: в случае обнаружения признаков, взаимоисключающих друг друга, приоритет отдается тому из них, который менее противоречит сложившейся ситуации.
Сам автор принципа, названного позднее в его честь, не привел емкой формулировки этого принципа. Вот как он звучит в формулировке А. И. Жамойды: «Различное, частично перекрывающееся площадное распространение и комплексирование стратиграфических признаков обеспечивают их хронологическую взаимозаменяемость, являющуюся основой внутри- и межрегиональной, вплоть до планетарной, корреляции по серии признаков наибольшего веса».
Рассмотрим этот принцип на некоторых примерах.
Пример 1. В данном примере признаки С и F являются хронологически взаимозаменяемыми.
Очевидно, что непосредственно сопоставить разрезы 1 и 3 невозможно (согласно принципа Гексли), т, к, между ними нет ничего общего. Сопоставление возможно при наличии переходного разреза 2, который содержит хронологически взаимозаменяемые признаки как 1-го, так и 3-го разреза.
На реальном геологическом примере это будет означать сопоставление морских и континентальных разрезов через отложения переходного (лагунного) типа.