Методи відновлення палеогеографічних умов.

Поняття “фація”.Одне з найважливіших завдань історичної геології - це відновлення фізико-географічних умов, які існували в якийсь окремий етап геологічного минулого та встановлення змін, які за цей час відбулися. Ці завдання вирішує наука, яка називається палеогеографія, тобто наука про давню географію.

Метод відновлення палеогеографічних умов називається фаціальним аналізом. Це є метод відновлення стародавніх умов по породах і скам'янілостях, які вони вміщують. У зв'язку з цим фаціальний аналіз складається з двох рівнозначних частин: літологічного і біономічного аналізу.

Предметом досліджень в палеогеографії є фація, основа досліджень - принцип актуалізму.

Термін “фація” вперше запропонував швейцарський геолог А. Гресслі у 1838 р. (fasies - обличчя) для визначення одновікових відкладів, які відрізняються від суміжнозалягаючих петрографічним складом та рештками організмів. У 1869 р. російський геолог Н. Головкінський цей термін використовує в своїх працях. Д. Наливкін у 1955 р. у праці “Вчення про фації” говорить, що фація - одиниця ландшафту, тобто це поняття географічне або палеогеографічне. Згідно з Б. Марковським фація - це ділянка земної поверхні, якій притаманний певний комплекс фізико-георафічних умов. Ці умови визначають процеси як неорганічні, так і органічні на даній ділянці в даний час.

Фації геологічного минулого визначаються за гірськими породами, які містять в собі інформацію про фізико-географічні умови, в яких вони відслонювались.

В основі палеогеографічних реконструкцій є принцип актуалізму, який був введений в геологію завдяки працям німецького дослідника К. Фон Гоффа (1824 р.) та англійського геолога Ч. Лайеля (1833 р). Принцип актуалізму базується на порівнянні сучасних і давніх геологічних і біологічних процесів і явищ з висновками за аналогією. Слід мати на увазі, що висновки за аналогєю не надають достовірності, а тільки дозволяють висловлювати більш-менш достовірні припущення. Але не слід розуміти, що явища у геологічному віці не змінилися. Застосовуючи принцип актуалізму при порівнянні сучасного і минулого, слід враховувати незворотні зміни в атмосфері, гідросфері, біосфері.

Вчення про фації, в основі якого лежить принцип актуалізму, є основою фаціального аналізу. Він складається з біофаціального і літофаціального аналізів, а також з вивчення площі розповсюдження відкладів, їх товщини, переходів за простяганням та ін.

7.1.1 Біофаціальний аналіз

Суть біофаціального аналізу полягає у визначенні фацій на основі вивчення органічних рештків та слідів життєдіяльності організмів.

Відомо, що найліпшими умовами для захоронення та збереження рештків організмів є водне середовище. Розселення організмів у воді визначають такі умови як солоність, глибина, світло, температура, газовий режим, рух води, характер ґрунту.

СОЛОНІСТЬ. Визначається кількістю грамів солі в 1 л води і визначається у проміле: 1‰ = 1 г/л. Солоність світового океану складає приблизно 35‰. Солоність відкритих морів близька до 35‰. Внутрішні моря можуть мати понижену (Каспійське море - 17‰) або підвищену солоність (Червоне море - 43‰). За вмістом солі сучасні басейни поділяються на морські, ненормальної солоності (солоноватоводні, осолонені) і прісноводні. Морські басейни мають солоність 15 - 45‰, прісноводні - менше 0,5‰, солоноватоводні 0,5-1‰, осолонені більше 45‰.

Найбільш різноманітне і багате населення харктеризує моря з нормальною солоністю. Зміни солоності призводять до скорочення одиниць видів. Так, у Середземному морі (солоність - 38‰) кількість видів організмів більша за 8000, а в Азовському (солоність до 16‰) досягає 400. У басейнах з ненормальною солоністю кількість видів зменшується, але для них є характерним багатство особами.

За відношенням до солоності організми поділяються на евригалинні і стеногалинні. Перші витримують зміни солоності, другі живуть у водах відповідної солоності.

ГЛИБИНА. Із збільшенням глибини зменшується освітлення, зростає тиск, змінюється газовий режим. Температура води на великих глибинах низька і практично постійна. Для життя рослин і тварин сприятливими є невеликі глибини. При збільшенні глибини чисельність видів і кількість біомаси значно зменшується.

Визначити глибину стародавніх басейнів складно, про неї можна гадати тільки за решткам бентосних організмів, що залишилися на місці існування. На невеликих глибинах існували водні рослини і різноманітні рифобудівники: вапновиїдаючі водорості, археоциати, корали. Масові поселення брахіопод і двостулок характерні для морського дна. На мілководді розташовувались брахіоподові і пелециподові банки, зарості морських лілій.

СВІТЛО. Це необхідна умова для фотосинтезу рослин. Найбільш освітлені 10 м водної товщі. Розвиток рослинності в освітлених верхніх шарах води (до гл. 50 - 80 м) призводить до наявності багатого тваринного світу: рослиноїдних форм, трупоїдів, мулоїдів.

ТЕМПЕРАТУРА на невеликих глибинах визначається широтою місцевості, часом року, дією течій. Вода відрізняється більшою термостабільністю, ніж повітря, і має низьку теплопровідність. У басейнах існує “температурна шаруватість”. Взимку холодні води знаходяться під льодом на більш теплих. Влітку більш легкі прогріті води знаходяться зверху. У Світовому океані найвища температура 36 градусів , найнижча - від 0 до - 2 градусів за Цельсієм.

По відношенню до температури води виділяють евритермні і стенотермні організми. Прикладом стенотермних організмів є колоніальні корали, які живуть при темпертурі більшій за 20 градусів. У холодній воді черепашки тварин тонкі.

ГАЗОВИЙ РЕЖИМ. Особливо має значення вміст кисню, вуглекислого газу, сірководню. Кисень поступає з атмосфери і виділяється рослинами. Вуглекислий газ виділяється у воду організмами і надходить сюди у період вулканічної діяльності. Він споживається фото- і хемосинтезуючими організмами і витрачається на хімічні сполуки. Зі збільшенням температури і солоності вміст СО₂ знижується. При підвищенному вмісті СО₂ у водоймищах життя відсутнє. Сірководень у водних басейнах утворюється внаслідок діяльності бактерій. Для тварин водного світу сірководень є смертельним.

РУХ ВОДИ у прибережній зоні і на морському дні відбувається по-різному. Дія хвиль, припливи і відливи впливають на життя у прибережній зоні. У організмів вироблюються різні пристосування: товсті черепашки, здібність до вкручування. У зоні підводних течій на скальному грунті живуть приростаючі тварини (корали). Сильна течія впливає на будову кістяка. З'являються плоскі обтічні форми. Деякі корали стелються по дні моря. Рух води підсилює газовий обмін, утворює окислююче середовище - виникає відновлююча обстановка.

У застійному середовищі біля дна басейну виникає сірководневе зараження, для цих умов характерно збагачення осаду органічною речовиною.

ХАРАКТЕР ГРУНТУ визначає розселення донних тварин (бентоса). Для проживання на розсипчастому грунті виробляються особливі пристосування (лілії мають “коріння”; морські їжаки - голки, брахіоподи - вирости на черепашках). На твердому грунті живуть форми, які приростають за допомогою цементу. У морської лілії потовщується основа стеблини, яка нагадує усічений конус. Деякі брахіоподи утворюють тісні поселення. Черепашки в таких скупченнях переважно неправильної форми. Корали, археоциати, строматопорати ростуть на твердому грунті. В твердий грунт вбуравлюються різноманітні камнеточці. Проживання на відповідному грунті відображується в твердих кістякових елементах. Тому, вивчаючи рештки бентосних форм, отримують уявлення про характер грунту, на якому вони жили.

Проведення біофаціального аналізу починають з визначення характеру захоронення органічних рештків - ориктоценозів (ориктоз - копалина, ценоз - загальний).

Є два типи захоронень. Під копалинним біоценозом розуміють захоронення органічних рештків на місці проживання самих організмів. У цьому випадку органічні рештки не підлягали перносу. Танатоценоз - результат переносу. Тут органічні рештки пов'язані один з одним тільки місцем захоронення.

Для вияснення типу захоронень вивчається збереженість скам'янілостей, їх сортування, орієнтація, комплекс органічних рештків.

Встановивши характер захоронення і знаючи умови життя тварин або рослин, рештки яких є в гірській породі, визначають умови утворення цієї породи.

7.1.2 Літофаціальний аналіз

Суть літофаціального аналізу полягає у визначенні фацій

за текстурними і структурними особливостям порід.

а) Текстурні особливості порід.

Шаруваті текстури. Відклади поділяються на шаруваті і масивні. Відсутність шаруватості свідчить про постійні умови осадкоутворення. Шаруватість говорить про накопичення осадів в умовах зміни режимів осадконагромадження. Виділяють два основних типи шаруватості: паралельну і косу. Паралельна шаруватість складається з чергування шарів і прошарків, поверхні напластування яких паралельні одна одній. Вона формується при випадінні осадів у спокійному водному середовищі. Паралельна шаруватість може бути простою, лінійною і переривчастою, рівномірною і нерівномірною, ритмічною. Коса шаруватість характеризується серіями прошарків, які розташовані навскіс по відношенню до міжсерійних швів або до границь грунту і покрівлі пластів. Вона свідчить про накопичення осаду в період руху води або під дією вітру. Відрізняють різнонаправлену і однонаправлену шаруватість. Коса шаруватість характерна для відкладів, які утворились в руслах річок та тимчасових потоків, у зоні підводних течій, у прибережній частині водних басейнів, в умовах суходолу.

Текстури поверхонь напластування. Знаки на поверхні напластування неорганічного походження (механогліфи) і органічного (біогліфи) вивчає розділ геології - палеоіхнологія. Зустрічаються:

- ознаки брижі - вказують на умови осадконагромадження. Симетрична брижа з однаковими кутами нахилу характерна тільки для водного середовища. Водна брижа утворюється в річках, зонах течій, у прибережній зоні;

- багатокутники висихання (тріщіни висихання), які утворюються в наземних умовах при сухому, жаркому і помірному кліматі;

- гліптоморфози по кристалах кам'яної солі, які вказують на сухий жаркий клімат, характерний для пустель. Спостерігаються також сліди струменів, течії, стікання; відбитки крапель дощу, граду; сліди життєдіяльності різних організмів, сліди птахів, чотириногих.

б) Структурні особливості порід.

Розмір уламкового матеріалу дозволяє говорити про рельєф і віддаленість області живлення. Великі уламки розташовані ближче до джерела зносу. Грубоуламковий і крупноуламковий матеріал відкладається у підніжжя гір, з віддаленням розміри уламків зменшуються. За величиною уламків також говорять про швидкість руху води в місці утворення осаду. При швидкості 10 км/год. - дно чисте, при швидкості 4-6 км/год. - випадають гальки. Піски відкладаються при швидкості 0,26 - 0,34 м/с.

Склад уламкового матріалу дозволяє встановити час і характер переносу, встановити джерело зносу. В процесі переносу найбільш нестійкі, м'ягкі, легко розчинні гірські породи руйнуються. Наявність в породі тільки стійких мінералів говорить про тривалий перенос уламкового матеріалу або про перевідкладення раніше утворених товщ.

Склад порід дозволяє встановити середовище і клімат, в якому відбувалося осадконакопичення. Присутність глауконіту говорить про те, що осад відкладався в морі. Солі і гіпс вказують на жаркий сухий клімат.

Сортування уламкового матеріалу говорить про довгий перенос уламків. Відсутність сортування характерна для осипів, глибоководних брекчій.

Форма уламків визначається складом породи, її трищінуватістю, сланцеватістю, шаруватістю. Округла форма гальки характерна для річкових відкладів. У морських відкладах переважають зплощені гальки.

Ступінь окатаності уламків залежить від таких факторів: 1) склад порід, 2) початкова форми уламків; 3) швидкість і час переносу.

Характер поверхні уламків визначається їх складом і середовищем, в яке вони потрапили.

Розташування уламкового матеріалу дозволяє встановити направлення руху води, його характер.

Характеристика цементуючої маси. Карбонатний цемент характерний для нерухливих галечників водних басейнів.

в) Забарвлення порід.

Забарвлення порід є індикатором середовища осадкоутворювання. Зелений колір говорить про наявність глауконіту, який утворюється в умовах моря; чорний і темно-сірий - відкладів, які утворилися у відновних умовах. Пісковики і піщано-глинисті віклади пустель часто бувать червоного кольору.

7.1.3 Аналіз загальногеологічних даних

Полягає у визначенні площі розповсюдження відкладів, їх потужності, взаємовідношення з підстеляючими і перекриваючими відкладами, а також з сусідніми одновіковими породами. Пустельні відклади широко розповсюджені, але невеликі за товщиною. Відклади у підніжжя гір тягнуться на десятки кілометрів і мають велику товщину.

Фаціальний аналіз потребує комплексного вивчення вікладів. У закритих районах, які вивчаються за результатами буріння, методи фаціального аналізу доповнюються результатами сейсморозвідки, за допомогою якої виявляють рифові масиви висотою 100-300 м на глибині 2 км.

Контрольні запитання

1 В чому полягає суть біофаціального аналізу?

2 Які фактори впливають на розселення організмів і рослин?

3 Як визначають умови утворення порід у певний геологічний час?

4 У чому полягає суть літо фаціального аналізу?

5 Які текстурні особливості порід?

6 Які структурні особливості порід?

7 Від чого залежить забарвлення порід?

8 У чому полягає суть аналізу загально геологічних даних?