ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ

Очень важной характеристикой горных пород является их возраст. Как было показано выше, от него зависят многие свойства горных пород, в том числе инженерно-геологические. Кроме того, на основе изучения, прежде всего, возраста горных пород историческаягеология воссоздает закономерности развития и образования земной коры. Важным разделом исторической геологии является геохронология– наука о последовательности геологических событий во времени, их продолжительности и соподчиненности, которые она устанавливает благодаря определению возраста горных пород на основе использования различных методов и геологических дисциплин. Выделяется относительныйиабсолютный возраст горных пород.

При оценке относительноговозраста различают более древние и молодые горные породы, выделяя время какого-либо события в истории Земли по отношению ко времени другого геологического события. Относительный возраст проще определять для осадочных пород при ненарушенном (близком к горизонтальному залеганию) их залегании, а также для переслаивающихся с ними вулканических и реже метаморфических пород.

Стратиграфический (стратум – слой) метод основан на изучении последовательности залегания и взаимоотношения слоев осадочных отложений, исходя из принципа суперпозиции: каждый вышележащий пласт моложе нижнего. Он при- меняется для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 22). Этот метод осторожно следует применить при складчатом залегании слоев, предварительно нужно определить их кровли и подошвы. Молодым является слой 3, а слои 1 и 2 – более древние.

Литолого-петрографическийметод основан на изучении состава и строения пород в соседних разрезах скважин и выявлении одновозрастных пород – корреляцииразрезов. Осадочные, вулканические и метаморфические породы одинаковых фаций и возраста, например, глины или известняки, базальты или мрамор, будут обладать схожими текстурно-структурными особенностями и составом. Более древние породы, как правило, бывают более измененными и уплотненными, а молодые – слабо измененными и пористыми. Труднее использовать данный метод для маломощных континентальных отложений, литологический состав которых быстро меняется по простиранию.

Важнейшим методом определения относительного возраста является палеонтологический (биостратиграфический) метод, основанный на выделении слоев, содержащих различные комплексы ископаемых остатков вымерших организмов. В основе метода лежит принцип эволюции: жизнь на Земле развивается от простого к сложному и не повторяется в своем развитии. Наука, устанавливающая закономерность развития жизни на Земле путем изучения остатков ископаемых животных и растительных организмов – окаменелостей (фоссилий), содержащихся в толщах осадочных пород называется палеонтология. Время образования той или иной породы соответствует времени гибели организмов, останки которых оказались захороненными под слоями выше накопившихся осадков. Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на отдаленных друг от друга участках земной коры. Каждому отрезку геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм или руководящих организмов (рис. 23–29). Руководящиеископаемыеорганизмы (формы) жили в течение непродолжительного отрезка геологического времени на обширных площадях, как правило, в водоемах, морях и океанах. Начиная со второй половины ХХ в. активно стали применять микропалеонтологическийметод, в том числе и спорово-пыльцевой, для изучения организмов невидимых на глаз. На основе палеонтологического метода составлены схемы эволюционного развития органического мира.

Таким образом, на основе перечисленных методов определения относительного возраста горных пород к концу XIX в. была составлена геохронологическая таблица, включающая в себя подразделения двух шкал: стратиграфические и со- ответствующие им геохронологические.

Стратиграфическоеподразделение (единица) – совокупность горных пород, составляющих определенное единство по комплексу признаков (особенностям вещественного состава, органических остатков и др.), который позволяет выделить ее в разрезе и проследить про площади. Каждое стратиграфическое подразделение отражает своеобразие естественного геологического этапа развития Земли (или отдельного участка), выражает определенный геологический возраст и сопоставим с геохронологическим подразделением.

Геохронологическая(геоисторическая) шкала – иерархическая система геохронологических (временных) подразделений, эквивалентных единицам общей стратиграфической шкалы. Их соотношение и подразделение показано в табл. 15.

Самое мелкое подразделение – зона, накопившаяся в течение фазыи объединяемая с другими зонами в яруса – в течениевека. Яруса объединяются в отделы, сформировавшиеся за эпохи. Отделы объединяются в определенную систему по- род, которая образовалась за время периода и т.д. Наиболее крупные промежутки времени – эоны, а толщи пород, образовавшиеся за это время – эонотемы. Многие системы и яруса получили свое название по месту первого определения и изучения данного стратиграфического подразделения, например, кембрийская система была
выделена в Великобритании, пермская – в России и т.п. (табл.16).

Наряду с международными подразделениями геохронологической таблицы выделяются региональные и местные стратиграфические подразделения – совокупности слоев горных пород, сохраняющие свое палеонтологическое и литологическое единство, ясно отграниченные от смежных подразделений и обычно опознаваемых и картируемых в поле. Региональные и местные стратиграфические подразделения: горизонты, свиты, серии и др., должны рассматриваться как предварительные (временные), подлежащие при дальнейших исследованиях замене подразделениями общей шкалы.

Абсолютныйвозраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах – в промежутках времени, равных современному астрономическому году (в астрономических единицах). Он основан на измерении содержания в минералах радиоактивных изотопов: 238U, 232Th, 40К, 87Rb, 14C и др., продуктов их распада и знании экспериментально выявленной скорости распада. Последняя характеризуется периодомполураспада – временем, в течение которого распадается половина атомов данного нестабильного изотопа. Период полураспада сильно варьирует у различных изотопов (табл. 17) и определяет возможности его применения.

Методы определения абсолютного возраста получили свое название от продуктов радиоактивного распада, а именно: свинцовый (урано-свинцовый), аргоновый (калий-аргоновый), стронциевый (рубидиево-стронциевый) и др. Наиболее часто используется калий-аргоновый метод, поскольку изотоп 40К содержащийся во многих минералах (слюда, амфиболы, полевые шпаты, глинистые минералах), распадается с образованием 40Ar и имеет период полураспада 1,25 млрд. лет. Выполненные при помощи данного метода расчеты зачастую проверяются стронциевым методом. В перечисленных минералах калий изоморфно замещается 87Rb, который при распаде превращается в изотоп 87Sr. С помощью 14С устанавливают возраст самых молодых четвертичных пород. Зная, какое количество свинца образуется из 1 г урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится.

Использование перечисленных методов усложняется тем, что горные породы за свою «жизнь» испытывают различные события: и магматизм, и метаморфизм, и выветривание, во время которых минералы «раскрываются», меняются и теряют частично содержащиеся в них изотопы и продукты распада. Поэтому используемый термин «абсолютный» возраст удобен для употребления, но не является абсолютно точным для возраста горных пород. Вернее использовать термин «изотопный» возраст. Производится систематическая корреляция между подразделениями относительной геохронологической таблицы и абсолютным возрастом горных пород, который до сих пор уточняется и приводится в таблицах.

Геологи, строители и другие специалисты могут получить сведения о возрасте горных пород при изучении геологических карт или соответствующих геологических отчетов. На картах возраст горных пород показывается буквой и цветом, которые приняты для соответствующего подразделения геохронологической таблицы. Сопоставляя показанный буквой и цветом относительный возраст конкретных пород и абсолютный возраст унифицированной геохронологической таблицы, можно предположить абсолютный возраст изучаемых пород. Инженеры- строители должны иметь представления о возрасте горных пород и его обозначении, а также использовать их при чтении геологической документации (карт и разрезов), составляемой при проектировании зданий и сооружений.

Особый интерес вызывает четвертичныйпериод (табл. 18). Отложения четвертичнойсистемы покрывают сплошным чехлом всю земную поверхность, их толщи содержат останки древнего человека и предметы его обихода. В этих тол- щах чередуются и сменяют друг друга по площади различные отложения (фации): элювиальные, аллювиальные, моренныеифлювиогляциальные, озерно-болотные. К аллювию приурочены месторождения россыпного золота и других ценных металлов. Многие породы четвертичной системы являются сырьем для производства строительных материалов. Большое место занимают отложения культурногослоя, появляющегося в результате деятельности человека. Они отличаются значительной рыхлостью и большой неоднородностью. Его наличие может осложнить строительство зданий и сооружений.