Фациальный анализ

Понятие «фация» появилось в геологической литературе в XIX веке. В настоящее время это понятие используется и в географии, и в геологии. Географы рассматривают фацию как участок земной поверхности, характеризующийся строго определенным типом рельефа, климата, почвенного покрова, животного и растительного мира. Выделяются фации разных рангов. Примером фации высокого ранга является речная долина, подразделяемая на фации низших рангов. В пределах долины выделяются фации днища и бортов. Днище долины подразделяется на фации русла и поймы. Пойма делится на фации высокой и низкой поймы, а русло – на фации плесов и перекатов. Борта долины подразделяются на фации склонов разной экспозиции. Выделяется несколько разнофациальных уровней террас. Таким образом, фация в трактовке географа – это определенный тип физико-географической обстановки.

Геология имеет дело с осадками и горными породами, поэтому геологи называютфацией комплексы отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического уровня (рис. 9, Подобина, Родыгин). Понятие «фациальная обстановка» более или менее отвечает понятию «географическая фация».

В процессе фациального анализа изучаются все элементы современной физико-географической обстановки (рельеф, климат, почвенный покров, животный и растительный мир и т.д.). При проведении исследований используются все виды оборудования от термометра до компьютерной установки. Геолог при проведении фациального анализа не имеет возможности изучать эти объекты, поскольку в настоящее время они отсутствуют. Нет моря, заливавшего в девоне территорию Салаирского кряжа, нет тропических зарослей, покрывавших территорию Кузбасса в каменноугольном периоде. От прошлых геологических периодов остались лишь толщи горных пород с заключенными в них органическими остатками. Именно они и являются объектом фациального анализа геолога. В геологических исследованиях фациальный анализ является методом восстановления палеогеографической обстановки. В основе палеогеографических реконструкций лежит принцип актуализма, сформулированный в XIX веке Ч. Лайелем.

Для выявления палеогеографической принадлежности отложений особое значение имеют так называемые фации-индикаторы. В частности, каменная соль может накапливаться лишь в условиях жаркого, засушливого (аридного) климата. Каменный уголь и торф, напротив, являются фацией-индикатором влажного климата, а морены, характеризующиеся отсутствием сортировки обломочного материала, являются фацией-индикатором ледниковых отложений. Однако абсолютное большинство горных пород накапливается в самых разнообразных физико-географических обстановках. Например, песок образуется в пустынях, речных и озерных пляжах, в приморской части суши и прибрежной части моря. Палеогеографическая обстановка образования большинства горных пород может быть определена лишь в результате длительных исследований. По объекту исследования фациальный анализ делится на литологический и биономический.

3.1. Литологический метод фациального анализа

Литологический анализ ставит своей целью определение палеогеографической обстановки образования горных пород на основе изучения их литологических характеристик. Тип горных пород зависит в первую очередь от расчлененности палеорельефа области сноса. В условиях выровненного рельефа накапливаются органогенно-хемогенные разности. При изучении обломочных пород, образующихся в условиях более или менее расчлененного (горного) палеорельефа, указывается их минеральный состав, характер слоистости, структура обломочного материала.

Минеральный состав горных пород также характеризует обстановку осадконакопления. Толщи известняков, состоящие, в основном из минерала кальцита, формируются, как правило, в тепловодных бассейнах. На морское происхождение пород указывает и наличие минерала глауконита. Глины гумидного климата содержат минералы галлуазит и каолинит; глины аридного климата – монтмориллонит и гидрослюды. Интенсивное химическое выветривание обусловливает отсутствие в составе пород разностей, сложенных химически нестойкими минералами.

Черные и темно-серые тона окраски горных пород характерны для восстановительной обстановки моря или озера (окраску придает закисное железо). Песчано-глинистые отложения пустынь имеют красноватые тона окраски за счет присутствия окисных форм железа. Зеленый цвет обычно указывает на присутствие глауконита, образующегося в морских условиях.

Слоистость, наиболее характерная для обломочных пород, указывает на их формирование в условиях периодически меняющегося режима (рис. 84, 8-12). Главными типами слоистости являются параллельная и косая. Параллельная слоистость образуется при отсутствии направленного движения водной или воздушной массы. Особое значение имеет параллельная градационная слоистость, обусловленная гранулометрической сортировкой обломочного материала в процессе осадконакопления из воды, обогащенной взвесью. Слоистость, выражается в чередовании слоев, в каждом из которых крупность постепенно уменьшается снизу (от песка, иногда гравия) вверх (до алеврита и пелита). Характерна для турбидитов, флиша, а также для некоторых мелководных (дельтовых) фаций (рис. 84, 12). Косая слоистость формируется в руслах рек и временных потоков, а также в морях в зоне подводных течений (рис. 84,8-9 ).

В числе характеристик терригенных пород фигурируют содержание в составе обломочного материала, устойчивых к истиранию пород и минералов, сортировка, форма и ориентировка обломков. Содержание устойчивых к истиранию обломков зависит от длительности транспортировки. В процессе транспортировки уменьшается количество обломков пород с небольшой твердостью и возрастает содержание устойчивых к истиранию кремнистых пород. Сортировка обломочного материала по размерам обломков обычно связана с его более или менее значительным переносом. Отсутствие сортировки характерно для осыпей, обвальных и селевых отложений. Полное отсутствие сортировки при наличии переноса характерно для моренных отложений ледниковых районов. Ориентировка обломков иногда позволяет установить направление и характер движения водного потока. В русле реки удлиненные гальки располагаются по течению, а в зоне прибоя – параллельно береговой линии. Некоторой информативностью обладает форма обломков. Уплощенные гальки наиболее характерны для морских отложений. В пустынных осадках встречаются эоловые многогранники, утюгообразные валуны присущи ледниковым отложениям.

Текстурами поверхностей напластования являются знаки ряби и трещины усыхания (рис. 1, 2, 3, 4). Знаки ряби образуются как в водной, так и в субаэральной обстановке, различаясь по индексу ряби (отношению ширины валика к его высоте). У водной ряби, характерной для мелководных бассейнов, индекс ряби колеблется от 5 до 10. Для ветровой ряби, наиболее характерной для отложений пустынь, индекс ряби варьирует от 20 до 50. Трещины усыхания образуются в наземных условиях при сухом, жарком, иногда умеренном климате.

Направлен на реконструкцию палеогеографических обстановок на основе изучения органических остатков. Большая их часть накопилась в водной среде, создающей наиболее благоприятные условия для захоронения и сохранения в ископаемом состоянии. Сохранность органических остатков, в основном, зависит от гидродинамики водной массы. Ломаная ракуша указывает на сравнительно сильную подвижность воды. Скопления скелетов с хорошо сохранившимися тонкими деталями характерны для спокойной водной среды. Важные сведения о среде обитания могут быть получены на основе изучения проявлений жизнедеятельности организмов (следы ползанья по дну, зарывания в донные осадки, сверления в твердом субстрате).

Рис. 84. Текстурные особенности пород: 1, 2 – знаки ряби (1 – несимметричные, 2 – симметричные); 3, 4 – многоугольники (трещины) высыхания: 3 – схема образования, поперечный профиль, 4 – вид сверху; 5 – отпечатки капель дождя; 6 – глиптоморфозы по каменной соли (галиту); 7 – отпечатки следов пресмыкающегося и трещины усыхания на поверхности напластования песчаников (триас, Германская впадина); 8–12 – типы слоистости: 8, 9 – косая (8 – разнонаправленная, 9 – однонаправленная), 10-12 – параллельная (10 – прерывистая, 11 – неравномерная, 12 – равномерная).

3.2. Биономический метод

Одним из главных направлений биономического анализа является изучение ориктоценозов – скоплений органических остатков, встреченных в ископаемом состоянии в одном местонахождении. При этом выясняются причины образования скоплений органических остатков. Это может быть обусловлено либо совместным прижизненным обитанием организмов (палеобиоценоз = палеоценоз), (рис. 85) либо более или менее случайными причинами, к числу которых относится перенос. Скопление организмов, принадлежавших к разным палеоценозам, но оказавшихся в результате переноса в едином ориктоценозе называется тафоценоз.

Большие размеры скопления ракуши могут указывать на значительный перенос органических остатков с более или менее обширной площади. На наличие переноса указывает сортировка органических остатков по массе. Напротив, совместное нахождение крупных (взрослых) и мелких (молодых) раковин одного вида позволяет предполагать отсутствие переноса. В процессе переноса раковины принимают наиболее устойчивое положение, располагаясь параллельно направлению движения более выпуклой створкой вверх. Признаками тафоценоза является также совместное нахождение остатков организмов, обитавших в разных условиях, например, наземных растений с морской фауной (рис.86 ). В некоторых случаях ориктоценоз может быть вызван танатоценозом – совместным нахождением организмов, погибших по общей причине (например, в результате падения астероида).

Для водной среды главным фактором, определяющим распределение органических остаков, является глубина бассейна. С ростом глубины уменьшается освещенность, возрастает давление, изменяется газовый режим. В современных морях характер газового режима, в основном, зависит от наличия кислорода, поступающего в

толщу воды в результате температурной циркуляции. При отсутствии циркуляции может иметь место сероводородное заражение, как в Черном море.

Для малых глубин характерны значительные колебания солености воды (наличие опресненных и засолоненных лагун). Опреснение и тем более засолонение бассейнов обусловливают значительное обеднение органического мира. Столь же резко на малых глубинах варьирует и температурный режим водной среды. В арктических бассейнах температура воды вблизи поверхности и в зоне мелководья близка к 0ºС. В тропических морях она близка к 30ºС. На больших глубинах повсеместно наблюдается низкая и практически постоянная температура (около 4ºС). Свет нужен в первую очередь для жизнедеятельности водорослей, которые в свою очередь служат пищей различным животным. В наиболее освещенной части моря (глубины до 40 м) живет основная часть водорослей, поэтому здесь основные цепи питания и наиболее богатый животный мир.

По интенсивности расселения морских организмов выделены биономические зоны (рис.87). Наиболее благоприятной обстановкой для органического мира Мирового океана являются небольшие глубины при относительно слабой гидродинамике воды. Поэтому основная масса бентосных организмов сосредоточена в неритовой зоне шельфа. Густо