Текст книги "Геологические формации"

3. Классификация геологических формаций

Итак, геологическая формация (ф.) – это ассоциация горных пород с определенной структурой, устойчиво образованная в пространстве и времени и слагающая крупное тело.

По иерархическим признакам в стратисфере различимы пачки (горизонты, свиты) горных пород – субформации (в т. ч. рудоносные, угленосные, отличающиеся по каким-либо признакам) – формации, ряды формаций – геокомплексы.

Среди формаций предложено различать широко распространенные – корообразующие для осадочного и гранитно-метаморфического «слоев» земной коры – и редкие, акцессорные (плюмазитовая, итабиритовая и др.). Выделяют типоморфные формации, характерные для определенных условий образования (железистых кварцитов, флишевая, доманиковая и др.), нетипоморфные, которые могут образоваться в самых разных обстановках (молассовая, вулканогенная и др.), формации сквозного развития (от раннего докембрия до кайнозоя, например терригенная, карбонатная и др.). Рудные формации – это, как правило, субформации по отношению к типоморфным. То же самое можно сказать о гидротермально-метасоматических формациях.

По соотношению со стратонами осадочные формации могут быть изоморфными (свита = формация), более крупными (2–3 свиты) и частично секущими телами. Интрузивные формации часто изоморфны комплексам.

В специальной литературе [8, 9] приведены различные классификации, основанные на авторском подходе к целям и задачам формациологии и формационного анализа. Некоторые из них приведены ниже при рассмотрении типов и классов геоформаций. По нашему мнению, предпочтительной является иерархическая классификация (систематика), начинающаяся типом (некоторые формациологи говорят о группе). Типы включают классы, далее следуют семейства, объединяющие роды, а последние -виды. Наиболее мелким таксоном является субформация. Систематика формаций предложена В. И. Драгуновым [10]. Она применялась при составлении Карты геологических формаций Урала под редакцией О. А. Кондиайна (1983). Отличие заключается в отсутствии родов (тип – класс – семейство – вид и разновидность).

Тип формации выделен по генезису, определяющему как ассоциацию пород, так и их главнейшие особенности. Всего будут рассмотрены 7 типов: осадочный (литологический), вулканогенно-осадочный, вулканогенный, интрузивный, метаморфический, метасоматический и особый (специфический).

Классы формаций выделены по генерализованному ассоциативному признаку, а именно по парагенезисам родственных горных пород (терригенный, вулканогенно-карбонатный, базальтовый, гранитный, метаморфизованных пород, высокотемпературных метасоматитов, флюидолитов и т. д.)

Семейства геоформаций будем различать по существенным особенностям состава, структуры, палеотектонического режима, палеоклимата. Один какой-либо фактор при объединении формаций в семейства можно принять лишь в случае целевого подхода волевым решением ответственного исполнителя. Так, классы осадочных формаций могут объединять семейства гумидных, красноцветных, геосинклинальных, трансгрессивных ассоциаций и т. п.

Роды формаций мы предлагаем различать прежде всего по петрографическому составу. Например, можно рассматривать песчаниковые (песчано-алевролитовые), известняковые (доломито-известняковые), туфобазальтовые (туфо-андезибазальтовые), сиенитовые (сиенит-нефелинсиенитовые), гнейсовые (кристаллосланцево-гнейсовые), скарновые (известково-скарновые), импактитовые (тагамит-зювитовые) формации как представителей соответствующих рядов. В земной коре к одному роду могут относиться сходные по составу, но разновозрастные ассоциации. «Семейственность» и «родство» формаций излишне определять соответствующим термином, достаточно называть такие объекты во множественном числе.

Вид формационного тела – конкретная ассоциация с индивидуальными особенностями структуры, мощности, геологического возраста, ареала распространения. В название вида целесообразно ввести уточняющее слово в соответствии с серийными легендами, утвержденными для групп листов Государственных геологических карт миллионного масштаба.

Подвид – субформация как часть конкретной формации или ее фрагмент, сохранившийся после денудации или срезания дизъюнктивами, а также продуктивная или рудная ассоциация сравнительно небольшой мощности и локального распространения.

При поименовании формации нет необходимости указывать ее положение в классификационной иерархии. Это целесообразно лишь при систематическом описании надпородных геологических тел.

Роды и виды формаций по стадиям геотектонического цикла следует выстраивать в формационные ряды. Они должны быть ограничены пределами структурного этажа. Это понятие распространяется на часть земной коры (стратисферы и гранитно-метаморфического слоя), обладающей определенными условиями залегания (стилем складчатости, моноклинальным распространением, субгоризонтальным расположением формационных и более мелких тел) и ограниченную снизу и сверху поверхностями несогласий и перерывами.

Последние определяют границы этажа при горизонтальном залегании слоев и границ формаций, когда несогласия не выражены. Формационные ряды могут охватывать доскладчатый фундамент, покровно-складчатый (геосинклинальный), орогенный, повторно-орогенный (дейтероорогенный), промежуточный (доплитный) и плитные (от одного до трех – четырех) этажи (рис. 1).

Рис. 1. Формационные ряды части горно-складчатого сооружения и прилегающей равнины

Выделенный формационный ряд получает соответствующее геотектоническое название (например, протоорогенный, промежуточный, раннеплитный и т. д.).

Некоторые исследователи выделяют также латеральные ряды. Их выделял Н. С. Шатский при характеристике фосфоритоносных и марганценосных формаций и позднее В. М. Цейслер при описании ассоциаций палеоокеана Тетис. Латеральные ряды достаточно уверенно выделяют для платформенных областей и передовых прогибов. Они характеризуют ареалы распространения родов и видов формаций в исследуемом регионе, что определяет опять-таки палеотектонический режим (рис. 2).

Рис. 2. Латеральный ряд визейско-среднекаменноугольных формаций Южного Урала и Приуралья по В. М. Цейслеру [21]. Цифры – формации: 1 – байтуганская известняков и доломитизированных известняков; 2 – сакмаро-икская известняковая банково-рифовая; 3 – куруильская известняково-спонголитово-глинистая; 4 – ирендыкская вулканогенно-карбонатная; 5 – кизильская рифоидная; 6 – березовская карбонатно-терригенно-вулканогенная; 7 – гусихинская грубообломочная

На рис. 2 черными прямоугольниками показаны зоны окремнения, точками – перекрывающие, косой штриховкой – подстилающие формации.

Еще одно понятие, характеризующее распространение формаций одного, редко двух и более структурных этажей в пределах покровно-складчатой (геосинклинальной) системы – это структурно-формационная зона. В качестве таковых могут выступать антиклинории и синклинории или их части, срединные массивы, площади развития вулканогенных и вулканогенно-осадочных формаций (эвгеосинклиналей) и чисто осадочных парагенезов (миогеосинклиналей), синеклизы, антеклизы, передовые прогибы и др.

4. Осадочные (литологические) и вулканогенно-осадочные формации

Этот тип ассоциаций изначально был и остается основным объектом формациологии. Большой вклад в изучение осадочных формаций внесли многие отечественные литологи и формациологи. Следует назвать прежде всего Л. Б. Рухина, а также Н. Б. Вассоевича, В. И. Попова, В. И. Драгунова, В. М. Цейслера, И. А. Вылцана.

В литературе приведены различные классификации осадочных формаций. Чаще всего они основаны на тектоническом подходе. В качестве примера (табл. 1) приведена классификация В. Е. Хаина (1959), позднее им дорабатывавшаяся и усложнявшаяся.

Л. Б. Рухин (1912–1959)

Развернутая классификация по фациально-литологическому признаку разработана В. И. Поповым [17], но она очень сложна для освоения и применения. В упрощенном варианте эта классификация использовалась при составлении Атласа литолого-палеогеографических карт Европейской части России. Приводим ее с изменениями.

Группа терригенных формаций

Сланцевая (аспидная)

Темных глин

Кварцевых песков (песчаников) и глин

Глауконитовых и фосфоритовых песчаников

Кварцевых и аркозовых песчаников

Полимиктовых песчаников (красноцветная)

Кремнистых глин и молассы

Нижняя морская моласса

Верхняя континентальная моласса

Битуминозных глин, мергелей и горючих сланцев

Соленосная

Карбонатного флиша

Терригенного флиша

Туфогенного флиша

Таблица 1

Классификация литологических и вулканических формаций по В. Е. Хаину (1959) [18]

Группа карбонатных формаций

Мела и мелоподобных мергелей

Пелитоморфных известняков и мергелей

Зоогенных (биогенных) известняков

Доломитов и ангидритов (гипсов)

Рифовая

Группа угленосных формаций

Паралическая угленосная

Лимническая

В приведенной классификации отсутствуют кремнистые, многие смешанные и вулканогенно-осадочные формации, кратко охарактеризованные ниже.

Формациология выделяет и характеризует объекты исследования в ранге осадочного типа, используя данные стратиграфии, структурной геологии и других дисциплин. Соотношение понятий для слоистых толщ отражено на рис. 3. Кроме того, формация или субформация может рассматриваться как генетический (фациальный) комплекс.

Рис. 3. Соотношение понятий, используемых при характеристике осадочных толщ, по В. М. Цейслеру [21] (с изменениями)

По литологическим критериям нами выделены терригенный, карбонатный, смешанный осадочный и вулканогенно-осадочный классы.

4.1. Терригенный класс

Он охватывает большое количество родов и видов, выделяемых по особенностям состава, текстуры, фациальным и другим признакам. Патрические (главные) породы, слагающие тела формаций – это конгломераты, песчаники, алевролиты и аргиллиты (глинистые сланцы). Скорость накопления осадков с зернами и обломками соответствующей размерности возрастает примерно в геометрической прогрессии (пропорционально медианному диаметру). Частота встречаемости пород является максимальной для алевролитов, далее следуют песчаники. Им несколько уступают аргиллиты, а наименее распространенными являются конгломераты.

Литологические особенности пород (цвет, текстура, мощность пластов), минеральный состав, наличие включений (конкреций, жеод, раковин и т. п.) зависят от большого количества факторов, влиявших на седиментогенез, диагенез, постдиагенетические изменения. На стадии седиментогенеза существенное влияние на осадок оказывали обстановка отложения (суша, озеро, лагуна, море), климат, тектонический режим, органическая жизнь и другие факторы (ветры, волнения моря, выходы подземных вод и т. д.).

Например, олигомиктовые песчаники накапливаются в пределах платформ. Они могут появляться при перемыве ранее существовавших отложений или химическом выветривании коренных пород в условиях тропического и экваториального климата. Аркозовые песчаники возникают на платформах в условиях засушливого климата при размыве гранитов, гнейсов и других кварц-полевошпатовых пород. Полимиктовые песчаники характерны для геосинклинальных областей. Если в последних проявлялась вулканическая деятельность (эвгеосинклинальная, островодужная системы), то в прибрежных зонах моря отлагались пласты граувакковых песчаников и конгломератов.

Если осадочные породы не подверглись существенным постдиагенетическим изменениям (катагенезу и метагенезу), взаимосвязано с минералами псаммитов изменяются минералы пелитов. Так, олигомиктовые песчаники сопровождаются аргиллитами каолинитового и гидрослюдистокаолинитового состава. Аркозовые песчаники и полимиктовые песчаники переслаиваются аргиллитами и алевролитами с монтмориллонит-гидрослюдитыми и смешаннослойными минералами глин.

В специальной литературе и терминологическом справочнике упоминается свыше ста родов и видов формаций терригенного класса.

Аргиллито-песчанико-алевролитовые ф. – ассоциации терригенных пород с преобладанием алевролитов. Виды этой формации с изменяющимися соотношениями патрических пород и литологическими особенностями встречаются в осадочных сериях геосинклинальных, платформенных областей, в орогенных и краевых прогибах. В зависимости от климатических условий различаются сероцветная и красноцветная разновидности. Мощности формаций изменяются от десятков – первых сотен метров в пределах платформ до 2–3 км в геосинклинальных прогибах. В теле первой могут заключаться угольные пласты, второй – гипсы и ангидриты.

Граувакковая ф. – ассоциация глинистых сланцев, алевролитов, граувакковых песчаников, гравелитов и конгломератов. (Последние имеют подчиненное значение.) Окраска пород от черной до зеленовато-серой. Пласты группируются в ритмы мощностью от первых до десятков метров.

Отложения могут быть обогащены органическим веществом, являясь нефтематеринскими. Встречаются пласты углей. Формация связана с геосинклинальными областями (начальная стадия) и имеет мощности до 5–8 км.

Молассовые ф. – ассоциации преимущественно терригенных пород, иногда с пластами и горизонтами известняков или доломитов. Для отложений характерна ритмичность (метры – десятки метров) и регрессивная последовательность (повышение роли псаммитовых и псефитовых пород в верхней части). Мощности отложений – от сотен до нескольких тысяч метров. Отложения могут быть сероцветными (как правило, морские фации) и красноцветными (континентальные предгорные фации). Иногда нижняя сероцветная моласса сменяется верхней красноцветной. В некоторых рядах эти разновидности могут отделяться представителями вулканогенно-осадочного, смешанного осадочного класса. В. Е. Хаин и другие ученые считают, что нижняя сероцветная моласса заканчивает геосинклинальный ряд, а верхняя красноцветная – начинает орогенный.

Флишевая ф. – мощная (до 3–5 км) последовательность морских ритмичнослоистых пород, содержащих 2–5 слоев в ритме (известняки, аргиллиты, мергели, алевролиты, песчаники). Мощность ритмов измеряется сантиметрами и дециметрами. Ритмы относятся к прогрессивным (градационным). Данная последовательность связывается с прогибами средней стадии геосинклинального цикла, в которые мутьевыми потоками доставляется осадочный материал с островов и подводных поднятий. Взаимопереходами типичный флиш связан с карбонатным (пелитоморфные известняки, мергели), грубым (алевролито-песчаниковым) «диким» флишем (песчаники, конгломераты, конгломерато-брекчии и олистостромы), субфлишем (известняково-алевролито-песчаниковые и другие ритмы мощностью до нескольких метров).

Алевролито-аргиллитовая ф. – распространенная ассоциация платформенных областей, представленная светло-серыми, пестрыми, буровато-коричневыми, красноватыми, местами темно-серыми наборами названных пород, включающими также мергели и олигомиктовые песчаники. Мощность формации не превышает 50 м. В породах фиксируются растительные остатки, кости млекопитающих, пресноводная фауна, конкреции лимонита, гематита, линзы бокситов, что в совокупности указывает на континентальное происхождение и связь с размывом кор выветривания.

4.2. Класс карбонатных формаций

По количеству выделяемых видов он значительно уступает предыдущему, прежде всего из-за меньшего количества породных видов (известняки, доломиты, известняково-доломитовые или доломито-известняковые породы). Карбонатные формации примерно в равной мере свойственны геосинклинальным областям, платформам, орогенным и передовым прогибам. Геотектоническая позиция конкретных видов устанавливается по аналогии, иногда – по особым свойствам (мощность, интенсивность разрывно-складчатых деформаций, включения интрузивных и гидротермально-метасоматических пород). В отложениях платформенных чехлов карбонатные и терригенно-карбонатные формации нередко являются продуктивными на наличие углеводородного сырья. Детальные исследования показали сложность строения парагенезов даже в отложениях осадочного чехла (рис. 4).

Рис. 4. Строение верхнедевонско-турнейской известняковой формации Волго-Уральской антеклизы и латеральный переход к терригенно-карбонатной по И. Е. Постниковой [18]. Верхняя граница рисунка соответствует глубинам палеобассейна: 1 – терригенно-карбонатная ассоциация иловой впадины; 2 – органогенные известняки межбиогермные; 3 – рифовые биогермы; 4 – склоновые брекчии; 5 – комковато-детритные известняки; 6 – шельфовый биогерм; 7 – сгустково-детритные известняки; 8 – мергелистые пелитоморфные известняки; 9 – фациальные переходы

Известняковые ф. – ассоциации слоистых и массивных известняков разного происхождения (граноморфных, биоморфных, смешанных) с ритмическим чередованием разновидностей или квазиоднородных пород, с линзами и горизонтами брекчиевидных, водорослевых, халцедон-содержащих, оолитовых подвидов. Цвет пород чаще серый, с вариациями от серовато-белого до почти черного. Темные разности нередко обогащены органикой, после удара по ним молотком пахнут битумом (сероводородом). Встречаются красноватые (розоватые) и пестрые (зеленовато-розовато-серые и др.) разности. Мощность формаций колеблется от десятков и сотен метров (платформенный ряд) до 3–5 км (геосинклинальный ряд).

Доломитовые ф. – ассоциации массивно-слоистых, массивных, водорослевых (строматолитовых и онколитовых), брекчиевидных доломитов.

Окраска пород варьирует более значительно, чем у известняков (нередки серо-коричневые, красновато-коричневые, желтоватые цвета).

По содержанию оксида магния состав породообразующего минерала изменяется от чистого до известковистого доломита. Сравнительно однородные доломиты имеют седиментационно-диагенетическое происхождение. В качестве включений и редко встречающихся пород и полезных ископаемых отмечаются магнезиты, сидериты, фосфориты, кремни и силициты. Мощности доломитовых формаций изменяются от десятков до многих сотен метров.

Известняково-доломитовые (доломитово-известняковые) ф. – ассоциация двух – четырех видов карбонатных пород. Она может быть следствием ритмического изменения кальций-магниевого соотношения в осадке. Нередки сочетания, в которых преобладающий известняк имеет осадочное происхождение, а подчиненный доломит – постседиментационное (осадочно-диагенетическое, катагенетическое, гидротермально-метасомати-ческое). Окраска пород обычно варьирует в нешироких пределах (серые разных оттенков, красноватые, коричневатые, буроватые).

Породные включения и полезные ископаемые представлены фтанитами и силицитами, фосфоритами, сидеритами, родохрозитами. Мощности формаций составляют от десятков до первых тысяч метров.

Рифовая ф. – ассоциация массивных биоморфных и обломочно-биоморфных, нередко кавернозных известняков и известняково-доломитных пород, образующих почти изометричные (либо столбообразные) тела мощностью до 1,5–2,0 км. Окраска пород варьирует от почти белой до темно-серой. Формация связана с геосинклинальными областями и передовыми прогибами. С ней связаны месторождения нефти и газа (например, в Предуральском прогибе).

Писчего мела ф. – ассоциация органогенных и терригенно-органогенных пород (мела, мергеля, афанитового известняка). Определяющим является писчий мел – белая полусвязная порода, состоящая из остатков кокколитофорид и др. Образовалась в шельфовых морях платформ большей частью в конце мелового периода. Мощность формации – от десятков до первых сотен метров.

4.3. Смешанные осадочные формации

Они разнообразны в видовом отношении и представлены «наборами» (ритмами) терригенных, карбонатных и хемогенных пород.

Кремнисто-известняковые ф. – (отдаленные кремнистые Н. С. Шатского) – сочетание силицитов (фтанитов, лидитов, микрокварцитов) с известняками. Присутствуют слои глинистых сланцев. Мощность формации – от сотен до 1–2 тыс. метров. Связаны они с геосинклинальными областями и отвечают средней стадии геосинклинального развития. Кремнистые породы многие исследователи считают производными подводной вулканической деятельности (гальмиролиза туфов, выноса кремнезема выходами гидротерм типа «черных и белых курильщиков»). С этой формацией могут быть связаны пласты фосфоритов, гематитов и марганцевых руд.

Кремнисто-сланцево-известняковые (доломитовые) ф. – ассоциация силицитов, глинистых, алевритовых и кремнисто-глинистых сланцев и преобладающих известняков (доломитов). От предыдущих отличаются более широким развитием сланцев в виде одиночных пластов, пачек и горизонтов среди карбонатных пород.

Терригенно-карбонатные ф. – разнообразные сочетания, часто ритмические, терригенных и карбонатных пород с многообразием переходных видов (известковых алевролитов, мергелей, песчанистых и глинистых известняков и т. п.). В отдельных разрезах наблюдается преобладание песчано-алевролитовых или алевролито-аргиллитовых ритмов, в других – известняковых или известняково-доломитовых. Окраска пород может быть однородной (сероцветные, красноцветные ассоциации) или меняться в пределах отдельных пачек и горизонтов (субформаций). Мощность формаций изменяется от десятков метров в платформенных разрезах до 2–3 тыс. метров – в геосинклинальных. Отдельным видом этого семейства является доманиковая ф. – ассоциация темных битуминозных известняков, глинистых сланцев, фтанитов, горючих сланцев [2]. Главной особенностью этой формации является повышенное содержание органического вещества сапропелевого типа. Она развита в пределах передовых прогибов, где накапливалась в глубоководных (некомпенсированных) бассейнах. Домани-ковая ф. является нефтематеринской.

Спарагмитовая ф. – изменчивая ассоциация псефитов (тиллоидов), песчаников, аргиллитов (глинистых сланцев), известняков доломитов). Присутствуют фтаниты и вулканиты основного состава (туфы и диабазы). По данным Т. Н. Херасковой, для этой формации характерна многопорядковая (крупная и мелкая) ритмичность, выраженная в преобладании тиллоидов и песчаников в основании и кровле формации, алевролито-аргиллитовых ритмов с доломитом (известняков) – в средней части. Мощность формации изменяется в пределах 1,5–6 км. Ее образование Т. Н. Хераскова связывает с геосинклинальными прогибами, прилегающими к горной островной суше, и отделенными от нее резкими уступами, образованными по разломам. В горной части островов существовали ледники, поставлявшие моренный материал. Расчлененный рельеф дна благоприятствовал действию оползней и мутьевых потоков.

Терригенно-карбонатные гипсосоленосные (эвапоритовые) ф. – сочетание аргиллитов (глинистых сланцев), мергелей, доломитов, гипсов и ангидритов, пластов каменной или калийной солей. Наиболее распространены доломиты, мергели и каменные соли. Окраска пород чаще пестрая за счет аргиллитов и мергелей, цвета которых буроватые и желтоватые, красноватые, зеленоватые, серые. Мощность формации составляет сотни метров. Она накапливалась в пределах платформ и передовых прогибов в обстановке аридного климата, обычно в лагунах и морях, отделенных рифами или островами от океана.