Литостратиграфия: основы и принципы изучения горных пород.

Введение

Литостратиграфия — это поддисциплина стратиграфии, геологической науки, связанной с изучением слоев или пластов горных пород. Основные направления исследований включают геохронологию, сравнительную геологию и петрологию. Как правило, пласты преимущественно игнейные (магматические) или осадочные, в зависимости от способа образования породы. Осадочные пласты формируются в результате отложения осадочного материала, связанного с процессами выветривания, разложения органических веществ (биогенного происхождения) или химического осаждения. Эти пласты часто характеризуются обилием окаменелостей и имеют важное значение для изучения биостратиграфии. Игнейные пласты представлены наслоениями лавовых потоков, слоями лавовых фрагментов (называемых тефрой), извергнутыми на поверхность Земли вулканами, а также слоистыми интрузиями, формирующимися в глубинах земной коры. Игнейные пласты, как правило, лишены окаменелостей и свидетельствуют о магматической или вулканической активности, происходившей в геологической истории данной области. Существует ряд принципов, используемых для объяснения взаимосвязей между пластами. Если игнейная порода пересекает образование осадочной породы, то можно утверждать, что магматическая интрузия моложе осадочной породы. Принцип суперпозиции утверждает, что в тектонически не нарушенном слое осадочный пласт моложе лежащего под ним и старше налегающего сверху. Принцип первоначальной горизонтальности гласит, что отложение осадочного материала происходит в виде практически горизонтальных слоев.

Типы литостратиграфических единиц

Принципы литостратиграфии были впервые установлены датским натуралистом Николасом Стено в его работе 1669 года Dissertationis prodromus. Литостратиграфическая единица подчиняется закону суперпозиции, который в современной формулировке гласит, что в любой последовательности слоев, не подвергшихся нарушениям или инверсии после отложения, более молодые породы залегают выше более древних. Принцип латеральной (боковой) непрерывности утверждает, что пласт простирается и может быть прослежен на значительной площади. Литостратиграфические единицы выявляются и определяются на основе наблюдаемых физических характеристик горных пород. Литология единицы включает в себя такие характеристики, как химический и минералогический состав, текстура, цвет, первичные структуры отложения, окаменелости, рассматриваемые как компоненты, формирующие породу, или другие органические материалы, такие как уголь или кероген. Таксономия окаменелостей не является допустимым литологическим основанием для определения литостратиграфической единицы. Описания слоев, основанные на физическом облике, определяют фации. Формальное описание литостратиграфической единицы включает стратотип, который обычно представляет собой типовой разрез. Типовой разрез – это, в идеале, хорошее обнажение единицы, демонстрирующее всю её мощность. Если единица нигде не обнажена полностью или показывает значительную латеральную изменчивость, могут быть определены дополнительные опорные разрезы. Длительно установленные литостратиграфические единицы, датируемые периодом до современной кодификации стратиграфии, или не имеющие табличной формы (например, вулканические купола), могут использовать типовую местность вместо типового разреза в качестве своего стратотипа. От геолога, определяющего единицу, ожидается подробное описание стратотипа, позволяющее другим геологам однозначно идентифицировать эту единицу. Литосома: массы горных пород, по существу однородные по составу и имеющие взаимосвязи с прилегающими массами различной литологии. Например: литосома сланца, литосома известняка. Фундаментальной литостратиграфической единицей является формация. Формация – это литологически обособленная стратиграфическая единица, достаточно крупная для картографирования и прослеживания. Формации могут быть подразделены на слои и пачки и объединены с другими формациями в группы и супергруппы.

The principles of lithostratigraphy were first established by the Danish naturalist, Nicolas Steno, in his 1669 Dissertationis prodromus. A lithostratigraphic unit conforms to the law of superposition, which in its modern form states that in any succession of strata, not disturbed or overturned since deposition, younger rocks lies above older rocks. The principle of lateral continuity states that a set of bed extends and can be traceable over a large area. Lithostratigraphic units are recognized and defined on the basis of observable physical rock characteristics. The lithology of a unit includes characteristics such as chemical and mineralogical composition, texture, color, primary depositional structures, fossils regarded as rock forming particles, or other organic materials such as coal or kerogen. The taxonomy of fossils is not a valid lithological basis for defining a lithostratigraphic unit. The descriptions of strata based on physical appearance define facies. The formal description of a lithostratigraphic unit includes a stratotype which is usually a type section. A type section is ideally a good exposure of the unit that shows its entire thickness. If the unit is nowhere entirely exposed, or if it shows considerably lateral variation, additional reference sections may be defined. Long established lithostratigraphic units dating to before the modern codification of stratigraphy, or which lack tabular form (such as volcanic domes), may substitute a type locality for a type section as their stratotype. The geologist defining the unit is expected to describe the stratotype in sufficient detail that other geologists can unequivocally recognize the unit. Lithosome: Masses of rock of essentially uniform character and having interchanging relationships with adjacent masses of different lithology. e. g.: shale lithosome, limestone lithosome. The fundamental Lithostratigraphic unit is the formation. A formation is a lithologically distinctive stratigraphic unit that is large enough to be mappable and traceable. Formations may be subdivided into members and beds and aggregated with other formations into groups and supergroups.

Литостратиграфическая корреляция

Для сопоставления литостратиграфических единиц геологи определяют фации и ищут опорные горизонты или ключевые последовательности, которые могут быть использованы в качестве датирующего уровня. Прямое сопоставление: основано на литологии, цвете, структуре, мощности. Косвенное сопоставление: корреляция по данным геофизических исследований (гамма-каротаж, плотность, сопротивление).

Геологическое сопоставление является основным инструментом для реконструкции геометрии слоистости в осадочных бассейнах. Литологическое сопоставление – это процедура, определяющая, какие слои (страты) в геологических разрезах, расположенных в разных местах, принадлежат сейчас (или принадлежали в прошлом) одному и тому же геологическому телу. Идентификация основана на сравнении физических и минералогических характеристик пород, а также на общих принципах, известных как принципы Стено: 1. Осадочные слои формировались последовательно во времени: самые молодые – наверху. 2. Слои изначально горизонтальны. 3. Слой распространяется во всех направлениях, пока не выклинивается или не встречает препятствие. Результаты представляются в виде схемы сопоставления (A). Практическое сопоставление сопряжено с рядом трудностей: размытые границы слоев, изменения в составе и структуре пород внутри слоя, несогласия в последовательности слоев и т.д. Поэтому ошибки в схемах сопоставления не редкость. При уменьшении расстояний между имеющимися разрезами (например, при бурении новых скважин) качество сопоставления повышается, но в то же время возрастает риск принятия неверных геологических решений, что увеличивает затраты на геологические проекты.