Введение

Стратиграфия — раздел геологии, изучающий слои горных пород и их формирование. Стратиграфия — это область геологии, занимающаяся изучением слоев горных пород (страт) и слоистости (стратификации). Она в основном применяется при изучении осадочных и слоистых вулканических пород. Стратиграфия включает три взаимосвязанных подразделения: литостратиграфия (литологическая стратиграфия), биостратиграфия (биологическая стратиграфия) и хроностратиграфия (стратиграфия по возрасту).

Историческое развитие

Католический священник Николас Стено заложил теоретические основы стратиграфии, представив закон суперпозиции, принцип первоначальной горизонтальности и принцип латеральной (боковой) непрерывности в своей работе 1669 года об окаменении органических остатков в слоях осадочных пород. Первое практическое крупномасштабное применение стратиграфии было осуществлено Уильямом Смитом в 1790-х годах и в начале XIX века. Смит, известный как "Отец английской геологии", осознал значимость слоев или слоистости горных пород и важность ископаемых-маркеров для сопоставления слоев; он создал первую геологическую карту Англии. Другими влиятельными применениями стратиграфии в начале XIX века были работы Жоржа Кювье и Александра Броньяра, изучавших геологию окрестностей Парижа.

Литостратиграфия

Изменение в горных породах, наиболее заметное в виде видимой слоистости, обусловлено физическими различиями в типе пород (литология). Это изменение может проявляться вертикально в виде слоев (напластования) или латерально, и отражает изменения в условиях отложения (известные как смена фаций). Эти вариации формируют литостратиграфию или литологическую стратиграфию горной породы. Ключевые концепции стратиграфии включают понимание того, как возникают определенные геометрические взаимосвязи между слоями горных пород и что эти геометрии говорят об их первоначальной осадочной среде. Базовая концепция стратиграфии, называемая законом суперпозиции, утверждает: в недеформированной стратиграфической последовательности самые древние слои находятся в основании последовательности. Хемостратиграфия изучает изменения относительного содержания микроэлементов и изотопов внутри и между литологическими единицами. Соотношения изотопов углерода и кислорода меняются во времени, и исследователи используют их для картирования незначительных изменений, произошедших в палеоокружении. Это привело к формированию специализированной области – изотопной стратиграфии. Циклостратиграфия фиксирует часто циклические изменения относительного содержания минералов (особенно карбонатов), размера зерен, толщины слоев осадочных пород (варв) и разнообразия ископаемых во времени, связанные с сезонными или долгосрочными изменениями в палеоклимате.

Биостратиграфия

Биостратиграфия, или палеонтологическая стратиграфия, основана на ископаемых свидетельствах в слоях горных пород. Считается, что слои из широко распространенных местоположений, содержащие одинаковую ископаемую фауну и флору, сопоставимы по времени. Биологическая стратиграфия базировалась на принципе фаунистической смены Уильяма Смита, который предшествовал и являлся одним из первых и наиболее весомых доказательств биологической эволюции. Она предоставляет убедительные доказательства формирования (видообразования) и вымирания видов. Геологическая временная шкала была разработана в XIX веке на основе данных биологической стратиграфии и фаунистической смены. Эта шкала оставалась относительной до разработки радиометрического датирования, основанного на абсолютной временной шкале, что привело к развитию хроностратиграфии. Важным достижением является кривая Вейла, которая стремится определить глобальную историческую кривую уровня моря на основе выводов, сделанных из общемировых стратиграфических закономерностей. Стратиграфия также широко используется для определения характеристик и распространения нефтеносных коллекторных пород, покрышек и ловушек в нефтяной геологии.

Хроностратиграфия

Хроностратиграфия – это раздел стратиграфии, который определяет абсолютный, а не относительный возраст горных слоев. Эта область науки занимается получением геохронологических данных для горных пород, как напрямую, так и косвенно, чтобы установить последовательность событий во времени, в результате которых эти породы образовались. Конечная цель хроностратиграфии – датировать последовательность отложений всех пород в пределах геологического региона, а затем в каждом регионе, и, в конечном итоге, создать полную геологическую летопись Земли. Отсутствие слоев или пробел в геологической летописи территории называется стратиграфическим разрывом (или hiatus). Это может быть вызвано прекращением осадконакопления. В качестве альтернативы, разрыв может быть обусловлен удалением материала эрозией, в этом случае его называют стратиграфической пустотой (или vacuity). Он называется разрывом, поскольку осадконакопление было приостановлено на определенный период времени. Физический разрыв может отражать как период отсутствия осадконакопления, так и период эрозии.

Магнитостратиграфия

Магнитостратиграфия – это хроностратиграфический метод, используемый для датирования осадочных и вулканических последовательностей. Метод заключается в сборе ориентированных образцов через заданные интервалы по всей секции. Образцы анализируются для определения их детритального остаточного магнетизма (DRM), то есть полярности магнитного поля Земли в момент отложения слоя. Для осадочных пород это возможно, поскольку при падении через водную толщу очень мелкозернистые магнитные минералы (< 17 мкм) ведут себя как крошечные компасы, ориентируясь по магнитному полю Земли. После погребения эта ориентация сохраняется. В вулканических породах магнитные минералы, формирующиеся в расплаве, ориентируются по окружающему магнитному полю и фиксируются при кристаллизации лавы. Ориентированные образцы палеомагнитных кернов собираются в полевых условиях; предпочтительными литологиями являются аргиллиты, алевриты и очень мелкозернистые песчаники, поскольку магнитные зерна в них мельче и с большей вероятностью ориентируются по окружающему полю в процессе осаждения. Если древнее магнитное поле имело ориентацию, схожую с современной (Северный магнитный полюс вблизи Северного полюса вращения Земли), слои сохраняли бы нормальную полярность. Если данные указывают на то, что Северный магнитный полюс находился вблизи Южного полюса вращения Земли, слои демонстрировали бы обратную полярность. Результаты анализа отдельных образцов получают, удаляя естественную остаточную намагниченность (NRM) для выявления DRM. После статистического анализа результаты используются для построения локальной магнитостратиграфической колонки, которую затем сравнивают с Глобальной шкалой магнитной полярности. Этот метод применяется для датирования последовательностей, в которых обычно отсутствуют ископаемые или прослои магматических пород. Непрерывность отбора проб делает его также эффективным методом для оценки скорости накопления осадка.