Главная – Журналы – Геология и геофизика 2001 номер 4

Последние десятилетия стали "золотым веком" для литологии и морской геологии. Удалось изучить и закартировать распределение донных осадков во всех частях Мирового океана, впервые изучить осадочное вещество в атмосфере, вод рек, морей и океанов, во льдах и снеге, по-новому подойти к оценке роли биогенных процессов, а также изучить поступление эндогенного вещества в срединных хребтах океанов. Коренным образом изменились представления о поступлении осадочного вещества с суши, его преобразованиях на границе река-море, развилось учение о лавинной седиментации на нескольких вертикальных уровнях, что приводит к концентрации 93 % осадочного вещества Земли в локализованных областях – осадочно-породных бассейнах лавинной седиментации, с которыми связаны основные скопления углеводородов. Участки лавинной седиментации чередуются с участками неотложения и перерывов в осадконакоплении.
Исследования стали проводиться на количественном уровне, появилась новая количественная характеристика осадочного процесса во всех сферах Земли – потоки и векторы потоков осадочного вещества, литология стали динамической.
Установлено, что осадкообразование в океанах идет по особым законам, связанным с океанским типом коры, отличным от континентального. Широко вошли в комплекс литологических исследований дистанционные методы (сейсмостратиграфия, магнитометрия, многолучевые эхолоты, локаторы бокового обзора и др.), а также методы картирования и целенаправленного отбора проб из естественных обнажений дна на глубинах до 6 тыс. м с помощью подводных аппаратов.
Важнейшим этапом стало проведение (с 1968 г.) глубоководного бурения с обработкой материалов международным сообществом ученых. За последние 30-40 лет получено нового фактического материала в сотни и тысячи раз больше, чем за всю предшествующую историю развития наук. К сожалению, литологи почти не используют эти данные. Приведены основные результаты исследований, выполненных за последние десятилетия, которые привели к многочисленным открытиям и потребовали объединения новых данных тектоники, геофизики морской геологии и геохимии, петрологии и петрохимии, океанологии и климатологии, к созданию мобилистской литологии или литологии литосферных плит.

Морское и океаническое карбонатонакопление в венде-кембрии было биохемогенным, т. е. в определяющей степени обусловлено жизнедеятельностью организмов, которые главным образом создавали геохимическую среду, способствующую осаждению карбонатного вещества. Начиная с первой трети палеозоя этот механизм был практически полностью замещен чисто биогенным. В палеозое карбонатонакопление происходило в основном в обширных шельфовых морях, в мезозое областью накопления карбонатов стали внутриокеанические отмели, рифы и пелагиаль, в кайнозое главной зоной карбонатонакопления стала пелагиаль и в меньшей степени рифы. Обсуждается разный характер связи карбонатонакопления с газовым составом атмосферы.

Дан обзор современных представлений о процессах фосфоритообразования с выделением роли исследований А. Л. Яншина. Представлены три этапа в истории выдвижения гипотез фосфогенеза: биогенный, ортохемогенный по теории А. В. Казакова и биохемогенно-диагенетический – современный. Рассмотрены особенности фосфоритов важнейших генетических типов. Проанализировано планетарное распространение мировых запасов морских фосфоритов во временнoй шкале, отмечены главные эпохи фосфоритонакопления – венд-кембрийская и мел-палеогеновая. Охарактеризованы структурно-тектонические условия формирования фосфоритов, связь их с глобальными тектономагматическими эпохами, приуроченность наиболее богатых месторождений к периферическим частям материков – шельфам.
Палеогеографические особенности зон фосфоритонакопления – открытая связь с океаном, полуизолированные условия, расположение во внутренних частях материков. Это, как правило, мелководные зоны с относительно повышенной биопродуктивностью, пенепленизированной областью питания терригенной составляющей осадков и аридным климатом.
Решение проблем фосфоритогенеза требует учета особенностей различных типов фосфоритов и смены видов процессов минерализации фосфата с учетом эволюции геологических процессов. Кратко даны наиболее вероятные механизмы и условия фосфоритообразования.

Анализируются новейшие представления о процессах морского фосфоритообразования. Аналогия между современными и древними фосфоритами весьма неполна, имеются существенные различия в фациальном, палеогеографическом аспекте. Важнейшим фактором фосфоритообразования является процесс замещения фосфатом биогенного материала, что позволяет, в определенной мере, согласовать гипотезы фосфогенеза при всем различии геолого-минералогических и структурных параметров морских фосфоритов.

В основе представлений о связи фосфоритообразования с выветриванием лежат соответствующие выводы Н. С. Шатского. В. П. Казаринов, приняв эту идею, углубил ее, обосновывая тезис о соответствии эпох повышенного образования фосфоритов эпохам глубокого химического выветривания. Близкие, хотя и не вполне тождественные, взгляды развивал Г. И. Бушинский о привносе фосфора для формирования фосфоритоносных месторождений и бассейнов реками с близлежащих равнин в областях гумидного климата. В настоящее время идея о роли выветривания в генезисе фосфоритов нашла многих сторонников, получила дополнительное подтверждение и для ряда глобальных эпох фосфоритообразования, таких как ранний ордовик, поздняя юра, ранний мел, поздний мел, палеоцен и эоцен, миоцен и некоторые другие, может рассматриваться как достаточно обоснованная. В то же время некоторые эпохи глубокого химического выветривания (как верхнедевонская) характеризуются высоким содержанием рассеянного фосфора в породах, который, однако, в формировании промышленных залежей фосфоритов не реализовался.

А. Л. Яншин, уделявший большое внимание изучению и применению минерального сырья агрохимического назначения, положительно отнесся к начатым в восьмидесятых годах работам по болотным фосфатам, рассматривая их и другие минеральные накопления в торфах в качестве серьезной базы улучшения структуры почв и повышения плодородия сибирских земель.
За прошедшие годы в Западной Сибири, являющейся крупнейшей торфяной территорией мира, в торфяных залежах низинного типа установлено большое содержание болотных фосфатов, болотных карбонатов (гажа) и сапропеля.
Проведенные прогнозные исследования, включающие анализ состава торфов, их субстрата, подземных вод, питающих торфяную залежь, позволили определить особенности геохимической направленности болотного литогенеза, характер и последовательность болотного минералообразования.
На выделенных перспективных площадях и отдельных объектах проведены поисково-оценочные и разведочные работы. Подсчитанные запасы и прогнозные ресурсы болотных фосфатов, гажи, сапропеля позволяют говорить о том, что Западная Сибирь располагает богатой базой органоминерального сырья, которая может восполнить дефицит фосфора, кальция в сибирских почвах и улучшить их структуру. Предложены направления рационального использования сырья.

Обосновывается модель двухъярусной соленосности чехла Сибирской платформы; в разрезе выделены и по латерали прослежены кембрийская и девонская галогенные формации. Ранне- и среднепалеозойские солеродные бассейны ограничивались промежуточными зонами, обеспечивающими сохранение режима соленакопления и пополнение маточными растворами из обширных морей, охватывавших территорию Патомско-Витимского нагорья и Верхоянья. Приведены параметры и охарактеризованы палеоструктурные условия накопления этих формаций. В ряде областей и районов Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции подмечена прямая зависимость промышленной продуктивности подсолевых резервуаров от региональной выдержанности и мощности соленосного экрана. Наиболее крупные месторождения приурочены к зонам повышенной мощности терригенных толщ, перекрытых региональными карбонатно-соленосными флюидоупорами. В среднепалеозойском комплексе залежи углеводородов пока не выявлены, хотя нефтегазо- и битумопроявления и благоприятные геолого-структурные условия (коллекторы, брахиантиклинальные ловушки и др.) для накопления залежей углеводородов имеются. С учетом закономерных связей в венд-кембрийском комплексе предполагается, что девонская галогенная формация также предопределяет возможность накопления и сохранения залежей углеводородов в под- и межсолевых резервуарах.
Выявленные особенности строения палеозойских галогенных формаций – региональных флюидоупоров позволили конкретизировать ранее составленные схемы нефтегазогеологического районирования Сибирской платформы. По венд-кембрийскому комплексу, в дополнение к главному поясу нефтегазоносности (Непско-Ботуобинская и Байкитская антеклизы, разделенные Катангской седловиной), как высоко перспективные оцениваются Березовская, Кемпендяйская и Ыгыаттинская впадины, Сунтарское поднятие и благоприятные структуры центральных районов Ангаро-Ленского прогиба. Девонские под- и межсолевые резервуары наибольший практический интерес представляют в благоприятных зонах Западно-Вилюйской потенциально нефтегазоносной области; первоочередными объектами для детальных сейсморазведочных работ и глубокого бурения здесь рекомендуются Атыяхская, Учугейская и Кэдэпчикская структурные ступени.

Проведен седиментологический анализ отложений нижней части клиноформного комплекса Северного Приобья. В пределах ачимовской толщи по керновому материалу выделено несколько литофаций: 1) массивные и горизонтально-слойчатые песчаники; 2) градационные горизонтально- и мелкокосослойчатые песчаники; 3) массивные плохо сортированные алевролиты с глинистыми интракластами; 4) градационные алевролиты и аргиллиты. Различия в составе и строении выделенных литофаций определялись особенностями динамики осадочных процессов. Массивные и горизонтально-слойчатые песчаники (литофация 1), слагающие значительную по объему часть песчаных пачек, выделяемых в пределах ачимовской толщи, интерпретируются как отложения высокоплотных песчаных турбидитовых течений. Градационные горизонтально- и мелкокосослойчатые песчаники (литофация 2), строение которых соответствует последовательности Боума, рассматриваются как классические песчаные турбидиты, формировавшиеся низкоплотными песчаными турбидитовыми течениями в межрусловых частях подводного склона и его подножия или внутри подводных русел на заключительной стадии их заполнения. Тонкослоистые градационные алевролиты и аргиллиты (литофация 3) интерпретируются как тонкозернистые турбидиты и гемипелагиты, образованные низкоплотными тонкозернистыми турбидитовыми течениями и гемипелагической седиментацией осадков. Строение градационных алевролитов и аргиллитов хорошо описывается в единицах последовательности Стоу. Массивные плохо сортированные алевролиты с глинистыми интракластами (литофация 4) представляют собой отложения тонкозернистых дебрисных потоков, развивавшихся в пределах склонового апрона и межрусловых частей подводных фэнов.
Результаты седиментологических исследований позволяют сделать вывод о существенной роли процессов гравитационного перемещения осадков при накоплении отложений ачимовской толщи, что соответствует представлениям о клиноформном строении нижней части неокомского осадочного комплекса.

Эволюцию биосферы можно представить в виде процессов 1) возникновения новых экологических специализаций (гильдий), обеспечивающих более высокую эффективность использования, передачи и трансформации вещества и энергии в экосистемах; 2) пространственной экспансии жизни на Земле (постепенного преобразования дискретной биосферы в континуульную путем освоения новых биономических зон и биотопов); 3) усложнения трофической структуры экосистем (от простейших автотрофно-гетеротрофных прокариотных экосистем архея до современной глобальной экосистемы Земли); 4) изменений пространственных и энергетических параметров биогеохимических круговоротов. С этих позиций ордовикский период может рассматриваться как один из крупнейших переломных этапов в эволюции биосферы. За счет появления новых таксономических групп с более эффективными трофическими адаптациями (экологических гильдий) в бентосных сообществах и освоения гетеротрофными организмами (специализированными группами зоопланктона и нектона) пелагиали в эвфотических зонах морей, в ордовикском периоде произошли кардинальные изменения в морских экосистемах, предопределившие дальнейшую эволюционную стратегию морских биот. Главная эволюционная стратегия морских организмов докембрия – повышение эффективности адаптаций к физико-химическим условиям среды путем усложнения биологической организации и разделения метаболических и репродуктивных функций на внутриорганизменном уровне. Начиная с раннего кембрия, когда возникли основные типы морских беспозвоночных и впервые начали формироваться сетевые (многоступенчатые) трофические взаимоотношения между автотрофными и гетеротрофными организмами с разделением экологических функций, адаптации к биотической среде становятся таким же важным звеном эволюционного процесса, как и приспособления к абиотическим условиям. Начиная с ордовикского периода в связи с постепенной стабилизацией абиотической среды в морских бассейнах экологические механизмы взаимодействия организмов становятся определяющим фактором эволюционной стратегии сообществ.
В ордовике впервые в массовом количестве появились и, начиная со среднего ордовика, достигли максимального расцвета новые группы эдификаторных организмов – замковые брахиоподы, прикрепленные колониальные (табуляты, ругозы, хелиолитиды, строматопораты), агрегационные (криноидеи) и колониально-агрегационные (мшанки) организмы с фильтраторным типом питания и каркасным скелетом, что обусловило дробление биотопов, усложнение и гетерогенное распределение трофических потоков. На низшем трофическом уровне доминирующее положение заняли остракоды – первые мелкомерные гидробионты с универсальной экологической валентностью, способные выполнять роль разных звеньев трофических цепей. Вместо прежних илоедов (преимущественно трилобитов) стали доминировать фильтраторы и трофические универсалы (остракоды), которые были способны обеспечивать более глубокую трансформацию органического вещества. В ордовике впервые пелагиаль стала постоянной (вместо прежней факультативной) сферой жизни зоопланктона и нектонных организмов: граптолитов, радиолярий, конодонтофорид, наутилоидей, меропланктона (главным образом, личиночных стадий колониальных организмов и брахиопод), пелагических форм трилобитов, остракод и первых примитивных рыб. В ордовике произошла пространственная передислокация начального звена трофических систем – основных продуцентов, что кардинально повлияло на ярусную и латеральную структуру трофических цепей. До начала среднего ордовика главными фотосинтезирующими продуцентами наряду с фитопланктоном были донные цианобактериальные сообщества или луга (маты), исключительно широко распространенные в эпиконтинентальных морях позднего докембрия и раннего палеозоя. На рубеже раннего и среднего ордовика площади распространения таких лугов резко сокращаются и в дальнейшем главным продуцентом становиться фитопланктон. Глобальная экологическая перестройка сопровождалась самым крупномасштабным в фанерозойской истории биосферы взрывным ростом биоразнообразия в морских биотах ордовика, за которым последовала его быстрая стабилизация. В дальнейшем эта стабильность поддерживалась ротацией (филогенетическими последовательностями) экологически эквивалентных таксонов, которая на кризисных рубежах дополнялась селективной заменой отдельных экологических гильдий.
Таким образом, в ордовике морские экосистемы стали многоярусными, резко усложнилась их трофическая структура и впервые сформировался глобальный замкнутый биогеохимический цикл в пределах всей морской акватории. Глобальные биотические события ордовикского периода хронологически совпадают с такими же крупномасштабными геологическими событиями (резкими изменениями климата, максимальным диапазоном периодического расширения и сокращения эпиконтинентальных морей, изменением баланса Mg и Ca в морском осадкообразовании, увеличением количества кислорода в атмосфере и гидросфере и формированием озонового экрана Земли). Предполагается, что возникновение в ордовике озонового экрана и увеличение количества растворенного кислорода в морской воде оказало решающее влияние на заселение гетеротрофными организмами пелагиали и формирование когерентных (экологически насыщенных) бентосных экосистем. На начальном, метастабильном этапе становления озонового экрана резкие флуктуации биоразнообразия в донных и пелагических сообществах определялись кардинальными изменениями пространственных параметров морских шельфов как главной сферы жизни в связи с эвстатическими колебаниями уровня мирового океана. Позднеордовикское вымирание морских биот было следствием катастрофического сокращения жизненного пространства на шельфах в результате понижения уровня мирового океана за счет связывания больших объемов воды в материковых ледниках, которое наступило после среднеордовикского трансгрессивного максимума.

Изучение теплых (безледниковых) эпох позднего мела и раннего триаса показало, что в геологической истории существовали гумидные и аридные состояния теплых биосфер. Они довольно сильно различались между собой своими палеогеографическими и седиментационными особенностями, а также климатической зональностью. В позднем мелу доминировали гумидные пояса, которые охватывали до 75 % суши. Основными причинами гумидности климата были, во-первых, раскрытие новых океанов, обширная трансгрессия и образование крупных шельфовых и эпиконтинентальных морей, во-вторых, небольшие размеры массивов суши и их орографические особенности, выражавшиеся в существовании низменных пенепленизированных внутриконтинентальных областей. Глобальное распространение теплого гумидного климата в позднем мелу предопределялось также широтным океаном Тетис с циркумглобальными западными течениями в тропических широтах Северного полушария. Раннетриасовая эпоха отличалась преобладанием засушливого климата. Аридные и семиаридные пояса занимали до 80 % суши. Аридность климата в раннем триасе предопределялась существованием огромной суши Пангеи, ее высоким гипсометрическим стоянием, наличием краевых и внутриконтинентальных горных систем, а также высоких плато и бессточных областей между ними. Анализ биологических, геохимических и геологических последствий гумидизации и аридизации климата Земли может способствовать лучшему пониманию биотических, геохимических и геологических последствий этих процессов, а также геологического прошлого и будущего и позволит детализировать климатическую периодизацию геологической истории.

В статье приводится описание спор и пыльцы ряда разрезов моренных, озерных, озерно-ледниковых отложений последнего позднечетвертичного (сартанского) оледенения. Дано описание трех типов растительных формаций (перигляциального, арктического (тундростепного) и субарктического (лесотундрового) для максимума (20-18 тыс. лет) оледенения. На основании изучения разреза близ г. Колпашево (Средняя Обь) и радиоуглеродных дат, приведено описание палинологических зон с количественными оценками содержания спор и пыльцы. Показана миграция растительных зон. Южная граница тундровой растительности в максимум похолодания была смещена относительно современного положения на 10-11^o. Наиболее сильные преобразования претерпела территория бореально-таежной зоны. Практически на этой территории лесов не было. Среднегодовая температура в максимум оледенения была ниже современной на 8-10^o. Осадков выпадало на 300 мм меньше на территории современной лесной области, а к югу от 54^o отклонения составляли более 400 мм. Южная граница криолитозоны располагалась за пределами Западной Сибири, в Казахстане. Подчеркивается, что в случае понижения температур и сильного похолодания (оледенения) произойдут глубокие преобразования растительной биоты.

На геодинамической основе рассмотрены палеогеографические позиции бассейнов, в которых происходило накопление осадков, обогащенных органическим веществом ("черносланцевые" фации) для трех эпох девонского периода. Кратко охарактеризованы "черносланцевые формации" (свиты, пачки, горизонты) и положение зон их накопления в ситеме расположения бассейнов и в циклах осадкообразования. Намечена эволюция геологических позиций этих зон, их зависимость от расположения континентов и последовательности трансгрессивных эпизодов.
В раннедевонскую эпоху – при относительно близком расположении континентов - бассейны черносланцевой седиментации тяготеют к их краевым частям, располагаясь в области перехода от мелководья к пелагиали. В среднедевонскую этот порядок размещения дополняется предорогенными зонами, и черносланцевые формации формируются в более мелководных обстановках по сравнению с раннедевонскими. В позднедевонскую эпоху расширяются площади шельфов, количество "черносланцевых" зон существенно увеличивается вместе с увеличением занимаемых ими площадей. В стратиграфических разрезах "черносланцевые" фации занимают средние части циклов осадконакопления – наиболее трансгрессивные и погруженные.

В работе дана генетическая характеристика осадочных бассейнов и предложены физические механизмы их образования. Последние связываются с мантийной конвекцией и диапиризмом, которые обусловливают вертикальные и горизонтальные тектонические движения, формирующие осадочные бассейны.

Наиболее высокие и протяженные горные хребты Восточной Якутии располагаются по периферии горной страны и включают Верхоянскую систему хребтов на западе и систему хребтов Черского и Момского на востоке. К северу горные хребты сменяются Приморской низменностью, которая переходит в шельф моря Лаптевых, отделенный уступом континентального склона от Евразийского океанического бассейна. Верхоянская система хребтов представляет собой асимметричный свод, осложненный более поздними сбросами. Система хребтов Черского и Момского также представляет собой свод, рассеченный продольными рифтовыми впадинами (Момская, Верхнеселенняхская и др.). Анализ разрезов кайнозойских отложений во впадинах, примыкающих к горным хребтам, указывает, что усиленный рост поднятий начался в олигоцене. Формирование сводовых поднятий в позднем миоцене-начале плиоцена сопровождалось резким эпизодом сжатия с образованием систем чешуйчатых надвигов, перемещения по которым достигают нескольких километров. Поздний плиоцен-ранний плейстоцен является временем общего растяжения земной коры Восточной Якутии. В это время формируются Момский рифт и сбросы Верхоянского хребта.
Формирование горных хребтов Восточной Якутии связывается с взаимодействием Евразийской и Северо-Американской литосферных плит в кайнозое и раскрыттием Евразийского океанического бассейна в Арктике. В течение кайнозоя полюс вращения плит несколько раз менял свое положение и этим объясняется чередование эпох растяжения и сжатия, устанавливаемых на территории Восточной Якутии. Намечается синхронность главных геодинамических событий, связанных с раскрытием Евразийского бассейна и формированием горных хребтов Восточной Якутии.

В статье показано, что закономерности, присущие различным этапам формирования геологических структур, проявляются во временной динамике поля силы тяжести. Изучены закономерности изменения гравитационного поля в истории геологического развития земной коры Беларуси. Для этого была создана последовательность плотностных моделей среды, отражающих основные этапы тектонического развития: ранний архей-поздний архей-ранний протерозой-рифей-венд-поздний палеозой (девон-карбон), вычислены им соответствующие гравитационные поля и дана их геологическая интерпретация.