Реферат
Методы историческойгеологии и строение земной коры
1. Методывосстановления геологического прошлого
Историческаягеология — наука о геологической истории нашей планеты. Она рассказывает осамых существенных событиях, которые происходили на Земле: об особенностяхформирования горных пород в различные периоды геологической истории, оборганическом мире и его изменениях, о тектонических движениях и магматизме, обизменениях очертаний материков и океанов, о непрерывно менявшейсяфизико-географической обстановке, климате и о многих других событиях вдлительной и сложной геологической истории Земли. Повествуя о геологическом прошлом,историческая геология помогает делать вывод о закономерностях развития Земли, оструктуре земной коры и о размещении в ней полезных ископаемых.
Много задачрешает историческая геология, главными из них являются следующие: определениевозраста горных пород, восстановление физико-географических условий прошлыхэпох, восстановление движений земной коры и истории развития ее структуры,установление закономерностей геологического развития Земли и земной коры вособенности. Эти задачи решаются при помощи различных методов, основные из нихописаны ниже.
Определениевозраста горных пород — важнейшая задача исторической геологии. Безустановления возраста горных пород невозможно восстановить геологическуюисторию, нельзя правильно составить геологическую карту и по-научному вестипоиски и разведку полезных ископаемых. Поэтому определению возраста пород вгеологии придают особое значение.
Большинствогорных пород, слагающих земную кору, состоит из слоев. Определением возрастаслоев, установлением последовательности их формирования, сопоставлением ипрослеживанием одновозрастных слоев на больших расстояниях занимаетсястратиграфия. Стратиграфия является основой, на которую опирается всяисторическая геология. В результате долголетних стратиграфических и палеонтологическихисследований была разработана геохронологическая шкала, единая для геологоввсех стран.
Существуютдва понятия о геологическом возрасте горных пород: относительный возраст иабсолютный возраст. Относительный — это возраст одних горных пород по отношениюк другим (одни старше, другие моложе); абсолютный — это возраст в единицахлетосчисления (обычно — миллионы, десятки и сотни миллионов лет). Методыисторической геологии позволяют определить относительный возраст; абсолютныйвозраст устанавливается радиометрическими методами.
Все методыопределения относительного возраста объединяются в две группы: методыпалеонтологические и непалеонтологические. Основную роль играютпалеонтологические методы. Они являются универсальными, так как позволяютрешать все задачи, поставленные перед стратиграфией.
2. Палеонтологическиеметоды
Сущностьпалеонтологических методов заключается в определении относительного возрастаслоев горных пород по содержащимся в них окаменелым органическим остаткам.Палеонтологические методы позволяют не только определить возраст, но ипроследить и сопоставить слои на огромных расстояниях.
В основе этихметодов лежит закон о необратимости эволюции органического мира (закон Долло),согласно которому организм никогда не может вернуться точно к прежнемусостоянию, пройденному его предками. Иначе говоря, в историческом развитииорганизмов не может повториться один и тот же вид или целый комплекс видов.Поэтому каждому слою соответствует определенный комплекс окаменелостей, которыйв других слоях не встречается.
Известно, чтопроцесс широкого географического расселения организмов идет чрезвычайно быстропо сравнению с масштабами геологического времени. Поэтому слои одного и того жевозраста даже в удаленных друг от друга местах содержат одинаковый комплексокаменелостей.
Рассмотримсущность основных палеонтологических методов.
Методруководящих ископаемых. Этот метод является наиболее простым, он был разработанв первой половине XIX в. Применяя этот метод, геологи стараются найти в слоях осадочныхгорных пород так называемые руководящие ископаемые — окаменелости, свойственныеопределенному слою и за пределами его не встречающиеся. Руководящимиископаемыми являются только те вымершие организмы, которые жили недолго ипоэтому имеют ограниченное вертикальное распространение. Кроме того, они должныиметь широкое географическое распространение, хорошую сохранность в ископаемомсостоянии, ясные отличительные признаки и встречаться в породе достаточночасто, чтобы их было легко найти и легко определить. Руководящими ископаемымиобычно являются виды и роды вымерших организмов. Каждый слой содержит одно илидва, реже несколько руководящих ископаемых (если, конечно, окаменелостивстречаются в породе).
Методруководящих ископаемых долгое время был основным в стратиграфии и позволяллегко определять возраст слоев по отдельным видам или родам. Однако в настоящеевремя применение этого метода ограничено из-за ряда его недостатков. Главныйего недостаток заключается в том, что многие виды или роды, являющиеся руководящимив определенном районе, нередко теряют свое значение за его пределами и могутиметь иное вертикальное распространение или вовсе отсутствовать в другом,далеко отстоящем районе. Метод руководящих ископаемых используют в наше времядля предварительного определения возраста, но при детальных стратиграфическихисследованиях и при сопоставлении слоев на больших расстояниях его применениеможет привести к грубым ошибкам.
Метод анализакомплекса ископаемых. Этот метод более надежен, чем метод руководящих ископаемых,так как он учитывает результаты изучения всех окаменелостей, найденных в слое,а не отдельных, иногда случайно выбранных видов и родов. Каждый слой содержитопределенный комплекс окаменелостей, который не повторяется в других слояхсогласно закону необратимости эволюции органического мира. Этот методиспользуется в наше время для определения относительного возраста слоев горныхпород наряду с другими палеонтологическими методами.
Процентно-статистическийметод был введен в стратиграфию Ч. Лайелем в середине прошлого столетия идолгое время являлся одним из основных. Сущность его заключается в следующем: визучаемом разрезе выделяются слои и в каждом из них определяется весь комплексокаменелостей. Относительный возраст выделенных слоев устанавливается путемсравнения комплекса окаменелостей каждого слоя с эталонным, хорошо изученнымразрезом. Возраст каждого слоя эталонного разреза известен, и все окаменелостипослойно описаны. Одновозрастными в эталонном разрезе и в изучаемом разрезесчитаются те слои, в которых содержится наибольший процент общих видов.
Этот методявляется по существу формальным, его применение нередко приводило к ошибкам вопределении возраста. В настоящее время он употребляется только в качествевспомогательного вместе с другими методами.
Филогенетическийметод является основным в современной биостратиграфии. Этот метод основан наизучении филогенеза — эволюции органического мира, отсюда его название.Основоположником филогенетического метода является выдающийся русский ученый В.О. Ковалевский. Этот метод широко использовался русскими учеными начиная споследней трети XIX в.
Применяя этотметод, специалисты-палеонтологи делают выводы об относительном возрасте слоевпри помощи изучения какой-либо группы родственных организмов (обычно рода,семейства или отряда). Из всего комплекса собранных послойно окаменелостейвыбирают представителей определенной группы родственных организмов и ихпередают специалисту-палеонтологу. Если эти окаменелости собраны в одномразрезе, то они являются звеньями единого эволюционного древа, причем предковыеформы располагаются в основании этого древа, а потомки — в более молодых егоответвлениях. Естественно, что предковые формы будут встречаться в более низкихслоях разреза, а потомки — в более высоких, т. е. в более молодых. Такимобразом филогенетический метод основан на том, что потомки находятся на болеевысокой ступени эволюционного развития, чем предки; они не могли существоватьдо предков и, следовательно, всегда будут встречаться в более молодых слоях.
Филогенетическийметод не лишен недостатков. Во-первых, он применим не для всех группорганизмов. Во-вторых, он сложен из-за неполноты палеонтологической летописи(отсутствие окаменелостей в отдельных слоях). В-третьих, в слоях совместно спотомковыми формами нередко встречаются доживающие предковые формы. Опытныйспециалист может избежать ошибок, зная эти недостатки. Особенно надежныерезультаты приносит филогенетический метод, при параллельном изучениинескольких групп родственных организмов.
Микропалеонтологическийметод. Этот метод начали применять в биостратиграфии в 20-х годах 20 столетия всвязи с быстрым развитием нефтяной геологии. Объектами сборов и изученияявляются микроорганизмы, принадлежащие главным образом к типу простейших(фораминиферы, радиолярии), микроскопические водоросли (кокколитофориды,диатомовые) и др. Все эти микроорганизмы обычно называют микрофауной. Как идругие организмы, микрофауна испытала эволюцию, поэтому современныймикропалеонтологический метод очень близок к филогенетическому. Главное егоотличие заключается в том, что изучение микрофауны проводят под микроскопом.
Большаяценность этого метода заключается в возможности устанавливать возраст пород внебольших обломках, поднятых наверх из буровых скважин, а затем прослеживатьодновозрастные слои в других скважинах на больших расстояниях. Поэтому этотметод является основным при поисках и разведке нефти и газа.
Спорово-пыльцевойанализ. Как и микропалеонтологический, этот метод начали недавно применять впрактике геологических исследований для установления возраста континентальныхотложений.
Споры ипыльца хорошо сохраняются в ископаемом состоянии благодаря своей очень прочнойоболочке. Они легко разносятся ветром и текучими водами на большие расстояния ивстречаются в самых разнообразных отложениях. Особенно много спор и пыльцы вконтинентальных отложениях, но широко распространены они и в прибрежно-морскихосадках, куда заносятся с суши. Поэтому спорово-пыльцевой анализ служит нетолько для определения возраста континентальных отложений, но и длясопоставления одновозрастных слоев, образовавшихся на суше и в прибрежныхморских условиях. Споры и пыльца имеют микроскопические размеры, методика ихизучения близка к микропалеонтологическому методу.
3. Непалеонтологическиеметоды
Эти методыопределения относительного возраста применяют в тех случаях, когда слои горныхпород не содержат окаменелостей. Кроме того, их используют как вспомогательныепараллельно с палеонтологическими. Наиболее важными из непалеонтологическихметодов являются стратиграфический, минералого-петрографический, тектоническийи геофизические. К сожалению, ни один из них не является универсальным.
Стратиграфическийметод. Этотметод применяли задолго до возникновения исторической геологии как науки. Относительныйвозраст определяют по последовательности слоев в конкретном обнажении попринципу: слой, находящийся внизу, древнее слоя, залегающего над ним. Этотметод очень прост в употреблении и безошибочно приемлем в областях сгоризонтально залегающими или слабо наклонными слоями. Но в районах, где породысмяты в сложные складки, стратиграфический метод надо применять с «большойосторожностью, так как слои в этих складках нередко перевернуты и более молодыепороды лежат под более древними. Для того чтобы избежать ошибки, необходимоустановить, как залегают слои, где находится их кровля и подошва. Выяснив всеэто, геолог составляет стратиграфическую колонку, на которой показаныправильная последовательность слоев, их состав и мощность.
Минералого-петрографическийметод. Этотметод использовался для составления геологических карт задолго до введенияпалеонтологического метода. Он основан на изучении минерального ипетрографического состава пород, структурных и текстурных особенностей пород.Принцип, положенный в его основу, очень прост: слои с одинаковой или близкойминералого-петрографической характеристикой считаются одновозрастными.
Этот методможно безошибочно применять на небольших площадях, где одновозрастные породыобычно имеют один и тот же состав. Но на больших расстояниях его применятьнельзя из-за того, что одновозрастные слои зачастую быстро меняют свойпетрографический состав, так как они формировались в различных условиях. Инаоборот, разновозрастные слои, формировавшиеся в одинаковых или близких условиях,часто имеют близкий петрографический состав.
Минералого-петрографическийметод широко используется в настоящее время совместно со стратиграфическим вобластях развития метаморфических и магматических горных пород или в районахраспространения осадочных пород, не содержащих органических остатков, т. е. втех случаях, когда нельзя применить палеонтологические методы.
Тектоническийметод основан на идее об одновременности проявления тектонических движений назначительных площадях поверхности Земли. Применяя этот метод, геологиустанавливают между слоями осадочных и метаморфических пород перерывы инесогласия, вызванные тектоническими движениями, и прослеживают их нарасстоянии. Слои, заключенные между двумя поверхностями несогласий,рассматриваются как одновозрастные. Тектонический метод используется внастоящее время совместно с минералого-петрографический и стратиграфическим длярасчленения древних, докембрийских и более молодых пород, не содержащихокаменел остей. При этом следует всегда учитывать, что тектонические движенияна больших территориях проявляются неодновременно и с разной скоростью. Поэтомутектонический метод приносит эффективные результаты на небольших площадях.
Геофизическиеметоды основаны на изучении отдельных физических свойств горных пород. Их сталиупотреблять в стратиграфии совсем недавно, методика их применения все времясовершенствуется. Основным из геофизических методов является электрокаротажный.Этот метод широко употребляют в нефтяной геологии. Принцип его достаточнопрост, в его основе лежит измерение удельного электрического сопротивления слоевгорных пород.
В скважинуопускают специальный снаряд — зонд, соединенный электропроводами с самопишущимприбором. По мере опускания зонда в скважину на бумажной ленте самописецвырисовывает кривую — диаграмму изменения удельного сопротивления. Каждый слойимеет определенное сопротивление, и по каротажной диаграмме весь разрезскважины легко расчленяется на отдельные слои. Эти слои затем прослеживают всоседних скважинах по составленным для них каротажным диаграммам.Электрокаротажный метод позволяет расчленить разрез на отдельные слои ипроследить их по площади.
4. Определениеотносительного возраста магматических пород
Всемагматические породы по условиям их образования делятся на интрузивные(внедрившиеся) и эффузивные (излившиеся). Как первые, так и вторые не содержаторганических остатков. Поэтому их относительный возраст можно определить толькокосвенным путем, учитывая взаимоотношение с осадочными породами, содержащимиокаменелости. Рассмотрим это на примере.
Нагеологическом разрезе присутствуют осадочные и магматические породы. Возрастосадочных пород известен, он установлен по окаменелостям. Интрузивные породы —граниты и диориты, внедрившиеся в толщу осадочных пород, имеют различныйвозраст. Граниты древнее, они прорывают отложения силура и перекрыты породамидевона. Их внедрение произошло между силуром и девоном. Внедрение диоритовсовершилось позже — на границе девона и карбона. Возраст базальтов — эффузивныхпород — устанавливается стратиграфическим методом. Их излияние произошло награнице карбона и перми, так как в разрезе они залегают между породами этоговозраста.
Последовательностьобразования жильных пород устанавливается по взаимоотношению жил между собой:раньше возникли те жилы, которые пересекаются последующими.
5. Периодизацияистории Земли
При помощинекоторых из разобранных ранее методов определения относительного возраста ужек середине прошлого столетия геологи расчленили всю толщу земной коры накрупные стратиграфические подразделения — группы и системы. В дальнейшем сталивыделяться более дробные стратиграфические подразделения: отделы, ярусы и зоны.
Каждоестратиграфическое подразделение формировалось в течение определенного этапа вистории Земли, оно отражает эволюцию земной коры и органического мира заопределенный промежуток времени. Поэтому между стратиграфическими игеохронологическими подразделениями существует тесная связь. Стратиграфическиеподразделения применяют для обозначения комплексов слоев горных пород, асоответствующие им геохронологические подразделения — для обозначения времени,в течение которого эти комплексы слоев накопились.
Для тогочтобы избежать путаницы в наименованиях, еще в 1900 г. на сессии Геологического конгресса в Париже были утверждены единые для всех стран названиястратиграфических и геохронологических единиц. Ниже приводятся названия исоотношение этих единиц.Стратиграфические подразделения Геохронологические подразделения
Группа
Система
Отдел
Ярус
Зона
Эра
Переход
Эпоха
Век
Время (фаза)
Употребляемаяв исторической геологии система двух шкал с одинаковыми названиямиподразделений (например, палеозойская группа — палеозойская эра, пермскаясистема — пермский период, московский ярус — московский век) принята неслучайно. Дело в том, что о геохронологических единицах — единицах времени —можно говорить повсеместно. Но слои горных пород могли в одном местенакапливаться, а в другом месте, наоборот, происходило разрушение ранееобразовавшихся слоев. Например, в Москве и ее окрестностях на известнякахкарбона сразу залегают юрские глины. В разрезе отсутствуют отложения перми итриаса, так как в пермском и триасовом периодах в окрестностях Москвыосадкообразования не было. Таким образом, для окрестностей Москвы мы можемговорить только о геологическом времени — о пермском и триасовом периодах, втечение которых осадконакопления не происходило. Об отложениях пермской итриасовой систем мы ничего говорить не можем, так как в окрестностях Москвы ихнет.
Говоря оботносительном времени, мы употребляем геохронологические названия, говоря оботложениях — стратиграфические. Каждому геохронологическому подразделениюсоответствует эквивалентное ему стратиграфическое.
В своейпрактической работе геологи используют два типа стратиграфическихподразделений: указанные выше единицы единой стратиграфической шкалы,являющиеся основными, и местные стратиграфические подразделения. Последниевыделяются геологами в тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя использоватьединицы единой стратиграфической шкалы.
Подразделенияединой стратиграфической шкалы. Эти подразделения геологи устанавливают вестественных и искусственных обнажениях, чтобы затем проследить их на местностии нанести на геологическую карту. Они имеют международные наименования,утвержденные Геологическим конгрессом. Особенно это касается крупныхстратиграфических единиц, как группа, система и отдел. Чем крупнеестратиграфическая единица, тем легче ее проследить на больших расстояниях.
Группы —наиболее крупные подразделения единой шкалы. Они отражают большие этапыразвития Земли и ее органического мира в течение эры. Границы группсоответствуют важным переломным рубежам в истории органического мира. В нашевремя выделяют архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую икайнозойскую группы. Три последние группы подразделяются на системы. Индексгрупп образован двумя прописными буквами латинского алфавита (AR, PR, PZ, MZ, KZ).
Системыобъединяют отложения, образовавшиеся в течение одного периода. На границахсмежных систем наблюдают обновление фауны и флоры, связанное с изменениемфизико-географических условий на поверхности Земли. Системы состоят из двух илитрех отделов. В наше время выделяется 12 систем, для каждой из них принятопределенный цвет изображения на геологической карте, являющийся международным,и индекс, образованный начальной буквой латинского названия системы.
Отделхарактеризует отложения, образовавшиеся в течение эпохи. В состав отдела входитнесколько ярусов. Названия отделам даются по их положению в системе: нижний иверхний при двучленном делении системы; нижний, средний и верхний — притрехчленном. Для эпох — времени накопления пород, составляющих отдел,применяются иные названия: ранняя и поздняя — при двучленном делении; ранняя,средняя и поздняя — при трехчленном. Например, нижний отдел юрской системыформировался в раннеюрскую эпоху, или, сокращенно, в ранней юре. Нагеологической карте отделы закрашивают оттенками цвета системы, а их индексысодержат соответствующие цифры, добавленные к индексу системы (например: О1— нижний ордовик, Т3 — верхний триас).
Ярусхарактеризует отложения, образовавшиеся в течение одного геологического века.Ярус является частью отдела, он содержит определенный комплекс окаменелостей стипичными только ему родами и видами. Название ярусов происходит отгеографических названий местностей, где они были выделены (московский ярус, казанскийярус и др.).
Зона — частьяруса. Ее границы устанавливают по характерному зональному комплексу видов, аназвание дают по наиболее важному руководящему виду из этого комплекса.
Местныестратиграфические подразделения. Местные стратиграфические подразделенияиспользуют в тех случаях, когда трудно или невозможно установить единицымеждународной шкалы (особенно ярусы и зоны). Такие случаи встречаются часто впрактике геологоразведочных работ. Иногда они связаны с отсутствиемпалеонтологических остатков, а нередко присутствуют настолько своеобразныеокаменелости, что по ним нельзя отнести слой к определенной единице международнойшкалы.
В Россииприняты следующие местные стратиграфические единицы: комплекс, серия и свита.Они выделяются по совокупности литологических, палеонтологических и другихособенностей и имеют географические наименования (по месту их выделения).
Комплекс —наиболее крупная единица из этих подразделений. Он состоит из двух или болеесерий и охватывает очень мощную толщу пород, распространенных на большойплощади. Комплекс чаще используют при изучении докембрийских пород.
Серияобъединяет две или более свиты морских или континентальных пород (осадочных,вулканогенных, метаморфических) и может иметь значительную мощность.
Свитаявляется основной единицей местных стратиграфических подразделений. Она имеетдостаточно четкие границы и отличается от других свит совокупностьюлитологических и палеонтологических признаков. Свита может подразделяться наподсвиты, пачки и пласты.
Возрастместных стратиграфических подразделений устанавливают по палеонтологическимданным. Если окаменелости отсутствуют, то возраст определяют косвенным путем,учитывая возраст подстилающих и перекрывающих отложений. Определение возрастапозволяет увязать местные стратиграфические подразделения с подразделениямиединой стратиграфической шкалы.
Литература
1.Аугуста И., Буриан З.По путям развития жизни. – Прага, 1971
2.Гаврилов В.П.Путешествие в прошлое Земли. – М., 1996
3.Муратов М.В. Ранние эрыв истории Земли. // Природа, 1971, № 11
4.Немков Г.И. МуратовМ.В. и др. Историческая геология. – М., 2004