Стратиграфия (в геологии)

Стратиграфия (в геологии)
Стратиграфия (от лат. stratum - настил, слой и ...графия), раздел геологии, изучающий последовательность формирования геологических тел и их первоначальные пространственные взаимоотношения. Для этих целей в первую очередь используется возможность прослеживания пластов осадочных горных пород и изучение их фациальных изменений в бассейнах прошлых геологических эпох. Основное значение для установления одновозрастности изученных отложений имеет состав ископаемых организмов, находимых в осадочных толщах, отражающих необратимое развитие органического мира Земли (см. Биостратиграфия). Поэтому С. тесно связана с палеонтологией, а также с геохронологией - учением о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Возникновение С. связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы.

Исторический очерк. Отдельные вопросы становления С. как науки разрабатывались в 17 в. датским учёным Н. Стено (Стенсеном), с именем которого связывается закон последовательности напластования пород, однако её основы были заложены в 18 в. немецкими учёными И. Леманом и Г. Фюкселем и русским учёным М. В. Ломоносовым. На рубеже 18 и 19 вв. английским инженером У. Смитом впервые был предложен палеонтология, метод, который был развит в 1-й половине 19 в. в трудах английских учёных Р. Мурчисона и А. Седжвика, французских - Ж. Кювье, А. Броньяра, А. д'Орбиньи, немецкого - А. Оппеля и русских - Д. И. Соколова, Н. М. Языкова.

В конце 18 в. отложения, слагающие земную кору, было принято подразделять в Западной Европе на первичные (ныне палеозойские), вторичные (мезозойские) и третичные (кайнозойские) образования. Первые два термина вскоре утратили своё значение, третий, предложенный итальянским геологом Ардуинов 1759, применяется поныне [см. Третичная система (период)] зарубежными геологами. В 1829 новейшие рыхлые отложения были выделены французским геологом Ж. Денуайе под названием четвертичных отложений [см. Антропогеновая система (период)].

В 1-й половине 19 в. в результате исследований, проводившихся в разных странах, были обособлены геологические системы и намечена их последовательность в истории Земли. На сессии Международного геологического конгресса в Болонье (1881) было принято общее соподчинение подразделений геологической истории Земли и зафиксированы выделенные ранее системы и отделы. В 1900 французским геологом Э. Реневье был предложен сводный "хронограф", включающий не только системы и отделы, но также и ярусные подразделения, которые используются с рядом изменений и уточнений. Большой вклад в создание и разработку общей стратиграфической шкалы был сделан русскими и советскими геологами А. П. Карпинским, Н. И. Андрусовым, А. П. Павловым, Д. В. Наливкиным, А. Н. Криштофовичем, В. В. Меннером, французскими учёными Э. Огом, М. Жинью, немецкими - И. Вальтером, О. Шиндевольфом, австрийским - М. Неймайром, американскими - Ч. Уолкоттом, Ч. Шухертом и К. Данбаром. В середине 20 в. особенно интенсивно начали изучаться древнейшие этапы развития Земли, где благодаря работам группы советских геологов во главе с Н. С. Шатским, финского геолога И. Седергольма, норвежского геолога У. Хольтедаля, американских геологов А. Грабау и К. Стокуэлла наметилась возможность установления единой системы подразделений (см. Докембрий).
Предмет и методы исследования С. Основным положением в С. является закон последовательности напластования, когда при нормальном залегании пластов каждый подстилающий пласт древнее покрывающего; исключение из этого правила наблюдается только в том случае, когда в результате тектонических деформаций первичное залегание пластов нарушается, и они могут оказаться перевёрнутыми. Пласты горных пород, отлагавшиеся в бассейнах прошлых геологических периодов, залегают в определённой последовательности, изучая которую можно составить стратиграфическую колонку. При сопоставлении этих колонок применяются различные методы, из них наиболее распространённым и надёжным является палеонтологический метод, основанный на необратимом прогрессивном развитии органического мира Земли. Палеонтологический метод может применяться только с учётом данных палеоэкологии.
По существу все группы ископаемых организмов могут быть использованы для целей стратиграфической корреляции; особенно большое значение имеют остатки мельчайших организмов, встречающихся в массовом количестве (фораминиферы, радиолярии, нанопланктон, диатомовые и др.); даже небольшие куски осадочных горных пород содержат сотни и тысячи таких организмов, что особенно важно при определении возраста пород в кернах буровых скважин. Этими же особенностями отличается и применение споровопыльцевого анализа, который используется для определения возраста осадочных толщ всех подразделений фанерозоя (см. Фанерозойский эон). Палеонтологический метод имеет широкое применение во всей фанерозойской истории Земли. В более древних отложениях докембрия остатки животных встречаются крайне редко; в массовом количестве встречаются следы жизнедеятельности синезелёных водорослей, которые в 1960-е гг. начали с успехом использоваться для расчленения и корреляции карбонатных толщ верхнего докембрия; в более древних отложениях палеонтологический метод пока не применяется.
Ведущее значение для более древних отложений приобретают данные изотопных определений, основанные на радиоактивном распаде различных элементов (К, U, Pb), заключённых в минералах осадочных и магматических горных пород (см. Геохронология). Информация по изотопному возрасту осадочных пород довольно скудна. При калий-аргоновом методе датирования используются очень редкие калийные соли (карналлит) и обычный для осадочных пород глауконит. Рубидий-стронциевый метод определения применяется при исследовании разнообразных глинистых пород и кислых эффузивов; урано-ториевым методом датируются цирконы из эффузивов.
Значительно более полные данные о возрасте пород указанными методами могут быть получены для разнообразных интрузивных горных пород, внедрявшихся в осадочные толщи; основная трудность заключается в том, чтобы привязать эти точные цифры к стратиграфической колонке (для этих целей внимательно изучаются контакты интрузивного тела с осадочными слоистыми толщами). Во многих случаях истинный возраст интрузивных массивов может быть установлен только по результатам изотопных определений.
Из др. методов корреляции слоистых осадочных и вулканогенных толщ используются данные литологического и геохимического исследования (сопоставление по преобладанию тех или иных минералов или элементов) и различные геофизические методы разведки - данные палеомагнитных (см. Палеомагнетизм) и электрокаротажных определений, которые применяются для сопоставления разрезов буровых скважин на разведочных площадях.
Стратиграфические подразделения и шкалы. Применение всех методов корреляции дало возможность составить для всего земного шара общий сводный стратиграфический разрез, на основе которого установлена строгая иерархия стратиграфических подразделений. Такая система стратиграфических подразделений, или стратиграфическая шкала, была впервые утверждена на Международном геологическом конгрессе в Болонье в 1881. В середине 20 в. она была дополнена введением эонотемы - наиболее крупного подразделения стратиграфической шкалы, сформировавшегося в течение эона; применявшийся ранее термин "группа", обозначавший отложения, сформировавшиеся в течение эры, заменяется термином "эратема". С этими дополнениями и изменениями соподчинённость принятых подразделений имеет следующий вид (справа указаны соответствующие им геохронологическис подразделения):
Общие стратиграфические??? Геохронологические
подразделения?????????????????????????????????????????????????? подразделения
Эонотема?????????????????????????????????????????????????????????????? Эон
Эратема (группа)????????????????????????????????????????????? Эра
Система?????????????????????????????????????????????????????????????????? Период
Отдел???????????????????????????????????????????????????????????????????????? Эпоха
Ярус??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? Век
Зона (хронозона)??????????????????????????????????????????? Время
Каждое из указанных стратиграфических подразделений отвечает естественному этапу развития Земли и её органического мира; они распознаются на всех материках и, как показало бурение, проведённое в 1970-х гг., и в океанических впадинах. По мнению некоторых исследователей, ярусы геологические и зоны стратиграфические имеют только местное значение; это положение справедливо в тех случаях, когда ярус и зона выделяются на материале изолированных палеобассейнов, фауна которых развивалась обособленно ине была связана с Мировым океаном (например, неогеновые отложения Черноморско-Каспийского бассейна). Если за стратотип ярусов и зон берутся разрезы открытых океанических бассейнов, эти подразделения могут быть прослежены практически по всему земному шару.
Последняя, фанерозойская эонотема стратиграфической шкалы СССР делится на 3 эратемы геологические (группы) и 12 систем геологических. Общая их последовательность приведена в ст. Геохронология, а подробная характеристика конкретных систем и подчинённых ей ярусов и зон дана в соответствующих статьях по системам [например, Кембрийская система (период)]. Для антропогеновой (или четвертичной) системы предложена своя шкала подразделений, отражающая специфическую методику её корреляции, основанную на палеоклиматических данных. Точно так же особые подразделения вводятся теперь для докембрия, в котором палеонтологический метод находит ограниченное применение. Имеющиеся данные показывают, что отделы геологические, ярусы и зоны в докембрии пока не могут быть выделены, а системы и эратемы имеют совсем иное обоснование, чем в фанерозое; правильнее говорить об эквивалентных им протоэратемах и протосистемах - фитемах.
Отделы, ярусы и зоны единой или общей стратиграфической шкалы не везде распознаются с желаемой точностью и не отражают местные особенности строения разрезов. Поэтому основой стратиграфической классификации во многих районах являются т. н. местные стратиграфические подразделения; если они имеют палеонтологическое обоснование и включают отложения, значительно изменяющие свой состав по простиранию, то выделяют горизонты. (примерно отвечающие по объёму ярусу или подъярусу) и лоны (локальные зоны). Наоборот, если ведущими при выделении местного подразделения являются особенности литологического состава горных пород, то в этом случае принимается особая система литостратиграфических подразделений; их соподчинение, принятое в СССР, следующее (справа указаны эквивалентные им подразделения, принятые в США):
СССР??????????????????? США
Серия ???????????????? Группа (group)
Свита ????????????????? Формация (formation)
Пачка ???????????????? Член (member)
Местные подразделения по своему объёму могут не отвечать подразделениям общей шкалы. Так, например, серия геологическая может отвечать системе геологической, отделу и ярусу, свита геологическая - отделу, ярусу и зоне, пачка - ярусу и зоне; они могут быть прослежены до тех пор, пока сохраняются особенности литологического состава пород; границы их не являются строго изохронными.
Выделение общих и местных подразделений стратиграфической шкалы в каждой стране регулируется системой правил, составляющих стратиграфический кодекс. Во многих странах имеются утвержденные правила (например, в СССР "Стратиграфическая классификация и терминология", 1965); такого же рода кодексы и правила выработаны в Чехословакии, Великобритании, Франции и США.
Основная проблема, стоящая перед современной С., - выяснение общей последовательности отложений, слагающих земную кору. Эта задача особенно актуальна для древнейших отложений докембрия. Новейшая (фанерозойская) история Земли (моложе 570 млн. лет) выяснена несравненно лучше, но и здесь предстоит работа по уточнению ныне принятого подразделения, созданию глобальных ярусных и зональных стратиграфических схем, а также построение детальных местных стратиграфических шкал и увязка их с общей шкалой.
Практическое применение. С. является основой при регионально-геологических исследованиях, позволяющих понять особенности тектоники территории, определить направление поисков и разведки полезных ископаемых; особенно это относится к пластовым месторождениям (нефть, уголь, железные и марганцевые руды, фосфориты, бокситы, каменные и калийные соли, чёрные урансодержащие сланцы и др.), которые строго приурочены к определённым стратиграфическим уровням. Без детального изучения стратиграфического разреза не могут быть составлены геологические карты и проведены различные инженерно-геологические работы. В СССР ведущие центры в области С.: Геологический институт АН СССР в Москве, институт геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР в Новосибирске, Всесоюзный геологический институт (ВСЕГЕИ) министерства геологии СССР в Ленинграде и др. В СССР и за рубежом стратиграфические исследования ведутся практически во всех крупных геологических управлениях и институтах, а также на геологических кафедрах высших учебных заведений; издаётся многотомная серия - "Стратиграфия СССР", обобщающая регионально-стратиграфические работы. В СССРв 1955 создан Межведомственный стратиграфический комитет (МСК), координирующий все стратиграфические работы в стране (при МСК имеются постоянные комиссии, объединяющие специалистов по той или иной стратиграфической системе). При Международном союзе геологических наук имеется Стратиграфическая комиссия, руководящая работой рабочих групп, посвященных различным стратиграфическим проблемам.
Лит.: Жинью М., Стратиграфическая геология, пер. с франц., М., 1952; Леонов Г. П., Основы стратиграфии, т. 1-2, М., 1973-74; Данбар К., Роджерс Дж., Основы стратиграфии, пер. с англ., М., 1962; Жамойда А. И., Ковалевский О. П., Моисеева А. И., Обзор зарубежных стратиграфических кодексов, М., 1969; Стратиграфическая классификация, терминология и номенклатура, М., 1965; Степанов Д. Л., Принципы и методы биостратиграфических исследований, Л., 1958 (Тр. Всес. научно-и. геоло-горазведочного института, в. 113).
? Б. М. Келлер.