Современный

KQ-M Суперхрон смешанной полярности мелового-четвертичного (антропогенового) периодов

К—N Меловой суперхрон нормальной полярности

JK—M Юрско-меловой суперхрон смешанной полярности

(неопределенный интервал, отвечающий суперхрону)

PТ—М Пермско-триасовый суперхрон смешанной полярности

PC—R Пермско-каменноугольный суперхрон обратной полярности

С—М Каменноугольный суперхрон смешанной полярности

Для оставшихся подразделений выделение преимущественной полярности еще на стадии разработки.

8.8.10.Применение палеомагнитных исследований в стратиграфии

Магнитостратиграфические исследования ведутся по нескольким направлениям, которые включают в себя:

• Расчленение толщ горных пород по палеомагнитным характеристикам (полярности, координатам полюсов, реперным горизонтам аномальных направлений векторов J_n, скалярным параметрам).

• Палеомагнитную корреляцию региональных и местных стратиграфических схем и их сопоставление с общей стратиграфической шкалой.

• Создание единой магнитостратиграфической шкалы.

Практика использования палеомагнитного метода показала, что наиболее успешно он может использоваться при решении следующих задач стратиграфии:

1. Изучение стратиграфии четвертичных и плиоценовых отложений, определения нижней границы четвертичной системы.

2. Разработка и обоснование геохронологической шкалы для протерозоя и фанерозоя.

3. Корреляция стратиграфических шкал для континентов и биогеографических, областей, в особенности континентальных образований и привязка их к общей шкале.

4. Изучение стратиграфии немых толщ, определение геологического возраста вулканогенных образований и руд.

5. Детальная корреляция разрезов неогена, триаса — верхней перми, ордовика — верхнего кембрия.

Объекты палеомагнитных стратиграфических исследований определяются как поставленными задачами, так и тем, насколько вероятна сохранность первичной намагниченности J°n в породах и насколько просто ее выделить.

Наиболее благоприятными объектами являются первично окрашенные красноцветные осадочные породы и эффузивы основного состава, некоторые сероцветные осадочные породы и бокситы.

8.8.11. Методика палеомагнитного опробования

Палеомагнитология имеет дело с векторными величинами, поэтому образцы для палеомагнитных исследований должны быть ориентированы в пространстве. Для этого выбирают плоскость маркировки и измеряют с помощью горного компаса азимут и угол наклона этой плоскости. При изучении слоистых осадочных образований, чтобы избежать пересчетов, в качестве плоскости маркировки стараются выбрать плоскость напластования. Линию падения наносят на плоскость маркировки со стрелкой в сторону падения, азимут этой линии и угол ее наклона (угол падения) измеряют и записывают; при горизонтальном залегании стрелку направляют на север.

8.8.12.Некоторые проблемы магнитостратиграфии

Одной из основных проблем магнитостратиграфии является поиск дополнительных диагностических признаков для выделения. Это связано с возможностью ошибочной корреляции разновозрастных единиц одной полярности и вероятной неопределенностью при выборе ее ранга, если основываться только на полярности. Кроме полярности и координат палеомагнитных полюсов, позволяющих идентифицировать лишь крупные подразделения палеомагнитной шкалы — мегазоны, гиперзоны и иногда суперзоны, такими признаками могут быть, например, какие-либо характерные черты поведения поля.

При построении магнитостратиграфической шкалы для раннего палеозоя и докембрия остро стоит проблема полярности, т.е. какой из двух полюсов считать северным.

Палеомагнитные построения и выводы основываются главным образом на синхронной, одновозрастной горной породе намагниченности. Компонент естественной остаточной намагниченности выделяется любым из методов или даже их совокупностью, далеко не всегда синхронен осадку или магматической породе. Горная порода во время своей «жизни» могла погружаться на глубину, подвергаться динамическим нагрузкам, претерпевать различные физико-химические изменения, в результате которых частично или полностью разрушается синхронная намагниченность и возникает новая, метахроная намагниченность J_n^m — возраст которой моложе возраста породы.

Метахронная намагниченность, с одной стороны, является помехой при изучении геомагнитного поля эпохи образования пород и составлении палеомагнитной геохронологической шкалы. С другой — она может дать определенную информацию о геомагнитном поле в последующие эпохи и сведения о дальнейшей геологической жизни пород и всего региона.

В настоящее время в качестве основной задачи для магнитостратиграфии является построение шкал геомагнитной полярности и опорных рядов координат палеомагнитных полюсов для венда и протерозоя.

8.9. Сейсмостратиграфия

К наиболее распространенным геофизическим методам, применяемым в стратиграфии, относят сейсмические, палеомагнитные исследования, а также каротаж. Из всех средств, затрачиваемых в мире на геофизические исследования, около 90% приходится на сейсмические исследования. Фундаментальные представления о строении земной коры, ее внутренних слоях — гранитном, базальтовом, о важных границах, разделяющих эти слои, — границе Конрада, границе между гранитным и базальтовым слоем, границе Мохоровичича, разделяющей земную кору и мантию, были получены в результате внедрения сейсмических методов исследований. Новые научно-технические достижения в сейсморазведке позволили решать и другие, более сложные задачи в таких фундаментальных отраслях геологии, как стратиграфия и литология. Именно в этом смысле был предложен американскими геофизиками Вейлом, Митчумом и Тоддом термин «сейсмостратиграфия».

При сейсмических исследованиях картину внутреннего строения геологических недр наблюдают с помощью сейсмических, или упругих, волн, которые распространяются в различных породах с различной скоростью. Скорость распространения волн зависит от разных типов пород, их пористости и плотности. Принцип работы состоит в следующем. В какой-либо точке возбуждают упругие волны. Обычно сейсмические волны возбуждают с помощью взрывных источников с использованием скважин. Другие способы, например, сбрасывания груза, электродинамической вибрацией и др. нашли ограниченное применение, т. к. генерируемая при этом энергия обычно недостаточна.

Точки, которые служат источниками возбуждения упругих волн, называются пунктами взрыва. А ряд других точек, которые служат для регистрации времени прихода энергии уже отраженных и преломленных волн от границ разделов между слоями в земле, называют пунктами приема. Отраженные и преломленные волны достигают поверхности Земли и регистрируются специальными приборами — сейсмоприемниками. Колебания сейсмоприемников преобразуются в фотоизображения вертикального разреза толщи пород. Такие разрезы в сейсморазведке называются временными разрезами (рис. 22).

В сейсморазведке существует понятие «акустическая жесткость» (произведение плотности пород на скорость распространения в них упругих волн). Чем больше перепад акустической жесткости на границе раздела двух сред, тем выше интенсивность отраженных волн. Границы пород, на которых происходит отражение волн, называют отражающими. Если перепад акустической жесткости более 10%, то такие отражающие границы называют сильными, опорными или сейсмическими реперами. В разрезах, как правило, опорные границы единичны, поэтому были разработаны методики регистрации слабых отражающих границ, которые заполняют пространство между сейсмическими реперами. Интерпретация таких границ и сопоставление с данными бурения в хорошо изученных районах позволяет получать по временным разрезам значительный объем стратиграфической информации.

На современных сейсмических разрезах выделяются не только изображения от сильноотражающих границ (сейсмических реперов), но и от большого количества менее интенсивных границ, заполняющих поля между сейсмическими реперами. Оказалось, что многие слабые границы располагаются не параллельно основным границам, а под разными углами к ним. Такая ориентировка неслучайна и отражает фундаментальные свойства реальных сред, которые используются при сейсмостратиграфическом анализе.

Сейсмические отражающие границы, как показал сейсмостратиграфический анализ, в масштабе геологического времени могут считаться изохронными. Это означает, что можно определить последовательность напластования и провести сопоставление одновозрастных толщ, т.е. выполнить основные стратиграфические процедуры. Ход рассуждений здесь следующий. Как выяснилось, скачок акустической жесткости на границах толщ обусловлен либо достаточно резкими изменениями условий осадконакопления, либо перерывом в осадконакоплении. Отложения, сформировавшиеся до перерыва, будут более плотными (с большей скоростью упругих волн), чем отложения, накопившиеся после перерыва. Скачок акустической жесткости на этом рубеже (сильная отражающая граница) будет изображать рельеф дна палеоводоёма в момент начала нового этапа осадконакопления.

Другая возможность сейсмостратиграфического анализа — выявление поверхностей стратиграфических несогласий. Несогласия фиксируются по сближению отражающих границ и по выклиниванию вблизи сейсмических реперов. По границам несогласий сейсмостратиграфические разрезы расчленяются на объемные геологические тела разных размеров, называемые сейсмическими комплексами и сейсмическими фациями.

Временной разрез является временным представлением геологического разреза, т. е. отражающие границы изображаются на нем в виде функции времени пробега волны от пункта взрыва до пункта регистрации. Если скорости распространения сейсмических волн до целевых отражающих горизонтов известны с достаточной точностью, то временной разрез можно трансформировать в глубинный. Существуют несколько методических приемов преобразования, но основа их одинаковая: времена отраженных волн преобразуются в глубины.

Глубинные сейсмические разрезы всегда точно соответствуют реальным геологическим разрезам. Для обеспечения достоверной геологической интерпретации сейсморазведочных данных нужно располагать пространственными (площадными, региональными) наблюдениями и покрыть исследуемую площадь достаточно плотной сетью увязанных между собой профилей (рис. 23).

Если таковые исследования проведены, то по полученным данным строят следующие карты.

Первая из составляемых карт — карта изохрон¹⁴⁹ — представляет площадное распределение времен отражения от некоего отражающего горизонта. Трассирование любого горизонта начинается в том месте, где он четко определен и надежно стратифицирован. Для стратиграфической привязки отражающих горизонтов лучше всего используются данные сейсмокаротажа. Прежде всего; стратиграфически привязанный сейсмический горизонт нужно проследить по всем другим профилям. Следующая операция — на карту расположения сейсмических профилей выписываются значения времен отражения. Точки карт, имеющие одинаковые значения времени отражения, соединяются линиями, и в результате мы получаем карту изохрон. На ней изображаются времена пробега отдельных отражений до картируемого отражающего горизонта. С целью представления глубинного строения района обычно строят карты изохрон по нескольким отражающим горизонтам.

149 Иэохрона — линия, соединяющая точки, достигнутые сейсмическими волнами за один и тот же промежуток времени.

Преимущество карт изохрон заключается в сравнительной простоте их построения по сейсмическим данным. Их главный недостаток состоит в том, что аномалии на картах изохрон в действительности являются аномалиями скоростной характеристики разреза. Подобные трудности интерпретации возрастают с увеличением сложности тектонического строения изучаемых структурных элементов. Кроме того, с глубиной уменьшается точность определения средней скорости из-за увеличения числа слоев с неизвестными скоростями. А изменение точности скорости на 5 % может привести к ошибке в определении глубины на 200 м для глубины 4 км.

Именно из-за неопределенности, содержащейся в картах изохрон, выбор точек заложения поисковых скважин производится по структурным картам, т. е. по картам изоглубин залегания отражающих горизонтов, и только при весьма простых геологических и тектонических условиях можно для этих целей пользоваться картами изохрон. Исходными данными для построения структурных карт служат:

1) временные сейсмические разрезы;

2) глубинные сейсмические разрезы;

3) карты изохрон, трансформированные в глубинные.

На карту расположения сейсмических профилей выносят значения глубин залегания отражающих горизонтов, например глубин, вычисленных для пикетов взрыва. Затем одинаковые значения глубины залегания определенного горизонта соединяются между собой, и получается структурная карта (рис. 24), которая напоминает топографическую, только вместо изолиний превышения рельефа местности над уровнем моря на ней нанесены линии изоглубин. В данном способе построения структурных карт предполагается, что закартированный отражающий горизонт однозначно прослежен на всех сейсмических разрезах и все разрывные нарушения учтены и вынесены на карту. Имеются программы вычисления на ЭВМ глубин залегания отражающих горизонтов, выделяемых на временных разрезах.

Вместе с термином «сейсмостратиграфия», заимствованным из англоязычной литературы, в отечественные публикации по этой проблеме вошел термин «сейсмофация». В англоязычной литературе под «сейсмофацией» понимается трехмерное тело, образуемое группой отражений (двухмерных поверхностей), которым свойствен набор параметров, отличный от параметров соседних сейсмофациальных единиц. Пространственная характеристика сейсмофациальной единицы складывается из конфигурации ее внешних поверхностей и конфигурации поверхностей синфазности, расположенных внутри ее.

Таким образом, американские авторы, которые ввели в геолого-геофизическую терминологию понятие «сейсмофация», употребляют термин «фация» совсем в ином смысле, нежели отечественные литологи, понимающие фацию как условия осадконакопления, единицу геологической среды осадконакопления, единицу палеоландшафта. В конечном счете «сейсмофация» представляет собой определенную форму сейсмической записи, как правило, отражающую характер напластования внутри исследуемой толщи.

Сейсмостратиграфический анализ основывается на изучении сейсмогеологических поверхностей раздела как внешних граничных поверхностей осадочных комплексов, так и «сейсмофаций», т. е. характера и напластований внутри границ. Цель анализа — расчленение сейсмического разреза на некоторые аналоги осадочных комплексов — сейсмические комплексы, генетически увязанные с тектоноседиментационными особенностями развития и строения бассейна. На начальном этапе сейсмостратиграфического анализа прежде всего выделяются стратиграфические несогласия, положительные и отрицательные тектонические формы (грабены, горсты, диапиры и др.), крупные зоны выклиниваний, а затем и более мелкие объекты, с которыми генетически могут быть связаны неантиклинальные ловушки (крупные органогенные постройки, останцы, врезы и т. д.). Производится также сопоставление выделенных комплексов с региональными и общими стратиграфическими шкалами, определяются возраст и соответствие этих комплексов известным стратонам (ярусам, подъярусам, свитам, пачкам и т. п.).

Сейсмофациальный анализ основывается на изучении внутреннего строения осадочных комплексов по сейсмическим данным и имеет целью выяснение палеотектонических и палеогеографических условий формирования осадочных комплексов, их формационной принадлежности. Базовой информацией этого анализа служат типы сейсмофаций, интерпретируемые с палеотектонической (прогибание, компенсированное или некомпенсированное осадконакопление) и палеогеографической точек зрения.

8.9.1. Основные положения сейсмостратиграфического анализа

Основные конструктивные положения сейсмостратиграфического анализа базируются на признании хроностратиграфической¹⁵² значимости сейсмогеологических границ и заключенных между ними сейсмических комплексов при соответствии последних определенным генетическим осадочным формациям и их сочетаниям.

20 {Chronostartigraphic units) — подразделения г. п., рассматриваемые в зарубежной литературе исключительно как свидетельства определенных интервалов геологического времени. Термин считается излишним, т. к. любое правильно выделенное стратиграфическое подразделение является одновременно и «хроностратиграфическим».

Хроностратиграфические возможности сейсмического метода

Под стратиграфическим горизонтом в узком смысле понимается синхронный горизонт, обеспечивающий хронологическую корреляцию геологических пород. Именно в этом, хроностратиграфическом смысле, чаще всего и применяется понятие стратиграфической корреляции в сейсмостратиграфии.

Основополагающей является гипотеза о том, что сейсмические отражающие границы приурочены к поверхностям напластования, т.е. скрытым или явным перерывам осадконакопления, и служат хроностратиграфическими реперами. Это позволяет определять по осям синфазности последовательность напластования и прослеживать границы относительно одновозрастных толщ, что, в конечном счете, приводит к решению основной задачи сейсмостратиграфического анализа — расчленению разреза на условно одновозрастные толщи. В этом случае отражающие горизонты, приуроченные к кровле и подошве сейсмического комплекса, фиксируют полный возрастной диапазон комплекса в областях согласного залегания и уменьшение этого диапазона в районах несогласного залегания. Но и несогласие оказывается важным в хроностратиграфическом смысле, поскольку породы, расположенные выше несогласия, практически всегда более молодые, чем расположенные ниже (за исключением постседиментационно опрокинутых слоев). Если сейсмические горизонты увязываются с биостратиграфическими границами, то сейсмические комплексы могут оказаться сопоставимыми со стандартными временными стратиграфическими подразделениями (системами, отделами, ярусами, свитами и т. п.).

Сейсмические границы, как правило, соответствуют поверхностям перерывов в осадконакоплении. В общем случае две любые смежные толщи, разделенные перерывом в осадконакоплении, следует считать несогласно залегающими, поскольку длительный перерыв всегда сопровождается определенным размывом отложений на отдельных участках бассейна, в результате чего верхняя толща оказывается залегающей на разновозрастных слоях. Точно также литологически однородная и даже примерно выдержанная по мощности песчаная или карбонатная пачка, сформированная в процессе трансгрессии палеоморя, может оказаться существенно разновозрастной, омолаживаясь в направлении перемещения береговой линии.

Однако в практике сейсморазведки несогласным залеганием обычно считают такое, которое фиксируется визуально обнаруживаемым по сейсмическим разрезам угловым несогласием.

8.9.2. Сейсмостратиграфические подразделения

Сейсмостратиграфические подразделения153 —геологические тела, которые выделяются в сейсмометрических границах. Последние представлены основными типами — се йсмо гори зонта ми и сейсмическими комплексами.

Сейсмогоризонт — поверхность внутри интервала геологического разреза, в котором формируется латерально устойчивый (когерентный) сейсмический сигнал, отвечающий волне определенного типа (отраженной, преломленной, обменной). Сейсмогоризонт соответствует избираемой особенности записи сейсмического сигнала (обычно главному экстремуму или вступлению) и его следует соотносить с латерально наиболее устойчивым и резким литологическим разделом внутри волнооб-разующей толщи, который играет существенную (иногда доминантную роль) в образовании сейсмического сигнала.

Сейсмические комплексы: принципы выделений и таксономия

Сейсмический комплекс представляет собой акустическое отображение осадочного комплекса пород или отдельных его элементов. Пространственная характеристика сейсмического комплекса складывается из геометрии его внешних поверхностей (сейсмоморфологии) и конфигурации поверхностей синфазности внутри него (сейсмофаций).

Макрокомплекс сейсмический (МК_С) — сейсмический образ трехмерного геологического тела, ограниченного сейсмогеологическими границами, в общем случае связанными с региональными поверхностями несогласий или перерывами осадконакопления, определяемого набором устанавливаемых по сейсмическим материалам морфологических, текстурных (сейсмофациальных), параметрических характеристик и отвечающего осадочному формационному комплексу, формирующемуся в течение крупных этажей геологической истории.

Мощность отложений, охватываемых МК_С, может соответствовать сотням метрам— нескольким километрам. В стратиграфической номенклатуре MK_с может соответствовать ярусу, подъярусу,

Комплекс сейсмический (Kс) — сейсмический образ трехмерного геологического тела, ограниченного, с одной стороны, (в подошве или в кровле) сейсмогеологической границей (в общем случае связанной с поверхностью несогласия или перерывом седиментации), а с другой — слоевой границей (скрытым перерывом), определяемой набором морфологических, сейсмофациальных и параметрических характеристик и отвечающего семейству осадочных формаций, формирующихся на определенных (трансгрессивных или регрессивных) фазах тектонических этапов. Мощности комплекса — в пределах 0,1—1 км.

Подкомплекс сейсмический (ПК_С) — сейсмический образ трехмерного геологического тела, ограниченного слоевыми разделами или эрозионными поверхностями, не приводящими к образованию видимого несогласия в залегании с ниже- и вышерасположенными телами, определяемого совокупностью морфологических, сейсмофациальных и параметрических характеристик и соответствующего одной или нескольким генетически связанным, сопряженным осадочным формациям. Мощности (п х 10)—100 м.

Клиноформа образуется при латеральном заполнении бассейна осадками в условиях некомпенсируемого погружения его дна и обычно представлена набором однонаправленных клиньев сигмовидной формы.

Покров — породнослоевая ассоциация, образующаяся при вертикальной аккреции¹⁵⁴ осадочной толщи в условиях обычно компенсируемого осадконакоплением погружения и представляющая собой комплекс параллельно-слоистых субгоризонтальных в палеоплане отложений. Покровы образуются как в течение стабильной в тектоническом отношении стадии развития бассейна, так и при его погружении или подъеме. Соответственно различают покровные комплексы стабильного, трансгрессивного и регрессивного строения. Кроме того, выделяют конденсированные покровы, формирование которых в отличие от обычных покровов происходит в обстановке региональной некомпенсации.

Микрокомплекс сейсмический (МКс) является составной частью ПК_С (подкомплекса сейсмического) и представляет собой микроклиноформу или микропокров, образованный за счет цикличности колебаний уровня моря. Микрокомплексы, как правило, отделяются друг от друга некоторым перерывом в осадконакоплении, поэтому к их поверхностям могут приурочиваться интенсивные и протяженные сейсмические границы. Мощность п—(п Х 10) м. Обычно соответствует пачке слоев.

Слой сейсмический (СС) — составная часть МК_С. Он представляет собой сейсмическое изображение геологического слоя, объединяющего отложения с общими литологическим и признаками, закономерно изменяющимися по простиранию в зависимости от изменения фациальной обстановки осадконакопления.

Отражающая поверхность (ОП) является не поверхностью, а трехмерным геологическим телом с мощностью меньшей разрешающей способности сейсморазведки, вследствие чего сейсмическое изображение такого тела имеет вид площадки при однополупериодном представлении элементарного сейсмического сигнала. В стратиграфическом отношении ОП соответствует участкам перехода от одного слоя к другому или маломощным отдельным слоям.

В рассмотренных определениях сейсмических комплексов используется ряд признаков (морфологических, сейсмофациальных (текстурных), параметрических), и по каждому из этих признаков границы могут быть установлены различно, так что контуры отдельных сейсмических признаков могут не совпадать.

8.9.3. Эвстатические колебания уровня Мирового океана

Как уже было показано, сейсмические разрезы дают возможность определения относительного возраста по принципу Стенона. Датировка осадочных толщ в единицах общей стратиграфической шкалы, производимая биостратиграфическим методом, становится в этих условиях невозможной. Для этого сотрудниками фирмы «Exxon» (Vail et all) был предложен новый метод, основанный на гипотезе цикличных колебаний уровня Мирового океана.

Явления глобальных изменений уровня моря на протяжении геологического времени вызывают все возрастающий интерес.

Изменения уровня моря привлекаются для объяснения геологических явлений с XVIII в., со времен Дж. Геттона. Время и амплитуда этих изменений рассчитывались исходя из следующих факторов:

1) площади континентов, остававшейся погруженной на протяжении определенных интервалов времени в прошлом;

2) величины изменений скорости спрединга океанических хребтов во времени. При этом подходе ошибки обусловлены использованием только одной гипсометрической кривой на протяжении времени;

3) данных сейсмической стратиграфии. Определенная последовательность стратиграфических свойств устанавливается по сейсмической записи, на которой выявляются поверхности отражения сейсмических волн. Эти поверхности отвечают изменениям уровня моря и могут быть скоррелированы с глобальными циклами уровня моря.

Построение концепции изменяющегося уровня моря основывалось на нескольких последовательных стадиях изучения. В начале были проинтерпретированы сейсмические разрезы всех континентов (исключая Антарктиду) и прилегающих морей. Они рассматривались как хроностратиграфические схемы и были проконтролированы биостратиграфическими данными. Затем исходя из этих хроностратиграфических схем были построены схемы циклов относительного изменения уровня моря для каждого изученного региона. Наконец составлена интегрированная схема глобальных циклов, которую рассматривают «просто как модальное среднее из скоррелированных региональных циклов».

На региональных и глобальных схемах циклов различаются циклы второго порядка, или суперциклы продолжительностью 10—80 млн лет, и циклы третьего порядка продолжительностью 1—10 млн лет.

Цикл включает в себя повышение уровня моря, его стабилизацию и последующее понижение. В начале цикла (трансгрессия) осадконакопление идет на шельфе. В конце цикла осадконакопление смещается на континентальный склон и абиссальную равнину, а осадки шельфа размываются. Анализ временных разрезов позволяет строить графики колебаний уровня моря и выделять интервалы очень высокого (highstand, HST) или очень низкого (lowstand, LST) его стояния. Сопоставление построенных графиков с мировой шкалой дает приблизительную датировку возраста осадочных толщ, не вскрытых бурением.