Седиментология и наука о Земле
В табл. 1 показана связь седиментологии с фундаментальными науками — биологией, физикой и химией.
Применение данных той или иной фундаментальной науки к изучению осадков дает различные направления исследованиям в сфере наук о Земле. Эти направления должны рассматриваться как пути развития седиментологии в пределах ее геологического содержания.
Биология — наука о животных и растениях — привлекается для изучения ископаемых организмов, встречающихся в древних отложениях. Палеонтология может рассматриваться как самостоятельная дисциплина, которая рассматривает вопросы эволюции, морфологии и таксономии ископаемых организмов. Однако изучение ископаемых организмов в этой науке проводится по-существу в отрыве от их седиментологического значения.
Изучение ископаемых организмов в их взаимоотношении с осадками плодотворно ведется в двух направлениях. Стратиграфия основывается на выделении биостратиграфических зон и изучении их связей с литостратиграфическими единицами. Полноценная биостратиграфия представляет основу для регионального структурного и седиментологического анализов.
Второе главное направление изучения ископаемых организмов заключается в изучении поведения этих организмов в прижизненном состоянии, их мест обитания и взаимоотношений с окружающей средой. Это направление называется палеоэкологией. Там, где можно доказать, что ископаемые организмы захоронены in situ, они являются важными индикаторами окружающей среды. Анализ окружающей среды заключается в определении обстановки накопления осадка.
Наш обзор седиментологии от биологических аспектов переходит к тем сторонам, которые включают биологические, физические и химические характеристики осадочных пород. Для того чтобы определить обстановку накопления какой-либо осадочной породы, очевидно, важно правильно определить и интерпретировать присутствующие в ней ископаемые организмы. В самых простых случаях корни растений указывают на наземную обстановку, а коралловый риф — на морскую. Однако в прикладной седиментологии часто приходится ограничиваться изучением кусочков породы из буровых скважин. Поэтому при подземных поисках стратиграфия и интерпретация среды осадконакопления базируются на данных микропалеонтологии. Следовательно, для седиментологии наиболее важны два аспекта палеонтологии — изучение окаменелостей как породообразователей (например, в известняках) и микропалеонтология.
Помимо биологии, анализ окружающей обстановки основывается также на изучении физических свойств пород. К этим свойствам относятся размер зерен, а также структуры и текстуры пород. Гидравлика изучает движение флюида. Один из многих аспектов гидравлики — это связь между флюидами, текущими поверх зернистых твердых тел. Все эти физические явления и свойства осадка могут изучаться с помощью теоретической математики, экспериментальным путем в лабораториях или в полевых условиях в современных осадочных обстановках. В равной мере эти методы могут быть использованы при изучении физических свойств древнего осадка для характеристики флюидных процессов, которые контролировали его отложение.
При анализе окружающей обстановки важное значение приобретает химия осадков. Состав обломочных минералов терригенных пород указывает на источник сноса и их председтментацтонную историю. Аутигенные минералы могут дать информацию как об обстановке накопления породы, так и о ее последующей диагенетической истории.
Таким образом, анализ окружающей обстановки заключается в применении данных биологии, физики и химии к изучению осадочных пород.
Фациальный анализ — это раздел региональной седиментологии, который включает три направления. Осадки какой-либо площади должны быть сгруппированы в различные природные типы или фации, охарактеризованные литологически по осадочным текстурам и ископаемым организмам.
Для каждой фации определяется обстановка осадконакопления, а на основе данных биостратиграфии определяется время образования фаций.
Подобно анализу обстановки осадконакопления, фациальный анализ использует данные биологии, химии и физики. Однако фациальный анализ включает изучение крупных осадочных бассейнов в региональном плане. При этом важную роль приобретает геофизика, но не в смысле изучения свойств осадочного покрова, а для познания физических свойств и процессов той части земной коры, в которой формируются бассейны осадконакопления.
Двигаясь далее вниз по табл. I мы приходим к химическим особенностям осадков. Выше уже было показано как химизм осадков помогает изучению окружающей обстановки осадконаконления и фациальному анализу. Термины петрология и петрография сейчас стали более или менее синонимичными в применении к микроскопическому изучению пород. Кроме того, большую роль играет петрофизика, которая изучает такие физические свойства, как пористость и проницаемость. Однако обычно все эти термины применяются в смысле изучения минералогии пород.
Осадочная петрология имеет важное значение по ряду причин. Как уже отмечалось, с ее помощью можно установить источник терригенных пород и условия окружающей обстановки накопления многих карбонатов. Кроме того, петрографические исследования помогают понять процессы диагенеза — постседиментационных изменений в осадках. В результате этих исследований были определены химические реакции, которые имели место между породой и проходящим через нее флюидом. Изучение диагенетических процессов имеет важное значение, так как они могут привести к уменьшению или увеличению пористости и проницаемости пород. Все это имеет прямое отношение к изучению свойств водных и углеводородных резервуаров. Химические исследования также имеют значение для познания тех диагенетических процессов, в результате которых формируются эпигенетические рудные месторождения, как, например, месторождения свинцово-цинковых сульфидных и карнотитовых руд.
Наконец, в конце таблицы видим химию в ее чистом применении к осадочным породам, которая называется осадочной геохимией. Это направление само по себе очень широкое. Конкретное его назначение — исследование химических и микрокристаллических осадков, которые почти не поддаются изучению микроскопическими методами. Поэтому главное назначение осадочной геохимии— это изучение глинистых минералов, фосфатов и эвапоритов.
Органическая геохимия изучает главным образом процессы происхождения и созревания каменного угля, нефти и природного газа. Взяв на вооружение достижения биологии и химии, органическая геохимия выросла во вполне самостоятельную отрасль науки. В приведенном обзоре я пытался показать, как седиментология взаимодействует с другими геологическими дисциплинами. И далее в книге постоянно будет показываться, насколько прочно седиментология базируется на данных фундаментальных наук — биологии, физики и химии.
