CC BY
19
УДК 551.73/.79:523.4
Р.Р. Габдуллин1
ВЫСОКОТОЧНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ ОСАДОЧНЫХ РАЗРЕЗОВ ФАНЕРОЗОЯ МЕТОДАМИ СОБЫТИЙНОЙ, ПАЛЕОМАГНИТНОЙ, СЕКВЕНТНОЙ И ЦИКЛИЧЕСКОЙ СТРАТИГРАФИИ2
Впервые осуществлена высокоточная планетарная корреляция осадочных разрезов морских и континентальных отложений фанерозоя на уровне маркирующих пластов или пачек комбинацией методов событийной, палеомагнитной, секвентной и циклической стратиграфии. Даны схемы диахронности биостратиграфических зон для позднего маастрихта.
Ключевые слова: корреляция, фанерозой, палеомагнетизм, секвенция, событие, цикличность, бурение.
For the first time a high-precision planetary stratigraphic correlation of sedimentary marine and continental deposits of Phanerozoic on the level of mark-beds and members by combination of methods of event, paleomagnetic, sequence and cyclic stratigraphy. Schemes of diachronism of biostratigraphic zones for the Late Maastrichtian are given.
Key words: correlation, Phanerozoic, paleomagnetism, sequence, event, cyclicity, drilling.
Актуальность. К ключевым проблемам геологии относятся проблемы геологического времени (датирование времени образования геологических тел, последовательность и длительность геологических событий, корректность геологической истории развития) и корреляции морских и континентальных отложений, из которых вытекают и другие проблемы.
В качестве примера оценки валидности имеющегося материала, а также для палеогеографических реконструкций построены карты значений скорости осадконакопления для позднемеловой эпохи в целом, а также для кампанского и маастрихтского веков для юга Русской плиты по 38 точкам (в основном по скважинам). Анализ скорости седиментации [Габдуллин и др., 2007а, б] позволил выделить области с ее явно завышенными (вследствие неучтенных перерывов) и заниженными значениями (результат неправильного расчленения разреза, например включение части дания и/или кампана в маастрихт). Таким образом, необходима методика, позволяющая найти общие корреляционные уровни и восстановить утраченные при бурении фрагменты разреза, т.е. стратиграфическое расчленение высокой точности.
Цель и задачи исследований. Методологически статья нацелена на модернизацию корреляции и повышение ее точности путем комбинации четырех стратиграфических методов: событийного, палеомаг-нитного, секвентного и циклического. Практическое приложение — оптимизация процесса производственного бурения и анализа его результатов.
В задачи входила, во-первых, разработка цикло-стратиграфической шкалы, позволяющей упорядо-
чить циклиты, начиная от элементарных пластовых и заканчивая циклитами высоких порядков (эвстати-ческие, секвентные и др.), что позволит циклостра-тиграфическую корреляцию планетарного масштаба, включая решение проблемы геологического времени и проблемы корреляции морских и континентальных отложений [Габдуллин, 2004а—в; Габдуллин и др., 2010] (на данный момент эта задача выполнена); во-вторых, модернизация метода циклостратиграфической корреляции на примере разрезов фанерозоя, а в-третьих, комплексная корреляция разрезов фанерозоя методами событийной, палеомагнитной, секвентной и циклической стратиграфии.
Модернизация метода циклостратиграфической корреляции на примере разрезов фанерозоя. В бывшем СССР проводились буровые работы впечатляющего объема, но детальность расчленения разреза и датировки границ по фауне в подавляющем большинстве случаев не отвечают современным представлениям. Предлагаемый в статье подход может помочь их уточнить и детализировать, т.е. модернизировать имеющийся материал.
Путем анализа каротажных диаграмм и литоло-гического описания можно выявить корреляционные уровни, которые позволят сопоставить «старые» и «новые» скважины, выделить орбитально-климатические циклы Миланковича, являющиеся реперами планетарного масштаба, которые контролируют системы секвентных трактов.
Например, в Подмосковье макроскопически хорошо видна и проявляется при статическом зондировании тонкая сезонная цикличность ледниковых и
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, доцент, канд. геол.-минер. н., e-mail: [email protected]
2 Работа выполнена при финансовой поддержке ОАО «ТНК-ВР Холдинг» (донорские гранты № 31-07 и № 71-08), РФФИ (грант 08-05-00283а) и ФЦП «Научные школы» (грант НШ 841.2008).
8 ВМУ, геология, № 1
Рис. 1. Палинспастическая схема для конца маастрихта—начала дания, по А.Г. Смиту и Дж.К. Бридену [1977]: 1 — местоположение разреза и его номер; 2 — линии профилей; 3 — скважина глубоководного бурения и ее номер; 4 — декканские траппы; 5 — метеоритный кратер на п-ове Юкатан
водно-ледниковых отложений (миллиметры, иногда дециметры), а также разнопорядковая цикличность в песках мелового возраста, юрских глинах. При сопоставлении графиков кривых лобового и бокового сопротивления по профилям на площади, как правило, выявляются общие корреляционные уровни, практически совпадающие с границами инженерно-геологических элементов (ИГЭ) и систем секвентных трактов.
Для детальной корреляции в пределах площадки, района или части геологической структуры, как правило, достаточно двух из четырех методов (событийная, палеомагнитная, секвентная и циклическая статиграфия).
Комплексная корреляция разрезов фанерозоя методами событийной, палеомагнитной, секвентной и циклической стратиграфии. Все упомянутые методы (за исключением секвентного) характеризуются глобальным общепланетарным влиянием и применимы для глобальной корреляции. Секвентный анализ незаменим для отдельных площадей и районов (строительные площадки и месторождения) и их палеогеографической оценки.
Примером детальной стратиграфической корреляции общепланетарного масштаба можно считать сопоставление геологических разрезов в разных частях света на уровне пластов или пачек, обусловленных климатическими вариациями. Связь орбитально-климатических циклов Миланковича с инверсиями магнитного поля Земли и геологическими событиями разной природы проанализирована в [Габдуллин и др., 2010]. В качестве примера одного из переломных моментов в геологической истории рассмотрим детально изученную и хорошо охарактеризованную границу мелового и палеогенового периодов. На палинспастической схеме (рис. 1) отображен ряд геологических разрезов (позиционированы в палео-координатах) континентов и скважин глубоководного бурения, приведены корреляционные профили и событийные маркеры — проявления траппового вулканизма на плато (нагорье) Деккан в Индии и метеоритный кратер на п-ове Юкатан в Мексике. Ниже кровли терминального маастрихта в полных разрезах выделяются 4 маркирующих уровня (A—D), которые соответствуют пластам и видны на графиках аналитических и каротажных диаграмм.
В Северном полушарии (рис. 2, 3) профили 1 и 2 проходят по периферии современного Средиземного моря и соответствуют северной и южной ветвям океана Тетис и его периферии — Перитетис.
На профиле 1 видно, что в Испании 4 маркирующих уровня (A—D) представлены сравнительно глубоководными известняками, в отличие от окружающих их относительно мелководных мергелей. Эти уровни отвечают увеличению глубины бассейна и его трансгрессии в прибрежные низменности, например во впадину Эбро. В одном из континентальных разрезов этой впадины наблюдаются 4 уровня экскурса магнитного поля, которым соответствуют эпизоды относительной гумидизации климата: увеличение числа угольных пластов, а также дорожки следов, кости и яйца динозавров. В формировании осадков со следами и фрагментами скелетов рептилий важную роль играли временные водные потоки, запечатывавшие следы и переносившие их кости и яйца. Уровни A—D отвечают максимумам глинистости (данные гамма-каротажа) в разрезе скважины Гамбургцева-2, более карбонатным песчаникам и песчанистым известнякам внутри терригенных разрезов Крыма (г. Беш-Кош, Ак-Кая) и Ирана, а также минимумам на кривой КС (скв. Лысогорская-6, Ставрополье) и экскурсам магнитного поля (Торонглы, Туркменистан).
СЕВЕРНАЯ ВЕТВЬ
3 ИСПАНИЯ
КАНТАБРИЙСКИЕ Щ ГОРЫ [Dinare's-Turell м áet al., 1995]
СРЕДИЗЕМНОМОРСКОГО АЛЬПИИСКОГО ПОЯСА
УКРАИНА РОССИЯ ТУРКМЕНИСТАН ИРАН В ЧЕРНОМОРСКИЙ ГОРНЫЙ СКИФСКАЯ ПЛИТА КЮРЕНДАГ КОПЕТДАГ ШЕЛЬФ КРЫМ ТОРОНГЛЫ, КАНАВЧАЙ, „ !о
КАЗАНДЖИК В ^ ^
ВПАДИНА ЭББРО
ВАЛЦЕБРЕ
[Oms et al., 2007]
2720 км
СКВ. ГАМБУРЦЕВА-2
[Никишин и др., 2005]
СКВ. ЛЫСОГОРСКАЯ-6, [Молостовский, Гужиков, h □ Ю-В. СТАВРОПОЛЬЕ Фомин уст.сообщ ] 3 w Косарев, Копыльцов, 1982] 349 км ^ щ
'Магнитное Магнитное*/^.
Др., ¿UIFJJ
kiú <—-—-склонение наклонение ^
Ш 40° вд. 55° в.д150270 90 :30л30. 57» в д.|
Реперные пласты A-D: трансгрессия
Рис. 2. Схема трансконтинентальной корреляции отложений терминального Маастрихта Евразии от Испании до Ирана по профилю 1:7 — известняки; 2а — песчанистые известняки, 26 — биокластические известняки; 3 — мергели; 4а — пески; рыхлые песчаники, 46 — песчаники; 5 — алевриты; 6 — сланцы; 7 — глины и мадстоуны; 8 — конгломераты; 9а — оолиты, 96 — эвапориты; 10 — строматолиты; 77 — следы наземных позвоночных; 12 — кости наземных позвоночных; 13 — яйца динозавров; 14а — наземные и вторично-водные позвоночные, 146 — мозазавры; 75 — наземная флора; 16— угли; 77—морские моллюски; 18 — Plicatula georgiana; 19 — Camptonectes íuíorae sp.nov.; 20— косая слоистость; 21 — приливная отмель, прибрежная равнина; 22 — литораль — солеродные лагуны; 23 — эстуарий; 24 — пелагиаль; 25 — литораль; 26 — Cancellophycos sp.; 27 — разрез и его номер; 28 — скважина глубоководного бурения и ее номер. Здесь на рис. 3, 5 разрезы выровнены по кровле верхнего Маастрихта
Рис. 3. Схема трансконтинентальной корреляции отложений терминального маастрихта Северной Африки по профилю 2. Условные
обозначения см. на рис. 2
Глубоководный, трансгрессивный характер уровней подтверждается еще и секвентным анализом (Иран, тракт высокого стояния — ТВС). Ранг циклов, которые генерируют эти маркирующие пласты, фиксируемые в морских и континентальных осадках, скорее всего, отвечает вариациям эксцентриситета орбиты Земли.
На профиле 2 (рис. 3) уровни A—D отвечают сравнительно более теплым и мелководным фациям и трактам (тракт низкого стояния — ТНС, трансгрессивный системный тракт — ТСТ), чем окружающие их осадки (ТВС). На примере профиля 2 показана диахронность биостратиграфических зон и преодоление проблемы немых зон. Сверху на рис. 4 показан ложный временной сдвиг: «ползет» хроностратигра-фический каркас из маркирующих горизонтов, чего не может быть. Циклы Миланковича и инверсии магнитного поля Земли, как и важные геологические события — падение метеорита (импактное событие), трапповый вулканизм (Деккан), — четко позиционированы во времени. «Распрямив» каркас из корреляционных линий (рис. 4), увидим геохронность биозон (их границы пересекают абсолютные отметки геологического времени). На профиле 1 (рис. 5, А) сдвига нет. Реперные уровни четко увязаны с палео-магнитной шкалой. Небольшие вариации связаны с
шагом отбора образцов. Восточное течение определяло направление и скорость расселения планктонных организмов.
На профиле 3 от Антарктиды через Южную Америку (рис. 6) видно, что реперные пласты A—D отвечают регрессии и потеплению, это подтверждается присутствием более мелководных фаций, чем окружающие их осадки (разрезы о-ва Сеймур и о-ва Левингстона в Антарктиде, разрезы Рио-Негро, Чубут, Ньукуен, Церро Бутало, Сальта в Аргентине), а также находками более теплолюбивых мелководноморских (строматолиты в разрезе Сальта, моллюски в разрезе Церро Бутало, уровни биотурбации в керне скв. DSDP 363) форм фауны и континентальной флоры (Церро Бутало). Эпизоды потепления видны на кривой содержания 518О (скв. DSDP 525А, разрез Ньукуен). При корреляции магнито- и циклостратиграфических шкал с биостратиграфической виден временной сдвиг зоны по нанопланктону CF4 в результате трансгре-сии на периферию фрагментов бывшей Гондваны из расширяющегося Атлантического океана в конце маастрихта (рис. 6).
Заключение. Предлагаемый комплексный стратиграфический подход помогает при расчленении и сопоставлении удаленных разрезов на детальном уровне преодолеть эффект сдвига биозон. Кроме
о
и
^
о а
ТЕХАС,
БРАЗОС, ЭЛЛЕС, США ТУНИС 8892км
ЕГИПЕТ
КУИР ЭЛЬ ЭЛЬ ДЖЕБЕЛЬ МАЛИК КУАСР ГИФАТА 13224 км ^125 к
КИр-ч
Кз5а}<-Аш)
50 км/
К-Н35в)
75° в.д. 15° в.д.
33" в.д.
СДВИГ: Восточное экваториальное береговое восходящее течение (апвеллинг)
тз о
и
н _
сл св
8 и
а и Ы е- И о
.9 а Рн о (Ч
ы И" 'Я
1 "О О Оч ч 3 и ся В
<- О
2 3
-¡' я
й § -ВЭ0
О 1-н о
Н 2 ?
Н я ~ |
! о
я §
й щ
- н"!'1
500 км 4736 км
55° в .д.
А
©
36° ю.ш. < 3135 ™ 34° ю.ш.
® 28° ю.ш.
СЕ <л
СЧ]
Га
А ®
36° ю.ш. 34° ю.ш.
СДВИГ: трансгрессия из Южной Атлантики
Рис. 5. Хроностратиграфическая схема: А — для профиля 1, Б — для профиля 3
Рис. 4. Хроностратиграфическая схема временнбго сдвига в южной ветви океана Тетис на границе мела и палеогена. Форма полукруга отвечает увеличению магматической активности нагорья Деккан
Рис. 6. Схема межконтинентальной корреляции отложений терминального маастрихта от Антарктиды через Южную Америку по профилю 3. Звездочкой показаны расстояния между разрезами, снесенными на линию профиля. Условные обозначения
см. на рис. 2
того, астрономо-климатическая природа цикличности и методы ее исследования помогают пролить свет на реконструкцию детальной палеогеографической обстановки осадконакопления, прогнозировать физические свойства пород для нефтяной и инженерной геологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Габдуллин Р.Р. Циклостратиграфическая шкала верхнего мела Русской плиты и ее южного обрамления. Статья 1. Предпосылки и принципы создания шкалы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2004а. № 2. С. 11-20.
Габдуллин Р.Р. Циклостратиграфическая шкала верхнего мела Русской плиты и ее южного обрамления. Статья 2. Совмещение шкал и циклов Миланковича // Там же. 2004б. № 3. С. 28-34.
Габдуллин Р.Р. Циклостратиграфическая шкала верхнего мела Русской плиты и ее южного обрамления. Статья 3. Апробация шкалы // Там же. 2004в. № 4. С. 17-21.
Габдуллин Р.Р. Верхнемеловые отложения Русской плиты: секвентная стратиграфия и циклы Миланковича // Там же. 2007. № 5. С. 16-25.
Габдуллин Р.Р., Бадулина Н.В., Иванов А.В. Скорости осадконакопления в эпиконтинентальном бассейне Русской плиты в кампанском и маастрихтском веках // Там же. 2007а. № 6. С. 35-38.
Габдуллин Р.Р., Бадулина Н.В., Иванов А.В., Лаврентьев Е.А. Скорости осадконакопления в позднемеловом
Автор выражает признательность А.М. Никишину, Е.А. Вознесенскому, А.С. Алексееву, Е.Н. Самарину, Л.Ф. Копаевич (МГУ), А.Ю. Гужикову (СГУ), Ю.О. Гаврилову (ГИН РАН) за консультации и ценные замечания.
эпиконтинентальном бассейне Русской плиты // Там же. 2007б. № 3. С. 36-41.
Габдуллин Р.Р., Иванов А.В., Кошелев А.В., Копаевич Л.Ф. Тренинг по секвентной стратиграфии: Учеб. пособие по повышению квалификации специалистов. М.: Изд-во МГУ, 2010.
Косарев В.С., Копыльцов А.И. Корреляция отложений маастрихта естественных разрезов моноклинали Северного Кавказа и нефтеносных площадей Восточного Ставрополья // Геология нефти и газа. 1982. № 11. С. 15-25.
Никишин А.М. Звiт. Побудова комплексно! геолопчно! моделi продуктивних утворень схщно! частини Чорного моря. Етап 1. Кт'в: ДП Науканафтогаз, ЗАТ Надра, 2005. 423 с.
Bolli H.M. et al. Walvis Ridge — sites 362 and 363 // DSDP. 1978. Vol. XL. P. 183-356.
Casadio S, Griffin M, Parras A. Camptonectes and Pli-catula (Bivalvia, Pteriomorphia) from the Upper Maastrichtian of northern Patagonia: palaeobiogeographic implications // Cretaceous Res. 2005. Vol. 26. P. 507-524.
Dinare's-Turell J., Baceta J.I., Pujalte V. et al. Untangling the Palaeocene climatic rhythm: an astronomically calibrated Early Palaeocene magnetostratigraphy and biostratigraphy at Zumaia (Basque basin, northern Spain) // Earth and Planet. Sci. Lett. 2003. Vol. 216. P. 483-500.
Fernandez M., Martin J., Casadi. S. Mosasaurs (Reptilia) from the late Maastrichtian (Late Cretaceous) of northern Patagonia (Rio Negro, Argentina) // J. South Amer. Earth Sci. 2008. Vol. 25. P. 176-186.
Keller G., Adatte T., Tantawy A.A. et al. High stress late Maastrichtian — early Danian palaeoenvironment in the
Neuquen Basin, Argentina // Cretaceous Res. 2007. Vol. 28. P. 939-960.
Kuss J. Facies development of Upper Cretaceous — Lower Tertiary sediments from the Monastery of St. Anthony/Eastern Desert, Egypt // Facies. 1986. Vol. 15. P. 177-194.
Li L. Late Cretaceous sea-level changes in Tunisia: a multi-disciplinary approach // J. Geol. Soc. 2000. Vol. 157. P. 447-458.
Mahboubi A.,-Moussavi-Harami R., Mansouri-Daneshvar P. et al. Upper Maastrichtian depositional environments and sea-level history of the Kopet-Dagh Intracontinental Basin, Kalat Formation, NE Iran // Facies. 2006. Vol. 52. P. 237-248.
Marquillas R., Sabino I., Sial A.N. et al. Carbon and oxygen isotopes of Maastrichtian—Danian shallow marine carbonates: Yacoraite Formation, northwestern Argentina // J. South Amer. Earth Sci. 2007. Vol. 23. P. 304-320.
Olivero E.B., Ponce J.J., Martinioni D.R. Sedimentology and architecture of sharp-based tidal sandstones in the upper Marambio Group, Maastrichtian of Antarctica // Sediment. Geol. 2008. Vol. 210. P. 11-26.
Oms O, Dinares-Turell J., Vicens E. et al. Integrated stratigraphy from the Vallcebre Basin (southeastern Pyrenees, Spain): New insights on the continental Cretaceous-Tertiary transition in southwest Europe // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. Vol. 255. P. 35-47.
Pascual R., Goin F.J., Gonzalez P. et al. A highly derived docodont from the Patagonian Late Cretaceous: evolutionary implications for Gondwanan mammals // Geodiversitas. 2000. Vol. 22, N 3. P. 395-414.
Pimpirev C, Stoykova K., Ivanov M. et al. The sedimentary sequences of Hurd Peninsula, Livingston Island, South Shetland Islands: Part of the Late Jurassic — Cretaceous depositional history of the Antarctic Peninsula // Antarctica: Contributions to global Earth sciences. B., Heidelberg, N.Y.: Springer-Verlag, 2006. P. 249-254.
Rougier G.W., Chornogubsky L., Casadio S. et al. Mammals from the Allen Formation, Late Cretaceous, Argentina // Cretaceous Res. 2009. Vol. 30. P. 223-238.
Scotise C.R. Atlas of Earth History. Vol. 1. Paleogeography, Paleomap Project. Texas, Arlington, 2001. 52 p.
Smith A.G., Briden J.C. Mesozoic and Cenozoic paleocon-tinental maps. Cambridge: Cambridge University Press, 1977. 64 p.
Stueben D, Kramar U, Berner Z.A.. Late Maastrichtian pa-leoclimatic and paleoceanographic changes inferred from Sr/Ca ratio and stable isotopes // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2003. Vol. 199. P. 107-127.
Tantawy A.A., Keller G, Adatte T. et al. Maastrichtian to Paleocene depositional environment of the Dakhla Formation, Western Desert, Egypt: sedimentology, mineralogy, and integrated micro- and macrofossil Biostratigraphies // Cretaceous Res. 2001. Vol. 22. P. 795-827.
ten Kate W.G.H.Z., Sprenger A. Orbital cyclicities above and below the Cretaceous/Paleogene boundary at Zumaya (N Spain), Agost and Relleu (SE Spain) // Sediment. Geol. 1993. Vol. 87. P. 69-101.
Поступила в редакцию 16.09.2009
11 ВМУ, геология, № 1
