Контрольные вопросы
Какой из методов геофизики позволил установить неоднородное строение земного шара?
Какие геологические сферы установлены во внутреннем строении Земли? Дать их характеристику.
Что такое астеносфера?
Указать различие в строении материковой и океанической земной коры.
Дать название основных сейсмических разделов, указать их особенности.
Что такое геотермический градиент и геотермическая ступень?
Для каких целей возможно использование магнитометрических методов?
Лекция № 3. Геологическая хронология
Тема. Геологическая хронология.
Учебная цель: изучить методы абсолютной, относительной геохронологии, а также палеоэкологии, ознакомиться с основными подразделениями геохронологической шкалы.
План
1. Относительная геохронология и ее методы. Палеоэкология.
2. Абсолютная геохронология и ее методы.
3. Геохронологическая (стратиграфическая) шкала.
Литература
1. Бондарев В.П. Курс лекций по геологии. – М.: Форум, 2005.
2. Добровольский В.В. Геология. – М.: Владос, 2001.
3. Трофимов В.Т. Экологическая геология: учебник для вузов. - М.: Геоинформмарк, 2002.
3.1. Относительная геохронология и ее методы.
Палеоэкология
Геология - наука историческая. Одной из задач является восстановление истории развития Земли – установление времени ее возникновения, последовательности развития и периодизация всех геологических событий. Время событий в геологии часто определяется условными категориями – «древнее», «моложе», отношением одних временных единиц к другим. Подобное деление истории Земли называется относительной геохронологией.
Относительная геохронология и ее методы. Геологические события запечатлеваются в горных породах. Осадочные и вулканогенные породы располагаются в земной коре слоями или протяженными линзами. Раздел геологической науки, изучающий слои земной коры, их взаиморасположение и последовательность возникновения называется стратиграфией (от лат. stratum — настил, слой). Стратиграфия тесно связана с палеонтологией, а также с геохронологией - учением о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Возникновение стратиграфии связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы.
Основным положением в стратиграфии является закон последовательности напластования, установленный Н. Стено в 1669 году, согласно которому 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 перевернутыми. Пласты горных пород, отлагавшиеся в бассейнах прошлых геологических периодов, залегают в определенной последовательности, изучая которую можно составить стратиграфическую колонку.
Стратиграфическая колонка - это чертеж, изображающий специальными условными знаками в определенном масштабе последовательность напластований горных пород в нормальном стратиграфическом разрезе и характер контактов между смежными стратиграфическими подразделениями. Обычно на стратиграфическую колонку помещаются названия (или индексы) стратиграфических подразделений, их геологический возраст, мощность, литологические и палеонтологические характеристики (рис. 4).
И
звестнякm=5м
Глинистый сланецm=1,5м
Уголь m=1м
Песчаный сланец m=7,5м
Рис. 4. Стратиграфическая колонка
На рисунке представлена стратиграфическая колонка пласта k8 шахты им. А.Ф. Засядько.В центре – геологическая колонка, справа – мощность, затем характеристика пород. Пласт k8 имеет простое строение. Средняя мощность угольного пласта составляет 1,0 м. Непосредственная кровля пласта – глинистый сланец мощностью 1,5 м. Основная кровля пласта – известняк мощностью 5,0 м. Непосредственная почва пласта – песчаный сланец мощностью 7,5 м. Залегание пласта выдержанное с углом падения 11°. Пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа, к самовозгоранию не склонен. Породы, вмещающие угольный пласт, обводнены.
При сопоставлении стратиграфических колонок применяются различные методы, из них наиболее распространенным и надежным является палеонтологический метод или биостратиграфический, основанный на необратимом прогрессивном развитии органического мира Земли. В большинстве осадочных пород можно встретить останки животных и растительных организмов. После работ Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина по эволюции органического мира было установлено, что животные и растительные организмы в течение геологической истории постепенно совершенствовались в борьбе за существование, приспосабливаясь к изменяющимся условиям жизни. Некоторые животные и растительные организмы на определенных стадиях развития Земли полностью вымирали, на смену им приходили другие, более совершенные. Таким образом, по остаткам ранее живших более примитивных предков, найденным в каком-нибудь пласте, можно судить об относительно более древнем возрасте данного пласта.
Палеонтологический метод может применяться только с учетом данных палеоэкологии. Палеоэкология является разделом палеонтологии, изучающим образ жизни и условия обитания организмов геологического прошлого, взаимоотношения между организмами и средой их обитания и их изменения в процессе исторического развития жизни на Земле.
Основоположник палеоэкологии - палеонтолог В.О. Ковалевский, давший примеры эволюционного и палеоэкологического анализа вымерших наземных позвоночных. Классические исследования ископаемых морских и солоноватоводных беспозвоночных выполнены геологом Н.И. Андрусовым. Большое значение для развития палеоэкологии имели работы бельгийского палеонтолога Л. Долло и австрийского исследователя О. Абеля.
Основным методом восстановления образа жизни древних организмов – является изучение строения их скелетных остатков морфо-функциональный анализ, проводя который возможно частично восстановить условия обитания вымерших организмов. Объектами изучения палеоэкологии являются остатки организмов (видов, популяций и сообществ), оставленные ими следы и другие проявления жизнедеятельности, например, линька, особенности захоронения, а также горные породы, заключающие окаменелости.
Вещественный состав пород, их структура, текстурные и геохимические характеристики позволяют восстановить многие особенности обстановки жизни древних организмов и их гибели. Проводить палеоэкологические и литологические работы необходимо совместно.
В настоящее время разработан метод комплексных палеоэкологических и литологических исследований, основа которого - сравнительный экологический анализ комплексов донных организмов в пространстве и во времени и выявление закономерностей их распространения в пределах целых морских бассейнов. Такой анализ особое значение приобретает при изучении палеозойских и более древних организмов. Восстанавливая условия обитания организмов прошлого и их образ жизни, палеоэкология дает ценные сведения для других разделов палеонтологии, а также для геологии, помогая коррелировать отложения разных фаций, реконструировать палеографические условия, условия осадконакопления и образования ряда полезных ископаемых.
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, диатомовые и др.) и 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.
Палеонтологический метод имеет широкое применение во всей фанерозойской истории Земли, но в более древних отложениях докембрия остатки животных встречаются крайне редко; в массовом количестве встречаются следы жизнедеятельности синезеленых водорослей, которые в 60-х годах прошлого столетия ученые начали с успехом использовать для корреляции карбонатных толщ верхнего докембрия. В более древних отложениях палеонтологический метод пока не применяется.
Также используются геофизические методы исследования земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых - нефти и газа, руд и подземных вод, картографирования геологических структур (соляных куполов и антиклиналей, где аккумулируется нефть), основанные на изучении естественных или искусственно создаваемых физических полей, в которых отражаются различия горных пород и руд по физическим свойствам.
Геофизические методы получили широкое распространение при картографировании рельефа дна океана, структур океанической и континентальной земной коры, определении генезиса и мощности рыхлых отложений и коренных пород, толщины ледниковых покровов и плавающих в океанах льдов, при археологических исследованиях.
Геофизические методы подразделяются на два вида. К первому относятся методы измерения естественных земных полей – гравитационного, магнитного и электрического, ко второму – искусственно создаваемых полей.
Геофизические исследования включают сбор первичного материала в полевых условиях, обработку и геологическую интерпретацию полученных данных. Зарождение геофизических методов разведки связано с началом использования магнитных компасов для поиска железных руд и электрических измерений для выявления сульфидных руд. Применение геофизических методов расширилось в 20-х годах прошлого столетия, когда гравиметрические и сейсмические исследования доказали свою эффективность в обнаружении соляных куполов и связанных с ними нефтяных залежей на побережье Мексиканского залива в США и Мексике.
В основном, геофизические методы применяют при исследовании скважин в целях изучения их разреза для последующей геологической оценки. С этой целью проводят электрический каротаж, акустический каротаж, газовый каротаж, термокаротаж, а также применяют ядерно-геофизические методы каротажа. Каротаж – это отбор керна. Керном называют цилиндрическую колонку (столбик) горной породы, которая сохраняет слоистую структуру.
Отбор керна производится при бурении породы полой стальной трубой. Образцы керна забираются в трубу в относительно неповрежденном состоянии. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом - газом, нагнетаемым в скважину буровым насосом, а керн входит в трубу, где его заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. После изъятия керна из трубы, он исследуется, анализируется и обычно при анализе не разрушается. Затем образцы керна заносятся в каталог и передаются на хранение.