Министерство образования Российской Федерации
Южно-Российский государственный технический
университет
(Новочеркасский политехнический институт)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по курсу
«Формационный анализ»
Новочеркасск 2002
УДК 551.
Рецензент канд. геол.-минер. наук
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Формационный анализ»/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, ЮРГТУ, 20с.
Методические указания предназначены для студентов специальностей 0801 «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых» и 0802 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых». Содержат в себе общие сведения о геологических формациях и формационном анализе, а также методику проведения формационного анализа в виде лабораторных работ.
ã Южно-Российский государственный
технический университет, 2002
ã , 2002
ПОНЯТИЕ О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ И ФОРМАЦИОННОМ АНАЛИЗЕ
С накоплением и развитием геологических знаний выяснилось, что в пространственном расположении горных пород, слагающих земную кору, существует определенная упорядоченность.
Закономерно повторяющиеся, устойчивые ассоциации горных пород, связанные единством вещественного состава и строения, обусловленным общностью их происхождения или сонахождения, называются геологическими формациями.
С момента возникновения термин «геологическая формация» имел различное содержание. Исследователи различного профиля по-разному оценивают признаки, позволяющие выделять формации, объемы единичных формаций, задачи формационного анализа и т. д. Это определяет наличие нескольких направлений в развитии учения о геологических формациях: петрографического (структурно-вещественного), фациально-генетического, тектоно-стадиального, стратиграфическое, минерагенического. В последние годы намечается сближение основных направлений. Это способствует созданию единого последовательного ряда методик, позволяющих выделить формацию, всесторонне изучить и использовать ее в качестве инструмента для познания закономерностей строения и развития земной коры. Поэтому неправильно говорить о преимуществах какого-либо направления. Все они дополняют друг друга.
Земную кору можно исследовать с разной степенью детальности и с различных позиций. При изучении распределения в земной коре химических элементов мы имеем дело с геохимическим анализом, минералов – с минералогическим, горных пород – с петрографическим (литологическим). Формационный анализ – это метод исследования строения и истории развития земной коры и поисков в ней полезных ископаемых, основанный на изучении закономерностей пространственного взаимоотношения геологических формаций.
Таким образом, геологическая формация представляет собой вещественную категорию, занимающую в иерархии вещества земной коры определенное положение: химический элемент – минерал – горная порода – геологическая формация – формационный комплекс – оболочка земной коры.
К числу важнейших задач формационного анализа относятся палеогеографические, палеотектонические и палеоклиматические реконструкции, а также прогноз полезных ископаемых.
Геологические формации образуют крупные геологические тела, составляющие в совокупности слои земной коры. Подход к изучению геологических тел может и должен быть всесторонним. При изучении геологических формаций и их анализе используются различные методики, разработанные петрографией, петрологией, литологией, стратиграфией, структурной геологией, минерагенией, палеогеграфией, палеотектоникой и т. п. В результате формации рассматривают с разных сторон: как комплексы пород определенного вещественного состава, толщи с присущими им типом строения, возрастом и характером залегания, тела характерной формы и размеров, отложения определенной обстановки формирования и т. д.
Признаки, определяющие формацию
Исследователи разного профиля по-разному определяют геологическую формацию, включая в это определение различные признаки. Однако для большинства определений формаций общими являются два признака: набор видов горных пород и тип взаимотношения однородных слоев, образующих формацию. Первый признак характеризует вещество формаций, второй – строение этого вещества. Эти признаки следует считать необходимыми и достаточными для выделения и определения формации. Остальные признаки являются целевыми, определяются направленностью изучения формаций (стратиграфической, фациально-генетической, тектонической, минерагенической и т. д.). Они важны для целей формационного анализа, но не имеют решающего значения при определении формации.
Таким образом, из большого числа признаков, характеризующих геологические формации как категории вещества, только два определяют это вещество: состав и структура. Состав характеризуется набором пород, составляющих устойчивую ассоциацию, представленную главными и второстепенными членами.
Главные (обязательные) члены ассоциации определяют тип формации, второстепенные (необязательные) – индивидуальные особенности ассоциации одного и того же типа. К главным членам ассоциации следует относить породы, содержание которых в разрезе толщи превышает 10 % общей мощности в центральной части формационного тела. Второстепенными членами ассоциации будут являться породы, содержание которых в центральной части тела формации менее 10 %.
Второй важный показатель вещества – его структура (тип строения толщи) – характеризует взаимоотношение главных членов ассоциации друг с другом и по отношению ко всей ассоциации в целом. Наиболее выразителен тип строения у флишевых серий: многократное правильное чередование пород, составляющих флишевый ритм. Вещественный состав флишевой серии определяется породами, составляющими один полный ритм. Повторение ритма в разрезе создает формацию. Очень типична ритмичность угленосных серий с повторяемостью определенных типов пород, карбонатных толщ и т. д. Однако, классификационные признаки, позволяющие на основе установленных типов строения разделять одинаковые по веществу толщи как формации, пока не разработаны.
Границы геологических формаций
Границы формаций определяются поверхностями, по которым происходит разрыв однородности свойств формации: ее состава или внутреннего строения. Проведение границ между отдельными формациями представляет собой в ряде случаев достаточно сложную задачу, так как смежные формации по латерали и вертикали нередко связаны постепенными переходами, т. е. в их парагенезисах имеются общие члены. Часты случаи, когда происходит направленное, последовательное изменение в соотношении главных членов парагенетической ассоциации в результате закономерного изменения ее внутренней структуры. Тогда приходится ограничивать данное формационное тело от смежного с ним условными границами, выделяя разные формации. Граница, характеризующая постепенный переход между смежными формациями, является более общим случаем их взаимоотношения. Условные границы между смежными формациями рекомендуется проводить на основе подсчета процентного содержания пород – главных членов в смежных парагенетических ассоциациях. Например, граница между глинистой и известняковой формациями должна быть проведена там, где содержание известняков и глин в разрезе примерно равно (40-60 %). В ряде случаев эту границу нельзя выразить одной линией, и тогда на карте выделится широкая «переходная» зона.
Среди границ формаций выделяют три разновидности: тектонические, стратиграфические и фациальные. Тектонические границы, выраженные линиями разрывных нарушений, позволяют наиболее определенно разграничить смежные формации, поскольку по разрывам в соприкосновение обычно приводятся удаленные части смежных формаций, отчетливо различающиеся особенностями состава и внутреннего строения. В большинстве случаев это искусственные, вторичные границы, требующие восстановления характера соотношения смежных формаций в конседиментационных структурах. Стратиграфические границы обособляют тело формации в конкретных разделах по вертикали. Наиболее четким ограничением являются стратиграфически несогласные контакты, которые свидетельствуют о перестройке структурного плана на рубеже двух формаций. Наблюдаемые на границе двух смежных формаций следы размыва облегчают восприятие формации как обособленного геологического тела. Однако, границы такого типа представляют собой частный случай взаимоотношения смежных формаций. Фациальные границы часто невозможно провести на карте в виде одной линии, так как в условиях невысокой контрастности тектонических движений смежных конседиментационных структурных форм образовавшиеся в их пределах формации связаны широкими зонами взаимопроникновения. Такие взаимоотношения очень часты среди формаций в платформенном чехле. В таком случае граница смежных формаций «расплывается» в широкую зону.
Наименования формаций
Наименования формаций как парагенезисов горных пород обычно выражаются перечислением главных членов парагенетической ассоциации в порядке возрастания значимости того или иного типа, образующего формацию. Перечисление главных членов ассоциации может сопровождаться указанием на тип строения толщи. При одном-двух главных членах ассоциации такие названия, как кварц-каолиновая тонкослоистая или мелкообломочная граувакковая грубослоистая еще воспринимаются. Но если число главных членов более трех, название получается громоздким.
Вошедшие в литературу краткие наименования – аспидная, флишевая, фаллаховая, молассовая формации и др. – представляют собой вещественные категории более крупные, чем единичная формация. Это группы формаций, выделенные по неоднозначным признакам: строение (флиш), состав или тектоническое положение (аспидная, молассовая, фаллаховая) и т. д. Проблема наименований формаций требует разработки, так как сложившееся положение с использованием в едином перечислении названий, обозначающих разновеликие объемы и несущих различную смысловую нагрузку, мешает работе.
Формациеобразующие горные породы
С позиций учения о геологических формациях все горные породы удается разделить на две большие группы: формациеобразующие и акцессорные.
Формациеобразующими являются породы, пользующиеся широким распространением в разрезе земной коры. Перемежаясь в пространстве, они образуют основные объемы формационных тел, а некоторые типы пород слагают мощные толщи, выделяемые в роли самостоятельных формаций (писчий мел и др.). Формациеобразующие породы выступают в роли главных или второстепенных членов парагенетических ассоциаций.
Акцессорные породы имеют ограниченное распространение в разрезе земной коры, крупных скоплений не образуют и входят в состав парагенезисов в качестве второстепенных (необязательных) членов.
Формациеобразующие группы осадочных горных пород. Важнейшее место среди них занимают обломочные терригенные и глинистые (алюмосиликатные), а также карбонатные. Несколько меньшие объемы в разрезе земной коры занимают сульфатные, галогенные, железистые, кремнистые породы.
Обломочные алюмосиликатные породы. По структурным признакам среди них можно выделить мелкообломочные (песчано-алевритовые) и грубообломочные (гравийно-конгломератовые, валунно-глыбовые и глыбово-брекчиевые). По вещественному составу обломочные породы разделяются на кварцевые, аркозовые, граувакковые, смешанные.
Глинистые алюмосиликатные породы. Вместе с обломочными и карбонатными глинистые породы слагают основной объем осадочной оболочки. Прежде чем группировать глинистые породы в конкретные парагенезисы, необходимо выяснить минералогический состав глин и разделить их по составу на каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, смешанные.
Карбонатные породы. При выделении формаций среди карбонатных пород необходимо различать разнообразные типы известняков и доломитов. Среди известняков выделяются три группы: обломочные известняки, органогенные и органогенно-детритовые, хемогенные. Среди обломочных известняков выделяют мелкообломочные (песчаники и алевролиты) – калькарениты, и крупнообломочные – конгломерато-брекчии, брекчии, гравийно-конгломератовые известняки. Органогенные и органогенно-обломочные известняки различаютя в зависимости от породообразующих организмов (коралловые, мшанковые, криноидные, водорослевые, форамениферовые и др.). Среди хемогенных известняков различают микрозернистые, оолитовые, псевдооолитовые, туфы и др. Среди доломитов выделяются те же три группы: обломочные, органогенные и органогенно-обломочные и хемогенные. Группирование доломитовых пород в формации предусматривает предварительное решение вопроса о первичности или вторичности процесса доломитообразования.
Сульфатные и хлоридные породы. Они образуют закономерные сочетания в соленосных формациях, а также присутствуют в качестве второстепенных членов в составе терригенных и карбонатных групп формаций, сформировавшихся в аридной обстановке. Главными типами пород, входящих в парагенезисы, являются гипс, ангидрит, каменная соль (галитит), калийная соль (карналлит, сильвинит).
Кремнистые породы. Различные по происхождению (биогенные, биохемогенные, хемогенные) кремнистые породы пользуются широким распространением в осадочных и осадочно-вулканогенных толщах. Они образуют отдельные желваки, линзы, а также пласты значительной мощности, насыщая разрез осадочных серий. При выделении формаций среди кремнистых пород необходимо различать диатомиты, спонголиты, трепелы (опоки), радиоляриты, яшмы, фтаниты.
Акцессорные группы осадочных горных пород. Железистые и марганцевые породы. Выделяют железистые породы, образованные лимонитовыми, сидеритовыми, шамозитовыми и оолитовыми гидрогётит-лептохлорито-сидеритовыми рудами. Железистые породы в осадочных формациях присутствуют в качестве второстепенных членов парагенетических ассоциаций, но в ряде случаев их содержание в разрезе настолько велико, что они становятся главными членами парагенезисов. Оксидные и карбонатные марганцевые породы (руды) (псиломелан-, пиролюзит-, родохрозитовые) в ассоциациях обломочных, кремнистых, глинистых и карбонатных пород присутствуют в виде второстепенных членов, образуя отдельные пласты, линзы, конкреции и т. д.
Фосфатные породы. Пластовые, желваково-конкреционные фосфориты и костяные брекчии встречаются в ассоциациях обломочных, глинистых и карбонатных пород в роли второстепенных членов, образуя отдельные пласты, линзы, желваковые включения.
Глиноземистые породы (латериты и бокситы) встречаются в разрезе осадочных формаций довольно часто. Как правило, они не являются формациеобразующими породами, представляя собой очень важный второстепенный член преимущественно карбонатных или терригенных ассоциаций.
Каустобиолиты. Угли каменные, бурые, горючие сланцы являются важнейшими второстепенными членами парагенезисов осадочных пород, и определяют их промышленное использование. Известны случаи, когда суммарная мощность пластов углей настолько велика, что угли выступают в роли главных членов парагенезисов.
Формациеобразующие группы магматических и метаморфических горных пород. Номенклатура магматических пород разработана значительно более детально, чем номенклатура осадочных пород. Выделяя магматические формации, необходимо различать четыре группы пород: ультраосновные (ультрамафические) – дуниты, перидотиты, пироксениты; основные (мафические) – габбро, диабазы, базальты; средние (мафическо-сиалические) – диориты, андезиты, дациты; кислые (сиалические) – граниты, риолиты.
При выделении метаморфических формаций следует различать типы метаморфизма. Среди регионально-метаморфизованных образований выделяются породы фации зеленых сланцев (биотит-хлоритовые и мусковит-хлоритовые сланцы), амфиболитовой фации (амфиболиты, слюдяные сланцы), гранулитовой фации (гранулиты, гнейсы). Породы контактового метаморфизма представлены различными роговиками, мраморами и скарнами. В результате процессов ультраметаморфизма образуются мигматиты различных типов.
МЕТОДИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ
Горная порода для ее диагностики изучается в штуфах, шлифах, что позволяет рассматривать ее строение не только в натуральную величину, но и с увеличением размеров. Наоборот, геологическая формация целиком может быть воспринята исследователем только в виде сильно уменьшенной модели, изображенной на топографической карте (горизонтальное сечение) или на профильном разрезе (вертикальное сечение). Таким образом, при переходе от вещественных категорий одного уровня (горные породы) к другому (формации) возникают объективные трудности в диагностике, связанные с тем, что из-за различий в величине объектов приемы, используемые для распознавания пород и минералов, непригодны для формаций.
При выделении в разрезе земной коры геологических формаций необходимо последовательно решить несколько методических вопросов. Во-первых, надо установить признаки, по которым выделяется и обосабливается ассоциация пород, и номенклатуру пород, объединяемых в ассоциацию. Во-вторых, необходимо определить границу между количественными и качественными изменениями, что позволит оконтурить формационные тела. Важно условиться о названиях формаций. Далее, необходимо установить ранговость ассоциаций горных пород, составляющих слои земной коры. И, в конце концов, разработать методику изображения формаций на картах, планах, разрезах, блок-диаграммах.
Для студентов процесс выделения геологических формаций разбит на две лабораторные работы. На этих занятиях студенты работают со следующим комплектом графического материала: 1) геологическая карта района или месторождения различного масштаба; 2) разрезы к геологической карте; 3) стратиграфическая колонка; 4) легенда.
Лабораторная работа № 1
Выделению геологических формаций должна предшествовать работа по общей геологической характеристике района или месторождения. Эта характеристика состоит из следующих разделов: стратиграфия и литология, тектоника, магматизм (если его проявления есть), полезные ископаемые.
Раздел «Стратиграфия и литология» должен содержать сведения о всех стратиграфических подразделениях (сериях, свитах) в последовательности от древних к молодым: возраст, виды горных пород, мощности и их изменчивость в пределах территории, распространенность, места выхода на поверхность.
Раздел «Тектоника» должен характеризовать тип тектонической структуры района или участка (складчатая структура, моноклиналь, горизонтальное залегание пород и т. д.) и ее изменчивость по территории, тектонические нарушения (тип нарушения, элементы залегания, амплитуды смещения вдоль него, распределение разломов по территории и их группирование).
Раздел «Магматизм» должен содержать сведения о всех имеющихся на территории телах магматических пород (типы пород, формы залегания, размеры, характер распределения по району или участку).
Раздел «Полезные ископаемые» должен характеризовать все возможные месторождения и проявления полезных ископаемых, имеющихся в районе (участке) (тип полезного ископаемого, место расположения на территории, приуроченность к тому или иному стратиграфическому подразделению, магматическому телу, тектонической структуре, морфология залежей полезного ископаемого).
Лабораторная работа № 2
Эта работа состоит в непосредственном выделении и описании геологических формаций на территории, представленной на карте.
Порядок операций при выделении формаций представлен следующим образом.
1. В ходе описания и графического изображения разрезов толщи выявляется элементарная совокупность слоев (элементарный парагенезис, «набор»), повторяемостью которых образована формация. Устанавливаются обязательные и второстепенные члены формации.
2. Определяется тип внутренней структуры формации и ее изменение от ядерной части формационного тела к периферийным зонам, которые могут рассматриваться в качестве подформаций (по вертикали и латерали).
3. Выявляются поверхности, отделяющие данное формационное тело от смежных с ним (границы).
4. Устанавливаются форма, размеры формационного тела, его стратиграфический диапазон в разных частях.
5. Выявляется положение формационного тела в более крупном теле ассоциаций формаций.
6. При сравнении с известными эталонами устанавливается принадлежность данной формации к тому или иному типу ассоциаций, устойчиво повторяющихся во времени и в пространстве.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Учение о геологических формациях возникло как самостоятельное направление около 60 лет назад, когда интересы петрографии, литологии, стратиграфии, геотектоники, металлогении слились воедино в решении общих вопросов строения земной коры. Возникло понятие о категориях более высокого уровня организации, чем горная порода – о парагенетических ассоциациях горных пород. Для их обозначения был использован термин «геологическая формация». Анализ геологических формаций имеет большое значение при тектонических и минерагенических построениях, при палеогеографических и палеоклиматических реконструкциях, при инженерно-геологической оценке площадей, при систематических регионально-геологических исследованиях и государственном геологическом картировании.
В данном методическом руководстве содержатся необходимые теоретические сведения о геологических формациях и формационном анализе. Практические навыки выделения, описания и анализа распределения геологических формаций, полученные студентами при выполнении лабораторных работ по курсу «Формационный анализ», будут иметь практический смысл при написании дипломного проекта, а также в дальнейшей их профессиональной деятельности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Логвиненко осадочных пород. М., Высш. шк., 1975.
2. Смирнов полезных ископаемых. М.: Недра, 1989.
3. Строна типы рудных формаций. Л.: Недра, 1978.
4. , Чернов магматических и метаморфических горных пород. М.: Недра, 1982.
5. Цейслер геологических формаций. М.: Недра, 1992.
______________
Александр Александрович Бутенков
Методические указания к лабораторным работам по курсу
«Формационный анализ»
Отв. за выпуск
______________
Подписано в печать 10.09.2002. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Печ. л. 0,7. Уч.-изд. л. 0,85. Тираж 30 экз.
______________
Южно-Российский государственный технический университет
Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ
Адрес университета и типографии:
.
