Учение о фациях

ЛЕКЦИИ ""

ЛЕКЦИЯ 1. ВВЕДЕНИЕ

1.История возникновения и становления понятия фаций.

Впервые применил термин “фация” датский ученый Н.Стено в XVII веке для обозначения изученных пачек слоев в районе Флоренции. Это слово происходит от латинского слова facies и означает облик, лицо. Фактически он обозначил фацией то, что теперь называется горизонтом.

Основоположником современного понимания термина “фация” считается швейцарский геолог А.Грессли (A.Gressly). Еще студентом, занимаясь изучением Юрских гор в Швейцарии в тридцатых годах прошлого столетия, он заметил, что в отложениях каждого стратиграфического горизонта при латеральном его прослеживании можно увидеть изменения петрографического состава слагающих его отложений и заключенных в них органических остатков (рис.1 из Леонова-Фролова). Например, в известняках присутствует разнообразная фауна: кораллы, иглокожие, мшанки и др., а в глинистых породах заключена однообразная фауна моллюсков. Это позволило ему заметить ошибки предшествующих геологов при сопоставлении разрезов по последовательности напластования. Чтобы избежать этого он стал использовать метод, основанный на прослеживании каждого стратиграфического горизонта в горизонтальном направлении, отмечая все изменения его состава и органических остатков в нем. В результате он сформулировал понятие фаций как структурной части или “модификации” стратиграфического горизонта (или другой стратиграфической единицы), отличающейся какими-либо объективными признаками от смежных одновозрастных частей. Т.е. он понимал фации как участки, сложенные отложениями одного возраста, но разного петрографического состава и с разными органическими остатками.  Происхождение фаций он связывал с различными условиями образования пород: “Модификации, как петрографические, так и палеонтологические, обнаруживаемые стратиграфическим горизонтом на площади его распространения, вызваны различиями местных условий и другими причинами, которые и в наши дни оказывают оказывают такое сильное влияние на распределение живых существ на морском дне.” (В издании    ,1838, с.12) (рис. по Грессли ,1840 из Крашенникова, 1971). В отложениях порландских слоев верхней юры Грессли выделелил ряд фаций: 1- коралловая - изменчивого петрографического состава с обильной разнообразной фауной, 2 - литоральная илистая с устрицами, 3 - литоральная илистая с губками, 4 - полупелагическая, 5 - пелагическая. Две последние фации представлены чистыми известняками и доломитами с редкой фауной.

Итак Грессли ввел в науку понятие о фациях, показал их важнейшие особенности и впервые применил сравнительный метод полевых исследований, он рассматривается многими как основоположник палеогеографии, т.е. метода для восстановления древних береговых линий и определения обстановок осадконакопления. Судьба самого Грессли трагична......

Сходные мысли были высказаны независимо от Грессли французским ученым Констаном Прюво (Const. Pruvost) d 1837-1838 г. “Синхронизм формаций - это принцип, который должен найти применение при изучении отложений любой эпохи, любого момента”. Но основная мысль Прево сводилась к тому, что есть такие типы отложений, которые не связаны с определенной эпохой, а образуются во все эпохи. Сначала он выделял морские и солоноватоводные, а уже 1839 г. - семь формаций (по современному фаций): морские, солоноватоводные, речные, озерные, болотные, травертиновые и наземные. Таким образом, по мнению ряда исследователей (Шатский, В.Т.Фролов) оформились два основных понятия фаций: гресслиевское, в относительном смысле, как участки слоя или формации, и общее генетическое, в которое вкладывалось все более разнообразное понимание. При этом наиболее четко различались четыре понятия понятия фации: 1) - это способ образования, 2) - условия образования, 3) - отложения и 4) - условия+отложения.

Рассмотрим развитие идей Грессли-Прево и историю появления столь широкого трактования термина ”фация”. Вторая половина XIX - начало XX века триумфальное шествие принципа и метода фаций Грессли в геологии всех стран. В Росси их поддержали и развили Н.А.Головкинский (1869), А.А.Иностранцев (1872) и А.Д.Архангельский (1912).

Н.А.Головкинский подобно Грессли назвал различные по составу пород и организмов одновозрастные отложения фациями. Он впервые руссифицировал этот термин за неимением чисто русского слова. Это понятие понадобилось ему потому, что изученные им отложения пермской системы в бассейне р.Камы оказались очень непостоянными на площади. Они испытывают закономерные изменения по мере движения от р.Волги на восток вверх по р.Каме, к Уральским горам. В общем виде эти изменения представлены на рис.3 (по Н.А.Головкинскому из Крашенинникова, стр.9). Здесь видно как чистые известняки с морской фауной плеченогих и пелеципод переходят сначала в песчаные известняки с редкими лингулами, а затем в песчаники, глины и мергели с остатками наземных растений и позвоночных. В этой схеме узнаваемы современные уфимский, казанский и татарский ярусы. Известняки с разнообразной фауной он интерпретировал как относительно глубоководную морскую фацию, песчаные известняки - как опресненные прибрежные фации, а пестрые песчаники как континентальную пресноводную фацию. Причину смены фаций он видел в постепенном передвижении моря на восток, а затем обратно. В качестве вероятной причины этих изменений уровня моря он принял вертикальные колебания земной поверхности. Если изменения уровня моря происходят постепенно, то осадки вытянутся непрерывными слоями и приобретут форму Г. (рис.4 по Н.А.Головкинскому из Крашенникова стр.250). Головкинский назвал ее “геологической чечевицей”. На примере исследований в бассейне Волги и Камы он сделал важный вывод о разновозрастности петрографически однородного пласта в чечевице. Это естестественное следствие того, что каждый пласт образуется не сразу, а последовательно по мере передвижения фаций вслед за береговой линией. После работ Головкинского понятие фация стало одним из основных в геологии.

Часть геологов до последнего времени продолжали и продолжают пользоваться термином фация в смысле, предложенным Грессли и Головкинским. Например, Н.С.Шатский считает, что можно говорить только о фациальных изменениях, которые происходят в одновозрастных отложениях. Такое же понимание дано Г.П.Леоновым, этих позиций придерживается А.И.Елисеев, а также ряд зарубежных геологов (Р.Мур, Л.Слосс). Здесь следует отметить, что и Грессли и Головкинский уже закладывали в свое понятие генетический аспект.

Развитие генетического направления представляется дальнейшим развитием идей Грессли. Становление генетического направления связывают с именами  швейцарца М.Е.Реневье (M.Renevier,1884) и немца И.Вальтера. Ревенье предложил генетическую классификацию фаций. По мнению Вальтера фация представляет “совокупность первичных признаков осадочной породы” и отражает связь между условиями образования породы, ее петрографическими признаками и заключенными остатками организмов. Его огромной заслугой считается установление закона “корреляции фаций”, который звучит следующим образом: “Только такие фации и фациальные обстановки могут залегать друг на друге в геологическом разрезе, которые в современных условиях лежат рядом”. Иными словами вертикальный ряд фаций повторяет латеральный. Этот вывод совершенно очевидно развивает и даже повторяет заключения Головкинского и Иностранцева. Поэтому в отечественной геологии этот закон обычно называют законом Головкинского-Вальтера или, что еще более правильно законом Головкинского-Иностранцева-Вальтера.

А.А.Борисяк (1922) под фацией понимает свойства данного участка поверхности земли, обуславливающее определенное распределение животных и растений, т.е. фация характеризуется определенными физическими условиями,  фауной и флорой, а стратиграфическая сторона при этом во внимание не принимается.

Следует отметить, что генетическое направление как бы распадается на два поднаправления, в соответствии с которыми отдают предпочтение то собственно осадкам и породам, то условиям осадконакопления.

Д.В.Наливкин определяет фацию как “осадок (горную породу), на всем протяжении обладающий одинаковым литологическим составом и заключающий в себе одинаковую фауну и флору”. В этом определениии на первое место ставится осадочная порода. Он пытается систематизировать фации, объединяя их в “сервии”, “сервии” в “нимии”, а последние в формации.

Н.М.Страхов наоборот фацией называл “среду отложения пород со всеми ее особенностями (рельефом, химическим режимом, органическим миром)”.

Ю.А.Жемчужников с соавторами также отдают предпочтение физико-географической обстановке, хотя она у них тесно связывается с соответствующими породами. Фация по их определению -это”совокупность физико-географических условий образования осадка, выраженных в литогенетических типах, тесно связанных между собой.” “Фация - это не пласт, и не порода, которые можно пощупать и взять в руки, а некоторое представление, которое не может быть ископаемым”.

Дальнейшее развитие представления Жемчужникова получили в работах П.П.Тимофеева и его школы. Однако здесь уже отчетливо выражено дуалистическое представление о фации, которая понимается “не только как комплекс физико-географических условий среды осадконакопления, в результате которых сформировались осадки, но и сами осадки, обладающие определенным сочетанием первичных признаков”.

Сходного понимания фации придерживается В.Е.Хаин, согласно которому фация - это “определенный тип осадочной породы, возникший в определенных же физико-географических условий, например русловые пески, озерные известняки, прибрежные галечники и т.п.”

Наиболее концентрированно подобные представления выражены Н.В.Логвиненко: “фация - это обстановка осадконакопления (современная и древняя), овеществленная в осадке или породе.

Как бы своего крайнего выражения генетическое направление получило в работах А.П.Павлова (1888, 1903 и др.) и его последователей, которые либо практически отказались от термина фация, и ввели понятие генетического типа, либо использовали понятия фаций в соподчиненном значении по отношению к генетическим типам. А.П.Павловым отмечено: ”Русские геологи различают отложения, образовавшиеся в результате работы определенных геологических агентов, как генетические типы. Примерами генетических типов являются отложения элювиальные (кора выветривания), делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, моренные, флювиогляциальные и водноледниковые (зандры).” С тех пор понятие “гентический тип” пользуется наиболее широким признанием среди исследователей, занимающихся четвертичными континентальными отложениями. Наиболее известны классификации генетических типов континентальных отложений, предложенные Н.И.Николаевым(1946, 1952 гг.) и Е.В.Шанцера (1950, 1966). Классификация Шанцера, разработанная на примере четвертичных отложений, тем не менее рассматривается как общая классикация континентальных отложений. А поскольку континентальные толщи в наибольшей части сложены аллювиальными отлжениями, аллювий бал выбран в качестве эталона “генетического типа отложений”. При этом автор пользовался и понятием фация, но в болеемелкого ранга, чем генетический тип. Например аллвиальный генетический тип подразделен на три фациальных комплекса или макрофации: руслового, старичного и пойменного. Этот подход был позднее использован и для морских отложений. В настоящее время он развивается В.Т.Фроловым из МГУ. Таким образом, суть понятия генетического сводиться именно к способу образования осадка.

Кроме общих пониманий фаций (стратиграфического и генетического) существуют понимания фаций как частных особенностей пород или среды осадконакопления. В результате довольно широко распространены такие понятия, как геохимическая фация, биофация, литофация. Пояснения.

2.Сущность и определение понятия “фация”.

В настоящем курсе принято  определение, данное Г.Ф.Крашенниковым: “фация - это комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического отрезка.” Относится к генетическому направлению, но наиболее приближено к стратиграфическому, и по сути является его закономерным развитием и совершенствованием. Акцент делается именно на отложения, так как это реальная субстанция с которой имеет дело исследователь. При этом  сохраняется неразрывность трех сторон понятия фаций: вещества, среды и стратиграфической принадлежности. В целом, все направления понятия фация так или иначе касаются этих трех категорий, делая разные акценты. Далее примеры.

Таким образом наиболее важным методическим моментом учения о фациях является признание единства между средой и образующимися в ней осадками.

Понимание фации как геологического тела, выделяемого среди соседних одновозрастных тел, оставляет открытым вопрос об иерархии понятий. Еще Головкинский писал, что “обе фации как глубокого моря, так и мелководья, дробятся в свою очередь” на более мелкие фации с присущими им особенных, только им свойственных форм. Делались различные попытки ранжирования фаций (примеры), но они так и не приобрели универсального и общепринятого значения. На сегодняшний момент представляется наиболее обоснованным признание различных объемов выделяемых фаций, определяемых величиной того стратиграфического интервала, в пределах которого осуществляется исследования и наличием достаточных для более дробного подразделения диагностических признаков.

План

1.Содержание генетического и фациального анализов.

2.Генетические признаки осадков и осадочных пород

3.Общая схема проведения фациального анализа и используемые методы

4.Практическая значимость фациальных реконструкций

1.Содержание генетического и фациального анализов: развитие этих двух направлений как отражение двух основных направлений в  учении о фациях. Исходя из представлений о фациях как о комплексах отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического отрезка, суть фациального анализа сводится к восстановлению этих физико-географических условий по составу отложений. Однако основные различия в понятии фации нашли отражение и в появлении генетического анализа, который также сводится к восстановлению генезиса осадочных пород. При этом в зависимости от понимания генезиса в широком или узком значении генетический анализ является частным случаем фациального анализа или наоборот фациальный анализ является частным случаем генетического. Наиболее отчетливо различия между фациальным и генетическим анализом выражены В.Т.Фроловым, исходя из его представлений о фациях и генетических типах отложений. Основная задача фациального анализа- это восстановление географии прошлых эпох - палеогеографии, точнее географической зональности для определенных этапов развития естественных геологических районов. Изучение происхождение пород и отложений можно назвать общим генетическим анализом. Школа Жемчужникова, Тимофеева и др. - генетический анализ как составная часть фациального. Школы Шанцера, Крашенинникова, Фролова - фациальный анализ - часть генетического. Далее схема генетического изучения по Крашенинникову. (рис.1 из Крашенинникова, стр.276).

Фациальный анализ или фациальные реконструкции - процедура генетическая, т.к. по сути является генетическим истолкованием выявленных изменений в составе отложений. В этом смысле вызывает недоумение разграничение двух подходов. Фациальный анализ в зависимости от выбранных признаков изучаемого объекта и цели исследования дает возможность восстановить либо обстановку осадконакопления, либо условия (гидродинамику) среды.

Основным методологическим средством познания прошлого является принцип актуализма, который в наше время может быть сформулирован следующим образом: Настоящее есть ключ к познанию прошлого. Первое стройное для своего времени обобщение он получил в концепции Ч.Лайеля. Униформистская концепция Ч.Лайеля трактовала геологическую историю как циклически повторяющуюся цепь событий, остававшуюся неизменной на протяжении всех геологических переходов:”Сегодня как всегда, всегда, как сегодня” Затем появилась концепция “необратимой эволюции развития”, воплотившаяся в принцип историзма, на базе которого развились сравнительно-исторический и сравнительно-литологический методы. В связи с этим ряд исследователей (Леонов) пытаются полностью отрицать актуализм, считая что они противоречат друг другу. Однако, несмотря на такого рода высказывания общая направленность развития геологической науки свидетельствует о том, что метод актуализма действеный инструмент познания, направленный на расшифровку механизма геологических процессов. При этом сравнительно-исторический метод дает возможность оценить их направленность и конкретные измененения во времени.

Наибольший теоретический и практический интерес в рамках актуалистической концепции изучения геологического прошлого представляет логический анализ схем переноса знания, полученного при исследовании современных процессов на объекты прошлых эпох. Можно выделить две логические схемы этого переноса.: 1- прямая экстраполяция или логическая трансформация эмпирических данных, которые снимаются с реального объекта; 2-на основе некоторых предпосылок о протекании геологического процесса в прошлом строится теоретическая модель, отражающая механизм процесса и выводятся следствия о состоянии объекта в настоящее время: т.е. следствия сопоставляются с эмпирическими данными. Одна из задач создание рабочей гипотезы, которая должна отвечать требованию