Источники: Формационный анализ сложных регионов. – М.: «Недра», 1983. – 212 с.
Родоначальники понятия и термина «формация» И.Лемон, Г.Фюксель, А.Вернер считали, что формация – это геологическое тело определенного состава и облика. Ч.Лайель (1859) писал: «Название формация выражает в геологии всякую группу пород, имеющих нечто общее по происхождению, времени образования или составу…»
Стратиграфические и фациальные исследования первой половины ХIX века дали начало литолого-генетическому направлению учения о геологических формациях. Принадлежность формаций тектонической сфере связана с появлением теории геосинклиналей и платформ в трудах Дж.Хола, Дж.Д.Дэна, Э.Зюсса, А.П.Карпинского, Э.Ога, А.Д.Архангельского, Г.Штилле. Господствовашей до этого контракционной гипотезе формации были не нужны. Активное вовлечение формаций в тектонический анализ произошло одновременно с открытием повторяемости однотипных литологических комплексов на различных стратиграфических горизонтах. Это позволило М.Бертрану (1887) сформулировать идею цикличности развития геосинклиналей и орогенических явлений. Именно с этого времени и в связи с этим формации стали выступать не только как объект, но и как инструмент исследований.
Работы Н.С.Шатского и Н.П.Хераскова положили начало парагенетическому течению учения о геологических формациях, в основе которого лежит идея: сходные комплексы осадочных пород являются свидетельством однотипности тектонического режима.
Все определения термина формация признают естественность собранных в формации ассоциаций горных пород, и большинство считает, что эти ассоциации исторические и закономерные. Формация – естественная историческая категория, т.е. образование единой эпохи. В одну формацию не могут объединяться комплексы разобщенных эпох. Формация – генетическая категория. Без генетического насыщения понятие формации теряет значение, т.к. ассоциации горных пород могут выступать в виде толщ, свит, комплексов, массивов и т.д. При этом генезис формации отражается совокупностью всех условий её образования: фациальных, палеогеографических, климатических тектонических. Формация, наконец, не случайное, а закономерное явление, созданное устойчивым сочетанием процессов: только определенная совокупность генетических факторов приводит к образованию определенной формации. Каждая формация является индикатором устойчивости условий её происхождения, существенное нарушение которого должно привести к возникновению новой формации. Незначительные изменения отражаются в появлении дополнительных черт и т.н. чужеродных членов, наращивание которых до некоторого уровня изменяет качественную характеристику и требует выделения новой формации.
Пока в вопросе выделения конкретных формаций нет единого мнения. Так, при тектоническом подходе формации рассматриваются, прежде всего, как парагенезисы горных пород в пределах крупных тектонических элементов. Использование литологическим направлением дополнительного генетического фактора вносит большую определенность: на основе фациального контроля устанавливается естественное родство ассоциаций горных пород и их иерархическое соотношение. Фациально однотипные комплексы могут составлять отдельные формации или входить в состав других на правах субформаций в зависимости от палеогеографических, палеоструктурных связей и количественной выраженности.
Т.о. выделение формаций – не простое возведение той или иной ассоциации горных пород или даже фациального комплекса в ранг формации, творческий процесс, основанный на выявлении генетической сущности явлений.
Один из наиболее сложных вопросов – ограничение тел конкретных формаций. Существуют два подхода: первый, когда обособляются тела А и Б, разделенные сложными поверхностями смены определяющих признаков, и второй, когда обособляются вертикальные зоны 1,2,3, включающие соответственно: тело А, переходную зону и тело Б.
Выделяют следующие формационные подразделения: субформации, формации и формационные комплексы.
Формационный комплекс представляет совокупность формаций и субформаций, отвечающих единому этапу накопления. Границы формационных комплексов обозначаются крупными паузами осадконакопления и соответственно значительными несогласиями. Если эти несогласия являются структурными, разделяемые ими подразделения представляют собой структурно-формационные комплексы.
То, что литология, стратиграфия и тектоника изучают обособленно и независимо, в системе формационного анализа соединяется. Формационные исследования подразумевают два этапа. Первый заключается в изучении самих формаций. Второй – в использовании формаций как инструмента познания общих закономерностей. Для первой стадии формации являются конечным результатом исследования, для второй – они исходный пункт.
Основой изучения геологических формаций являются литолого-фациальные исследования. Собственно литологическая ветвь анализа (породы – слои – разрезы) приводят к выделению породных ассоциаций – индивидуализированных геологических тел по особенностям состава или первичного строения. В основе генетического анализа находятся диагностические признаки происхождения пород – состав, структуры, текстуры и т.д. Обособление парагенераций при изучении отдельных разрезов сводится к проблемам детальной литостратиграфии: выделению свит, пачек, горизонтов и ограничению в пространстве литостратиграфических подразделений.
Собственно формационный анализ подразумевает изучение распределения и взаимоотношения формаций на основе стратиграфических и палеоструктурных исследований, установление тектонических условий образования формаций на базе изучения конседиментационной структуры, выделение структурно-формационных комплексов с привлечением сведений о несогласиях и структурной этажности. В итоге формационный анализ позволяет восстановить причинно-следственную цепь событий геологической истории, провести тектоническое районирование, выявить генетические ассоциации формаций и наметить их типовые сочетания, установить закономерности в размещении и образовании полезных ископаемых.
Формационный анализ неизбежно должен быть комплексным. Комплексность придает формационным исследованиям свойство автокорректировки: явления, причины и следствия естественно увязываются между собой. Тем самым возможно оценивать существующие положения и получать новые объективные суждения. Формационный анализ опирается на все законы и принципы геологии
Закон в науке описывает существующую в природе устойчивую и обязательную связь, зависимость и повторяемость явлений и процессов. Он может быть открыт эмпирически или теоретически. Научный принцип – это основное положение, основное правило исследований. Он может быть постулирован, т.е. взят в качестве предпосылки, которая не отличается самоочевидностью, или принят как аксиома, т.е. основываться на общем опыте. Принципы могут меняться, законы – нет. Принцип может трансформироваться в закон, т.е. приобрести статус субъективно независимой категории.
Методология стратиграфических исследований базируется на трёх законах. Закон неповторимости стратиграфических подразделений во времени и пространстве основывается на признании поступательности и необратимости эволюции. Он утверждает индивидуальность стратиграфических подразделений.
Закон последовательности напластования стратиграфических подразделений (закон Н.Стенона), определяющий, что при ненарушенном залегании каждый нижележащий слой древнее покрывающего слоя, базируется на опыте седиментологии. На его основе устанавливается относительный возраст любых стратиграфических подразделений.
Закон хронологической неполноты стратиграфических разрезов: сумма времён образования отдельных членов любой стратиграфической последовательности всегда меньше продолжительности периода между началом и концом ее формирования, основывается на непрерывности времени и дискретности геологических процессов.
Закон униформизма утверждает неизменность управляющих геологическими процессами правил. Эта идея была высказана Дж.Геттоном и оформлена Дж.Плейфером: «Посреди всех переворотов земного шара экономия природы остаётся без изменения, и её законы только одни противостоят общему движению. Реки и скалы, моря и континенты изменялись во всех своих частях, но законы управляющие этими изменениями, и правила, которым они подчинены, остаются неизменно одни и те же». Этот закон устанавливается однотипностью и постоянством физических и химических явлений и процессов.
Из закона униформизма следует принцип актуализма, сформулированный Ч.Лайелем в «Основах геологии» (1830-1833): «Силы, ныне действующие как на земной поверхности, так и под нею, могут быть тождественны по роду и степени с теми, которые в отдаленные эпохи производили геологические изменения». Концепция актуализма претворяется в одноименном методе – сравнение прошлого с настоящим.
Униформизм утверждает неизменность законов и только законов, определяющих геологические процессы, а не самих процессов. Актуализм принимает единообразие процессов, характер результатов действия которых связан с конкретной обстановкой их проявления, определяемой общей эволюцией.
Главными принципами учения о геологических формациях являются паритетность, конформность и комплексность. Принцип паритетности определяет равные права всех вовлеченных в анализ сведений. Принцип конформности требует их согласованности и взаимоувязки. Принцип комплексности обуславливает максимальную всесторонность исследований и обеспеченность выводов фактами: заключения общего значения по неполным и разрозненным данным не могут быть сделаны.
Литология и стратиграфия в формационных исследованиях.
Литологические исследования в формационном анализе позволяют обозначить формацию как таковую. Литолого-петрографические описания позволяют обособить естественные ассоциации пород или парагенерации – геологические тела, обладающие определенным набором пород, их количественным соотношением, сочетанием и распределением. В соответствии с систематикой горных пород могут быть выделены парагенерации терригенного, хемогенного, биогенного, вулканогенного и смешанного классов. Среди терригенных можно различать грубо-, средне- и мелкообломочные, соответственно насыщенные породами валунно-галечного, песчаного и алеврито-глинистого типов, а также смешанные, например, средне-мелкообломочную при близком соотношении песчаных и алеврито-глинистых пород. Парагенерации, выделенные по гранулометрическому составу, могут различаться по цвету пород, в связи с чем могут обособляться ряды: красноцветный, сероцветный и т.д.
По смыслу парагенерации соответствуют формациям американских геологов. Выделение формаций (литоформаций) американскими геологами производится исключительно по литологическим признакам, причем границы их не закреплены изохронными уровнями. Т.е. их эквивалентом у нас являются формации.
Литолого-фациальные исследования позволяют установить происхождение отложений и наметить их ассоциации по генетическим признакам – фации, генетические комплексы. Они позволяют наметить иерархию формационных подразделений, например, комплекс морских отложений в целом не может быть подчинен комплексам литорали, сублиторали и т.д. Тогда как между грубообломочной и среднеобломочной паргенерациями никакой естественной соподчиненности нет.
Стратиграфический анализ выясняет последовательность, возраст и строение в отдельных разрезах и коррелирует эти разрезы между собой. Самое важное в стратиграфических исследованиях для формационного анализа является выяснение взаимоотношений геологических тел по вертикали и установление их стратиграфического объёма.
Формационные схемы более соответствуют природным объектам, нежели стратиграфические. Методический подход мелко- и среднемасштабного картирования, использующий показ одновозрастных комплексов, мало пригоден в крупномасштабном картировании. Эти карты по своему существу должны быть формационными. Соотношения между стратиграфическими и формационными подразделениями могут быть самыми различными. При устойчивости фациально-литологических характеристик стратиграфических подразделений на большой площади они будут полностью соответствовать формационному телу. Подобное встречается крайне редко. В большинстве случаев формационные элементы имеют асинхронные границы. Т.е. формация может включать в себя несколько стратиграфических подразделений (свит, ярусов), либо быть частью подобного подразделения или вообще иметь асинхронные границы (на разных участках относится к разным стратиграфическим подразделениям или уровням).