книги / Общая геология

Время в геологии

21

угольный период продолжался дольше девонского, меловой — дольше юрского.

Любой отрезок геологического времени характеризуется опре­ деленным комплексом фауны и флоры. Различия в комплексах органического мира наиболее значительны для эр, эти различия меньше для периодов, еще меньше для эпох и сравнительно не­ большие для разных следующих друг за другом веков.

Остатки очень примитивных организмов встречаются уже в горных породах архейской группы. В протерозойских породах они встречаются чаще, но большинство их плохо различимо и почти неопределимо. Здесь они представлены водорослями, бак­ териями и плохо сохранившимися остатками беспозвоночных животных. Бедность органическими остатками горных пород про­ терозойской и в еще большей степени архейской групп объясняется тем, что эти породы сильно метаморфизованы и прорваны разно­ образными магматическими породами.

Ввиду очень редкого нахождения в породах архейской и про­ терозойской эр ископаемых остатков организмов эти эры не раз­ делены на периоды и эпохи. Горные породы последующих групп, систем и отделов, а также не приведенных в табл. 2 ярусов харак­ теризуются соответствующими ископаемыми остатками организ­ мов.

Ниже приведены краткая характеристика органического мира морей и континентов по периодам.

К е м б р и й с к и й п е р и о д (Cm). Этот период характе­ ризуется представителями беспозвоночных животных всех типов, в большинстве случаев в виде сравнительно примитивных форм. Остатков позвоночных животных не найдено. Наиболее распро­ страненными и типичными морскими организмами были трило­ биты и археоциаты. Из растений — водоросли и бактерии. По­ явились простейшие наземные растения — псилофиты.

О р д о в и к с к и й (О) и с и л у р и й с к и й (S) п е р и ­ о д ы . В горных породах ордовикского и силурийского периодов впервые встречаются позвоночные организмы из класса рыб, представленные ныне уже вымершими панцирными и кистепе­ рыми рыбами.

Фауна беспозвоночных в морях в эти периоды пышно раз­ вивалась, особенно губки, граптолиты, четырехлучевые кораллы,

мшанки, иглокожие,	моллюски		и ракообразные древних,			уже
вымерших сейчас	групп.	Развивались			плеченогие, из	рако­
образных — трилобиты и		гигантские		раки. Происходило		даль­
нейшее развитие псилофитов.			(D).	В	течение этого периода
Д е в о н с к и й	п е р и о д

продолжали усиленно развиваться панцирные и кпстеперые рыбы, головоногие, относящиеся к вымершей группе гониатитов, а также гигантские раки. Появились стегоцефалы, относящиеся к классу земноводных (амфибий). Трилобиты начали постепенно

22 Введение

вымирать. Существовало сравнительно много плеченогих, напри­ мер спириферов; были широко распространены иглокожие н кораллы. Развивались тайнобрачные растения. Господствовали псилофиты и появились предки папоротников. В породах девона изредка встречаются находки двоякодышащих рыб.

К а м е н н о у г о л ь н ы й п е р и о д (С). Карбон харак­ теризуется усиленным развитием земноводных. Продолжалось раз­ витие кистеперых, акулоподобных рыб, плеченогих (спирпфериды, продуктиды). Общее число родов и видов плеченогих по сравнению с числом их в девоне, силуре и ордовике сократилось. Вымирали многие представители девонских, силурийских и ордовикских иглокожих, трилобитов и гигантских раков. Широко развивались фораминиферы. Продолжали развиваться гониатиты и иглоко­ жие.

Появились разнообразные крупные хищные насекомые. Обиль­ но развивалась флора сосудистых тайнобрачных (гигантских папоротникообразных, плауновых, хвощевых). На суше развива­

лась пышная древовидная	растительность.
П е р м с к и й п е р и о д	(Р). На суше в этот период появи­

лись крупные пресмыкающиеся и, вероятно, первые млекопитаю­ щие животные. Стегоцефалы переживали период расцвета. Выми­ рали древние рыбы. Исчез ряд беспозвоночных, характерных для прошлых периодов (окончательно вымерли трилобиты, древ­ ние четырехлучевые кораллы, плеченогие многих родов). Уси­ ленно развивались аммониты.

Среди флоры вымер ряд сосудистых тайнобрачных и разви­ вались хвойные и саговые растения.

Т р и а с о в ы й п е р и о д (Т). Нижнетриасовая эпоха ха­ рактеризуется пышным развитием аммонитов и появлением пер­ вых представителей белемнитов.

Появились шестилучевые кораллы. Среди растений преобла­ дали хвойные и саговые растения.

В средне- и верхнетриасовой эпохах существовали мелкие, весьма примитивные млекопитающие. Развивались пресмыкаю­ щиеся, среди которых появились животные, живущие в воде (ихтиозавры, плезиозавры), земноводные (крокодиловые, чере­ пахи) и сухопутные (динозавры).

К концу триаса вымерли стегоцефалы. Появились первые костные рыбы, которые господствуют в морях и в настоящее время.

Ю р с к и й п е р и о д (J). В юрском периоде жили млеко­ питающие того же типа, что и в триасе. Появились первые птицы — зубастые, с длинным хвостом и когтями на крыльях (археопте­ риксы) и пресмыкающиеся (летающие ящеры, птеродактили), в том числе представители гигантских форм. Наблюдалось зна­ чительное развитие костных рыб, а также аммонитов и белемни­ тов, хвойных и саговых растений.

Время е геологии

23

М е л о в о й п е р и о д (Сг). Млекопитающие мелового пери­ ода относятся к тем же низшим группам, что и млекопитающие юры, и не играют большой роли. Появились зубастые птицы новых форм и водные птицы. До конца периода главную роль среди позвоночных играли крупные пресмыкающиеся. Некоторые из них, например змееподобные мезозавры, жили только в ме­ ловом периоде.

К концу периода вымерли аммониты и белемниты. Брюхоногие и двустворчатые моллюски развивались все больше и больше. В верхнемеловую эпоху появились покрытосеменные растения (цветковые), и флора земного шара приобрела облик, более близ­ кий к современному.

П а л е о г е н о в	ы й (Pg) и н е о г е н о в ы й	(N) п е р и -
о д ы. Эти периоды	характеризуются развитием	высших (пла­

центарных) млекопитающих, среди которых появилось много крупных форм. Из пресмыкающихся (рептилий) сохранились только ящерицы, змеи, крокодилы и черепахи.

Продолжали	развиваться	птицы,	костные рыбы, брюхоногие
и двустворчатые	моллюски,	близкие	к современным.

Из флоры развивались покрытосеменные, особенно в неогене, в том числе злаки и лиственные деревья. В неогене началось

развитие	человекообразных	обезьян.
Ч е т в е р т и ч н ы й (Q),		или а н т р о п о г е н о в ы й (Ар),
п е р и о д .	В четвертичном периоде широко развивались млеко­

питающие животные, птицы, рыбы, насекомые и цветковые ра­ стения. Животный и растительный мир стал близким к современ­ ному. Появился человек. В отложениях нижней части периода найдены остатки человека и его культуры (палеолит). В связи с наступлением ледниковых эпох вымер ряд крупных, своеобраз­ ных млекопитающих и произошло обособление растительности различных климатических зон.

В первой половине четвертичного периода жили мамонты, волосатые носороги, крупные предки современных оленей и представители некоторых других вымерших теперь форм.

Каждый отрезок геологического времени (период, эпоха, век) характеризуется определенными видами организмов, не живших на Земле до и после этого отрезка времени. Такие организмы йазываются р у к о в о д я щ и м и .

По руководящим ископаемым организмам устанавливается геологическая одновременность образования (синхронизация — корреляция) различных горных пород, слагающих земную кору в удаленных друг от друга пунктах.

Таким образом, геологический возраст горных пород опре­ деляется на основании нахождения в них остатков живот­ ного или растительного царства. Однако надо иметь в виду, что не во всех породах встречаются ископаемые остатки фауны или флоры, а тем более руководящие ископаемые организмы.

24

Введение

Синхронизация или корреляция геологических образований (горных пород) в различных скважинах производится очень часто при помощи электрического каротажа (рис. 2).

В практике работы геологов-нефтяников широкое распростра­ нение получила корреляция горных пород по отдельным мине­ ралам и их комплексам, встречающимся в породах.

Рис. 2. Корреляция разрезов скважин по данным электрического каротажа.

Пунктиром показана коррелгашя. Зигзагообразными линиями справа от прямых отмечено сопротивление пород электриче­ скому току, а зигзагообразными линиями слева от прямых — количество протекающего тока в породах. В разрезе отчетливо выделяются три песчаные толщи, обозначенные на рисунке

точками.

Как уже было указано, комплексы горных пород, образовав­ шихся в то или другое геологическое время, т. е. группы, систе­ мы и отделы пород, а также более мелкие их подразделения при­ нято обозначать индексами.

Геологические	индексы	используют в геологических картах
и геологических	разрезах.

Любая геологическая карта указывает нам геологический возраст горных пород, выходящих на поверхность.

Поперечные разрезы дают наглядное представление о мощ­ ности пород отдельных геологических подразделений, характере и последовательности их залегания в недрах земной коры.

На геологических картах и разрезах возраст горных пород, кроме индексов, обозначается еще определенной окраской или штриховкой.

Время й геологии

25

Благодаря применению обязательных для всех государств мира индексов геологические карты, составленные геологами одной страны, могут легко читать геологи других стран даже при незна­ нии языка страны, в которой соответствующие карты составлены.

При чтении геологических карт надо учитывать следующую их особенность. Образования четвертичного периода выходят

V

почти во всех местах земной поверхности. Таким образом, сле­ довало бы почти всюду показывать на картах индекс Q. Но в та­ ком случае весь смысл составления геологических карт пропал бы. Чтобы этого не случилось, условились образования четвер­ тичного периода мысленно всюду снимать и показывать на геоло­ гических картах те породы, которые располагаются под образо­ ваниями четвертичного периода.

Четвертичные отложения принято обозначать на картах лишь в тех местах, где они имеют большую мощность (толщину) (десятки, сотни метров), или тогда, когда не известно, какие породы под ними залегают.

Для составления геологических карт требуется детальное изучение горных пород и ископаемых остатков организмов, ко­ торые встречаются в этих породах.

В качестве примера на рис. 3 показана геологическая карта района. Рассматривая эту карту, мы видим, что на поверхность

26 Введение

Земли выходят горные породы нижнемеловой (Crj) и верхнеме­ ловой (Сг2) эпох, а также породы палеогенового (Pg) п неогено­ вого (N) периодов.

Здесь же показан поперечный вертикальный разрез по л и ­ н и и АВ. Из него видно, что в районе карты горные породы раз­ ных геологических возрастов смяты в складки. Точечным пунк­ тиром показаны границы между слоями пород разных геологи­ ческих возрастов в местах, где эти породы удалены процессами д е н у д а ц и и (разрушения).

Мы рассмотрели относительное геологическое летосчисление. Каждому очевидны недостатки подобного исчисления времени. Многие^ попытки ввести в геологию метод абсолютной геохроно­ логии, т. е. метод исчисления времени в годах, до сих пор не дали существенных результатов. Перспективными в этом отношении являются радиоактивные методы, использующие радиоактивный распад в породах. Эти методы имеют громадное значение для бу­ дущего геологии.

Сущность одного из подобных методов заключается в следую­ щем. Многие минералы, входящие в состав горных пород, содер­ жат радиоактивные элементы (U, Th), а также урановый (РЬД) и ториевый (РЬд) свинец. Тот и другой свинец являются конеч­ ными продуктами распада урана и тория. Урановый свинец имеет атомный вес 206, ториевый 208. Первый получается в резуль­ тате излучения из атома урана восьми положительно заряженных ядер атома гелия:

U—8Не -> РЬ|И

второй — в результате излучения из атома тория шести поло­ жительно заряженных ядер атома гелия:

Th—6Не РЬв.

Установлено, что процесс распада урана, тория п других радиоактивных элементов происходит в настоящее время с постоян­ ной скоростью, не зависящей от давления и температуры. Ско­ рость распада этих элементов следующая: 1 г урана в течение года

дает 1351 X 10—13г уранового свинца; 1 г тория за то же время

дает 513 X 10—13г торцевого свинца.

В минерале процесс распада начинается с того момента, как он выпал в виде кристалла из растворов или выделился в резуль­ тате остывания и кристаллизации магмы, находившейся до этого в расплавленном состоянии.

Исходя из приведенной выше скорости распада U и Th, вывели формулу для определения возраста t минералов, входящих в со­ став магматических горных пород:

Ply-f-Pbe

U+0.38 Th X 74 X 108 лет.

Время в геологии

27

Подставляя в эту формулу количества U, Th, Pb^, РЬ0, обна­

руженные в минерале, входящем в состав той или иной магмати­ ческой породы, определяют число лет, прошедших с момента кристаллизации данного минерала.

Анализируя кристаллы минералов, входящих в состав горной породы магматического происхождения, мы находим примерный возраст горной породы с момента ее затвердевания.

Применением радиоактивных методов исчисления геологи­ ческого времени и сопоставлением полученных результатов с данными относительного геологического времени установлено, что продолжительность протерозойской эры колеблется в преде­ лах 600—800 млн. лет, палеозойской 300—350 млн. лет, мезо­ зойской 110—130 млн. лет, кайнозойской 53—56 млн. лет.

Таким образом, общая продолжительность времени, протек­ шего с конца архея до наших дней, составляет 1066—1346 млн. лет. Продолжительность архейской эры определяется более чем в 1000 млн. лет.

Цифрам, полученным радиоактивным методом, можно верить лишь в том случае, если скорость распада U и Th за все прошлое геологическое время не менялась. Имеющиеся в распоряжении науки данные свидетельствуют о том, что скорость распада если и менялась, то в незначительных пределах. Таким образом, поря­ док цифр возраста магматических горных пород, получаемый при применении радиоактивных методов, вполне приемлем для наших общегеологических построений и заключений.

Кроме описанного выше метода определения возраста горных пород магматического происхождения по содержанию в них свинца, известны гелиевый, стронциевый, калиевый и другие методы.

В последнее время радиоактивные методы исчисления абсо­ лютного возраста пород совершенствуются и приобретают все большее и большее распространение.

Эти методы в некоторых случаях начинают применять н к оса­ дочным породам.

Кроме радиоактивных методов определения абсолютного воз­ раста пород, известны и другие, основанные, например, на ско­ рости отложения солей в морях и океанах (солевой метод), на скорости отложения осадков.

Эти методы, как было сказано выше, не дали существенных результатов.

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ЭЛЕМЕНТЫ МИНЕРАЛОГИИ, ПЕТРОГРАФИИ И ТЕКТОНИКИ

Для лучшего понимания вопросов, изучаемых в курсе общей геологии, особенно в разделе «Физическая, или динамическая, геология», необходимо знание некоторых данных минералогии и петрографии, а также основных форм залегания горных пород в земной коре, т. е. элементов тектоники.

Г л а в а	I
ЭЛЕМЕНТЫ МИНЕРАЛОГИИ
М и н е р а л а м и называются	природные химические сое­

динения или самородные элементы, возникшие в результате раз­ нообразных физико-химических процессов, происходивших внутри земной коры или на ее поверхности.

В природе большинство минералов находится в твердом со­ стоянии (кварц, кальцит, полевой шпат, слюда и др.); известны жидкие минералы (ртуть, вода, нефть и др.); к газообразным минералам относятся углекислый газ, сероводород, сернистый газ и др.

Изучением минералов занимается минералогия. Из общего числа (свыше 2000) минералов, известных в настоящее время и изучаемых в курсе минералогии, очень немногие имеют массовое распространение в природе.

Существенную роль в сложении горных пород играет только около 50 минералов, которые называются п о р о д о о б р а з у ю ­ щ и м и .

Минералы встречаются в природе в виде кристаллов, имею­ щих более или менее выраженную форму многогранников, в виде неправильных по форме зерен или сплошных масс, характеризую­ щихся либо кристаллической природой своего вещества, либо аморфным строением.

Характерной особенностью минералов, встречающихся в виде кристаллов, является их свойство самоогранения, т. е. способ­ ность принимать многогранную форму.

Каждому твердому минералу присуща своя кристаллическая форма, которая зависит от химического состава и строения ве­ щества, слагающего данный минерал, а также от условий его образования.

	Элементы	минералогии	29
Плоскости,	ограничивающие	кристаллы, называются	г р а ­
н я м и, линии	пересечения плоскостей — р е б р а м и ,		точки
пересечения ребер — в е р ш и н а м и .

Способность твердых минералов приобретать правильные фор­ мы многогранников обусловлена закономерным расположением составляющих их частиц: атомов, ионов и молекул.

Пространственное расположение этих частиц характеризует структуру кристалла.

Таким образом, внешняя форма кристаллов зависит от строе­ ния вещества, из которого они сложены. Известны структуры

Рис. 4. Пространственные (кристаллические) решетки.

1 — каменная соль; 2 — графит.

атомные, ионные, радикал-ионные и молекулярные, в зависи­ мости от того, что находится в узлах пространственной решетки соответствующего твердого минерала (атомы, ионы, радикалионы, молекулы).

На рис. 4 в качестве примера приведены пространственные решетки каменной соли и графита.

В узлах первой расположены атомы натрия и хлора, в узлах второй — углерода.

Основы учения о строении кристаллов разработаны русским ученым Е. С. Федоровым.

Кристаллическую структуру вещества в настоящее время изучают при помощи рентгеновских лучей.

Е. С. Федоров в конце XIX века установил 230 вариантов пространственного расположения частиц в кристаллах. Его вы­ воды впоследствии подтвердились рентгенограммами.

Грани кристаллов соответствуют плоскостям наиболее плот­ ного, т. е. наиболее густого, расположения частиц (атомов, ионов, радикал-ионов, молекул). Ребра кристаллов соответствуют рядам частиц, находящихся на линиях пересечения граней.

Установлено, что углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же минерала одинаковы и постоянны.

30 Элементы минералогии, петрографии и тектоники

В этом заключается з а к о н	п о с т о я н с т в а г р а н и ы х
у г л о в .	можно точно определять мине­
По величине гранных углов

ралы, так как каждый минерал характеризуется своимн вполне определенными гранными углами.

При постоянстве гранных углов величина и конфигурация граней кристаллов одного и того же минерала могут значительно меняться; вместе с тем будет изменяться и общий вид кри­ сталлов.

Закон постоянства гранных углов вытекает из того, что грани кристалла при его росте перемещаются параллельно самим себе.

С и м м е т р и ч н о с т ь к р и с т а л л а выражается в пра­ вильном повторении элементов его ограничения, т. е. граней, ребер и вершин.

Различают следующие элементы симметрии кристаллов: центр

симметрии (С),	оси симметрии (L)	и	плоскости симметрии (Р).
Ц е н т р о м	с и м м е т р и и	(С)	называется такая точка

внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам все линии, соединяющие соответствующие точки, взятые на поверх­ ности кристалла.

О с ь ю с и м м е т р и и (L) называется прямая линия, при повороте вокруг которой на определенный угол все его грани, ребра и вершины полностью совмещаются с их начальным поло­ жением.

Если такое совмещение происходит при полном обороте кри­ сталла два, три, четыре, шесть раз, ось симметрии соответственно называют осью симметрии второго, третьего, четвертого, шестого порядка. Эти оси соответственно обозначаются L%, Ьз, Lt, Le.

Если кристалл имеет несколько осей симметрии, то число их выражается коэффициентом, поставленным перед соответствую­ щим обозначением оси n-го порядка. Например, 4£з означает,

что кристалл имеет	четыре оси симметрии третьего порядка.
П л о с к о с т ь ю	с и м м е т р и и (Р) называют плоскость,

делящую кристалл на две равные и противоположно расположен­ ные части, из которых каждая является зеркальным отображе­ нием другой.

Естественные кристаллы образуют многогранники различной формы, обладающие разной степенью симметрии.

В зависимости от степени симметрии кристаллов различают семь кристаллографических сингоний (видов симметрии): куби­ ческую, или правильную; тетрагональную, или квадратную; ромбическую; тригональную; гексагональную; моноклинную и триклинную.

Кубическая сингония в своих наиболее симметричных кри­ сталлах обладает тремя осями симметрии четвертого порядка, четырьмя осями симметрии третьего порядка, шестью осями сим­ метрии второго порядка, девятью плоскостями симметрии и