книги / Общая геология
..pdfВремя 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