1.1 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. 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 такое сильное влияние на распределение живых существ на морском дне”.

В отложениях порландских слоев верхней юры Грессли выделил 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.

Рассмотрим развитие идей Грессли-Прево и историю появления широкого трактования термина ”фация”.

Вторая половина XIX - начало XX века триумфальное шествие принципа и метода фаций Грессли в геологии всех стран.

В России 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 русифицировал 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.

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).

Развитие генетического направления представляется дальнейшим развитием идей Грессли. Становление генетического направления связывают с именами швейцарца М.Е.Реневье 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 определении 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 “генетический 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 отложениями, аллювий бал выбран в качестве эталона “генетического типа отложений”. При этом автор пользовался и понятием фация, но боле мелкого ранга, чем генетический тип. Например аллювиальный генетический тип подразделен на три фациальных комплекса или макрофации: руслового, старичного и пойменного. Этот подход был позднее использован и для морских отложений.

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.

1.3.1 Содержание генетического и фациального анализов

2.1 Физико-химические, климатические условия континентального осадконакопления

Континентальное осадконакопление обладает рядом особенностей: неустойчивостью (часто накопившиеся осадки сразу же подвергаются размыву), изменчивостью, преобладанием обломочного материала (большинство растворенных веществ выносится в море), наиболее тесной связью с материнскими породами, составом органических остатков (наземные растения и животные: позвоночные, насекомые, пресноводные организмы) и климатической зональностью.

Три типа литогенеза, определяемых климатическими различиями: ледовый, гумидный и аридный. Н.М.Страхов Типы литогенеза и их эволюции в истории Земли. М.Гостоптехиздат., 1963

Ледовым называют такой тип литогенеза на континентальных площадях, который обеспечивает геологически длительное существование на данной территории ледового покрова. Как правило оно имеет место в высоких широтах. Современным примером являются Гренландия, Антарктида, отдельные острова Северного ледовитого океана. Основным признаком ледовых областей является их низкая среднегодовая температура, отсутствие какой-либо заметной деятельности воды в жидкой фазе и активность воды только в твердом состоянии в виде льда. Основным источником осадочного материала является механическое выветривание, перенос осуществляется также механическим путем с помощью льда, талых вод или ветра. Хемогенная садка и жизнедеятельность организмов резко подавлены. Генетические типы ледниковых отложений довольно разнообразны.

Гумидным называется «породообразование в условиях влажных климатов, отличающихся преобладанием метеорных осадков над испарением и с температурами, разрешащими существование воды в жидкой фазе, по крайней мере в теченние теплой части года. Тропический, субтропический, умеренный и холодный влажный климаты являются разновидностями гумидного климатического режима». Располагаются гумидные зоны широкими полосами в северном и южном полушарии и занимают на современной суше наибольшее пространство. Гумидное осадкообразование отличается от ледового большей сложностью и разнообразием. Кроме чисто механических процессов, в нем участвуют химические и биологические процессы. Основной перенос осадочного материала осуществляется реками. При этом вещество мигрирует в виде растворов, в виде взвесей и волочением. Осаждение происходит либо по пути переноса, либо в принимающих водоемах: озерах и морях. Большая часть выносится в моря. Среди континентальных осадков гумидной зоны преобладают обломочные породы, хотя весьма типичны торфяники, присутствуют карбонатные и сапропелевые илы. Для гумидного литогенеза характерны также высокие концентрации ряда элементов: железа, марганца, алюминия. Рудообразование происходит в коре выветривания, на путях переноса (россыпи), в озерах.

Для аридного типа литогенеза характерно преобладание процессов испарения над количеством выпадающих осадков за год. Он распространен в областях засушливого климата. Климатическая поясность здесь значительно нарушается рельефом, который осложняет морфологию зон. В результате некоторые зоны приобретают меридиональную направленность (пустыни Чили).

Для аридных процессов характерно ослабление миграции элементов в коре выветривания. Из нее почти не вымываются железо, марганец, алюминий и др. Для районов с засушливым климатом характерно отсутствие лесного покрова, болота встречаются редко, как следствие в аридных отложениях мало углей. Внутриконтинентальные водоемы аридной зоны как правило бессточны и осолонены. Например, оз. Балхаш, Аральское море. В результате в этих водоемах резко падает роль организмов, зато усиливается роль хемогенных осадков. Недостаток воды в районах с аридным климатом приводит к тому, что механические осадки здесь часто плохо сортированы. С другой стороны в этих районах увеличивается роль ветра как агента переноса.

2.2 Классификация континентальных фаций