Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Региональная стратиграфия верхнего мела и дания Северного Кавказа и Предкавказья

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Смирнов, Юрий Павлович, Ставрополь; М.

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Ставропольский государственный университет

На правах рукописи УДК 551.763.3 (470.62/.67)

СМИРНОВ Юрий Павлович

РЕГИОНАЛЬНАЯ СТРАТИГРАФИЯ ВЕРХНЕГО МЕЛА И ДАНИЯ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

И ПРЕДКАВКАЗЬЯ

}

/ ] / "" ........-'-'П/ ] / /

04.00.01 — об1цай~№^пю11альнаяМ6Л6гия.^

: . . Л: -МП. Х

Диссер гация на;с<гискй11йе учено^£^0Шгдокто|^д\11'

■ ,- "ОЬ*** ^ . „.ц-т*

■- "■и^Т < *

^¡ОЬ / Ставрополь-Москва "

Работа выполнена в Грозненском нефтяном институте и в Ставропольском Государственном университете

доктор геолого-минералогических наук, профессор Д.П.Найдин доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Т.Фролов доктор геолого-минералогических наук, профессор В.М.Цейслер

Оппонирующая организация: Северо-Кавказская региональная стратиграфическая комиссия (СК РМСК) при Северо-Кавказском региональном геологическом центре (г. Ессентуки).

Официальные оппоненты: РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

л 4 а г2 а ~ о о

'¿■/JJJ Jj

Защита состоится 25 декабря 1998 года в_часов на заседании Специализированного Совета Д. 053. ОЗ 25 диссертаций при Московском Государей- ■ ' жоносова по адресу: 119899, ГСП-3, г.V- тический

факультет, ауд._

С комплектом публико :;о ознакомиться в библиотеке геоло. ивного здания.

Автореферат разослан "

Ученый Секретарь Специа. Совета, доктор геолого-минерал -« к

наук,профессор . .Г.Рябухин

ВВЕДЕНИЕ

Принятая на Межведомственном стратиграфическом совещании по мелу Кавказа (Цхалтубо, 1978) унифицированная корреляционная стратиграфическая схема верхнего мела Северного Кавказа и Предкавказья сопровождалась перечнем многих, оставшихся спорными, вопросов сопоставления местных (свитных) схем. Это прйвело к необходимости разработки региональной стратиграфической схемы (РСС), на основе которой можно было бы ликвидировать нерешенные вопросы сопоставления местных схем и корреляции конкретных разрезов.

Актуальность темы диссертации определяется вышеуказанной необходимостью в РСС, а также практической ценностью регионально единой стратиграфической системы, как базы для геологических (в т.ч. палеогеоло-гических) построений при оценке перспектив и поисках месторождений полезных ископаемых (особенно - углеводородного сырья).

Цель работы соответствует цели Стратиграфии вообще, только в конкретном региональном и возрастном диапазоне: установление пространственно-временных соотношений геологических образований любых качественных типов (геосферных, геотектонических, геоформационных, геофациаль-ных и т.д.). В работе охвачены только фациально-формационные и биогенные образования, анализ пространственно-временных соотношений которых, как известно, и является основным в стратиграфических разработках.

Задачи исследований и основные результаты их решения представлены в четырёх нижеследующих разделах диссертации:

1.История исследований: детальная периодизация и обоснование необходимости РСС.

2.Методы исследований: обоснование применяемого комплекса методов.

3.Региональная стратиграфическая схема (РСС): качественно-количественная характеристика и возрастное определение стратиграфических единиц; геопериодное и косвенное обоснование стратиграфических единиц РСС.

4.Типизация и механизм формирования разреза: палеотектоническое и (Ьатгияльпо-формационное районирование ("по типу разреза") и общая схе-

ормирования слоисто-пластовой толщи верхний мел -дания региона. ; ...ягша основных результатов исследований, согласно решению выше-•, -яных задач, следующая:

.»аервые приводится детальная периодизация (периоды и их этапы) ис-ri ^следований и впервые обосновывается необходимость РСС верхне-и дания Северного Кавказа и Предкавказья, •"'аервые в общем комплексе методов используются два ранее извест-

ных метода стратиграфических исследований и предлагается четыре новых метода.

3.Впервые разработана РСС верхнего мела и дания Северного Кавказа и Предкавказья.

4.Впервые дано структурное (геопериодное) и глобальное обоснование региональных стратиграфических единиц и их границ.

5.Уточнена и детализирована схема районирования "по типу разреза", предложенная М.М.Москвиным (1962, 1986).

Фактический материал, использованный автором, включает данные (полевые и лабораторные) примерно по ста естественным разрезам и примерно по трехстам скважинным разрезам. Помимо данных, полученных автором самостоятельно, использованы данные предоставленные ему М.М.Москвиным и М.М.Павловой, Г.А.Ткачук и А.Е.Ткачуком, Е.А.Акулининой. Использованы все публикации. Определения фауны моих сборов и сборов других исследователей проводились М.М.Москвиным, Д.П.Найдиным, М.А.-Пергаментом, М.М.Павловой, Р.А.Халафовой, Р.Марциновским, Г.В.Орел, И.Валашском, К.-А.Трегером, Е.Ф.Фроловой-Багреевой, К.Г.Самышкиной, Д.А.Агаларовой, П.В.Ботвинником, Г.А.Ткачук, Л.С.Тер-Григорянц, И.В.Шабатиным, В.И.Коваль, З.А.Антоновой.

Апробация включает доклады о результатах исследований на многих Всесоюзных и Всероссийских совещаниях, конференциях, коллоквиумах по стратиграфии, литологии, геосистемологии, геоцикличности: Львов (1969), Новосибирск (1971), Тбилиси (1972), Грозный (1974), Цхалтубо (1978), Бережаны (1980), Уфа (1981), Баку (1985), Нальчик (1986), Грозный (1988), Махачкала (1990) и другие - по стратиграфии и литологии; Новосибирск (1975), Грозный (1976), Таллинн (1978), Новороссийск (1980), Грозный (1982), Новосибирск (1985), Ставрополь (1995,1996, 1997) и другие - по цикличности и геоцикличности; Москва (1983,1986, 1989) - по системному подходу к Геологии.

Кроме того, результаты исследования обсуждались на почти ежегодных региональных рабочих стратиграфических совещаниях в период с 1965 по 1985 годы и на защитах отчетов по хоздоговорным темам в период с 1964 по 1984 годы. q

Публикации по теме диссертации, в количестве единиц, включают одну авторскую (1998 г.) и три коллективных (1980, 1986, 1988 г.г.) монографии, одно авторское учебное пособие (Системный анализ в геологии и нефтегазовом производстве, 1987 г.) и 4^научных статей и тезисов докладов.

Автор бесконечно благодарен за консультации и безвозмездные определения макрофауны, совместные полевые наблюдения и предоставленный фактический материал М.М.Москвину, Д.П.Найдину, М.А.Пергаменту,

М.М.Павловой, В.Л.Егояну, С.Л.Афанасьеву, Е.А.Акулиной, Е.Ф.Фроловой-Багреевой, Г.А.Ткачук, А.Е.Ткачуку, Г.В.Орел.

Автор также благодарен своим соратникам, в разное время способствовавшим выполнению полевых, лабораторных и отчетных работ - Ф.Г.Ша-рафутдинову, В.Ф.Шарафутдинову, Б.Г.Васину, В.Г.Плющенко, Г.В.Орел, Б.Г.Вобликову, НА.Голозубовой и многочисленным техническим исполнителям (в т.ч. бывшим студентам Грозненского нефтяного института).

Особая благодарность кафедре физической географии, деканату географического факультета и ректорату Ставропольского Государственного университета, а также руководству Ставропольского краеведческого музея за предоставленные мне возможности восстановления фондовых и литературных материалов в период 1995-1997 годов.

1. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Выделяются два периода и семь этапов стратиграфических исследований верхнего мела и дания Северного Кавказа и Предкавказья.

Первый период (окончание 18 - начало 20 в.в.) - "доярусный". В конце 18 -начале 19 в.в. (этап 1) первые общие суждения о карбонатных, в том числе верхнемеловых, отложениях Кавказа (в т.ч. С.Кавказа) в трудах И.А.Гиль-денштедта, И.И.Эйхвальда, Ф.Дюбуа де Монпере (Афанасьев, 1997).

В середине 19 века (этап 2) основоположник геологии Кавказа Г.-В.Абих в КавМинводском и Дагестанском районах выделяет туронские и сеноманс-кие отложения, а его сборы макрофауны оказываются значительными и в последующем.

На третьем этапе (окончание 19 - начало 20 в.в.) продолжается изучение разрезов КавМинвод (С.Е.Симонович и др., 1876; Л.Дрю, 1884; Н.Огиль-ви,1906) и Известнякового Дагестана (Н.Н.Барбот де Марни, 1894; В.П.Рен-гартен, 1909) и изучаются разрезы других участков северного склона Кавказа в пределах современных Кабардино-Балкарской, Северо-Осетинской и Карачаево-Черкесской Республик (В.П.Ренгартен, 1911,1915; Н.И.Каракаш, 1896). На этом этапе намечается выделение отложений сеноманского, турон-ского и коньякского ярусов.

Второй период (20 - 90 г.г.) отличается ускоренным возрастанием от этапа к этапу исследований по многим признакам (территориальному охвату, интенсивности работ, детальности расчленения).

На четвертом, "ярусном", этапе (20 - 30 г.г.) исследованиями охватывается вся полоса выходов верхний мел-дания на поверхность, выделяются все ярусы и намечаются некоторые зоны немецких схем (Дробышев, 1951; Рен-

гартен, 1926,1933; Келлер, 1947 и др.). Остро встает вопрос о границе мела и палеогена (Д.В.Дробышев, В.Д.Голубятников, М.Ф.Глесснер, Н.Н.Субботина и др.).

Пятый, "подъярусный и зональный", этап (40-50 г.г.) отличается специальным изучением верхний мел-датских отложений с охватом, появившихся в это время, скважинных разрезов Предкавказья. Результаты этого этапа обобщены в работах М.М.Москвина (1951, 1959,1962) и в Атласе верхнемеловой фауны Северного Кавказа и Крыма (1959).

Шестой, "местный", этап (60 - 70 г.г.) резко отличается от всех предыдущих разработкой четырех местных (свитных и биозональных) стратиграфических схем (МСС) на основе более детальных и комплексных исследований, обусловленных установлением в 50-е годы нефтегазоносности верхнемелового резервуара региона. К сожалению, территории, охватываемые местными схемами, производственно-адмистративные: Дагестан (Смирнов и др., 1971, 1972, 1979, 1980); Чечено-Ингушетия и Северная Осетия (Лысенков, Ботвинник, 1976): Ставропольский край (Ткачук, 1966;Шабатинидр., 1976); Краснодарский край (Егоян и др., 1975).

Практически (нефтегазогеологически) необходимые МСС привели, однако, к разобщению региональной стратиграфической системы, в частности, к различному пониманию положения ярусных, подъярусных границ. Последнее связано со слабой (часто нулевой) представительностью в регионе руководящих видов стратонов* ОСШ, а также и схем, предлагавшихся для территории СССР и Восточно-Европейской подобласти. Уже на этом этапе были попытки создания РСС (Смирнов и др., 1979,1980), оказавшиеся неудачными.

Седьмой, "региональный", этап (80 -90 г.г.) характеризуется разработкой РСС (первый вариант: Смирнов и др., 1986), которая представляется в данной работе. В дополнение к вышеизложенным мотивам, обосновывающим необходимость РСС, приведем следующее.

В зональные биостратиграфические схемы верхнего мела и дания Северного Кавказа (Дробышев, 1951; Ренгартен, 1956; Москвин, 1959, 1962**; Смирнов и др., 1980; Москвин, 1986***; Смирнов и др., 1986) и все зональные местные биостратиграфические схемы (Дагестанские: Ренгартен, 1965; Фролова-Багреева, Смирнов, 1969; Смирнов, 1971****; Пергамент, Смир-

* Термин предложил В.Л.Егоян вместо "стратиграфическая единица".

** В 1967 и 1970 годах М.М.Москвин скорректировал свою схему 1962 года на основе наших детальных сборов макрофауны по разрезам Известнякового Дагестана.

*** Эта схема представлена в тексте без табличного оформления и без выделения зон и руководящих видов.

**** Схема в кандидатской диссертации.

нов, 1972; Самышкина, 1982. Северо-Восточного Кавказа: Захарова, 1957; Лысенков, Ботвинник, 1972,1976. Центральной части региона: Ткачук, 1970*; Шабатин и др., 1976. Западной части региона: Егоян и др., 1975 и др.) в сущности региональные и местные, хотя в них и используются ярусные и подъя-русные интервалы.

Дело в том, что границы ярусов и подъярусов в регионе или недостаточно обоснованы, или почти совсем не обоснованы: руководящие виды (аммонитов, белемнитов и др.) встречаются спорадически, очень редко или вообще не встречаются. Отсюда, кстати, разное понимание авторами положения границ этих стратонов ОСШ. Прав В.Л.Егоян, утверждая принципиальную невозможность точного установления положения в регионах границ стратонов ОСШ: при наличии руководящих или сопутствующих им видов устанавливается только наличие отложений соответствующих единиц ОСШ. Добавим к этому общеизвестный факт постоянных пересмотров обоснований границ стратонов ОСШ и существование одновременно нескольких вариантов их обоснования.

Региональность и местность зональных схем выражаются и в использовании их авторами в качестве видов-индексов, наиболее в количественном отношении представленных видов иноцерамов, морских ежей и форамини-фер, иногда видов - эндемиков, новых видов.

Хотя, и общие, и региональные, и местные стратоны отражают этапы геологического развития (СК, 199Й), но совершенно очевидно, и это зафиксировано в Кодексе 199® года, что общие стратоны фанерозоя имеют в основном биостратиграфическое обоснование, а местные стратоны - в основном лито-стратиграфическое обоснование. Там же сказано, что горизонты и лоны фанерозоя устанавливаются, как правило, на биостратиграфической основе (статьи 1У.4 и IV.6), но ранее (статья 1У.2) перечисляется множество как биотических, так и абиотических признаков.

Совершенствованию ОСШ мешает правило приоритета, т.к. при выделении собственно биостратонов первоначально не задумывались о геологической этапности. Этапность литологическая, для обоснования местных стратонов, часто не ясная из-за фациальной изменчивости и (или) слишком территориально ограничена.

При региональных стратиграфических построениях ничто (ни правило приоритета, ни территориальная ограниченность) не мешает выделению региональных этапов и использованию комплекса самых различных (по признакам) методов, которые и представляются в следующем разделе.

* Схема представлена в отчете.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Верхний мел - датская толща (150-1200м) региона отличается преимущественно мергельно-известняковым составом хемогенно-биогенного происхождения. Только местами в центральной и западной частях региона преобладают терригенные известковистые породы (алевролиты, песчаники). Так же местами в отдельных интервалах разрезов известняки обогащены алевролитовым, псаммитовым материалом в основном органогенного происхождения.

При описании большинства разрезов применялась традиционная методика выделения в качестве "единиц описания " литологических пачек (первые единицы метров - первые десятки метров): "чистых известняков", "мергелей с пластами известняков" и тому подобных (указывались колебания мощности пластов в пачках). Особо фиксировались прослои и слои (0,0050,5 м) "кила" (монтмориллонитовой глины) и "с зернами глауионита"; выделялись пачки, подпачки с кремневыми стяжениями, частыми конкрециями сульфидов железа, с пластами битуминозных мергельных сланцев; отмечались мелоподобность и мраморовидность известняков, цвет и оттенок; тип слоистости (ровнослоистая, волнистослоистая и т.д.), трещиноватость (частая, средняя и т.д.), тип стилолитовых и глинистых (см. ниже) образований -текстур выщелачивания (Смирнов, Васин, 1964, 1975).

С1967 года, вслед за С.Л. Афанасьевым, использовалась дробная градация карбонатных пород, применявшаяся издавна на Новороссийских цементных заводах: чистый известняк (Ч - чистый; >97% СаСОЗ ); слабоглинистый известняк (Ц - цемесский; 97-90%); среднеглинистый известняк (В - высокий; 9082%); глинистый известняк (Н - натурал; 82-75%); еильноглинистый известняк (Р - романчик; 75-68%); мергель (<68% СаСОЗ). Визуальному распознаванию этих типов пород способствовало установление зависимости типа слоистости (в т. ч. по мощности), типа текстур выщелачивания (стилолитовых и др.), цвета и оттенка пород от карбонатности (табл. 2.1.; рис. 2.1.)

Особое внимание обращалось на палеооползневые деформации (олисто-стромы) и оползневые глыбовые внедрения (олистолиты) (рис. 2.2.).

При описании скважинных разрезов (по керну) выделение "единиц описания" производилось с использованием электрокаротажных данных, главным образом кривых "кажущегося сопротивления" (КС), в которых четко отражается изменение по разрезу средней величины карбонатности - с увеличением % СаСОЗ увеличиваются средние значения КС, и наоборот. Эта зависимость (рис. 2.3.) объясняется тем, что с повышением карбонатности возрастает трещинноватость пород и, соответственно, возрастает КС.

С 1967 года была также принята методика собственно прослойного опи-

сания разрезов, применявшаяся С.Л. Афанасьевым на флишевых разрезах, а затем и на разрезах Известнякового Дагестана. Это методика фиксации горнопородного состава и мощности, начиная с полусантиметровых слоев (С.Л. Афанасьев фиксировал и миллиметровые слои). Ее применение не исключает, а, наоборот, способствует параллельному выделению литологичес-ких пачек и установлению средней их карбонатности, а также фиксации тонких, но важных слоев, прослоев (кила и др.), часто пропускаемых при традиционном выделении "единиц описания". По методике собственно прослойного описания были вторично (иногда в третий раз) описаны все стратотипические (для горизонтов и лон) и некоторые опорные есте^сгвенные разрезы.

В конце 60-х годов была установлена зависимость мощности одновозра-стны