ГлавнаяПроблема определения возраста дофанерозойских отложеннй является актуальной и острой по вполне понятным причинам. Радиологические методы датировок древних толщ весьма неточны. Других же методов пока просто нет. В этой связи, на наш взгляд, заслуживает внимания микроциклитный метод определения абсолютного возраста С.Л. Афанасьева, названный им наноциклитным. Поскольку он базируется на изучении седиментационной цикличности, хотя и не совсем в привычном, традиционном ее понимании, мы сочли вполне уместным рассмотреть его в заключении настоящего раздела. Необычность и нетрадиционность его состоит в том, что изучаются микро- (наноциклиты), а не макроциклиты, как это принято.
Суть метода — выделение наноциклитов 17—14-го классов, по терминологии С.Л. Афанасьева, отложений любого возраста фанерозоя. По своей структуре это, как правило, проциклиты (по нашей терминологии), состоящие из пары слойков — «грубый»—«тонкий».
Ниже приводится краткое описание методики наноциклитного метода (в изложении Г.Ф. Букреевой из подготовленного совместно с автором методического пособия).
В теоретической основе метода лежит представление о том, что образование породных слойков связано с воздействием Луны и Солнца на земные процессы, в том числе и на седиментацию. Максимальным оно окажется в случае совпадения сизигиев (периоды новолуний и полнолуний) с перигелиями (момент, когда Земля ближе всего расположена к Солнцу) и с прохождением Земли через «узлы» своей орбиты. Промежуток времени между такими совпадениями называется сизигийно-затменно-перигелиевым циклом. Временной период между соседними совпадениями с течением геологического времени меняется. Это обусловлено закономерностями движения Земли, Солнца и Луны. Астрономические наблюдения зафиксировали изменения аномалистического, тропического и драконического годов в сутках, происходящие каждые 100 лет (табл. 3).
Поэтому каждый геологический век, эпоха, период, эра характеризуется своим, только ему свойственным набором длительностей сизигийно-затменно-перигелиевых циклов и соответствующих им циклитов разного класса.
Исходя из принимаемой причинно-следственной связи, можно сделать следующий важный вывод. Если установить длительность седиментации циклитов определенного класса, то эта информация окажется «ключом» к определению абсолютного геологического возраста пород, так как та или иная комбинация длительностей формирования циклитов одного и того же набора классов характерна только для конкретного отрезка геологического времени. Следовательно, для определения абсолютного возраста требуются: 1) данные о продолжительности формирования наноциклитов (их получают по полевым или камеральным наблюдениям) и 2) определительная таблица продолжительностей сизигийно-затменно-перигелиевых циклов во времени, которая рассчитывается по астрономическим параметрам.
Продолжительности седиментационных циклов, представленные в виде таблицы абсолютного возраста, вычисляются следующим образом. Максимальное воздействие на Землю, как следует из сказанного выше, окажется в случае совпадения сизигиев с перигелиями и с пересечением «узлов» орбиты Земли. Чтобы получить возможность установить эти периоды, необходимо найти согласование между продолжительностью аномалистического года (А), который позволяет фиксировать момент перигелия, и половиной периода драконического года (Д), который характеризует эпохи лунных и солнечных затмений. При этом необходимо учесть соответствующие поправки (ДА и АД) на изменение продолжительности каждого из них в течение времени (см. табл. 3). Тогда выражение для расчета продолжительностей S геологических циклов на момент времени T запишется в виде
где А — аномалистический год (промежуток врзмени между двумя последовательными прохождениями Солнца через перигелий); Д — дракопический год (промежуток времени, по истечении которого Солнце возвращается к тому же (восходящему или нисходящему) узлу лунной орбиты (используется при определении времени солнечных и лунных затмений); ДА, ДД — поправки на изменение продолжительности во времени соответственно аномалистического и драконического года.
Подставив в формулу соответствующие значения параметров из табл. 3, получаем выражение для расчета продолжительностей геологических циклов в днях:
Для удобства вычислений параметры расчетной формулы выражают в условных единицах, за единицу времени принимается продолжительность тропического года (ТР), равная 365,242196 (промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия, что соответствует периоду, в течение которого на Земле происходит смена времен года — весны, лета, осени, зимы):
аналогично для ДА и ДД. Тогда в окончательном виде расчетная формула примет вид
Пользуясь этой формулой, можно рассчитывать продолжительность геологических циклов как для всего фанерозоя, так и для отдельных веков, эпох, периодов, эр. Для этого используется разложение полученной десятичной дроби в непрерывную цепную дробь. Каждый отрезок геологического времени характеризуется свойственным только ему набором продолжительностей циклов. Так, например, в табл. 4 приведены сравнительные оценки продолжительностей геологических циклов 17, 16, 15 и 14-г о классов на момент времени начала периодов.
Имея таблицу продолжительностей геологических циклов, можно установить геологический возраст породы, если определить длительность формирования циклитов определенного класса. Функцию определения возраста той пли иной части геологического разреза могут успешно выполнять наноциклиты 16, 15 и 14-го классов, средняя продолжительность которых соответственно составляет 3,5; 13 и 60 лет.
Таким образом, основной целью статистической обработки большого числа замеренных пар слойков является определение продолжительности формирования наноциклитов указанных классов в изученном образце. Для этого в первую очередь по имеющимся замерам устанавливают мощности грубозернистой (I элемент НЦ) и тонкодисперсной (II элемент НЦ) пород в наноциклитах 17-го класса, связанные с сезонной (годичной) седиментацией: летний и зимний слон. Среднее значение мощности тонко-отмученных пород принимается в качестве эталонной меры скорости осадконакопления за год (мм/год). Следующим этапом обработки определяют продолжительность накопления циклитов 16-го класса, исходя из соотношения мощности II элемента соответствующих циклитов (M16) и найденной средней мощности осадконакопления за год в мм (M17):
После генерализации наноциклитов 16-го класса определяется продолжительность формирования наноциклитов 15-го класса и т. д. Полученная информация по длительности формирования наноциклитов 16, 15 и 14-го и т. д. классов используется для поиска в определительной таблице того отрезка геологического времени, которому найденная комбинация длительностей соответствует.
Итак, определение геологического возраста образца с микрослойчатой текстурой по предлагаемому методу сводится к тому, чтобы по полевым замерам установить длительность формирования наноциклитов 16, 15 и 14-го и т. д. классов, а затем по таблице продолжительности сизигийно-затменно-перигелиевых циклов определить, какому возрасту соответствует найденная комбинация длительностей.
Расчетная формула длительностей геологических циклов базируется на астрономических параметрах, поэтому можно говорить о новом базовом методе определения абсолютного возраста — астрономическом, позволяющем расшифровать закодированную информацию о возрасте в миллионах (тысячах) лет в микрослойчатой текстуре геологических пород.
Метод имеет ряд преимуществ перед радиологическим и другими известными методами определения возраста породных тел.
1. По надежности и точности определения абсолютного возраста он превосходит люминесцентный, точность которого не превышает 20 %, и изотопный, точность которого 5 % для единичных и 1 % для групповых определений. Погрешность определения возраста наноциклитным методом может быть сведена, по мнению его автора, до 0,2 %, если в исследуемом образце содержится достаточное количество пар слойков (не менее 300).
2. Метод не требует специальных материальных затрат. Основными инструментами служат линейка с делениями через 0,8 мм (точность записи до 0,04 мм) и лупа с 20-кратным увеличением (для полевых замеров), счетная машинка (для статистической обработки).
3. Методом можно легко овладеть, если освоить последовательность операций статистической обработки совокупности замеров мощности слойков.
Рассмотрим конкретный пример определения геологического возраста вендских отложений Сибирской платформы, выполненного С.Л. Афанасьевым во время совместных полевых исследований 1987 г. В образце из красноцветных микрослоистых мергелисто-глинистых алевролитов регрессивной части урикского (четвертого снизу) регоциклита в разрезе Шаман-Горы (стратотип мотской свиты, ныне серии) С.Л. Афанасьев выделил несколько классов наноциклитов, начиная с 17-го (годичных) и кончая 9-м, длительность формирования которых составляет несколько тысяч лет. Это позволило определить с высокой степенью приближения возраст исследуемого образца, равный 586238852±19 годам.
В пакете микрослойков выделены два блока. Первый включает 63, второй — 452 натуральных циклита. Они разделены участком разреза в 88 мм, лишенным микрослойков. Толщина слойков измерялась с точностью до 0,01 мм.
Образец представлен тремя основными группами пород: алевролитами, аргиллитами и мергелями. Наиболее тонкая разновидность пород — аргиллиты, они являются основным материалом изучения, по которому сначала определялась средняя мощность слоя аргиллитов для годовых наноциклитов (НЦ-17). Первоначально выделенные в пакете циклиты представляют собой единичные, двоичные, строенные и т. д. наноциклиты 17-го класса.
В изучаемом пакете зафиксировано 423 слойка аргиллитов в наноциклитах 17-го класса. Общая их мощность 321,27 дмм. Следовательно, средняя мощность слойка аргиллитов
Она именуется стандартной мощностью M0, или скоростью накопления аргиллитов в год: V0 = 0,7595 дмм/год. А так как основная часть информации о геологическом времени заключена именно в тонкодисперсных породах (песчаные разновидности накапливаются практически мгновенно), то это и есть эталон, позволяющий оценить продолжительность формирования наноциклитов.
С помощью стандартной (годичной) мощности M0 устанавливается длительность формирования в годах всех первоначально выделенных в пакете циклитов, представляющих собой единичные, сдвоенные, строенные и т. д. наноциклиты 17-го класса. Она находится в соответствии с мощностью аргиллитов, присутствующих в них,
где ti — длительность формирования i-гo (единичного, сдвоенного, строенного и т. д. НЦ-17), годы; Mi — мощность слоя аргиллита в t-м циклите; M0 — средняя (стандартная) мощность накопления аргиллита за год.
Таким образом, для всех единичных, сдвоенных, строенных и т. д. наноциклитов 17-го класса, выделенных в пакете (образце), будет установлена продолжительность их формирования.
Анализ величин общей мощности первоначально выделенных циклитов, слагающих пакет, позволяет найти границы циклитов следующего, 16-го, класса. Ими служат скачки в изменении величины общей мощности I элемента циклитов, т. е. переход от минимума к максимуму в этой последовательности. Наноциклиты 16-го класса состоят из одного или нескольких первоначально выделенных циклитов. Так как продолжительность каждого из них уже известна, можно определить среднюю длительность формирования циклитов 16-го класса. Она составила 2,3 года. Такая величина наноциклитов 16-го класса, судя по расчетам с использованием астрономических параметров, была характерна для геологического времени в 587,51 млн лет. Эта первая оценка была уточнена путем выделения и анализа длительностей формирования наноциклитов следующих классов.
Продолжительности формирования циклитов следующих классов устанавливаются путем генерализации циклитов предыдущего класса, т. е. группированием. При этом в учет принимается уже мощность слоев алевролитов, в замеренной последовательности натуральных циклитов. Границами циклитов следующего класса служат места перехода минимума в максимум в этой последовательности.
Установленные длительности формирования наноциклитов являются «ключом» для определения и уточнения геологического возраста породы, исходя из затменно-перигелиевых циклов, рассчитанных по астрономическим параметрам. В табл. 5 приводятся полученные длительности вендских наноциклитов по изучаемому образцу пород и соответствующий им геологический возраст. Здесь же показано, что каждый новый класс выделенных наноциклитов позволяет уточнить возраст, определенный по данным циклитов предыдущего класса.
Таким образом, средний геологический возраст пакета пород с горизонтальной микрослойчатой текстурой, расположенный в шаманском разрезе, равен 586238657 годам.
По У.Б. Харленду и др., отложения с такой датировкой относятся к самым нижним горизонтам кембрия (тамотский ярус), соответствующий век которого выделяется в интервале 570—590 млн лет. По датировкам других авторов, отложения с данной датировкой относятся к самым верхам венда (конец эдикарской эпохи).
Все это хорошо согласуется с общими представлениями о венд-кембрийском возрасте данной толщи, ее переходном положении. По литмологическим представлениям, определение выполнено по разрезу верхней части последнего (IV) полного регоциклита венда. К этому же возрасту должна относиться и нижняя (прогрессивная) половина шанхарского (V) регоциклита. Если взять нижнюю границу кембрия 571,3 млн лет, как это принято в табл. 4 у С.Л. Афанасьева, или 570—574 млн лет, как принимают многие геологи (см. сводную таблицу у Харленда и др., то цифра 586,2 млн лет идеально согласуется с литмо-стратиграфическими представлениями о верхневендском возрасте данных отложений.
Близкое значение абсолютного возраста пород (584—587 млн лет) определено тем же методом по образцу тонкослойчатых доломитов иркутского регоциклита (оскобинская свита) с глубины 2309,3 м скв. 21 Юрубченской площади Красноярского края (рис. 52).
Таким образом, описанный метод позволяет достаточно точно, быстро. дешево определять возраст различных, в том числе и «немых» толщ, что само по себе весьма важно. В данной работе его методика и конкретный пример описаны еще и с той целью, чтобы показать перспективу определения продолжительности формирования циклитов (стратомов) различного ранга, в том числе зональных и региональных. Это значит, открывается реальная основа для создания еще одной, литмологической «масштабной линейки» геологического времени, не зависимой от «биолинейки» (от биошкалы).