Формации - семейства горных пород

Закономерности образования и последующего изменения разных горных пород лучше всего установлены для группы осадочных. Именно на примере последних раньше всего удалось показать, что сочетания горных пород не случайны, а закономерны.

Уже давно геологи подметили, что «наборы» осадочных пород неодинаковы. Пласты каменного угля обычно залегают вместе с песчаниками и глинистыми сланцами. Там, где есть каменная соль, всегда можно обнаружить гипс и доломит. Таким образом, можно говорить о существовании в природе закономерных сочетаний осадочных горных пород. Эти сочетания получили названия осадочных формаций.

Сочетания осадочных пород, смена их в пространстве и во времени закономерны. Интересно, что смена пород происходит по-разному в подвижной зоне земной коры - геосинклиналях и на спокойных участках - платформах.

По представлениям В. В. Белоусова, в геосинклиналях можно выделить пять осадочных формаций. В начале развития геосинклинали обычно возникает глубокий прогиб земной коры; при этом море как бы увеличивает свои размеры за счет суши. Географию того времени можно представить как архипелаги небольших островов, разделенных широкими морскими проливами. Реки приносят с суши глинистые и песчанистые частицы, из которых в геосинклинали формируется толща глинистых и песчанистых пород. Возникает нижняя терригенная, образовавшаяся за счет обломочного материала, принесенного с суши, формация геосинклинали. Когда прогиб максимально углубляется, а площадь суши заметно сокращается, с нее поступает все меньше и меньше глинистых и песчанистых частиц; в прогибе начинает преобладать отложение пород органического происхождения - известняков и кремнистых пород. Эту вторую снизу толщу осадков называют известняковой формацией.

Развиваясь, геосинклиналь становится неоднородной, в ней возникают поднятия в виде подводных и даже надводных хребтов, а общее опускание сменяется поднятием. Море начинает отступать, суша разрастается. Вновь становится больше ила и песка, приносимого в геосинклиналь. Формируется толща песчаников, галечников и сланцев, образовавшаяся за счет усиления размыва суши. Это так называемая верхняя терригенная формация. Дальнейшее отступление моря приводит к образованию на побережье мелководных замкнутых бассейнов - лагун. В них выпадают доломиты, гипс, каменная и калийная соли. Такое сочетание горных пород называют лагунной формацией.

В конечном этапе развития геосинклинали на ее месте возникает складчатая область - вырастают горные хребты; поднятия земной коры начинают резко преобладать над опусканиями. Высоко поднятая суша подвергается разрушению - денудации, и у подножья хребтов накапливаются мощные шлейфы обломочных пород: конгломератов, песчаников, глин, реже мергелей с прослоями известняков. Интересно, что вверх по разрезу осадки этой толщи становятся все более грубыми, то есть состоят из пород со все большим размером обломочных частиц. Такие толщи формируются в сложной обстановке - нижние слои в морских условиях, верхние - в наземных. Этот специфический набор пород называется молассовой формацией. Она образуется вслед за главной эпохой горообразования, которая как бы завершает развитие геосинклинали, приводит к возникновению горных хребтов и их энергичному разрушению.

Схема распределения формаций во время развития геосинклинали показана на рис. 5. Волнистая линия иллюстрирует подъемы и опускания земной коры, с которыми и связаны определенные формации осадочных пород.

Рис. 5. Смена формаций осадочных пород в геосинклиналях разного возраста (по В. В. Белоусову, 1962)

В большинстве геосинклиналей Земли четко вырисовывается периодическая смена геосинклинальных формаций. Выделяются закономерные наборы осадочных пород и на платформах.

В распространении осадочных формаций существует ряд закономерностей, которые имеют большое практическое значение. Учение о формациях является одной из основ для установления законов распределения в земной коре различных групп полезных ископаемых, связанных с осадочными толщами.

До сих пор речь шла об осадочных формациях. Но не только среди осадочных толщ выделяются формации горных пород. Понятие «формации» с успехом применимо к магматическим и метаморфическим породам. Очень типична, например, спилито-кератофировая формация, включающая лавы, туфы и связанные с ними интрузии магматических пород, образовавшиеся во время прогибания геосинклинали. Лавы и туфы накапливаются под водой, иногда на значительной глубине, интрузии чаще представляют собой пластовые или трещинные внедрения диабаза - древней изверженной горной породы темного зеленоватого цвета. В настоящее время изучение формаций горных пород является новым и весьма важным методом исследования, который позволяет выяснять закономерности распределения естественных сообществ горных пород и связанных с ними полезных ископаемых в пространстве и времени. Этот метод, по словам академика Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, «обещает петрографии блестящее будущее».