В.М. Цейслер (2002) считает, что осадочные формации целесообразно разделять по группам формациеобразующих пород на алюмосиликатные (обломочные, глинистые), карбонатные, сульфатно-хлоридные, кремнистые, а также смешанные. Разрабатываются классификации отдельных групп осадочных формаций: карбонатных (И.К. Королюк), алюмосиликатных (В.Н. Шванов), кремнистых (И.В. Хворова), но целостная многоранговая классификация осадочных формаций, в зависимости от их состава не создана.

Анализ строения геологических формаций открывает большие возможности для их классификации. В настоящее время обычно противопоставляют тонкослоистые цикличные (флишевые) формации всем «нефлишевым». Иногда выделяют особый тип флишоидные формации, а также циклично-среднеслоистые толщи – паралические угленосные. По направленности вещественного состава противопоставляют формации трансгрессивного и регрессивного строений.

Проблема классификации формаций по их внутреннему строению требует особого внимания. Ее решение возможно на основе статистического анализа показателей структуры формаций с помощью машинной обработки материалов. Формации могут и должны классифицироваться по характеру слоистости, цикличности, степени выдержанности основных характеристик строения разреза.

VII . Главнейшие типы осадочных формаций

Ниже рассмотрена классификация по группам формациеобразующих пород.

Алюмосиликатные формации

Алюмосиликатные формации включают толщи, сложенные обломочными и глинистыми породами. Поскольку глинистые минералы нередко имеют аутигенное происхождение, понятия «алюмосиликатные» и «терригенные» не являются синонимами, но, говоря о терригенных формациях, подразумеваются формации алюмосиликатного состава.

Алюмосиликатные формации являются главенствующими среди остальных типов осадочных толщ на протяжении всей истории Земли. Они возникали в ходе преобразования первичных пород литосферы при их взаимодействии с атмосферой и гидросферой.

Алюмосиликатные формации имеют важное практическое значение. Слагающие их породы используются как строительные и облицовочные материалы, огнеупорное сырье. Месторождения каменных, бурых углей, горючих сланцев, нефти и газа, бокситов, россыпные месторождения драгоценных металлов. Желваковых фосфоритов, пресных и минерализованных вод – далеко не полный перечень их рудоносности.

По преобладающим типам пород, слагающих толщи, среди класса алюмосиликатных формаций на уровне отрядов выделяются группы грубообломочных, мелкообломочных, глинистых и смешанных формаций.

Грубообломочные (псефитовые) формации. Толщи, сложенные преимущественно конгломератами, гравелитами и грубозернистыми песчаниками, пользуются широким распространением в разрезах платформ и складчатых областей от архея до кайнозоя включительно. По данным В.Г.Чернова (1980) в ходе эволюции возрастает роль грубообломочных пород пролювиального и аллювиального происхождения с их максимумом в кайнозое. В древних толщах более широко развиты грубообломочные серии морского происхождения.

Конгломератовые серии венда развиты в Прибайкалье и Присаянье, кембро-ордовика – в Кузнецко-Саянской области, девона – в Казахстане и в Северном Тянь-Шане, карбона-перми – в Приуралье, юры – в Забайкалье, кайнозоя – в Предкарпатье, в Тянь-Шане, в Альпах, где они участвуют в строении орогенных впадин. Таким образом, появление и наиболее широкое распространение грубообломочных толщ совпадает с орогенными эпохами в соответствующих областях. Появление грубообломочных формаций в разрезе свидетельствует о проявлении тектонической активизации, а поэтому большинство грубообломочных формаций следует относить к категории моласс – продуктам разрушения растущих горных поднятий.

Нередко грубообломочные формации соответствуют нижней части разреза тектоно-седиментационных циклитов («базальные конгломераты»).

Грубообломочные формации обычно примыкают к областям размыва и по латерали замещаются мелкообломочными или смешанными глинисто-обломочными, известняково-обломочными формациями. В связи с этим преобладающие формы залежей – клиновидные, веерообразные, реже – линзовидные. Строение тел асимметричное. Мощности формаций изменяются от нескольких десятков метров до первых километров и находятся в прямой зависимости от гранулометрической характеристики пород.

Главными членами ассоциаций являются конгломераты, гравелиты, песчаники. В качестве второстепенных членов могут присутствовать паттумы, мелкозернистые песчаники и алевролиты, глины, глыбники, биогенные известняки. Состав грубообломочных формаций тесно связан с сотавом пород размывающейся суши. Наиболее широко распространены полимиктовые грубообломочные формации, но среди формаций морского генезиса нередки олигомиктовые кварцевые грубообломочные. Их внутреннее строение обычно толсто-, грубослоистое, ритмичное, линзовидно-слоистое. Формации содержат многочисленные поверхности размывов.

Грубообломочные формации накапливаются вблизи горной суши. Генетически они образованы пролювиальными, аллювиальными, озерными и прибрежно-морскими отложениями. Изучение состава грубообломочных формаций имеет первостепенное значение для палеогеографических и палеотектонических реконструкций.

Среди грубообломочных формаций выделяются 2 группы: полимиктовые моно-олигомиктовые. Группа полимиктовых формаций развита в разрезе орогенных комплексов складчатых областей, выполняя межгорные и краевые прогибы, наложенные впадины. Примеры: неогеновые конгломератовые серии Предкарпатья, Предальп, сакмарско-артинская конгломератовая толща Предуральского прогиба и др.

Группа моно-, олигомиктовых грубообломочных формаций более харктерна для древних платформ, срединных массивов. Она широко развита в составе докебрийских отложений протоплатформенных чехлов вместе с кварцитовыми и железисто-кварцитовыми сериями. С грубообломочными формациями полимиктового и моно-, олигомиктового состава связаны крупные месторождения золота, урана.

Мелкообломочные (песчаниковые и песчаниково-алевролитовые) формации широко распространены в разрезе осадочного слоя земной коры. На платформах они начинают и завершают крупные седиментационные мегациклы, сложенные в середине комплексом глинистых и карбонатных формаций, в складчатых областях оконтуривают зоны поднятий, в орогенных – вместе с грубообломочными формациями составляют молассы, выполняющие межгорные впадины и краевые прогибы.

Песчаниково-алевролитовые формации различаются по составу и строению. Среди них встречаются формации тонкоритмичного флишевого строения (песчаниково-алевролитовый флиш туркестанского хребта) и грубослоистые толщи глауконитово-кварцевых песчаников альба-сеномана Мангышлака, Северо-Западного Кавказа; толщи косослоистых протерозойских красных и розовых кварцитов Прионежья, башкирского антиклинория Урала; полимиктовые песчаники и алеролиты неокома юго-востока Средней Азии и др. Мелкообломочные формации были распространены в различных структурных зонах на всех исторических этапах эволюции Земли.

Главными членами парагенезов этой группы формаций являются различные по минеральному составу песчаники и алевролиты. Второстепенными могут быть глины, паттумы, мергели, хемо- и биогенные известняки, железистые породы, трепелы и опоки, фосфориты, угли, гипсы и др. Накопление формаций происходит в различных обстановках: от субаэральных эоловых, речных, дельтовых и озерных до морских относительно глубоководных во внешней части шельфа и подножие континентального склона, в зонах выноса крупных речных систем.

Морфологическая характеристика формационных тел: от шнуровидной и лентообразной линзовидной до плащеобразной. Существенно меняются мощности формаций – от первых десятков метров до сотен метров и первых километров.

По латерали песчаниково-алевролитовые формации замещаются грубообломочными, глинистыми, смешанными – песчанико-глинистыми, песчаниково-карбонатными, сульфатно-галогенными и другими формациями.

Форма нахождения железа, определяющая цвет пород, нередко имеет большой генетический смысл. Этот показатель позволяет выделить группы на уровне подсемейств – сероцветные, пестроцветные и красноцветные мелкообломочные формации.

Минеральный состав обломочного материала позволяет выделить три родовые группы формаций: кварцевые, аркозовые, граувакковые. Они характеризуют степень «зрелости» обломков – степень химического разложения первичных силикатов, что представляет важный показатель при палеогеографических и палеотектонических реконструкциях.

Мелкообломочные кварцевые формации типичны для платформ. Они образовывались за счет размыва и переотложения материала кор выветривания. В процессе транспортировки материала из него удаляется глинистая составляющая и он оказывается обогащенным устойчивыми к разрушениям минералами титана, циркония, алмазами, золотом и т.д. Формируясь в условиях теплого гумидного климата, спокойной тектонической обстановки, эти формации являются надежным индикатором платформенного режима.

Аркозовые мелкообломочные формации сложены обломочным материалом, обладающим меньшей степенью зрелости. По сравнению с чисто кварцевыми они распространены меньше; нередко выделяются аркозово-кварцевые формации. По тектонической приуроченности, общей характеристики они мало отличаются от чисто кварцевых.

В складчатых и орогенных комплексах, в чехлах молодых платформ на уровнях, отвечающих эпохам тектонической активизации, распространены мелкообломочные полимиктовые и граувакковые формации. Характерно, что с граувакковыми формациями в парагенетических взаимоотношениях находятся глинистые гидрослюдистые, монтмориллонитовые, а также различные типы формаций смешанного осадочного и осадочно-вулканогенного составов.

Разнообразие форм и внутренней структуры залежей определяется различиями в морфологии конседиментационных структур, палеогеографической обстановки накопления, тектоническом режиме. Удаленные части шлейфов конусов выноса, подводные и надводные дельты, пляж и шельф, эоловые равнины – это небольшой перечень обстановок накопления алевро-песчаных толщ соответствующего минералогического состава.

Глинистые формации. Группа глинистых (глинисто-сланцевых) формаций пользуется весьма широким распространением на платформах и в складчатых областях.

Выраженные толщами глинистых пород (глины, аргиллиты, глинистые сланцы) глинистые формации всегда в том или ином количестве содержат прослои или включения песчаников и алевролитов, мергелей, известняков, кремнистых пород, туфов, гипсов. Нередко они существенно обогащены органическим веществом, образуя углеродисто-глинистые формации – так называемые «черносланцевые толщи».

Разнообразна форма залежей глинистых формаций: от серповидной, лентовидной до амебообразной. Мощности формаций измеряются обычно десятками и сотнями метров. Внутреннее строение формации определяется изменением минерального состава глин по разрезу, наличием прослоев второстепенных членов.

Глинистые формации целесообразно делить на три группы:

1) темноцветные, богатые органическим веществом;

2) светлые, бедные органическим веществом и неокрашенные гидроокислами железа;

3) красноцветные. Такие показатели, как содержание гидроокислов железа, рассеянного органического вещества позволяют провести границы между глинистыми толщами разного происхождения.

Для глинистых формаций также важным показателем является их карбонатность, позволяющая разделить глинистые формации на две группы: карбонатные и бескарбонатные. Карбонатные и бескарбонатные глинистые формации известны среди групп красноцветных и светлых. Темноцветные высокоуглеродистые формации по преимуществу бескарбонатны.

Важным признаком, позволяющим систематизировать глинистые формации, является минеральный состав глинистых минералов, в зависимости от которого в качестве родовых групп выделяются формации каолиновые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и смешанные. Эти группы формаций, как правило, различаются по обстановкам накопления, парагенезисам с формациями, минерагении.

Формирование глинистых формаций происходит в различной обстановке: от морской глубоководной до субаэральной озерной. Нередко глинистые толщи формируются в полуизолированных как в опресненных, так и осолоненных водоемах. Формации каолиновых глин обычно встречаются в ассоциации с формациями кварцевых песчаников и являются надежным индикатором платформенного режима. Толщи гидрослюдистых глин формируются в различной тектонической обстановке; толщи монтмориллонитовых глин нередко встречаются в ассоциации с кремнисто-карбонатными сериями, вулканитами.

Смешанные песчаниково-глинистые (глинисто-песчаниковые) формации. Это наиболее многочисленная, разнообразная по минеральному составу и строению группа алюмосиликатного класса формаций. В бассейнах, примыкающих к материковой суше, она пользовалась наиболее широким распространением во всех типах структур и на всех этапах их развития.

Главные члены парагенезиса: разнообразные по минеральному составу песчаники, алевролиты, глины (аргиллиты). Соотношение обломочных и глинистых пород непостоянно. Второстепенные члены: карбонатные, кремнистые, Сульфатно-галогенные, железистые, углеродистые породы. Набор второстепенных членов зависит от положения конкретной формации в теле более крупной ассоциации и от состава смежных формаций.

Присутствие пластов углей в песчаниково-глинистых формациях позволяет среди них выделить угленосные формации, наличие бокситов – бокситоносные, фосфоритов – фосфоритоносные, пластов каменной соли – соленосные (обычно красноцветные). Правильное циклическое чередование обломочных и глинистых пород позволяет выделять терригенные флишевые и флишоидные формации. В каждом конкретном случае группирование песчаниково-глинистых формаций осуществляется по разным критериям.

Среди смешанных глинисто-песчаниковых формаций в литературе много внимания уделялось так называемой «аспидной» формации, в состав которой включались терригенные толщи нижней части разреза геосинклинальных комплексов, В действительности под этим наименованием скрываются различные по составу и строению парагенетические ассоциации пород от чисто глинистых (сланцевых) до терригенных флишевых и даже песчаниковых полимиктовых.

Вопросам строения и условиям формирования флишевых формаций посвящено много работ. В начале было принято считать, что флишевые толщи характерны только для определенного отрезка времени истории развития Альпийской складчатости (мел, мел-палеоген). Потом появились описания флишевых серий в палеозое, докембрии. До сих пор некоторые исследователи считают, что флишевые серии в разновозрастных складчатых областей получают развитие на строго определенном этапе – во вторую половину тектонического цикла, перед началом орогенеза. В настоящее время считается, что флиш не представляет определенной формации. Осадочные серии, обладающие всеми признаками флиша, могут накапливаться в различной палеогеографической обстановке и на различном возрастном уровне. Флиш бывает не только морским, но и пресноводными (оз. Байкал). Обстановки формирования флиша – внутриконтинентальные и переконтинентальные рифты (оз. Байкал, Таврическая серия Крыма и др.), межкордильерные прогибы (юра, мел Кавказа) и прогибы между соседними островными дугами (Индонезия), окраинные моря, глубоководные желоба и дно океанических котловин, не отделенные от континентов глубоководными желобами (Гангский и Индский глубоководные конусы и вообще конусы пассивных окраин океанов).

Однако все такие разные обстановки имеют для флиша общие определяющие черты: глубоководность и обильное питание осадочным материалом. Эти решающие условия в свою очередь определяются активным тектоническим режимом, по крайней мере в бассейне (большая скорость прогибания), крутыми и высокими склонами, обеспечивающими автокинетический разгон мутьевых потоков (наподобие снежных лавин), некомпенсированность прогибания осадконакоплением, гумидным климатом или активным вулканизмом на суше или островных дугах (обеспечение подачи больших масс рыхлого материала). Почти обязательные землетрясения служат «спусковыми крючками» для обвалов, оползаний и возникновения спазматических течений, обычно перемещающихся сначала по каньонам на континентальных склонах, разгоняющихся до скоростей 100 км в час и больше, часто отрывающихся от дна и пермещающихся взвешенно над ним на десятки и сотни, а иногда и тысячи км. По пути мутьевые потоки рааслаиваются на два-три яруса, пермещающихся с разными скоростями, отличающихся разными плотностью, нагруженностью обломочным материалом, турбулентностью и отлагающих различные осадки, вместе составляющие турбидитовый элемент флишевого циклита.

Флиш любого типа имеет многоранговую цикличность. Наиболее выражены элементарные циклиты толщиной в среднем 10-50 см и состоящие из двух циклитовых элементов: турбидитового и фонового, чаще всего планктогенного, обычно разделенных резкой, иногда неровной границей биоэлювиирования кровли. Чаще всего вся мощность элементарного флишевого циклита представленого турбидитом, отложившимся практически мгновенно. Длительность же формирования фонового элемента значительна, хотя его толщина бывает ничтожной (миллиметры, сантиметры). Флиш таким образом, демонстрирует почти самую большую неравномерность осадконакопления.

Карбонатные формации

Карбонатные толщи после терригенных занимают второе место в составе осадочной оболочки земной коры. Оценка относительной распространенности глин, песчаников и известняков выражается соотношением 81 : 11 : 8. Состав карбонатных формаций на протяжении истории Земли изменялся. Карбонатные формации, образованные доломитами с магнезитами, известны в докембрийских отложениях, доломиты также широко распространены в палеозойских толщах. В мезозойских и кайнозойских отложениях преобладают известняки. Эволюция биосферы обуславливает изменение состава породообразующих организмов биогенных карбонатных пород.

Переход от одной формации к другой по латерали происходит путем очень постепенного выклинивания или появления отдельных выклинивающихся в обе стороны пачек. Нижняя граница формаций обычно резкая, с базальными обломочными образованиями в основании; верхняя граница постепенная. Мощности варьируют от десятков – первых сотен метров до 1-4 км.

Карбонатные осадочные формации представляют большой практический интерес. Многие разности карбонатных пород используются в промышленности как естественные строительные и облицовочные материалы, сырье на известь и цемент, флюсы и др. С карбонатными формациями связаны многие месторождения нефти, горючих сланцев; они вмещают месторождения бокситов, марганца, железа, фосфоритов, полиметаллов.

Группирование карбонатных формаций разные авторы осуществляют с разной степенью детальности и по разным принципам.

Одна из последних классификаций  предложена В.М. Цейслером (2002) год. По этой классификации класс карбонатных формаций подразделяется на три больших подкласса: известняковые формации, доломитовые формации и смешанные. Доломитовые формации широко развиты в разрезах докембрийских отложений, известняковые – в фанерозойских, а смешанные встречаются в составе всех стратиграфических подразделений.

Известняковые формации. Приурочены к различным типам структурных элементов платформ и складчатых областей. Развиты известняковые формации также в структурах, формирующихся в обстановке орогенного режима – в краевых прогибах и межгорных впадинах.

Главными членами известняковых формаций являются различные типы известняков, мергели. В качестве второстепенных встречаются доломиты, гипсы, ангидриты, песчаники и алевролиты, конгломераты и гравелиты, глины, аллиты, горючие сланцы, силицилиты, фосфориты, т.е. широкий спектр пород, парагенетически связанных с известняками. Для разных типов известняков характерен свой набор втростепенных членов ассоциаций. По преобладающим типам пород формации можно разделить на семейства: обломочных, биогенных, биогенно-хемогенных известняков.

Формации обломочных известняков. Обычно обломочные известняки участвуют в строении толщ различного состава. Особенно часто они принимают участие в строении толщ органогенных известняков – рифогенных формаций, образуя шлейфы, обрамляющие биогермные массивы. Пример: формация красных брекчиевидных известняков титонского яруса юго-западного Крыма.

Формации биогенных известняков. Анализируя разнообразие толщ биогенных (органогенных) известняков с точки зрения особенностей их строения, форм залежей, условий формирования, рудоносности, можно сделать заключение о том, что состав породообразующих организмов позволяет выделить разные формации биогенных известняков.

На примере мезозоя и кайнозоя северного обрамления бассейна Тетис отчетливо видно, что разделение толщ бионеных известняков по породообразующим организмам позволяет более определенно осуществлять палеотектонические реконструкции и прогнозную оценку территорий. Эволюция беспозвоночных и водорослей, служивших породообразующими организмами карбонатных толщ, изменения в соотношении биогенного и хемогенного осадконакопления в истории Земли позволяет говорить о направленной эволюции карбонатных формаций.

Среди формаций биогенных известняков по В.М. Цейслеру (2002) следует выделять группы формаций, образованные преимущественно известняками: водорослевыми (строматолитовые, кокколитофоридовые), водорослево-археоциатовыми, кораллово-водорослевыми, мшанковыми, цефалоподовыми, фораминиферовыми, гастроподово-пелециподовыми, а также известняками других групп породообразующих организмов. Некоторые из представителей этих формаций по своему внутреннему строению относятся к рифовым, другие всегда образуют слоистые толщи.

Выделение просто «известняковой» формации, как это еще продолжает иметь место в работах некоторых тектонистов и литологов, представляется недостаточным для решения прикладных задач формационного анализа.

Доломитовые формации. Доломитовые формации выражены мощными толщами доломитов с прослоями магнезитов, известняков, обломочных и кремнистых пород. Эти формации охарактеризованы в рифее Енисейского кряжа и Прибайкалья, нижнего протерозоя Восточного Саяна, в верхнем протерозое-нижнем кембрии Селенгино-Яблоговой системы, а также в ордовике и девоне Южного Тянь-Шаня и Урала. Доломитовые формации также имеются в разрезе верхнего триаса и верхней юры Кавказа. По латерали данная группа формаций замещается известняковыми, кремнисто- и глинисто-карбонатными; по вертикали – нередко алюмосиликатными обломочными формациями.

Накопление формаций, сложенных доломитами происходило в окраинных платформенных прогибах, во внешних прогибах складчатых систем, на срединных массивах. С данной группой формаций связаны месторождения магнезитов, сидеритов, гипса. Группа доломитовых формаций изучена недостаточно, в ней могут быть выделены разные подгруппы формаций. Сами доломиты могут иметь как первичное, так и вторичное происхождение.

Смешанная группа карбонатных формаций является наиболее многочисленной, типичной для платформенных, складчатых и орогенных комплексов. К ней следует относить формации с содержанием карбонатных пород не менее 30 % мощности разреза в центральных частях формационных залежей.

По типам строения формации этой группы также резко отличаются друг от друга. Среди них встречаются глинисто-карбонатные толщи с крупными биогермными массивами (верхнеюрская судакская, казантипская миоценовая формации Крыма) и толщи тонкоритмичного флишевого строения (терригенно-карбонатные флишевые комплексы нижнего мела Грузии) и д.т. Очень характерно тонкослоистое цикличное строение кремнисто-карбонатных серий. Флишеподобной глинисто-известняковой формацией местами представлены кимеридж-титонские отложения в Горном Крыму. Очень характерной глинисто-ракушечниковой формацией выражена толща верхнего мела Афгано-Таджикской впадины. В целом следует отметить, что терригенно-карбонатные формации всегда в той или иной степени цикличны, обладают направленным изменением состава по разрезу и площади. Их мощности, морфология залежей изменяются в широких пределах, Также различны условия их накопления.

Кремнисто-карбонатные формации. Эта группа представлена формациями, в наборах которых принимают участие различные типы известняков, доломиты, силицилиты и глинистые сланцы.

Например, к группе кремнисто-карбонатных относится доманиковая формация верхней части франского яруса Приуралья. Ее подстилают и перекрывают известняковые формации. Доманиковую формацию слагают микрозернистые кремниевые, глинисто-кремниевые, битуминозные известняки. Им сопутствуют органогенные: птероподовые, пелециподово-птероподовые, птераподово-цефалоподовые и остракодовые известняки. Второстепенными членами являются стяжения и пропластки кремней, кремнистые мергели, доломиты, горючие сланцы, аргиллиты. Все породы темноокрашенные. Все породы темноокрашенны, обогащены органическим веществом сапропелевого типа, накопление формации происходило в условиях прогиба, недокомпенсированного сносом осадков.

Примером известняково-кремнистой формации является зилимская формация среднего карбона – касимовского яруса Приуралья, сложенная циклически чередующимися светлыми известняками и кремнями. Пластовые силицилиты содержат остатки губок. Известняки детритовые, органогенные. Мощность формации – 400-500 м.