Актуальность проблемы.
Прогресс в области изучения радиолярий за последние два десятилетия показал, что радиолярии все шире вводятся в круг геологических, стратиграфических и палеоэкологических исследований. Новые компьютерные технологии, новые методы и подходы радиоляриевого анализа открыли широкие возможности применения на практике достижений радиоляриологии. И особенно эффективно применение радиоляриевого анализа в регионах развития нефтематеринских пород. Фундаментальное исследование древних радиолярий имеет важное практическое значение. Анализ разнообразия радиолярий палеозоя (морфология, систематика) и этапов их развития являются базой для создания детальной биостратиграфии нефтегазоносных толщисторическая биогеография позволяет выяснить пределы пространственного распространения биостратиграфических единицпостроение модели эволюции радиолярий палеозоя может служить ключом к пониманию образа жизни древних радиолярий и реконструкции экологической обстановки древних бассейнов осадконакопления. Подобное всестороннее исследование радиолярий палеозоя Русской платформы и, особенно, Тимано-Печорской и Прикаспийской нефтегазоносных провинций проводится впервые.
Цель и задачи исследований.
Целью работы явилось установление закономерностей пространственно-временного соотношения комплексов радиолярий палеозоя и выявление эволюционных тенденций радиолярий в палеозое для обоснования их значения для стратиграфии и палеобиогеографии. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Разработать новую систему радиолярий палеозоя для систематизации и описания новых и ревизии существующих таксонов, а также выявления основных этапов эволюции радиолярий палеозоя.
2. Оценить закономерности изменений структуры кремневых скелетов радиолярий в процессе фоссилизации в геологическом масштабе времени и разработать модель биоминерализации и фоссилизации скелетов.
3. Проанализировать биостратиграфическую приуроченность, выявить корреляционный потенциал радиоляриевых комплексов и разработать зональные и локальные радиоляриевые шкалы.
4. Выявить основные закономерности изменения таксономического разнообразия радиолярий и провести реконструкцию бассейнов седиментации на основании особенностей ориктоценозов радиолярий.
Реализация поставленных задач повлекла за собой разработку новых и совершенствование имеющихся методологических подходов и приемов комплексного изучения палеонтологических и геологических данных.
Научная новизна.
Впервые проведен комплексный анализ радиолярий палеозоя нефтегазоносных провинций Русской платформы. Автором разработана новая система радиолярий палеозоя, выявлены три основных этапа эволюции радиолярий палеозоя, составлен Атлас и сделано монографическое описание 266 таксонов радиолярийпредложена модель биоминерализации и фоссилизации скелетов радиолярий. Богатейшие комплексы радиолярий верхнего девона и своеобразные ассоциации каменноугольно-нижнепермских радиолярий позволили автору: создать детальную биостратиграфию нефтегазоносных толщ франского яруса верхнего девона Тимано-Печорской Hl 11 и карбона — нижней перми Прикаспийской Hillвосстановить специфические условия бассейнов осадконакопленияустановить биотические кризисы в эволюции радиолярий палеозоявыявить области массового обитания радиолярий и составить 6 палеогеографических схем для девонского этапа развития Русской платформы.
Защищаемые положения.
1. Разработана новая система радиолярий палеозоя и система фиксированной совокупности морфологических признаков скелетов для описания радиолярий различного таксономического уровня. Приводится описание 266 таксонов радиолярий: 5 отрядов (4 новых), 17 надсемейств (3 новых), 27 семейств (9 новых), 46 подсемейств (29 новых), 12 новых родов, 159 видов (55 новых). Выделены три этапа эволюции радиолярий: кембрийсилур, девон — ранний карбон, средний карбон — пермь.
2. На основании теоретического и экспериментального исследования ультраструктуры скелетов современных и ископаемых радиолярий предложена модель биоминерализации и фоссилизации скелета и определены последовательные стадии изменения структуры кремневых скелетов радиолярий в условиях постседиментационного преобразования осадочных пород в иерархическом ряду: глобулярный опал — глобулярный опал-СТпризматический низкотемпературный тридимит — дипирамидально-призматический низкотемпературный кварц.
3. Во франском ярусе верхнего девона Тимано-Печорского бассейна, Северных Мугоджар и Западной Австралии установлены три новые зоны радиолярий: Не1етй) ге gogoense — 11еШрЬаега сопстпа для нижнего франа, Моэкт^еНа аНЬогогит — Сега1: о1]а8сит икЙегшБ для среднего франа и В1егЛас1то8р11аега е§ тс1 у.е.гш8 — Ро1 у.е.гЛас1лта слгситгеШ для отложений верхнего франа. Для среднефранской радиоляриевой зоны МоэктазгеНа аПЬогогиш — Сегаго1к1зсиш икЙег^Б (характеризующей в Тимано-Печорской провинции доманиковую свиту) предложено три подзоны: Яс1т-1, 11с1т-2 и Яёт-З. Фаменские радиолярии зоны Тегге^айкиа ЬагуэрЬаега — СегаТхлЫзсит famenium впервые установлены в кремнисто-карбонатных породах Полярного Урала и северо-востока Тимано-Печорской провинции. В среднедевонских-нижнепермских отложениях Прикаспийской впадины выделено 12 локальных слоев с радиоляриями.
4. Морфологические особенности скелетов радиолярий и характер их ассоциаций теснейшим образом связаны со средой и изменяются при переходе от приповерхностных к относительно глубоководным и, особенно, донным условиям обитания. Предложен палеотемпературный коэффициент. Произведена реконструкция экологической обстановки среднефранского Тимано-Печорского бассейна осадконакопления и установлена цикличность формирования нефтематеринских пород доманикового типа в условиях сероводородного заражения. Показано, что радиолярии прошлого обогащали осадки доманикового типа биогенным кремнеземом и могли быть одним из поставщиков органического вещества нефтематеринских пород. Выделены трансгрессивно-регрессивные циклы развития северного борта Прикаспийского бассейна и восстановлена история развития биогермно-рифового массива Карачаганак в течение позднего палеозоя. Произведено районирование территории сочленения Прикаспийской впадины и Предуральского прогиба в артинское время и выделены палеобиономические зоны палеоморя.
5. Прогрессивная эволюция радиолярий палеозоя прерывалась кратковременными биотическими кризисами. Адаптивная радиация радиолярий отражает экологические изменения среды обитания, которые происходили синхронно с изменением общей физико-географической обстановки древних бассейнов и были связаны с основными циклами девонского этапа развития Русской платформы. Массовое развитие кремневых организмов (радиолярий и губок) происходило в акваториях, отличавшихся высоким содержанием кремнезема в морской воде, поступление которого было связано с подъемом по разломам глубинных высококремнистых вод.
Теоретическое и практическое значение.
Разработана новая система радиолярий палеозоя, подготовлен Атлас, включающий монографическое описание 266 таксонов радиолярий (из них 112 новых).
Выделены три этапа эволюции радиолярий палеозоя, представляющих как самостоятельный научный интерес, так и служащих ключом к пониманию образа жизни ископаемых радиолярий и реконструкции экологической обстановки древних бассейнов осадконакопления на примере Русской платформы, а также являющихся базой для создания детальной биостратиграфии нефтегазоносных толщ.
Предложена модель биоминерализации и фоссилизации скелетов радиолярий и новый способ определения условий постседиментационного преобразования осадочных пород, основанный на трансформации модификаций кремнезема в скелетах радиолярий: глобулярный аморфный опал скелетов радиолярий, находящийся в латентном состоянии в период седиментогенеза, трансформируется в глобулярный опал-СТ в процессе диагенезапризматические таблички тридимита формировались в структуре скелетов радиолярий, по-видимому, в условиях раннего катагенезавытянутые кристаллы кварца могли образовываться в стенке радиолярий только при высоких температурах позднего катагенеза.
Разработана зональная биостратиграфическая радиоляриевая шкала франского яруса верхнего девона по материалам Тимано-Печорской НГП, Северных Мугоджар и Западной Австралии, пригодная для межрегиональных и глобальных корреляций, и выделены локальные радиоляриевые слои среднего девона — нижней перми, использованные при расчленении подсолевых отложений Прикаспийской НГП.
Разработана модель цикличного формирования нефтематеринских пород доманикового типа в условиях сероводородного заражения. Особенности разнообразия и характер ориктоценозов радиолярий могут быть использованы в качестве биоиндикаторов палеосреды при реконструкции бассейнов седиментации и восстановлении экологической обстановки прошлого. Составлено шесть палеогеографических схем для девонского этапа развития Русской платформы. Массовое развитие радиолярий и губок происходило в морях, отличавшихся высоким содержанием кремнезема, поступление которого было связано с подъемом по разломам глубинных высококремнистых вод. Данные о формировании богатых радиоляриево-спонгиево-водорослевых ориктоценозов могут быть использованы при прогнозировании нефтяных месторождений нетрадиционного типа.
Создана опытная версия Аналитической информационной системы «Керн» для решения разнотипных задач системы поиска, учета и хранения керна и первичных геологических и палеонтологических данных, корреляции скважин, построения геологических и литологических разрезов. Для решения задач таксономии, диагностики и проведения автоматической систематизации палеонтологических объектов на примере радиолярий палеозоя разработана первая версия Автоматизированного классификатора «Таксон» .
Фактический материал.
Материалом исследования послужили (табл. В-1): (1) девонские отложения Тимано-Печорской НГП, Полярного Урала, Южных Мугоджар и Прикаспийской НГП (216 образцов из 23 обнажений и 22 скважин), (2) нижнекаменноугольные — нижнепермские отложения Прикаспийской НГП, Новой Земли, Южного Урала, Северных Мугоджар, Тянь-Шаня и Камчатки (2073 образца из 18 обнажений и 76 скважин), (3) около 1000 литологических шлифов. Материалом для морфологического исследования послужили около 1550 экземпляров микрофоссилий, с которых получено более 3500 электронных фотографий.
Методика исследований.
Методы изучения радиолярии.
1. Техническая обработка образцов для выделения скелетов радиолярий проводилась стандартными методами химической дезинтеграции пород.
2. Морфологическое исследование включало: 1) анализ особенностей строения скелетов с целью определения таксономической принадлежности встреченных радиолярий, 2) детальное изучение морфологии скелетов новых видов радиолярий, 3) статистический анализ абсолютных и относительных размеров скелета и его частей.
Таблица В-1. Материалы исследования.
Регион Количество скважин, обнажений и станций Количество образцов и донных проб Стратиграфический интервал опробования о2 Б о, ъ2 03 с, с2 Р1 Р2 0.
Тихий океан 1 станция 1.
Ожный рикспий Тортай 4 скв. 20.
Тенгиз 1 СКВ. 3.
Астраханская 7 скв. 36.
Кордуан П-52 1 СКВ. 3 с Эмбинская П-1 1 СКВ. 11.
З.Пр. Тимофеевская 1 СКВ. 2.
Северный Прикспий Ветелкинская П-8 1 СКВ. 40 ;
Аксай П-2 1 СКВ. 35.
Дарьинская П-11 1 СКВ. 32.
Карачаганак 35 скв. 1516 к—и ж ^ ж Л я 5 е? и о и У о. Арансай П-2 1 СКВ. 3.
Кенкияк 7 скв. 87.
Кумсай 3 скв. 36.
Урихтау 2 скв. 14.
Жанажол 7 скв. 61.
СП с Локтыбай-14 1 СКВ. 1 Чг*.
Елемес-120 1 СКВ. 1.
Кожасай П-3 1 СКВ. 6.
Новая Земля 7 обн. 90 1.
Полярный Урал, р. Лемва 1 обн. 7 —. ,-!
Ю. Урал, р. Урал 2 обн. 13.
С. Мугоджары, р. Актаксы 1 обн. 7 — гч.
Ю. Мугоджары, р. Шуулдак 8 обн. 38 ;
Тимано-Печорский бассейн Ваповская-2056 1 СКВ. 1 а*&trade-' «:
Ухтинская-ЗБ 1 СКВ. 12 1Й111.
Шуда-Яг 2 скв. 17 р. Доманик 3 обн. 23 р. Лыайоль 4 обн. 7 р. Ухта 4 обн. 11 щ р. Чуть 10 обн. 45 — ;
Ц.-Хорейверская 2 скв. 4.
С.-Хоседаю-22 1 СКВ. 1 ЩР.
Инзырейская-205 1 СКВ. 1 1 ел.
Ошкотынская-42 1 СКВ. 4.
С. -Харьягинская-12 1 СКВ. 3 вт-ч*;
Янейтывисовская 1 СКВ. 11 & V.
Дюсушевская-5 8 1 СКВ. 6.
В.-Колвинская 3 скв. 10.
Зап. -Виссертынская-1 1 СКВ. 5 ГТ;
Зап. -Леккеягинская-65 1 СКВ. 1 ш К*- лгЧ.
Оленья 2 скв. 3 ¡-ЯШ.
Ю.-Садаягинская-5 2 1 СКВ. 1 1.
С .-Чернореченская-1 1 СКВ. 1 7-эЙГ.
Камчатка 1 обн. 1.
Тянь-Шань 15 обн. 87 ЩЙ 1р|.
Всего 97 скважин, 56 обнажений 1 станция 2318.
3. Детальное изучение внешних и внутренних признаков скелетов и структурных элементов стенки радиолярий, фораминифер, акритарх и спикул губок проводилось в трансмиссионном (ТЭМ) и сканирующем (СЭМ) электронных микроскопах: УЭМВ-100, РЭМ-100У, Camebax, JSM-15S, JSM-35CF, при увеличениях от 140 до 9600 раз.
4. Препарирование скелетов радиолярий и фораминифер с целью выявления и изучения ультраструктуры стенки проводилась на основе метода щелочного травления образцов и метода отжига, отражающего в некоторой степени процесс фоссилизации скелета.
Компьютерные технологии.
1. Аналитическая информационная система (АИС) «Керн» .
АИС «Керн» разрабатывается с целью создания автоматизированных баз данных различных уровней обобщения для решения разнотипных прикладных задач системы поиска, учета и хранения первичных геологических данных, получаемых в процессе бурения скважин. АИС «Керн» позволит проводить мониторинг и автоматизированную интерпретацию всего комплекса геологических сведений с целью наиболее эффективного использования имеющейся фактической и графической информации.
2. Автоматизированный классификатор (АК) «Таксон» .
АК «Таксон» разрабатывается с целью решения задач таксономии, диагностики и проведения автоматической систематизации палеонтологических объектов на примере радиолярий палеозоя. Основной принцип построения предлагаемого классификатора предусматривает применение как многовходовых ключей, удобных для работы специалиста, так и одновходового ключа, полезного при обучении студентов.
Апробация результатов работы.
Результаты исследований докладывались автором на заседаниях МОИП 1982, 1986, 1987; IY-VIII International Conference on Radiolaria (Leningrad, USSR, 1984; Marburg, Germany, 1988; Firenze, Italy, 1991; Osaka, 1994; Paris-Bierville, France, 1997) — Всесоюзной литологической школе-семинаре, Лиманчик, 1985; X Всесоюзном и ХП Всероссийском микропалеонтологическом совещании, посвященном 100-летию со дня рождения Д.М.Раузер-Черноусовой (Ленинград, 1986; Томск, 1995) — VII, IX Всесоюзной и Х1-ХШ Международной школе морской геологии (Геленджик, 1986, 1990; Москва, 1994, 1997, 1999) — VIII-X Всесоюзном и Всероссийском семинаре по радиоляриям (Свердловск, 1987; Сибай, 1990; Санкт-Петербург, 1996) — VII Краевой конференции по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа (Ессентуки, 1991) — 4−6th Zonenshain Conference on Plate Tectonics (Moscow, 1993, 1995, 1998) — чтениях памяти С. В. Семихатовой (Москва, 1994) — International symposium «Ecosystem evolution» (Moscow, 1995) — Третьей международной конференции «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 1995) — чтениях памяти С. В. Максимовой (Москва, 1996) — II Международном семинаре «Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия» (Сыктывкар, 1996) — XLIII-XLVI сессиях Палеонтологического общества (С.-Петербург, 1997;2000) — The First International Conference «Application of Micropaleontology in environmental Sciences» (Tel Aviv, Israel, 1997) — Втором Международном Симпозиуме «Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения» (С.-Петербург, 1997) — I Международном симпозиуме «Эволюция жизни на Земле» (Томск, 1997) — Второй Международной Конференции «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (Москва, 1998) — Научно-практической конференции «Основные направления совершенствования деятельности организаций МПР России по формированию и использованию государственных информационных ресурсов» (Москва, 1998, 1999) — 1 и 2 Всероссийской школе молодых ученых по компьютерным технологиям и обучающим программам в геологии (Ростов-на-Дону, 1998, 1999) — Первой Всероссийской литологической школе молодых ученых (Ростов-на-Дону, 1998) — XIII Геологическом съезде республики Коми (Сыктывкар, 1999).
Введение
публикации.
По теме диссертации в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано и находится в печати 98 работ.
Структура и объем работы.
Диссертация содержит Введение, пять глав, отражающих защищаемые положения и методику исследований, Заключение, Список литературы из 538 наименований, 62 рисунка, 33 текстовые таблицы и Приложение: Атлас радиолярий палеозоя, включающий 151 фототаблицу и объяснение к ним. Общий объем диссертации — 524 страницы через 1 интервал, шрифт 12 Times New Roman.
Заключение
.
В артинском веке рассматриваемая территория располагалась в тропическом поясе примерно на 22°-25° северной палеошироты (Тихий, 1975). Этой приуроченностью к тропической зоне палеоморя нормальной солености, по-видимому, во многом и объясняется, богатство и разнообразие радиоляриевых ассоциаций.
5. Сделана попытка проследить тенденции эволюционных преобразований радиолярий с целью восстановления условий их обитания в далеком прошлом, что необходимо для объяснения закономерности временной и морфологической приуроченности этих уникальных простейших к накоплению карбонатных и кремнистых пород. Породообразующая роль радиолярий подтверждает наличие прямой связи: организмосадок. Радиолярии — единственная группа фауны, которая на протяжении всего фанерозоя активно участвовала в осадочном процессе, формируя мощные толщи яшм и фтанитов или доманикитов в палеозое, яшм и затем кремней — в мезозой-кайнозое. Наличие радиолярий в карбонатных осадках всегда будет указывать на связь с открытым морским бассейном. Частая ассоциация палеозойских радиолярий с водорослями (доманикиты) и бентосными фораминиферами сменилась тонатоценозом мезозой-кайнозойских радиолярий с диатомеями, кокколитофоридами и планктонными фораминиферами.
В пределах севера Хорейверской впадины Русской платформы были изучены нижнедевонские, лохковские и верхнедевонские, нижнефранские отложения и установлено пять литологических пачек, отражающих различные палеогеографические условия формирования осадков: прибрежно-морские и мелководно-морские, шельфовые. Отложения наиболее погруженной части шельфа содержат своеобразный комплекс радиолярий, содержащий многочисленных представителей одного вида Брог^осНзсиз рипсйдв Нтёе.
Адаптивная радиация радиолярий палеозоя отражает экологические изменения среды обитания, которые происходили синхронно с изменением общей физико-географической обстановки древних бассейнов и были связаны с основными циклами девонского этапа развития Русской платформы. Произведена реконструкция экологической обстановки древних бассейнов и составлено шесть палеогеографических схем для девонского этапа развития Русской платформы. Массовое развитие кремневых организмов (радиолярий и губок) происходило в акваториях, отличавшихся высоким содержанием кремнезема в морской воде, поступление которого было связано с подъемом по разломам глубинных высококремнистых вод. Прогрессивная эволюция радиолярий палеозоя прерывалась кратковременными биотическими кризисами.
6. Аналитическая информационная система (АИС) «Керн» разрабатывается с целью создания автоматизированных баз данных различных уровней обобщения для решения разнотипных прикладных задач системы поиска, учета и хранения первичных геологических, палеонтологических и иных данных, получаемых в процессе бурения, для корреляции скважин, построения геологических и литологических разрезов. Структура АИС «Керн» состоит из шести модулей: «Словари», «Скважина», «Графика», «Запрос», «Помощь». Основой построения АИС «Керн» является принцип модульности и открытости. АИС «Керн» позволит проводить автоматизированную интерпретацию всего комплекса фактических данных с целью наиболее эффективного использования имеющейся геологической информации.
Автоматизированный классификатор (АК) «Таксон» разрабатывается целью раскрытия новых возможностей математического моделирования для решения задач таксономии, диагностики и проведения автоматической систематизации палеонтологических объектов. В настоящее время разработана первая версия АК «Таксон»: Определитель «Радиолярии палеозоя». В основе разрабатываемой программы лежит принцип четкой и однозначной трактовки различных морфологических признаков, не допускающий двусмысленного понимания диагноза таксонов любого уровня. Предлагаемая методика позволит достаточно просто определить место в «филогенетической схеме» любого нового объекта и может быть использована как для практической работы специалиста, так и при обучении студентов.
