Введение к работе
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. 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 толщ; историческая биогеография позволяет выяснить пределы пространственного распространения биостратиграфических единиц; построение 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;
-
Разработать новую систему радиолярий палеозоя для систематизации и описания новых и ревизии существующих таксонов, а также выявления основных этапов эволюции радиолярий палеозоя.
-
Оценить закономерности изменений структуры кремневых скелетов радиолярий в процессе фоссилизации в геологическом масштабе времени и предложить модель биоминерализации и фоссилизации скелетов.
-
Проанализировать биостратиграфическую приуроченность, выявить корреляционный потенциал радиоляриевых комплексов и разработать зональные и локальные радиолярневые шкалы.
-
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 ношпна
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 радиолярий: предложена модель биоминерализации и фоссилизации скелетов радиолярий. Богатейшие комплексы радиолярий верхнего девона и своеобразные ассоциации каменноутолыю-нижнеиермских радиолярий позволили автору: создаїь детальную биостратиграфию нефтегазоносных толщ франского яруса верхнего девона Тимано-Печорской НГП и карбона - нижней перми Прикаспийской НГП; восстановить специфические условия бассейнов осадконакопления; установить биотические кризисы в эволюции радиолярий палеозоя; выявить области массового обитания радиолярий и составить 6 палеогеографических схем для девонского этапа развития Русской платформы.
Защищаемые положения
-
Разработана новая система радиолярий палеозоя н система фиксированной совокупности морфологических признаков скелетов для описания радиолярий различного таксономического уровня. Приводится описание 266 таксонов радиолярий: 5 отрядов (4 новых), 17 надесмейств (3 новых), 27 семейств (9 новых), 46 подсемейств (29 новых), 12 новых родов, 159 видов (55 новых). Выделены три этапа эволюции радиолярий: кембрий - силур, девон - ранний карбон, средний карбон - пермь.
-
На основании теоретического и экспериментального исследования ультраструктуры скелетов современных и ископаемых радиолярии предложена модель биоминерализации и фоссилизации скелета и определены последовательные стадии изменения структуры кремневых скелетов радиолярий в условиях постседиментационного преобразования осадочных пород.
-
Во франском ярусе верхнего девона Тимано-Печорского бассейна, Северных Мутоджар и Западной Австралии установлены три новые зоны радиолярий: llclenifore gogoense - Retisphaera concinna для нижнего франа, Moskovistella allbororum - Ceratoikiscutn ukhtensis для среднего франа и Bientactinosphaera egindyensis - Polyentactinia circumretia для отложений верхнего франа. Для среднефранской радиоляриевой зоны Moskovistella allbororum -Ceratoikiscum ukhtensis (характеризующей в Тимано-Печорской провинции доманнковую свиту) предложено три подзоны: Rdm-1, Rdm-2 и Rdm-3. Фаменские радиолярии зоны Tetrentactinia barysphaera - Ceratoikiscum famenium впервые установлень] в кремнисто-карбонатных породах Полярного Урала и северо-востока Тимано-Печорской провинции. В ереднедевонских-нижнепермских отложениях Прикаспийской впадины выделено 12 локальных слоев с радиоляриями.
-
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 ломаникового типа в условиях сероводородного заражеггия. Показано, что радиолярии прошлого обогащали осадки ломаникового типа биогенным кремнеземом и могли быть одним из поставщиков
органического вещества нефтематеринских пород. Выделены трансгрессивно-регрессивные циклы раівнгия северного борта Прикаспийского бассейна и восстановлена история развития бногермно-рифового массива Карачаганак в течение позднего палеозоя. Произведено районирование территории сочленения Прикаспийской впадины и Предуральского прогиба в артинское время и выделены палеобиономнческие зоны палеоморя.
5. Прогрессивная эволюция радиолярий палеозоя прерывалась кратковременными біюіичеекичи кризисами. Адаптивная радиация радиолярий огражает экологические изменения среды обитания, которые происходили синхронно с изменением общей фіпико-геоірафической обстановки древних бассейнов и были связаны с основными циклами девонского этапа развития Русской платформы. Массовое развитие кремневых организмов (радиолярий и губок) происходило н 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 моноірафическое 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 осалконакоп.ієния на примере Русской платформы, а также являющихся базой для создания детальной бносграшграфин нефтегазоносных толщ.
Предложена модель биоминерализации и фоссилнзацни скелетов радиолярий и новый способ определения условий постседиментацнонного преобразования осадочных пород, основанный на трансформации модификаций кремнезема в скелетах радиолярий: глобулярный аморфный опал скелетов радиолярий периода седименгогенеэа, трансформируется в глобулярный опал-СТ в процессе диагенеза: призматические таблички гриднмита формировались в структуре скелетов радиолярий, по-видимому, в условиях раннего катагенеза; вытянутые кристаллы кварца мої ліг 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 радноляриевые слои среднего девона - нижней перчи, использованные при расчленении подсолсвых отложений Прикаспийской НГП.
Разработана модель цикличного формирования нефтематеринских пород доманикового тина в условиях сероводородного заражения. Особенности рашообразня и характер ориктоценозов радиолярий моїуг быть использованы в качестве биоиндикаторов палеосреды при реконструкции бассейнов седиментации и восстановлении экологической обстановки прошлого. Составлено шесть палеогеографических схем для девонскою 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 сисгемы "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: (1) девонские отложения Тимано-Печорской НП1, 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
-
Техническая обработка образцов для выделения скелетов радиолярий проводилась стандартными методами химической дезинтеграции пород.
-
Морфологическое исследование включало: 1) анализ особенностей строения скелетов с целью определения таксономической принадлежности встреченных представителей радиолярий, 2) детальное изучение морфологии скелетов новых видов радиолярий. 3) статистический анализ абсолютных и относительных размеров скелета и его частей.
-
Детальное изучение внешних и внутренних признаков скелетов и структурных элементов стенки радиолярий, фораминифер, акритарх и спи кул губок проводилось в трансмиссионном (ТЭМ) и сканирующем (СЭМ) электронных микроскопах: УЭМВ-100, РЭМ-100У, Camcbax, JSM-15S, JSM-35CF, при увеличениях or 140 до 9600 раз.
-
Препарирование скелетов радиолярий и фораминифер с целью выявления и изучения ультра структуры 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" ЛИС "Керн" разрабатывается автором совместно с Н.В.Милетенко, А.А.Русаевым. М.ВЛ'речгиным и О.II.Афанасьевым в Анрелевском отделении
гЯІИГНИ по заданию МПР РФ и под патронажем ГлавНИВЦ 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. Структура АИС "Керн" состоит из шести модулей: "Словари" (25 словарей), "Скважина", "Графика" (включающий модули по графическому построению геологических и литологических разрезов и корреляции скважин), "Запрос", "Помощь". Основой построения ЛИС "Керн" является принцип модульности и открытости. АИС "Керн" позволит проводить автоматизированную интерпретацию всего комплекса фактических данных с целью наиболее эффективного использования имеющейся геологической информации. АИС "Керн" разрабатывается на Intel-платформе в среде Microsoft Windows 95 с использованием программного продукта Microsoft Visual С++5.0, соответствующего всем требованиям к программам под Windows 95. В дальнейшем предполагается перейти к разработке АИС "Керн" в архитектуре Windows NT Server (Microsoft SQL Ver.6.5). Опытная версия АИС «Керн» проходит в настоящее время апробацию на базе Федерального фонда керна при Апрелевском отделении ВИИПІИ.
2. Автоматизированный классификатор (АК) "Таксон"
АК "Таксон" разрабатывается автором вместе с Т.В.Гудымовой с целью решения задач автоматизированной систематизации палеонтологических объектов на примере радиолярий палеозоя. В основе разрабатываемой программы лежит принцип чезкой и однозчачной трактовки различных морфологических признаков, не допускающий двусмысленного понимания диагноза таксонов любого уровня. Разрабатываемая программа открывает возможность учитывать практически любые сведения об исследуемых ископаемых организмах и автоматизировать значительную часть работы палеонтолога, занимающегося классификацией и систематизацией древних объектов. Предлагаемая методика позволит достаточно просто определить место в "филогенетической схеме" любого вновь рассматриваемого объекта исследования. Основной принцип построения предлагаемого классификатора предусматривает применение как многовходовьгх ключей, удобных для работы специалистов, так и одновходового ключа, полезного при обучении студентов.
Апробация результатов работы
Результаты исследований докладывались автором на заседаниях МОИП 1982. 1986, 1987; IV-VIII International Conference on Radiolaria (Leningrad, USSR, 1984; Marburg, German). 1988; Firen/.e, Italy, 1991; Osaka, 1994; Paris-Bierville, France, 1997); Всесоюзной литологической школе-семинаре, Лиманчнк, 1985; X Всесоюзном и XII Всероссийском микропалеонтологическом совещании, посвященном 100-летию со дня рождения Д.М.Раузер-Черноусовой (Ленинград, 1986; Томск, 1995); VII, IX Всесоюзной и ХІ-ХІІІ 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); 4-6(h Zonenshain
Conference on Plate Tectonics (Moscow, 1993, 1995, 1998); чтениях памяти С.В.Семихатовой (Москва, 1994); International symposium "Ecosystem evolution" (Moscow, 1995); Грегьей международной конференции "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 1995); чтениях памяти С.В.Максимовой (Москва, 1996);
11 Международном семинаре "Минералогия и жизнь: биоминеральные
взаимодействия" (Сыктывкар, 1996); XLII1-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
Между народной 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); ХШ Геологическом съезде республики Коми (Сыктывкар. 1999).
Публикации
По теме диссертации в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано и находится в печати 94 работы.
Структура и объем работы