Стратиграфическая корреляция методом нахождения системы непересекающихся границ by info-vs-soul

А К А Д Е М И Я Н А У К СССР

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК СССР

СЕРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ

(ОТДЕЛЬНЫЙ

ОТТИСК)

и МОСКВА

• 1979

У Д К 551.7 Ю.С.САЛИН

С Т Р А Т И Г РА ФИ ЧЕ СК А Я К О Р Р Е Л Я Ц И Я М Е Т О Д О М Н А Х О Ж Д Е Н И Я СИС ТЕ МЫ н е п е р е с е к а ю щ и х с я г р а н и ц П р и м е м и схо д н ую п о с ы л к у : е сл и в со в о ку п н о с т и ге о л о ги ч е с к и х г р а ниц с у щ е с т в у ю т п ер есечен и я , то н а и х у д ш а я г р а н и ц а не я в л я е т с я э л е м енто м си стем ы н е п е р е с е к а ю щ и х с я г р а н и ц . О п р е д е л и м все и с п о л ь з у е м ы е п он ятия, постр оим а л г о р и т м в ы я в л е ния систем ы п е р е с е к а ю щ и х с я г р а н и ц и р е а л и з у е м его н а п р а к т и ч е с к о м п ри м ере. П р и м е р о м б у д е т с л у ж и т ь н и ж н я я ф л и ш е в а я т о л щ а и в е р х н и й арги л л и т о в ы й г о р и зо н т нео ген ов ой у с т ь - к а м ч а т с к о й серии ( В о с т о ч н а я К а м ч а т к а , окре с т н о с т и пос. У с т ь - К а м ч а т с к ) . Р а з р е з ы э т и х о т л о ж е н и й — т р у д н ы й о б ъ е к т д л я к о р р е л я ц и и . П о с л е м н о г о л е тн и х и т р у д о е м к и х с п е ц и а л ь н ы х с т р а т и г р а ф и ч е с к и х и с с л е д о в а н и й зд е с ь у д а л о с ь в ы д е л и т ь и п р о с л е д и т ь ш ес т ь п о д р а з д е л е н и й и п р ов ести ш ес т ь г р а н и ц ( С а л и н , 1964, 1972). А н а л и з и р у е м ы е о т л о ж е н и я пе р ес е ч е н ы сем ью по сл о й н о о п и с а н н ы м и р а з р е з а м и . В п е р в о м из них в п р е д е л а х н и ж н е й ф л и ш е в о й т о л щ и и в е рх н е го а р г и л л и т о в о г о г о р и з о н т а оп и с ан о 82 с л о я (с 9-го по 9 0 -й ), во в т о р о м — 54 с л о я (с 6-го по 59-й ), в т р е ть е м , ч ет в е р т о м и ш ес т о м — по д в а , в с е д ь м о м — три, в п я т о м — д е с я т ь слоев. В э т и х р а з р е з а х и з у чено р а с п р е д е л е н и е 59 л и т о л о г и ч е с к и х и п а л е о н т о л о г и ч е с к и х п р и з н а ков. Г е о л о г и ч е ск у ю г р а н и ц у о п р е д е л и м т а к : м н о ж е с т в о точек, п р е д с т а в л я ю щ и х собой в е р х н и й ( в е р х н я я г р а н и ц а ) и н и ж н и й ( н и ж н я я г р а н и ц а ) п р е д е л ы р а с п р о с т р а н е н и я к а к о г о -л и б о п р и з н а к а в и зу ч е н н ы х р а з р е з а х . Т о ч к у б уд е м п о н и м а т ь по Е в к л и д у — «то, что не им е е т ч ас т е й » . Е с л и п о сл ойн о о п и с а н н ы й р а з р е з р а з д е л е н , н а п р и м е р , на 82 сл оя, это о з н а ч ае т , что к а ж д ы й т а к о й сл ой п р е д с т а в л я е т собой нечто целое, н е д е л и м о е пр и п р и н я т о й п р о ц е д у р е р а с ч л е н е н и я , не и м е ю щ е е частей. П о н я т и е г р а н и ц ы и л л ю с т р и р у е м п р и м ер о м « н и ж н я я г р а н и ц а ф л и ш а » . С а м ы й н и ж н и й слой п ерв ого р а з р е з а , в к о т о р о м ф и к с и р о в а н ф л и ш ,— д в е н а д ц а т ы й , во вт о р о м р а з р е з е ф л и ш о тм еч е н н а ч и н а я с с е д ьм о го с л о я , в тр е тье м , ч ет в е р т о м , п я т о м и ш ес т о м р а з р е з а х — с п я т о г о сл оя , в с е д ь м ом р а з р е з е — с п ерв ого слоя. Н и ж н я я границ а ф ли ш а (п ри зн ак « ф л и ш » о б о зн а ч е н н о м е р о м 1 0 ) —■Юн — б у д е т з а п и с а н а с т р о к о й из семи ци ф р : 12, 7, 5, 5, 5, 5, 1. В е р х н я я г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я ф л и ш а — 10в — со о т вет с т в е н н о з а п и ш е т с я : 90, 59, 5, 5, 13, 5, 3. Е с л и д а н н ы й п р и з н а к не вст р еч е н в н е к о то р о м р а з р е з е , его о т су тс т в и е в эт о м р а з р е з е б у д е т о б о з н а ч а т ь с я нул ем . Н а п р и м е р , н и ж н я я г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я в и д а Y oldia c h e h a l is e n s is 22н (9, 6, 0, 0, 5, 0, 3 ) ; в е р х н я я г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я того ж е в и д а 22в (77, 52, 0, 0, 13, 0, 3). Г р а н и ц ы р а с п р о с т р а н е н и я п о д р о д а Y o ld ia ( P o r t l a n d e l l a ) 26н — (9, 6, 4, 4, 4, 4, 2) и 2 6 в — (89, 52, 5, 5, 13, 5, 3 ) ; р о д а N u c u l a n a 45н (17, 15, 0, 0, 6, 0, 3) и 45в (89, 52, 0, 0, 10, 0, 3 ), и т. д. Е с л и в к а ж д о м из р а з р е з о в , где о б н а р у ж е н п р и зн ак , он о б н а р у ж е н л и ш ь в е д и н с т в е н н о м слое, не будем п о в т о р я т ь эту со в о ку п н о с т ь т о ч е к д в а ж д ы — к а к в е р х н ю ю и к а к н и ж ню ю гр а н и ц ы . Н а п р и м е р , о к а м е н е л о с т и в и д а Y oldia d e fo rm is н а й д е н ы в р а з р е з е I т о л ь к о в д е в я т о м слое, в р а з р е з е II — т о л ь к о в ш ес т о м слое, в д р у г и х р а з р е з а х не о б н а р у ж е н ы воо б щ е. Д л я п р и з н а к а 25 (Y o ld ia d e f o rm is ) у к а ж е м л и ш ь о д н у г р а н и ц у без уто чн ен и я, в е р х н я я о н а ил и н и ж н я я (9, 6, 0, 0, 0, 0, 0). В в е д е м по н ят и е с т р а т и г р а ф и ч е с к и х о тн ош ен и й м е ж д у т о ч к а м и д в у х р а з н ы х гран и ц . Е с л и точк и д в у х г р а н и ц а и Ъ п р е д с т а в л е н ы в н е к о т о ром р а з р е з е з н а ч а щ и м и н о м е р а м и слоев (не н у л я м и ) и ном ер г р а н и ц ы 136

а б о л ь ш е н о м е р а г р а н и ц ы Ь, то г р а н и ц а а в д а н н о м р а з р е з е в ы ш е г р а ницы b, b н и ж е а. Е с л и т о ч к и д в у х р а з н ы х г р а н и ц в н е к о то р о м р а з р е з е п р е д с т а в л е н ы о д и н а к о в ы м и н о м е р а м и , б уд ем го в о р и т ь о с о в п а д е н и и гр а н и ц в д а н н о м р а з р е з е . Д а л е е в в о д и м п о н я т и е об о т н о ш е н и я х п е р е се ч е н и я ил и неп ересечения д в у х р а з н ы х г р а н и ц . Е с л и т о ч к и д в у х р а з н ы х г р а н и ц а и b им ею т с т р а т и г р а ф и ч е с к и е о т н о ш е н и я не м е н е е чем в д ву х р а з р е з а х и есл и к т о м у ж е эти о т н о ш ен и я о д и н а к о в ы в эт и х р а з р е з а х (и л и точк и а в е зд е в ы ш е т о ч е к Ь, ил и точк и а в е з д е н и ж е т о ч е к Ь, ил и то чк и а в е з д е с о в п а д аю т с точками b), границы назовем взаим н о непересекаю щ им ися. Если ж е эти о т н о ш е н и я р а з л и ч н ы в р а з н ы х р а з р е з а х (в од них р а з р е з а х т о ч ки од ной г р а н и ц ы в ы ш е т о ч е к д р угой , а в д р у г и х р а з р е з а х н а об о рот, и л и ж е в о д н и х р а з р е з а х то чк и р а з н ы х г р а н и ц с о в п а д а ю т , а в д р у ги х н а х о д я т с я в о т н о ш е н и я х « в ы ш е — н и ж е » д р у г с д р у г о м ) , то т а к и е г р а ницы б у д е м с ч и т а т ь в з а и м н о п е р е с е к а ю щ и м и с я . Например, границы

110в (74 , 50 , 0 , 0 , 9 , 0 , 0) 9н (9, 6 , 4 , 4 , 4 , 0 ,0 )

не п е р е с е к а ю т с я , с т р а т и г р а ф и ч е с к и е о т н о ш е н и я м е ж д у их т о ч к а м и о д и н а к о в ы во всех р а з р е з а х , где обе г р а н и ц ы п р е д с т а в л е н ы з н а ч а щ и м и но м е р а м и с л о ев ,— и в п ерв о м , и во вто ром , и в пято м р а з р е з а х но м е р а слоев г р а н и ц ы 110в б о л ьш е , чем н о м е р а слоев г р а н и ц ы 9н. Г р а н и ц ы 65н и 65в, н а о б о р о т, п е р е с е к а ю т с я : 65н (21, 12, 0 , 0 , 8 , 0 , 0) 65в (52, 12, 0 , 0 , 11, 0 , 0)

В р а з р е з а х I и V точк и 65в в ы ш е т о ч е к 65н, а в р а з р е з е II точки обеи х г р а н и ц с о в п а д а ю т . Д р у г о й п р и м е р п е р е с е к а ю щ и х с я г р ан и ц : 41н (84, 50, 0 , 0 , 13, 0 , 2) 22в (77, 52, 0 , 0 , 13, 0 , 3)

П о н я т и е п е р е с е к а ю щ и х с я г р а н и ц т р е б у е т н е к о то р ы х уточн ен ий. Д о пустим , есть к а к а я - т о г р а н и ц а а, р а с п о л о ж е н н а я в с е р е д и н е л и т о л о г и ч еск и о д н о о б р а з н о й а р г и л л и т о в о й т о л щ и , п ос т о я н н о н и ж е к р о в л и а р г и л л и т о в (рис. 1). И м е н н о т а к и е о т н о ш ен и я и ф и к с и р о в а н ы в р а з р е з а х Г

Рис. 1. Иллю страция понятия «видимая кровля»

1— 3. В р а з р е з е 4 к р о в л я а р г и л л и т о в о й т о л щ и не о б н а ж е н а и с а м ы й в е р х н и й слой, в к о т о р о м о т м еч е н ы а р г и л л и т ы (по н а ш е м у о п р ед ел ен и ю , э т о о д н а из т о ч е к в е р х н е й г р а н и ц ы а р г и л л и т о в ) , м о ж е т с о в п а с т ь с т о ч к о й г р а н и ц ы а. П о с л е д у е т в ы в о д о пересечен ии. П р и м е р ы т а к и х с и т у а ций м о ж н о пр и ве ст и и по у с т ь - к а м ч а т с к о м у м а т е р и а л у . Н е о б х о д и м о к а к - т о и с к л ю ч и т ь т а к и е « н е н а с т о я щ и е » п ер есечен и я . В в е д ем п о н ятие в и д и м о й к р о в л и и в и д и м о й п о д о ш вы . Е с л и в е р х н я я г р а н и ц а не к о то р о го п р и з н а к а в д а н н о м р а з р е з е п р е д с т а в л я е т собой о д н о в р е м е н н о с а м ы й в е р х н и й оп и с ан н ы й слой этого р а з р е з а , б у д е м н а з ы в а т ь ее в и д и м о й к р о в л е й п р и з н а к а в этом р а з р е з е . А н а л о г и ч н о в в о д и т ся п о н я т и е в и д и м о й п одош вы . 137

Е с л и п а л е о н т о л о г и ч е с к о е и зу ч е н и е п р о в е д е н о не по в с е м у р а з р е з у г т о в и д и м а я к р о в л я и п о д о ш в а д л я п а л е о н т о л о г и ч е с к и х п р и з н а к о в не будет совпадать в данном разр езе с видимой кровлей и подошвой л и то л о г и ч е с к и х п р и зн а к о в . В в е д е н н ы е п о н я т и я и с п о л ь з у ю т с я с л е д у ю щ и м образом. Е с л и д в е г р а н и ц ы п е р е с е к а ю т с я , но это п е р е с е ч е н и е м о ж н о у с т р а ни ть п о д н я т и е м в и д и м о й к р о в л и в в е р х и л и о п у с к а н и е м в и д и м о й п о д о ш в ы вниз, то т а к и е г р а н и ц ы б уд е м с ч и т а т ь н е п е р е с е к а ю щ и м и с я . П р и в е д е м пр и м ер: Юн (12, 7, 5 , 5 , 5 , 5 , 1в) 20в (89, 52, 5в, 0 , 12, 0 , 3)

1в в с е д ь м о м р а з р е з е о з н а ч а е т д л я н и ж н е й г р а н и ц ы Юн в и д и м у ю п о д о ш в у , 5в в т р е т ь е м р а з р е з е д л я в е р х н е й г р а н и ц ы 20в — в и д и м у ю кр о в л ю . Т очк и г р а н и ц ы 20в в р а з р е з а х IV и V I не и м е ю т с т р а т и г р а ф и ч е с к и х о т н о ш ен и й с т о ч к а м и г р а н и ц ы Юн, в р а з р е з а х I, II, V и V I I — в ы ш е них. В р а з р е з е I I I ф и к с и р у ю т с я о т н о ш е н и я с о в п а д е н и я , п о э то м у д о л ж е н п о с л е д о в а т ь в ы в о д о пе р е с ече н и и г р а н и ц . В о с п о л ь з у е м с я в в е д ен н ы м п р а в и л о м и по д н и м ем в и д и м у ю к р о в л ю 20в в р а з р е з е I I I в ы ш е с л о я 5. Т о г д а п о л у ч а е т с я , что т о ч к а г р а н и ц ы Юн в д а н н о м р а з р е з е н а х о д и т с я в 5-м слое, а т о ч к а г р а н и ц ы 20в — в ы ш е 5-го сл о я, т. е. в ы ш е т о ч к и г р а н и ц ы Юн. О т н о ш е н и я м е ж д у т о ч к а м и г р а н и ц Юн и 20в во вс е х р а з р е з а х с т а н о в я т с я о д и н а к о в ы м и , что о з н а ч а е т о т н о ш е н и е непере с е ч е н и я гр ан и ц . В в е д е н н ы х п о н ят и й д о с т а т о ч н о д л я того, ч то б ы п о д с ч и т а т ь д л я к а ж д о й г р а н и ц ы ч и сл о д р у г и х г р а н и ц , с к о т о р ы м и о н а п е р е с е к а е т с я . Б у д е м н а з ы в а т ь э т у х а р а к т е р и с т и к у ч и с л о м пересечен ий. И с х о д н ы й м ас с и в с о с т а в л я е т 111 г р а н и ц . В с е г р а н и ц ы р а с п о л а г а е м в в и д е ко л о н к и , в к а ж д о й ст р о ке ко т о р о й — с ем ь ном ер ов , всего с т р о к 111. С р а в н и в а я к а ж д у ю с т р о к у п о с л е д о в а т е л ь н о со в с ем и о с т а л ь н ы м и , п о д с ч и т ы в а е м д л я нее число пересечен ий. П о л у ч и в эт и ч и с л а д л я в се х г р а н и ц , нахоСистемы изохронных непересекающихся границ

№

границы

Юн 11н 20в 27н 27в ЗОн ЗОв 9н 14в 36н ИОв 23в 46н 35в 94н 25 7бв 68 49н 119в 117н 117н Ю9в 138

Разрезы Название признака

Флиш Аргиллит рыхлый Yoldia nitida | Обилие Yoldia (Portlandella) | Обилие Yoldia Аргиллит рыхлый с конкре циями Подводнооползневые дисло кации Обилие Nuculana tum iensis T urritella Обилие Yoldia chehalisensis Обилие Nuculana Nuculana tum iensis Plicifusus Yoldia deformis Macoma calcarea Ostrea Acila (Acila) Bryozoa | Balanus Naticidae

III

VII

-12

9 89 9 89 9 89 9

5 4 5b 4 5b 4 5b 4

5 4

5 4 12 4

5 4

1b 1b

4 5b 4

52 6

0 0 0

4 5b 4 5b 4

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1b 0

0 0 2 0 0

27 74 55 36 76 9 9 36 17 21 89 21 89 89

23 50 28 27 51

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0

6 6

0 8 0 52 15 52 52

0 0 0

0 0

0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

9 0 6 0 0 0 6 0 0

0 0 0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

Рис. 2. П олож ение границ в разрезах I— II Усть-Камчатского района: а — исходный массив — 111 границ, б — промежуточный результат — 58 границ, в — окончательный результат — 23 границы

д и м н а и х у д ш у ю по н а и б о л ь ш е м у ч и с л у пересечен ий. Е с л и г р а н и ц , и м е ю щ и х н а и б о л ь ш е е число, не с к о л ьк о , н а и х у д ш е й сре д и них сч и та е м р а с пространенную в наименьш ем количестве разрезов. Н а изу ч е н н о м м а с с и в е (рис. 2, а) н а и х у д ш е й о к а з а л а с ь г р а н и ц а 67в '(9, 52, 0, 0, 0, 0, 0) — в е р х н я я г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я о к а м е н е л о с т е й р о д а L a t e r n u l a . О н а п е р е с е к л а с ь с 98 д р у г и м и г р а н и ц а м и . В ы б р а с ы в а е м ее; в м а с с и в е о с т а е т с я 110 г р а н и ц . Т а к к а к у д а л е н и е в ы б р о ш е н н о й г р а н и ц ы н е о д и н а к о в о п о в л и я л о на ч и сл о пер ес е ч е н и й у о с т а в ш и х с я г р а ниц, н е о б х о д и м о п е р е с ч и т а т ь п е р е с е ч е н и я на но вом м а с с и в е из 110 г р а ниц. М о ж н о б ы л о бы с д е л а т ь эт о т п о д с че т з ан о в о , с р а в н и в а я к а ж д у ю и з 110 г р а н и ц со все м и 109 о с т а л ь н ы м и . О д н а к о м о ж н о п р е д л о ж и т ь б олее экономную процедуру. Если вы брош енн ая границ а им ела пересе ч е н и я с о с т а в ш е й с я г р а н и ц е й а, то ее в ы б р а с ы в а н и е п р и в е д е т к у м е н ь ш е н и ю пер е с е ч е н и й у г р а н и ц ы а н а еди ниц у. Е с л и в ы б р о ш е н н а я г р а н и ц а не и м е л а пер е с е ч е н и й с г р а н и ц е й Ь, то ч и с л о пе р е се че н и й у b не и з м е н и т с я . П о э т о м у , в ы б р о с и в н а и х у д ш у ю гр а н и ц у , с р а в н и в а е м ее со в с е м и о с т а в ш и м и с я ; у всех тех, с к о т о р ы м и о н а п е р е с е к а е т с я , у м е н ь ш а е м ч и с л а п е р ес е ч е н и й на еди ниц у , а у тех, с к о т о р ы м и о н а не п е р е с е к а е т с я , ч и сл о о с т а в л я е м п р е ж н и м . Н а и х у д ш е й в м а с с и в е 110 г р а н и ц о к а з а л а с ь 61н (17, 52, 0, 0, 5, 5, 1в) — н и ж н я я г р а н и ц а р а с п р о с т р а н е н и я о к а м е н е л о с т е й в и д а P a llio lu r a p e c k h a m i — 86 пересечений. В ы б р а с ы в а е м ее, п о д с ч и т ы в а е м ч и сл о п е ресечен и й у к а ж д о й г р а н и ц ы в м а с с и в е из 109 г р а н и ц , н а х о д и м н а и х у д ^пую, в ы б р а с ы в а е м ее, и т. д. в п л о т ь д о п о л у ч е н и я т а к о г о м а с с и в а , в 139

к о т о р о м ни о д н а из г р а н и ц не б у д е т и м е т ь ни од но го пе р е се ч е н и я . О к о н ч а т е л ь н ы й р е з у л ь т а т — 23 н е п е р е с е к а ю щ и х с я г р а н и ц ы ( т а б л и ц а ) , н е к о т о р ы е по л н о с т ью ил и ч ас т и ч н о с о в п а д а ю т . Н е с о в п а д а ю щ и м и о с т а ю т ся 11 г р а н и ц . П о л о ж е н и е их в р а з р е з а х I и II п о к а з а н о на рис. 2 , а. Д л я н а г л я д н о с т и на том ж е р и с у н к е о т р а ж е н и п р о м е ж у т о ч н ы й р е з у л ь та т, к о г д а в м а с с и в е о с т а л о с ь 58 г р а н и ц . О с т а в ш и е с я н е п е р е с е к а ю щ и е с я г р а н и ц ы м огу т с л у ж и т ь л и н и я м и к о р р е л я ц и и . В т а к о м с л у ч а е и с п о л ь з о в а н и е п р остейш ей, о ч ев и д н е й ш е й посылки позволяет увеличить д етальность расчленения и корреляци и почти вд во е (о д и н н а д ц а т ь г р а н и ц п р отив ш ести, п р о в е д е н н ы х р а н е е м еж ду разрезам и I и II). П ри вед ен н ая процедура построения непересекаю щ ихся границ м о ж е т р а с с м а т р и в а т ь с я к а к п р о ц е д у р а о п р е д е л е н и я ге о л о ги ч е с к о й одновозрастности (лю бая точка найденной границы а одновозрастна любой д р у го й ее т о ч к е ) . О п р е д е л е н и е м о ж е т с ч и т а т ь с я п р и е м л е м ы м в том с л у чае, если оно п р и в о д и т к р е з у л ь т а т а м , с о в п а д а ю щ и м с б е с сп о р н ы м и в ы в о д а м и , п о л у ч е н н ы м и т р а д и ц и о н н ы м и г е о л о ги ч е с к и м и м е т о д а м и . П р о в е д е н н а я п р о в е р к а , од ной из и л л ю с т р а ц и й к о т о р о й м о ж е т с л у ж и т ь р а с с м о т р е н н а я в с т а т ь е к о р р е л я ц и я , п о к а з а л а , что о п р е д е л е н и е о т в е ч а е т этом у требованию. П р е д л о ж е н н ы й а л г о р и т м л е г к о п р о г р а м м и р у е т с я и р е а л и з у е т с я на Э В М л ю б о г о т и п а . М о ж н о н а д е я т ь с я , что его п р и м ен е н и е п о з в о л и т д о б и т ьс я зн а ч и т е л ь н о г о п о в ы ш е н и я эф ф е к т и в н о с т и и с н и ж е н и я т р у д о е м ко с т и р е ш е н и я в а ж н е й ш е й с т р а т и г р а ф и ч е с к о й з а д а ч и к о р р е л я ц и и , о с о бенно в р а й о н а х с б о л ь ш и м к о л и ч е с т в о м в в о д и м ы х в о б р а б о т к у р а з р е зо в и п р и зн а к о в , а и м е н н о в н е ф т я н ы х и у г о л ь н ы х б ас с е й н а х . ЛИ ТЕРА ТУ РА С алин 10. С. К палеонтологическому обоснованию разреза неогена Восточной Камчатки. И зв. АН СССР. Сер. геол., № 6, 1964. Салин Ю. С. Количественные методы в палеоэкологии и биостратиграфии. «Н аука», Н о восибирск, 1972. Институт тектоники и геофизики Д В Н Ц АН СССР, г. Х абаровск

С татья поступила в редакцию 25 мая 1978 г.