Долгое время существовал односторонний, а в ряде случаев узкий подход к трактовке понятия «формация», когда этот термин применялся при постановке конкретных задач, решавшихся исследователями различных геологических направлений. Постепенно термин «формация» стал термином широкого пользования. Гак, но типу геотектонического режима выделяют-формации платформенные, переходные, геосинклинальные, по климатическим условиям — аридные и гумидные, по специфическим особенностям состава пород — угленосные, эвапоритовые, по цвету —- красноцветные, сероцветные, по характерным чертам строения — флишевые, молассовые и т. д.
Некоторые исследователи не проводят четкую границу между понятиями (формация» и «фация». Так, в пределах одного и. того же региона одни и те же комплексы однородных горных пород называют то формацией, то фацией (например, карбонатная формация, карбонатная фация и т, д.). Между тем, как было справедливо отмечено еще Н. С. Шатским, (формации часто совершенно неверно смешивают с фациями. Фации — главным образом понятие палеогеографическое и палеогеоморфологическое, формации же прежде всего — тектоническое, ибо оно связано с определенными структурами». При этом имеются в виду региональные структуры.
В американской литературе и публикациях ряда зарубежных исследователей термин «формация» используют для обозначения крупных стратиграфических подразделений, включающих породы с определенными литологическими свойствами, что примерно соответствует свитам в нашем представлении.
Различные авторы и справочные издания определяют понятие о геологических формациях по-разному. Однако на современном этапе среди многих направлений в изучении формаций в нашей стране выделяются два главных.
Одно из них четко отражено в работах В. В. Белоусова, В. Е. Хайна и Д. В. Наливкина, где подчеркивается генетическая сущность термина «формация». При том В. В. Белоусовым и В. Е. Хаиным развивается тектонический аспект понятия. По В. В, Белоусову, к формациям следует относить комплекс фаций, соответствующих определенной стадии геотектонического цикла; по В. Е. Хайну, формации должны отвечать: в палеотектоническом смысле определённым стадиям, этапам развития основных типов крупных элементов земной коры; в палеогеографическом смысле — целым бассейнам осадконакопления или крупным естественным их частям (по И. М. Страхову); в хроностратиграфическом смысле — периодам и эпохам. Д. В. Наливкин под формацией понимает крупнейшие палеогеогоафические единицы, в качестве которых выделяет формацию моря и формацию континента. Таким образом, внутри генетического направления наметились две ветви: тектоническая (В. В. Белоусов, В. Е. Хайн и др.) и палеогеографическая (И. М. Страхов, Д. В. Наливкин, В. И. Попов и др.). Сущность генетического направления заключается в установлении (на стадии выделения формации) генезиса пород, слагающих, формацию, путем выделения типа тектонических структур или палеогеографической обстановки, обусловивших ее возникновение.
Второе направление, разработанное Н С. Шатским и развитое Н. П. Херасковым, А. Л. Яншиным, отчасти А. Б. Рухиным, В. М. Цейслером, А. А, Бакировым, А, К, Мальцевой и др., подчеркивает парагенетическую вещественную сущность формации (на стадии ее выделения).
С точки зрения парагенетической сущности формации первоосновой для ее выделения является относительная литологическая однородность пород, позволяющая легко отделить одну формацию от другой. Формации могут быть монофациальными и полифациальными; они могут быть образованы преимущественно одним типом пород (например, глинами, известняками, мергелями) или переслаиванием пород (например, различные песчано-глинистые, терригенно-эффузивные формации).
Выделение формации как геологического тела, образованного одним типом пород или совокупностью взаимосвязанных совместным происхождением пород, представляет начальный этап формационного анализа. Последующий этап - это определение ее хроностратиграфических признаков и генезиса, палеогеографических и палеотектонических условий ее образования.
В нефтегазовой геологии парагенетический подход к изучению формаций наиболее приемлем, так как с его помощью акцентируется внимание на вещественной сущности формации.
А.А. Бакиров и А.К.Мальцева дают следующее определение формации с точки зрения парагенетической концепции: осадочные формации представляют собой естественно выделяющиеся литологически однородные крупные геологические тела, обособленные в пространстве и в разрезе от смежных тел, образовавшиеся в определенных палеотектонических и палеогеографических условиях и соответствующие по своему стратиграфическому объему ярусу или отделу, реже — нескольким отделам или части яруса.
С этой позиции осадочные формации являются комплексами разнообразных или однотипных фаций, сформировавшихся в постоянных или слабо изменяющихся тектонических и климатических условиях, Существенное изменение тектонического режима или (и) климата обусловливает смену форллаций в разрезе. Так, например, песчано-глинистые угленосные формации состоят из комплекса фаций, включающих прибрежно-морские, дельтовые, аллювиальные, озерные, болотные и прочие отложения, образовавшиеся в условиях различной степени выраженности гумидного климата и существенной дифференциации тектонических движений. Формации типа доманиковых характеризуются большим постоянством фациального состава, свидетельствующим о чрезвычайно слабых изменениях тектонических и климатических условий в момент их образования.
Смена типов формаций в вертикальном разрезе свидетельствует, о значительных изменениях тектонического режима и климата в этот отрезок геологической истории. Примером является смена терригенных угленосных формаций карбонатными, эвапоритовыми и терригенными красноцветньми в юрских отложениях эпипалеозойских плит юга территории бывшего СССР.
В составе формаций выделяют субформации, характеризующиеся своеобразием литологических свойств и структуры, обусловленным спецификой палеотектонических и палеографических условий образования, Субформации представляют собой части (верхние, нижние, средние) тела формации.
Формации в своей совокупности образуют вертикальные и латеральные формационные ряды. По И. Б. Вассоевичу, вертикальные ряды формаций отражают последовательные стадии развития определенных крупных геоструктурных элементов.
Границы между геологическими формациями в разрезе и пространстве определяют обычно по изменению литологических свойств горных пород или же палеогеографических и. тектонических условий их образования. Иногда различные формации отделяются друг от друга стратиграфическим несогласием и региональным перерывом в накоплении осадков, местами сопровождающимися зонами размыва ранее образовавшихся отложений. Это свидетельствует о скачкообразном качественном изменении условий образования отложений и наступлении новых этапов тектогенеза и литогенеза.
Название осадочной формации дают по преобладающему типу пород, формирующему ее тело, затем указывают физико-географические условия образования и в ряде случаев отмечают специфические особенности, отражающие геохимическую обстановку осадкообразования, структурные или текстурные признаки, цвет и т. д. Например, карбонатная формация открытого шельфа, песчаноглинистая угленосная формация паралического типа, песчано-глинистая мелководно-морская глауконитовая формация, терригенная красноцветная континентальная, терригенная-красноцветная флишевая, континентальная молассовая формации и т. д.
Для осадочных формаций, содержащих углеводороды, указывают преобладающий их тип: преимущественно нефтеносная или газоносная, битуминозная. Отмечают и другие виды полезных ископаемых: формации угленосные, соленосные и т. д.
Формационный анализ — это метол изучения истории тектонических движений, эволюции структур земной коры и климатических условий на основе анализа геологических формаций. Методически работа сводится к выделению геологических формаций в соответствии с принятой их классификацией. Наиболее простым способом обобщения формаций является построение формационных рядов, формационных колонок, разрезов, таблиц или карт распространения формаций на поверхности. Для решения практических задач нефтяной геологии наилучшие результаты дают серии карт распространения формаций, построенные для различных интервалов времени и позволяющие изучать динамику изменения глубинной структуры осадочного бассейна. Карты, разрезы, ряды, колонки, таблицы служат основанием для выделения структурно-формационных зон, для характеристики строения и истории развития отдельных структур, расшифровки глубинного строения бассейнов и территорий, закрытых чехлом молодых осадков, и т. д.
Карты строения формаций представляют собой изображения в плане территорий распространения формаций и входящих в их состав субформаций с отражением физико-географических и палеотектонических условий их образования. Для каждой исследуемой формации показывают характер распределения мощности, обобщенные литологические свойства и их изменение по площади и разрезу (на литологических колонках), цветом изображают физико-географические условия образования формаций, штриховкой — особенности палеотектонического развития. Условными знаками показывают установленную нефтегазоносность формаций.
Фациальный анализ - это метод, который позволяет реконструировать условия, определяющие наиболее характерные геолого-генетические особенности горных пород, слагающих формации. Для осадочных толщ важнейшими фациальными условиями являются климатические и палеогеографические, Учение о фациях имеет свою богатую историю, В геологической литературе нет общепризнанного определения понятия «фация».
В настоящее время большинство исследователей под фацией понимают совокупность физико-географических условий образования осадка, выраженных в литологических типах и тесно связанных между собой (Жемчужников и др.). Иначе говоря, фация - это тип осадочной породы, возникший в определённых физико-географических условиях.
Ранее различали литологические разновидности отложений без учёта их генезиса. Они называются литофациями, хотя иногда их при построении соответствующих карт не совсем верно называют «фациями».
Фациальный анализ при палеотектонических исследованиях даёт объективные, весьма ценные данные, так как распределение фаций показывает рельеф дна бассейна, его береговой линии, а на суше - положение озёр, рек, болот и т. д.
В результате карты фаций дают качественное представление о распределении областей тектонических поднятий и погружения территории в определённое геологическое время. Кроме того, карты фаций позволяют правильно интерпретировать карты толщин (мощностей).
Карты фаций составляются на основании изучения разрезов в обнажениях и по керновому материалу. Как правило, они составляются для стратиграфических подразделений в объёме горизонта, надгоризонта, подъяруса и яруса. Можно составлять карты фаций для регрессивных и трансгрессивных циклов, представляющих лишь часть горизонта толщиной порядка 20-40 м. Такие детальные исследования позволяют оценить во времени и по территории, перемещение береговых линий бассейнов седиментации, выявить главные и второстепенные источники сноса терригенного материала, характер тектонических движений.
Карты фаций составляются в различных масштабах в зависимости от величины площади исследований. Наиболее важной задачей при анализе фаций является установление участков, которые в какое-то определённое время были сушей, т.е. районов, где тектонические движения тогда были явно положительного знака. Трудностью при решении этой задачи является то, что отсутствие отложений может быть истолковано двояко - либо они не накапливались, либо были размыты. Чтобы выяснить данный вопрос изучают гранулометрический состав, распределение фаций, распределение и тип рассеянного органического вещества, которое окисляется под воздействием экзогенных факторов и приобретает гумусовый характер и т. д.
Как правило, в условиях шельфа волновая деятельность моря способствует закономерному изменению литологического состава осадков по мере удаления от береговой линии: галечник -гравий - песок крупнозернистый - песок средне и мелкозернистый - алеврит - глина песчанистая - глина алевритистая - глина тонкоотмученная - мергели - известняки или диатомиты и радиоляриты.
Но такой литологический (или лучше фациальный) профиль встречается далеко не всегда. Чем выше приподнята суша, тем более грубые осадки могут откладыватся на больших глубинах. Иногда, в современных условиях, валуны встречаются на глубинах во много сот метров (устье р. Конго, где валуны из-за быстрого течения реки и узости шельфа находятся на глубинах до 1,5-2 км). Известняки (фораминиферовые ракушняки) в Красном море вследствие отсутствия сноса терригенного материала и климатических условий слагают не только прибрежную часть дна, но и берега.
Причинами появления песчаных отложений вдали от береговой линии, когда ближе к берегу откладывались глинистые осадки могут быть дрейфовые течения параллельно берегу морей или океанов, обусловленные господствующими направлениями ветров; действие приливно-отливных течений в океанах, а также мутьевые (суспензионные) потоки (турбидиты). Движение обломочного материала в этих потоках происходит под действием силы тяжести по склону подводного рельефа. Их отложения иногда содержат переотложенную мелководную фауну и остатки наземной флоры (древесину). Отлагаются на глубинах более 2000 м.
Анализ фаций не только даёт качественную оценку тектонических движений, но и интересен потому, позволяет выделить прибрежные зоны, наиболее благоприятные для накопления нефтематеринских пород и развития песчаников с мощными коллекторскими толщами.
Карты фаций не только позволяют выявлять крупные поднятия и прогибы, с их помощью возможно выяснение положения и отдельных складок, в том числе и под уровнем моря. На мелководье, вследствие волновой деятельности моря, содержание песчаных пород на сводах поднятий увеличивается. При большой глубине и при небольшом объёме привноса песчаного материала - наоборот, в сводовых частях поднятий отлагаются глины, а пески - на крыльях или в синклинальных прогибах. Такая картина - следствие действия течений, которые огибают (как и в современных морях на шельфе) повышенные участки т.е. антиклинали (средний миоцен Сев. Кавказа).
Угли - их накопление также обусловлено структурными формами. На континенте они приурочены к пониженным участкам рельефа, т.е. к синклинальным прогибам. В переходных условиях суша-море - к мелководным заливообразным зонам.
При отсутствии приноса материала на антиклинальных поднятиях образуются рифовые известняки, а в опущенных участках - синклиналях накапливаются глинистые осадки.
Анализ фаций позволяет выделить зоны разломов и флексур, например, барьерные рифы возникают над такими нарушениями.
Т.о., анализ распределения фаций позволяет оконтуривать тектонические поднятия и прогибы различного порядка, выявлять разломы и флексуры, которые, как правило, в выше залегающих отложениях осложнены локальными поднятиями.
Кроме того, анализ фаций даёт возможность качественно оценивать и интенсивность погружения областей аккумуляции и воздымания областей денудации. Об этом можно судить по ширине фациальных зон Если скорость погружения дна бассейна, определяющая расстояние от берега границ фаций, больше, то ширина фациальных зон меньше.
О различиях в скорости погружения дна бассейна седиментации можно судить по гранулометрическому составу осадков: - быстрое погружение - быстрое захоронение, слабая отсортированность, сохранение малоустойчивых минералов (эпидот, полевые шпаты и т. д.); медленное погружение - длительный перемыв, улучшение сортировки, обогащённость кварцем, отсутствие неустойчивых минералов, наличие пестроцветов, РОВ окисленное.
Основные итоговые документы формационных и литолого-фациальных исследований - карты фаций и формаций - представляют собой изображение в плане территорий распространения различных типов пород и физико-географических условий их образования для определённого стратиграфического интервала разреза. Иногда на литолого-фациальных картах показывают и вертикальный разрез литолого-фациальных зон на колонках, выполненных в соответствующем лласштабе.
Установлено, что распространение литолого-фациальных комплексов в значительной мере контролируется крупными конседиментационными структурными элементами. По направлению к областям устойчивого поднятия отмечается сокращение толщин отложений или происходит их выклинивание. Морские терригенные тонкозернистые породы открытых частей бассейнов постепенно замещаются мелководными, прибрежными, а затем и континентальным грубозернистыми породами. Эти общие закономерности позволяют при построении литолого-фациальных карт экстраполировать данные о строении отложений на еще неразбуренные территории.
Выбор масштаба и стратиграфического интервала для построения литолого-фациальных карт определяется стадией поисково-разведочных работ и конкретными задачами, стоящими перед исследователями. Для воссоздания существовавших физико-географических условий осадконакопления целесообразно по возможности суживать интервалы исследуемого разреза.
Необходимая основа всех литолого-фациальных построений — надежное и достаточно дробное расчленение разрезов и их увязка. При этом используют палеонтологические, промысловые геофизические, литологические, минералогические и другие методы корреляций, в том числе корреляцию разрезов с помощью изучения ритмичности и цикличности строения осадочных толщ. При детальной корреляции разрезов в пределах одной локальной структуры или смежных структур широко используют ЭВМ.
Перед построением литолого-фациальных карт необходимо провести систематизацию фактического материала. Для каждого разреза составляют карточку фактического материала, на которой отмечают порядковый номер карточки, площадь и номер скважины или местонахождение обнажения, географические координаты, альтитуду, глубину забоя, стратиграфическое подразделение, глубину кровли и подошвы, общую мощность отложений, мощность и процентное содержание различных типов пород в разрезе, коэффициент песчанистости, глинистости; показывают вертикальную последовательность размещения пластов по разрезу. На обратной стороне карточки вычерчивают схематизированный разрез в масштабе 1:1000, где указывают текстурные особенности пород, состав аутигенных минералов, отмечают обнаруженные фауну и флору, отражают характер контактов отложений. В итоге дают заключение о типе литолого-фациальной зоны и существовавшей палеогеографической обстановке.
При построении литолого-фациальных карт практически всегда производят некоторое усреднение разрезов литолого-фациальных зон и показывают границы, разделяющие выделенные зоны. При этом, если исследуемые отложения представлены в основном терригенными породами, проводят количественный подсчет отдельных компонентов разреза (песчаников, алевролитов, глин), а затем в виде изолиний изображают изменение содержания пород данного типа в разрезе. В том случае, если исследуют относительно однородные отложения, например карбонатные, необходимо выделить различные генетические типы пород: известняки, доломитизированные известняки, доломиты или известняки органогенно-обломочные, известняки оолитовые, известняки хемогенные и т. д.
Строение литолого-фациальных зон в разрезе изображают на литолого-фациальных профилях, выбранных, как правило, вкрест простирания. Построение литолого-фациальных профилей производят по выровненной верхней поверхности, от которой вниз откладывают мощность анализируемых отложений, затем показывают литологические свойства и физико-географические условия их образования. Недостаток такого построения — выравнивание верхней поверхности профиля, что приводит к искаженному изображению аккумулятивных тел типа баров, песчаных кос и т. д. Желательно строить литолого-фациальные профили на палеогеоморфологической основе, например, карте палеорельефа.