Геология, стратиграфия и палеогеография верхнего миоцена, плиоцена и четвертичного периода Армении

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Армения является характерной областью развития верхнемиоценовых морских, плиоценовых и четвертичных континентальных осадочных, вулканогенно-осадочных и вулканических пород, интенсивного проявления новейших тектонических движений, вулканизма и горного оледенения. Здесь наглядно прослеживаются условия залегания этих образований по отдельным стратиграфическим срезам, их контакты с подстилающими породами, послойные разрезы почти всех срезов. Изучение этих вопросов имеет исключительно важное значение для решения проблем новейшей геологии, геотектонического развития, вулканизма, осадконакопления, зарождения и развития современной фауны, флоры и всей биосферы, появления и развития человека и его материальной культуры, а также прогнозирования их развития в будущем.

В Армении исследования по геологии миоплиоцена и четвертичного периода выполнялись попутно с общими геологическими работами и очень редко проводились специальные исследования. Поэтому в настоящее время детальная разработка стратиграфии и палеогеографии новейшего периода принципами и методами современных исследований весьма актуальна.

Не менее важны и практические аспекты этой проблемы, так как в верхнем миоцене, плиоцене и четвертичном периоде происходило формирование некоторых полезных ископаемых, в первую очередь, накопление строительных материалов, образование источников пресных вод, россыпей различных металлов.

Целью исследований является уточнение геологического строения, стратиграфическое расчленение миоплиоценовых и четвертичных отложений и палеогеографическая реконструкция отдельных компонентов природной среды (фауны, флоры, осадконакопления климата и др.) по основным стратиграфическим срезам; установление важнейших закономерностей развития природы Армении в новейшем этапе, создание базы, способствующей решения как теоретически, так и практических здач связанных с геологией и палеогеографией позднего кайнозоя и ландшафтно-климатического прогноза будущего на территории Армении.

Основные задачи исследований. Изучение геологического строения, составление опорных разрезов и стратиграфических схем верхнемиоценовых, плиоценовых и четвертичных отложений для крупных межгорных впадин: Ширакской, Севанской, Араратской, междуречья Воротан-Акера и региональной схемы для территории Армении на биостратиграфической, климатостратиграфической, ритмо - и климатоседиментационной и отчасти геохронологической основе; корреляция этой схемы с эталонными разрезами морских отложений Каспийского бассейна, а также эпохами оледенений Большого Кавказа и Русской равнины. Выявление литолого-фациальных особенностей генетических типов миоплиоценовых и четвертичных отложений, установление ритмичности и цикличности осадконакопления. Изучение геоморфологических и неотектонических особенностей формирования межгорных впадин, выделение основных фаз эрозионного развития рельефа и седиментационных обстановок. Изучение строения речных террас системы р. Аракс, их корреляция между собой, с террасами р. Куры и с морскими отложениями Каспия. Изучение древнего оледенения гор. Палеогеографические (ландшафтно-климатические) реконструкции методом палеогеографического сопряженного анализа природных событий. Выяснение основных закономерностей новейшего этапа геологического развития и изменений важнейших компонентов природного процесса по основным стратиграфическим срезам от верхнего миоцена до голоцена включительно.

Научная новизна. В работе изложены существенно новые результаты личных исследований автора по стратиграфии, палеогеографии, палеоэкологии и другим отраслям верхнемиоценовой, плиоценовой и четвертичной геологии Армении.

В пределах крупных межгорных впадин: Ширакской, Араратской, Севанской, междуречья Воротан-Акера впервые автором выделена и изучена серия наиболее информативных разрезов верхнего миоцена, плиоцена и четвертичного периода, до сих пор малоизученных, которые взаимно дополняют друг друга и в каждой впадине объединяются в единый опорный разрез и, коррелируясь между собой, составляют представленный в диссертации стержень новой Региональной схемы стратиграфии и развития природы Армении в верхнем миоцене, плиоцене и четвертичном периоде.

Установлены основные закономерности новейшего этапа геологического развития и изменений важнейших компонентов природного процесса.

Выявлены основные этапы формирования современного рельефа Армении, установлены эрозионно-седиментационные циклы его развития, доказана связь с неотектоническими движениями и климатическими колебаниями региона, а также с трансгрессиями и регрессиями Каспийского моря.

Доказана синхронность эпох развития плиоценовых и четвертичных озер межгорных впадин Армении с эпохами увлажнения и похолодания региона и с трансгрессиями Каспийского моря, а также эпох обмеления или полного исчезновения этих озер с эпохами иссушения региона и регрессии Каспия.

Впервые био-климатостратиграфически, ритмо - и климатоседиментационно обосновано двукратное горное оледенение Армении: средне - и поздненеоплейстоценовое с двумя стадиями их развития; определена климатическая снеговая граница этих эпох оледенения. Установлено, что позднеплиоценовая и эоплейстоценовая эпохи в Армении протекали при переменном региональном потеплении и аридизации, похолодании и увлажнении климата, а неоплейстоценовые были связаны с ледниковыми и межледниковыми эпохами Русской равнины и протекали при плювиальных и межплювиальных условиях, сопровождаемых средне- и позднеплейстоценовыми горными оледенениями М.Кавказа. Плювиалы были влажными и холодными, а межплювиалы-сухими и теплыми. Доказано, что в эоплейстоцене и раннем неоплейстоцене горы Армении не достигали требуемой для оледенения высоты, а уже в среднем и позднем неоплейстоцене рельеф стал высокогорным, намного превышающим климатическую снеговую границу, способствующую развитию горного оледенения.

Практическая значимость работы. Верхнемиоценовые, плиоценовые и четвертичные образования Армении представляют значительный практический интерес с точки зрения нерудного сырья (диатомиты, глины, суглинки, супеси, пески, гравий, галька, туф вулканический, базальт, обсидиан, перлит, пемза, шлак, травертин и др.). Во-вторых, изучение озерных толщ и аллювиальных отложений плиоценового и четвертичного возраста позволило проектировать и строить ряд гидротехнических сооружений в Армении. Автор настоящей работы в 1979-1984гг. для института "Армгипроводхоз" проводил изучение геологического строения и вещественного состава грунтов (озерных, аллювиальных и др.), необходимых для строительства Капского, Ахурянского, Армавирского, Талинского, Караунджского водохранилищ и ряда других гидротехнических сооружений, а так же по выбору створов Давидбекского, Мегригетского водохранилищ по изучению инженерно - геологических условий строительства насосной станции и электрической подстанции у сел. Уз (Сюникский район).

Автором работы совместно с академиком А.Т.Асланяном и К.И. Карапетяном была составлена геологическая карта города Еревана в масштабе 1:25000, а совместно с Э.Х.Харазяном составлена карта Большого Еревана, но уже в масштабе 1:10000. Обе карты были созданы по заданию института "Арминжпроект" для микросейсмического районирования и составления нового Генерального плана застройки города. Для определения устойчивости грунтов озерной толщи Ширакской впадины, микросейсморайонирования и инженерно-геологического обоснования выбора местоположения застройки гор.Гюмри после Спитакского землетресения (7 декабря 1988г.), а также составления геологической сводной карты зоны воздействия этого землетрясения автором была составлена геологическая карта листа К-38-112-Г (Ленинакан) в масштабе 1:50000.

Приведенный в работе материал значительно расширяет научную базу для создания мелко-, средне- и крупномасштабных Государственных общегеологических карт и специализированных карт верхнемиоценовых, плиоценовых и четвертичных образований, а также для разработки их легенд.

Основные защищаемые положения. Предметом защиты являются впервые разработанные следующие научные положения.

1. На основании оптимального комплекса исследований, в первую очередь литостратеграфических и биостратиграфических изученные составные опорные разрезы осадочных, вулканогенно - осадочных и вулканических пород верхнего миоцена, плиоцена и четвертичного периода крупных межгорных впадин Армении: Ширакской, Севанской, междуречья Воротан-Акера, Араратской, где развиты наиболее мощные (до 1500-2000м) верхнемиоценовые, плиоценовые и четвертичные отложения, установленная последовательность, обоснование стратиграфического объема и возрастных границ местных (межгорных впадин) и региональных (всей территории республики) стратиграфических подразделений (стратонов). Разрезы эти скоррелированы и спроектированы на общую шкалу.

2. В верхнем миоцене, плиоцене и плейстоцене Армении установлены и прослежены 29 крупных, а в голоцене - 12 дробных климатостратиграфических подразделений, которые по своему объему, в большинстве случаев, соответствуют био -, климато- и литостратиграфическим единицам или их частям, некоторые из них выделены в объеме свит, подсвит, слоев.

Восстановленные палеогеографические условия формирования отложений верхнего миоцена, плиоцена и четвертичного периода территории Армении. За последние 11 млн. лет в геологической истории Армении выделены десять крупных эрозионно-седиментационных циклов: в конце сармата - мэотисе, в понте, киммерие, акчагыле, эоплейстоцене (два цикла), неоплейстоцене (три цикла) и голоцене. Эти циклы происходили в очевидной зависимости от тектонических поднятий и их относительной стабилизации, дифференциальных движений блоков (поднятий и опусканий), а также климатических колебаний.

Природный процесс на территории Армении протекал под влиянием общеклиматического похолодания, которое возрастало в четвертичное время, и было непосредственно связано с покровным оледенением Русской равнины. Похолодание прогрессировало от плиоцена к эоплейстоцену и плейстоцену: во второй половине киммерия, в конечные периоды: акчагыла, апшерона, раннего, среднего и позднего неоплейстоцена. В плиоцене, эоплейстоцене и раннем неоплейстоцене горы не достигали климатической снеговой границы, периоды похолоданий были плювиальными, а потеплений - межплювиальными. В среднем и позднем неоплейстоцене страна стала высокогорной, а горы уже превышали снеговую границу.

Двукратное - средне - и поздненеоплейстоценовоые оледенения гор Армении подтверждены био - и климатостратиграфическим материалом. Для среднего неоплейстоцена выделены две стадии развития, протекающие при плювиальных условиях, а межплювиальная эпоха между ними была эпохой потепления. Позднеплейстоценовое горное оледенение имело также две стадии развития, протекающие при плювиальном режиме, а эпоха слабого потепления между ними была межстадиальной (интерстадиальной). В начале среднего и в начале позднего неоплейстоцена существовали межплювиальнаые эпохи.

Главная суть природного процесса происходящего на территории Армении заключается в том, что на фоне длительного однонаправленного развития, сводившегося к постепенному похолоданию происходили ритмические изменения природной среды в целом и всех ее отдельных компонентов. Природный процесс на всей территории области отражался синхронно в региональном и межрегиональном масштабах.

3. Разработанная новая региональная схема стратиграфии и палеогеографических событий верхнего миоцена, плиоцена и четвертичного периода территории Армении (табл. 2).

Фактический материал и личный вклад автора.

Работа основана, в первую очередь, на большом объеме полевых работ с систематическом отбором образцов и проб. Весь этот каменный материал был автором изучен, а аналитические исследования проведены при содействии специалистов в лабораториях Армении, Москвы, Ленинграда, Киева, Минска. Лабораторные исследования включали: определение малако- и микрофауны, фауны крупных млекопитающих, спорово-пыльцевой и диатомовый анализы, определение растительных остатков, гранулометрический, термический, рентгеноструктурный, химический (валовой), комплексный почвенный анализы; радиоуглеродные, калий-аргоновые и палеомагнитные датирования, аэровысотное дешифрирование и др.

Автором были послойно описаны наиболее представительные разрезы (свыше 700) естественных обнажений и специально заданные горные выработки: канавы, шурфы, расчистки (около 25), из которых отобрано около 13000 образцов. Кроме того, в работе использован значительный объем кернового материала скважин.

При отборе образцов и проб на различных стратиграфических уровнях автором была обнаружена и дополнена малакофауна и флора в стратиграфическом интервале от верхнего миоцена до голоцена включительно. Научные выводы, результаты разработок, а также все геологические, стратиграфические и палеогеографические интерпретации выполнены нами. Результаты большей части исследований опубликованы как отдельно, так и совместно. Соавторы и исполнители лабораторных исследований упомянуты в каждом отдельном случае. В целом работа основана на нашем личном материале, в ней использованы также все существенные литературные данные.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации автором были доложены и обсуждались на 3-х Республиканских, 8-ми Всесоюзных, 2-х Всероссийских, 18-ти Международных совещаниях, симпозиумах, конгрессах, начиная с 1967 по 2005 год включительно.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 88 научных работ (за рубежом 18), в том числе 2 монографии .

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 327 страниц, включающих два основных раздела - стратиграфия и палеогеография, 7 глав, заключение, список литературы (386 назв.), 55 фигур, 18 таблиц, 15 различных геологических и геоморфологических карт, геологических профилей, разрезов, неотектонических схем, спорово-пыльцевых и диатомовых диаграмм.

Благодарности. Изучение опорного разреза Ширакской впадины, завершенное защитой кандидатской диссертации, проводилось под руководством академика К.К.Маркова, которому выражаю свою глубочайшую благодарность за приобщение меня к ведению научной работы вообще и, в частности, к "марковской " школе четвертичной геологии. Выражаю также свою искреннюю благодарность сотрудникам кафедры и лаборатории новейших отложений и палеогеографии географического факультета МГУ: Н.С.Соколовой, Н.Г.Заикиной, З.В.Алешинской, Е.И.Рябовой, а также кафедры исторической и региональной геологии геологического факультета МГУ - Л.Г.Пирумовой и Н.О.Рыбаковой, которые на протяжении долгих лет постоянно сотрудничали со мной и выполняли спорово-пыльцевые и диаотомовые анализы, а также оказывали содействие в выполнении других анализов в лабораториях МГУ. Выражаю свою особую благодарность академику Е.Е.Милановскому и профессору А.В.Кожевникову, с которым имел честь постоянно общаться, работать в поле, получать консультации и ценные советы, а также совместно публиковаться.

Благодарю также А.К.Агаджаняна, Н.Н.Акрамовского, Л.Б.Ильину, Е.Ф.Кутузкину, А.Н.Мотузко, Л.А.Невесскую, Н.П.Парамонову, А.Л.Чепалыгe и всех тех специалистов, которые определяли фауну и растительные остатки, приведенные в монографии. В процессе работы мне приходилось общаться и получать ценные советы, консультации, обмениваться научной информацией и литературой со многими известными советскими, российскими и зарубежными специалистами, которым выражаю мою искреннюю благодарность.

Выражаю мою искреннюю благодарность академикам: А.Т.Асланяну, А.А.Габриеляну, К.Н.Паффенгольцу, чьими консультациями и советами я пользовался постоянно. Я благодарен также всем сотрудникам Института геологических наук НАН РА, которые помогли мне как своими советами и консультациями, так и в выполнении лабораторных анализов, а также в оформлении диссертации. Благодарен я также руководству Управления геологии Армении, предоставившему мне возможность воспользоваться керновым материалом буровых скважин и материалам геологического фонда.

Особую благодарность выражаю руководству Института геологических наук НАН РА, предоставившему мне возможность выполнить настоящую работу и всячески содействующему моим исследованиям.