5.1. Principiile stratigrafiei

Intuiție

Stratul de dedesubt este mai vechi. Ce taie este mai nou decât ce este tăiat. Bucățile prinse într-o rocă sunt mai vechi decât roca. Sunt reguli de bun-simț, pe care le aplici fără să-ți dai seama ori de câte ori privești un perete de carieră.

Stratigrafia se bazează pe câteva principii simple, formulate între secolele XVII și XIX, care permit ordonarea în timp a evenimentelor geologice prin simpla observare a relațiilor geometrice dintre corpurile de rocă. Deși par evidente, aceste principii (Secțiunile 5.1.1–5.1.4) sunt instrumentele zilnice ale geologului și ale inginerului care interpretează o secțiune sau un foraj (Figura 5.1).

5.1.1. Principiile lui Steno

Medicul și naturalistul danez Nicolaus Steno a formulat în 1669, pe baza observațiilor din Toscana, trei principii care stau la baza stratigrafiei (Boggs, 2011, Nichols, 2009):

1. Principiul superpoziției: într-o succesiune de strate sedimentare nederanjate tectonic, fiecare strat este mai tânăr decât cel de sub el și mai vechi decât cel de deasupra. Sedimentele se depun din suspensie pe fundul bazinului, astfel că stratul inferior a existat deja atunci când s-a depus cel superior. Principiul este valabil numai pentru succesiunile în poziție normală; în cutele răsturnate sau în pânzele de șariaj (Capitolul 4) ordinea poate fi inversată, iar geologul trebuie să stabilească „polaritatea” stratelor cu ajutorul structurilor sedimentare (granoclasare, urme de curgere, baze de strat).

2. Principiul orizontalității inițiale: sedimentele se depun în strate aproximativ orizontale, sub acțiunea gravitației. În consecință, stratele înclinate sau cutate au fost aduse în această poziție prin mișcări tectonice ulterioare depunerii. Există excepții (depuneri pe pantele deltelor, ale dunelor sau ale conurilor de dejecție, cu înclinări inițiale de câteva grade până la 30°), dar pentru marile unități sedimentare principiul rămâne valabil.

3. Principiul continuității laterale: un strat se extinde lateral în toate direcțiile până când se efilează (își reduce grosimea la zero), trece gradat într-un alt tip de sediment sau se lovește de marginea bazinului. Astfel, stratele identice observate pe cei doi versanți ai unei văi au fost inițial continue, iar valea a fost săpată ulterior prin eroziune. Acest principiu justifică corelarea stratelor între aflorimente sau foraje distanțate.

5.1.2. Principiile lui Hutton: actualismul și intersecția

James Hutton (1726–1797), considerat fondatorul geologiei moderne, a introdus două idei esențiale. Prima este principiul actualismului (uniformitarianism), popularizat ulterior de Charles Lyell: procesele geologice care acționează astăzi (eroziunea, transportul, sedimentarea, vulcanismul) au acționat în același mod și în trecutul geologic, astfel încât „prezentul este cheia trecutului”. Studiind cum se formează astăzi o plajă, o deltă sau un con de grohotiș, putem recunoaște depozitele echivalente din trecut și putem deduce condițiile lor de formare. Pentru geologia inginerească acest principiu are o consecință directă: mediul de sedimentare în care s-a format un depozit îi controlează granulometria, geometria și variabilitatea, deci și proprietățile geotehnice.

A doua idee este principiul intersecției (cross-cutting relationships): orice structură geologică (falie, filon magmatic, suprafață de eroziune, corp intruziv) care intersectează un strat sau un alt corp de rocă este mai tânără decât corpul pe care îl taie. Astfel, un filon de bazalt care străbate o succesiune de gresii este mai tânăr decât gresiile, iar o falie care deplasează filonul este mai tânără decât acesta (Figura 5.1). Principiul permite datarea relativă a faliilor, informație esențială atunci când se evaluează dacă o falie poate fi activă (Capitolul 7).

5.1.3. Principiul incluziunilor

Principiul incluziunilor afirmă că fragmentele de rocă incluse într-un alt corp de rocă sunt mai vechi decât roca-gazdă. Galeții dintr-un conglomerat provin dintr-o rocă preexistentă, care a fost erodată; xenolitele (fragmentele de rocă înconjurătoare) prinse într-un corp magmatic sunt mai vechi decât magma care le-a înglobat. Principiul este util îndeosebi pentru a stabili relația de vârstă dintre o rocă magmatică și rocile sedimentare din jur: dacă granitul conține fragmente de gresie, granitul este mai tânăr; dacă gresia conține galeți de granit, gresia este mai tânără.

5.1.4. Principiul succesiunii faunistice

Inginerul topograf englez William Smith, lucrând la trasarea canalelor navigabile la sfârșitul secolului al XVIII-lea, a observat că fiecare strat conține o asociație caracteristică de fosile și că aceste asociații se succed în aceeași ordine în toată Anglia. Pe această bază a întocmit, în 1815, prima hartă geologică a unei țări întregi. Principiul succesiunii faunistice (sau al succesiunii paleontologice) afirmă că organismele fosile se succed în timp într-o ordine determinată și ireversibilă, astfel încât stratele pot fi identificate și corelate după conținutul lor fosil, chiar dacă litologia lor este diferită. Acest principiu, explicat ulterior prin teoria evoluției, este baza biostratigrafiei și a scării stratigrafice a Fanerozoicului (Nichols, 2009).

Figura 5.1 Principiile stratigrafice ilustrate într-o secțiune schematică: superpoziția (stratele 1–5 din ce în ce mai tinere spre partea superioară), intersecția (filonul F taie stratele 1–4; falia f deplasează stratele și filonul, deci este cea mai tânără dintre structurile de sub suprafața de eroziune), incluziunile (xenolitele din corpul intruziv și galeții din conglomeratul stratului 5 sunt mai vechi decât roca-gazdă) și discordanța de eroziune E, care separă succesiunea veche de depozitele recente.