Геологическая практика

Салаирский тектогенез наиболее надежно устанавливается для района Белорецкого завода, где на кварцитах, сланцах и известняках с водорослями и, возможно, со среднекембрийскими археоциатами несогласно с базальным конгломератом в основании лежит ордовик. Выпадение верхнего кембрия наблюдалось и в бассейне р. Сакмары. Отсутствие его поедставляет, по Д. В. Наливкину, широко распространенное явление: верхний кембрий выпадает из разреза в Прибалтике, на Новой Земле, на Урале, в Тянь-Шане, в Казахской степи, на Алтае, в Кузнецком бассейне, в ряде мест Сибирской платформы. Это результат салаирской складчатости, которую некоторые геологи присоединяют к каледонскому циклу. Каледонский тектогенез проявился по всей области Западного Урала; доказан он и для Мугоджар. Он сопровождался не только образованием складок, но и внедрением магмы: граниты Троицкого месторождения на Западном склоне Среднего Урала и на юге Мугоджар, на Южном Урале считают каледонскими. Начиная от Мугоджар до самых северных оконечностей Урала, конгломераты и песчаники среднего и верхнего девона обычно содержат обломки и гальки разнообразных нижнепалеозойских и докембрийских осадочных и магматических пород. Это показывает, что девонское море трансгрессировало на поверхность рельефа, разработанную на складчатом нижнем палеозое, в структурах которого участвовали каледонские граниты и докембрийские породы. Для Мугоджар и Тимана вполне установлено, что каледонский тектогенез проявился складчатостью, интрузиями магмы и поднятиями с возникновением суши, на которой стал вырабатываться рельеф. В некоторых районах Южного и Северного Урала о каледонском тектогенезе судят по налеганию континентального нижнего девона на морской верхний силур; местами нижний девон полностью отсутствует.

Герцинский тектогенез установлен на Урале наиболее давно. С большой силой и напряженностью этот цикл выразился на Восточном склоне Урала; на Западном же он проявился с умеренной интенсивностью, нередко на больших пространствах даже слабо.

Полный стратиграфический  разрез от верхнего девона до нижнего  карбона на Урале свидетельствует  об отсутствии бретонской фазы. На Западном склоне наблюдается фауна этреньского типа, представляющая смесь девонских и каменноугольных форм.

О судетской фазе на Восточном склоне Урала можно судить по резкому изменению литологического состава в основании среднего карбона, где установлены мощные грубообломочные конгломераты и песчаники; Д. В. Наливкин справедливо замечает, что это изменение указывает на начавшееся тогда поднятие не в пределах Восточного склона Урала, а где-то к востоку от него; горная страна здесь поднималась и, вступая в условия денудационного режима, быстро разрушалась; продуктами разрушения и явились конгломераты и песчаники, отлагавшиеся в среднекаменноугольном море Восточного склона Урала. На Западном склоне известняки нижнего карбона обычно постепенно переходят в известняки среднего карбона, последние без перерыва и несогласия переходят в верхнекаменноугольные; это указывает на отсутствие проявлений здесь судетской и астурийской фаз.

Астурийская фаза проявилась на Восточном склоне Урала, где из разреза полностью выпадают верхнекаменноугольные отложения в связи с поднятиями, охватившими к началу верхнего карбона территорию Восточного склона. С этих пор область Восточного склона Урала становится местом напряженных тектонических движений, создавших исключительно сложные структуры. С начала пермского периода восточная и центральная зона (полосы) Урала превращаются в мощный горный кряж; одновременно с процессами образования он тотчас же начал разрушаться, давая огромное количество обломочного материала, который сносился на территорию Западного склона, где в возникшем прогибе продолжал удерживаться морской режим; поэтому-то так трудно провести границу между карбоном и пермью.

Киммерийский тектогенез выразился дислокацией мезозойских угленосных отложений в районе Челябинска. По остаткам флоры удалось определить, что значительная часть этих отложений относится к верхнему триасу; складки угленосной толщи несогласно перекрыты ненарушенными верхнемеловыми и палеогеновыми накоплениями. При изучении морфологического строения Челябинского бассейна в нем обнаруживаются микроскладки — плойчатые, опрокинутые, заостренно-клювовидные; они придают структуре характер измятости; наибольшая дислоцированность наблюдается у бортов, где мезозойские слои прилегают к палеозойским массивам; с удалением от бортов массивов складчатость затухает. Мезозойские отложения, как говорилось ранее, сосредоточены в глубоких грабенах среди массивов палеозойских пород.

Характер киммерийских структур показывает, что породившая их киммерийская складчатость является пассивной, возникшей  вследствие смятия палеозойскими глыбами  рыхлых мезозойских отложений в  мелкие опрокинутые, изоклинальные, местами разорванные складки. Вероятность такого объяснения подтверждается и локальностью мезозойской складчатости.

В Челябинском бассейне является результатом оползней мезозойского возраста, одновременных с отложением осадков и происходивших по берегам  или на дне соответствующих водных бассейнов. Альпийский тектогенез на Урале проявлялся глыбовыми движениями палеозойских массивов. Изредка встречающиеся локальные складки в Челябинском и Лозьвинском районах вызваны именно этими движениями. Они же создали следующие, наблюдаемые теперь, геоморфологические особенности Урала: этажное расположение поверхностей выравнивания; перепланировка параллельно-линейной речной сети на коленчато-составную; образование двух водоразделов; резкое различие древней и современной речных систем; висячие долины; высокие террасы на акчагыльских песчано-глинистых отложениях; омоложение речных долин. Вследствие молодых сбросов неогеновые породы Урала лежат на разной высоте, а на севере Уфимского плато происходят слабые землетрясения, отмечаемые Свердловской геофизической обсерваторией.

Формирование рельефа. Изучение древних платформ обнаружило замечательную  устойчивость тектонических структур. Большинство из них, будучи заложенными  в конце докембрия — начале палеозоя, существуют до сих пор, изменяясь  лишь в своих очертаниях и размерах. Такой же устойчивостью обладают и крупные геоморфологические элементы, обычно являющиеся тектоно-морфными. Вместе с тем современная тектоническая структура и современный рельеф обеих платформ сформированы начавшимися с неогена неотектоническими движениями. Они проявились главным образом радиально в поднятиях и опусканиях, что раньше называлось эпирогенезом. Однако все чаще стало обнаруживаться наличие складчатых, тангенциальных образований большого радиуса кривизны.

Обратившись теперь к исследованию крупной уральской складчатой системы  палеозоя, находим те же характернейшие тектонические и геоморфологические черты, выраженные еще более отчетливо. Особенно с большой эффективностью наблюдаются в последокембрийских складчатых областях проявления неотектогенеза. Именно ему обязаны эти области возрождением после пенепленизации горного рельефа. Однако в разных складчатых областях неодинаковой оказалась степень подвижности, в связи с чем восстановленные (регенерированные) горы разделяются на: а) слабо подвижные — уральского типа; б) горы тяныпанско-бай-кальского типа очень большой подвижности, восстановленные на месте эпидокембрийской, эпикале-донской, эпигерцинской платформ; в) горы верхоянско-колым-ского типа, тоже значительной подвижности, но поднявшиеся на месте мезозойской складчатости; г) горы кавказско-памирского типа в поясе мезозойско-кайнозой-ского орогенеза. Во всех этих типах при очень разной гипсометрии структурно-геоморфологические особенности оказываются общими.

Неотектогенез унаследовал все основные структуры, созданные в геосинклинальные стадии, их региональный план оживил разломы, в том числе глубинные, которые ограничивали блоки, сделав их отчетливыми в современном рельефе.

Структуры Урала, разработанные  на месте каледонской и герцинской геосинклинальных борозд, после орогенеза являлись и орографическими элементами: хребты приурочивались к антиклинориям, впадины — синклинориям, резкие перепады рельефа — уступы— к линиям больших разломов. В мезозойские времена эти структуры и тектономорфный рельеф испытывали пенепленизацию, причем синклинальные впадины заполнялись пролювиальными, аллювиальными и озерно-болотными отложениями, материалом для которых являлись продукты разрушения соседних поднятий. Весьма значительная мощность этих накоплений говорит о продолжающих развиваться постумно структурах уже в платформенной обстановке. К концу мезозоя денудация свела Урал к почти равнине с хорошо разработанным рельефом и широкими долинами, ориентированными меридионально, т. е. по простиранию основных структур. Но в неогене проявились неотектонические движения дифференцированного характера с поднятиями и опусканиями значительной амплитуды. Унаследованный мезозойский рельеф с продольной гидрографической сетью начал перестраиваться; рельеф получил общее омоложение. Продольная параллельно-линейная речная сеть превращалась в коленчато-составную, так как новые долины получались от соединения двух или нескольких самостоятельных путем образования поперечных, эпигенических колен Тектонические трещины играли при этом заметную роль. Но, несмотря на эти перестройки рельефа, тектономорфность и унаследованность его сохранились до современности, что с такой наглядностью выражено в меридиональном простирании хребтов, подчиненном простиранию структур.

Наряду с отчетливо  выраженными глыбовыми вертикальными  движениями наблюдения все достовернее  указывают и на волновые сводовые поднятия, т. е. большого радиуса складчатость дислоцированного основания.

О величине поднятия Уральских  гор под воздействием неотектогенеза, иначе говоря за время с неогена, можно судить приближенно: для Южного Урала допускаются поднятия в 700—800 м, Среднего (бассейн р. Чусовой)—200—300 м, Северного — 500—800 м. Замечательно, что положительные структуры (антиклинорий, горсты) поднимаются больше, чем отрицательные (синклинорий, грабены).

На юг уральские палеозойские структуры погружаются, проявляясь на поверхности Чушкакульским поднятием.

В общем неотектонические движения на Урале не велики, что обусловило его среднегорный рельеф и слабую сейсмичность, приуроченную к Среднему Уралу и по силе не превышающую 6 баллов. Для землетрясения 17 августа 1914 г. составлена карта изосейст, которые дают северо-запад— юго-восточную ориентировку под углом к меридиональному простиранию структур.

3.4 Гидрогеология

Подземные воды

Подземными считаются  все воды земной коры, находящиеся  ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и  твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы — водной оболочки земного шара. Запасы пресной  воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений  подземных вод, из них эксплуатируется  менее 50%. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение  горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают  водоотливы.

 Распределение подземных вод в земной коре

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны — верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.

Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются  минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод  и другие вещества.

Поверхность грунтовых вод  называется «зеркалом грунтовых  вод». Расстояние от зеркала грунтовых  вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоупорного слоя».

Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды —  просачивание, или инфильтрация, атмосферных  осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается  на нем, насыщая породы пористого  и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путем конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Два основных способа образования  подземных вод — путем инфильтрации и за счет конденсации водяных  паров атмосферы в породах  — главные пути накопления подземных  вод. Инфильтрационные и конденсационные  воды называются вандозными водами (лат. vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Инфильтрация

Подземные воды формируются  из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся  в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся  в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости  грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые  и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся  крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К  водонепроницаемым породам —  плотные магматические и метаморфические  породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым  породам относятся глинистые  пески, лесс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.

Количество воды, просочившийся  в грунт, зависит не только от его  физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности  и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создает лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.

Крутые склоны местности  увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных  осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает  поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного  шара инфильтрация является основным способом образования подземных  вод.

Подземные воды также могут  образовываться за счет искусственных  гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

Конденсация водных паров

Второй путь образования  подземных вод — это конденсация  водяных паров в горных породах.

Ювенильные воды

Ювенильные воды — еще один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.

Классификация подземных вод

Выделяется три типа подземных  вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре  они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости  от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.