Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Введение

Предмет структурной геологии

Структурная геология – часть геотектоники – науки о строении, движениях и развитии верхних оболочек земного шара. Она изучает формы залегания горных пород в земной коре, причины их возникновения и историю развития, разрабатывает классификацию этих форм.

Структурная геология тесно связана с геологическим картированием - прикладной геологической дисциплиной, рассматривающей методы составления геологических карт и их практическое применение.

Методы структурной геологии

Структурная геология использует три взаимосвязанных подхода:

Описательный анализ – распознавание и описание структур и измерение их ориентировки.

Кинематический анализ направлен на интерпретацию деформирующих движений, ответственных за формирование структур.

Динамический анализ интерпретирует структуры с точки зрения сил, напряжений и деформаций.

Конечная цель этих взаимозависимых подходов – интерпретация физической эволюции структур земной коры, то есть, тектонический анализ.

Связь дисциплины «Структурная геология» с другими дисциплинами

Структурная геология опирается на ранее пройденные курсы геодезии и общей геологии. Из курса геодезии необходимо знать масштабы, номенклатуры и содержание топографических карт, умение ориентироваться по картам и строить по ним топографические профили.

Необходимо знать все разделы и темы курса общей геологии. Наиболее важны: общие представления об основных структурах земной коры, знание главных типов горных пород и Международной стратиграфической шкалы (с детальностью до отдела - для фанерозоя и до эонотемы - для докембрия).

Раздел "Геометрия пласта" связан с курсом начертательной геометрии, тема "Деформации горных пород" - с соответствующим разделом физики.

Курс структурной геологии является основой для изучения дисциплин "Геологическое картирование", "Историческая геология", "Региональная геология", "Геология месторождений полезных ископаемых".

Этапы становления и развития структурной геологии и геологической картографии

Человечество начало использовать минеральные ресурсы с самого зарождения. Каменный век продолжался более 2 миллионов лет. Очевидно, что знание свойств разновидностей камня и мест, где их можно найти, было жизненно важным. По мере развития человеческого общества стали активно использоваться разнообразные минеральные ресурсы: глина, минеральные пигменты, самородные металлы и др. 

Век бронзы вызвал потребность в меди и олове. Ранние цивилизации широко использовали различные металлы. Рост городов вызвал потребность в строительном камне и других строительных материалах.

Люди старались отмечать на карт места, где добывались полезные ископамые. Наиболее древняя сохранившаяся карта с элементами геологии известна из Древнего Египта.

Первые представления о подвижности земной коры и связанных с нею изменениях земной поверхности имелись уже у древних греков. В наиболее определенной форме они были выражены древнегреческим географом Страбоном.

СТРАБОН (Στραβων) (р. ок. 63 до н. э. – ум. ок. 20 н. э.) – крупнейший древнегреческий географ и историк.

На основании главным образом греческих источников и собственных наблюдений во время путешествий по Греции, Малой Азии, Италии и Египту написал труд «География» в 17 книгах. Труд Страбона – ценный источник по истории, исторической и физической географии стран, известных древним грекам и римлянам, итог географических знаний античности. После общего введения (кн. 1-2) Страбон сообщает данные об Испании, Галлии, Британии, Италии и Сицилии (кн. 3-6); Центральной Европе, а также Северному и Восточному Причерноморью посвящены кн. 7-11, Малой Азии – кн. 12-14. В последних трёх книгах описаны Индия, Иран, Месопотамия, Аравия и Египет. Страбону принадлежат также несохранившиеся «Исторические записки» в 43 книгах. Страбон занялся рассмотрением проблемы: каким образом морские раковины оказались захороненными на большой высоте и вдали от моря.

Он писал: "очевидно, что одна и та же земля иногда поднимается, а иногда опускается, и одновременно море то заливает сушу, то возвращается на прежнее место".

Однако эти идеи не получили развития и были надолго забыты, вплоть до эпохи Возрождения.

В 1669 г. Н. Стено указал, что

- слои осадочных пород первоначально образуются в горизонтальном положении; если мы их находим теперь в наклонном или изогнутом залегании, то это результат последующих нарушений;

- если на наклонном слое залегает слой горизонтальный, то это значит, что наклон первого слоя произошел до отложения второго;

- горы не представляют постоянной величины, иначе говоря, рельеф земной поверхности подвержен изменениям.

Крупнейшие естествоиспытатели XVII века Р. Декарт и Г. Лейбниц полагали, что Земля первоначально была расплавленной, подобно Солнцу, но затем стала остывать и покрылась твердой корой. 

По мнению Декарта, под корой сохранились пустоты, заполненные воздухом и водой; отдельные участки коры проваливались в эти пустоты и покрывались выступившей из них водой, превращаясь в океаны.

По мнению Лейбница, всемирный океан образовался за счет сгущения паров, первоначально окутывавших расплавленную Землю. В дальнейшем воды океана частично ушли в подземные пустоты в результате обрушения сводов последних. Зоны провала образовали моря и долины, а сохранившиеся участки остались в виде гор.

Идеи Лейбница были развиты Ж. Бюффоном. Он считал, что Земля и другие планеты были отторгнуты от Солнца в результате удара кометы.

XVIII в. – возникновение научных представлений, методических и технических приемов, составляющих содержание структурной геологии.

В первую очередь здесь следует отметить работы М.В. Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757 г.) и «О рудных местах и жилах и прииске их» в сборнике «Первые основания металлургии или рудных тел» (1763) с добавлением в этом сборнике сведений «О слоях земных». В этих работах, по существу, были заложены основы структурной геологии и геологического картирования в нашей стране.

Вторая половина XVIII в. является временем известных академических экспедиций, организованных по проекту М. В. Ломоносова и возглавлявшихся преимущественно либо его непосредственными учениками, либо последователями. Экспедициями была охвачена почти вся территория тогдашней Российской империи. Геологические наблюдения составляли лишь часть программы, но оказались они чрезвычайно плодотворными. В этот же период появляются в России первые геологические карты, которые вначале были литологическими.

В 1773 г. в Петербурге было основано Высшее горное училище, в дальнейшем преобразованное в Горный институт.  

Лишь с начала XIX в. стали создаваться геологические карты со стратиграфическим основанием, что стало возможным после открытия в 1796 г. англичанином Уильямом Смитом палеонтологического метода установления относительного возраста осадочных отложений. Обнаружив, что "каждый пласт содержит ископаемые, характерные для него", Смит пришел к выводу о том, что пласты можно отождествлять по тем ископаемым, которые он содержит. В 1799 г. Смит составил первую геологическую карту с разделением горных пород по их возрасту, что лежит в основе составления геологических карт и в настоящее время. В 1813-15 гг. Смит впервые составил геологическую карту Англии, подобную современным.

Дальнейшая разработка стратиграфического метода многим была обязана работам французских ученых Ж. Кювье и Ал. Броньяра. В 1807 г. они публикуют географо-минералогическое описание Парижского бассейна, сопровождаемое геологической картой, на которой было показано распространение толщ различного возраста.

После этого составление геологических карт по стратиграфическому принципу получило широкое распространение во всех странах, где проводились геологические исследования.

Большое значение в развитии структурной геологии и геологического картирования в России имела деятельность замечательного русского геолога Д.И. Соколова. Ему принадлежит одна из наиболее удачных схем сводной геохронологической таблицы, над которой работали ученые Англии, Франции и России.

В 1841 г. крупный русский геолог Г.П. Гельмерсен опубликовал свою «Генеральную карту горных формаций Европейской России». 

 

В 1845 г. более точная и более полная карта Европейской России была дана английским геологом Р. И. Мурчисоном, который для этой работы был приглашен в Россию и поставлен во главе крупной экспедиции.

Таким образом, первая половина XIX в. для ведущих государств Европы — Англии, Франции, России — явилась эпохой разработки стратиграфической шкалы и создания первых обзорных геологических карт.

Исследования по региональному изучению геологического строения России в последующие четверть века также проводились в основном путем периодически организуемых экспедиций.

Развитие геологических исследований в ряде стран Европы и Америки привело к организации в 1875 г. Международного геологического конгресса. Первая сессия конгресса в 1878 г. в Париже занялась разрешением вопросов унификации геологической и палеонтологической терминологии и условных обозначений к картам, для чего были избраны соответствующие комиссии. На II сессии, состоявшейся в Болонье (Италия) в 1881 г., по наиболее важному вопросу - о стратиграфической номенклатуре - было принято предложение Русского Комитета  (А. А. Иностранцев, А. П. Карпинский, И. В. Мушкетов). В соответствии с русскими предложениями конгресс утвердил в качестве основных стратиграфических подразделений группу, систему, отдел и ярус. По вопросу о единых обозначениях к геологическим картам, в соответствии с предложениями А. П. Карпинского, на всех геологических картах мира триасовую систему красят с тех пор фиолетовым цветом, юрскую - синим, меловую - зеленым, третичную - желтым.

В январе 1882 г. был создан Геологический комитет, основными задачами которого было руководство геолого-съемочными работами и работами по изучению месторождений полезных ископаемых России.

В 1892 г. началось составление детальных геологических карт Донецкого каменноугольного бассейна в масштабе 1 : 42 000. Во время этих работ, которыми с 1898 по 1915 г. руководил известный русский геолог Л. И. Лутугин, был выявлен ряд закономерностей в формировании осадочных слоистых образований и морфологии складчатых структур. Геологические карты Донбасса масштаба 1:42 000 (атлас из 65 планшетов, изданный в 1926 г.) являются первоклассными по их выполнению и дают исключительной важности материал для анализа складчатых структур. В 1911 Л.И. Лутугин составил обзорную геологическую карту Донбасса в масштабе 1 : 126 000, за которую на международной выставке в Турине получил большую золотую медаль. В последние годы жизни Л.И. Лутугин работал и в других угольных бассейнах России (Кузнецком, Челябинском и др.) и заложил основы современных представлений об их геологическом строении.

 

После создания Геологического Комитета возникли благоприятные условия для широкого развития в стране геологической картографии. За дореволюционный период только для 10% территории России были составлены и частично изданы геологические карты м-ба 1 : 420 000 и мельче. В более крупных масштабах (средне- и крупномасштабные съемки) было закартировано только 2,4% территории страны.

После Октябрьской революции положение с геологической картографией резко изменилось. Осуществляется ряд важных мероприятий по реорганизации геологической службы. В Центральном научно-исследовательском геологоразведочном институте (ЦНИГРИ, ныне ВСЕГЕИ), организованном на базе Геолкома, в 1938 г. издана инструкция по комплексной геологической съемке. Для территории всего Советского Союза с 1938 г. были начаты работы по созданию полистной геологической карты в масштабе 1 : 1 000 000.

Годы Великой Отечественной войны отразились и на советской геологической картографии, несколько задержав ее развитие. В дальнейшем особо важным для нее был 1954 г., когда был осуществлен ряд организационных и методических мероприятий. Прежде всего были строго регламентированы масштабы геологической съемки и масштабы издаваемых карт. Большое значение имели изданные инструкции по организации и проведению геологосъемочных работ в масштабе 1 : 200 000 (1955 г.) и 1 : 50 000 (1956 г.), а также инструкции по подготовке к изданию геологической карты масштаба 1 : 200 000 (1956 г.) и 1 : 50 000 (1962 г.). Этими инструкциями были унифицированы требования к геологическим картам и картам полезных ископаемых, введены единые условные знаки и правила применения буквенных и цифровых обозначений. Инструкции определяли объем и содержание объяснительных записок к геологическим картам и картам полезных ископаемых.

Создание и публикация среднемасштабной геологической основы в виде комплектов Государственной геологической карты СССР масштаба 1:200 000 (Госгеолкарта-200) были начаты в 50-х годах и интенсивно проводились в 60-70 годах. В последующем на этих территориях проведены многочисленные научно-исследовательские и геологоразведочные работы (в том числе геологосъемочные масштаба 1:50 000) и накоплена огромная новая информация о геологическом строении и различных характеристиках геологических объектов.

В настоящее время основным видом геологосъемочных работ стало геологическое доизучение ранее заснятых площадей в масштабе 1 : 200 000 с изданием Госгеолкарты-200 третьего поколения на основе компьютерных технологий.

Также осуществляется издание Государственной геологической карты масштаба 1 : 1 000 000 третьего поколения с использованием компьютерных технологий.

Выводы

1. Структурная геология – одна из важнейших геологических дисциплин.

2. Структурная геология является основой геологического картирования, без которого невозможны не только поиски и разведка полезных ископаемых, но и вообще рациональное использование природных ресурсов.

3. Первые представления о строении и развитии земной коры были получены ещё в античном мире, однако формирование структурной геологии и геологического картирования началось на рубеже XVIII и XIX веков.

4. Геологи нашей страны, в том числе в значительной степени питомцы Горного института, внесли существенный вклад в развитие структурной геологии и геологического картирования.