1.2. Особенности геологического строения
Территория Кольского полуострова занимает восточную часть Балтийского щита, сложенного породами кристаллического фундамента, покрытыми рыхлыми четвертичными отложениями. Дочетвертичные кристаллические породы относятся к образованиям архейского протерозойского и частично палеозойского возраста (Ресурсы поверхностных вод СССР, 1970). Четвертичные отложения представлены комплексом ледниковых образований верхнечетвертичного возраста. Наибольшее распространение получили валунные пески и супеси. Для рельефа Кольского полуострова в целом характерна мелкая пересеченность, обусловленная ледниково-аккумулятивными формами.
На формирование рельефа исследуемой территории определяющее влияние оказывают особенности геологического и геоморфологического строения Хибинского массива, который приурочен к относительно молодым интрузиям, застывшим около 300 млн лет назад. Он расположен в Центральной зоне восточной части Балтийского щита, имеет почти округлую форму с длиной осей около 40 и 50 км, площадью около 1300 км2, самая высокая точка достигает 1208 м над уровнем моря (г.Ферсмана - 1208 м, г.Кукисвумчорр - 1143,6 м, г.Лявочорр - 1189 м). Горные хребты Хибин располагаются подковообразно. Над окружающей холмистой равниной массив поднимается на 800-1000 м. С востока и запада он ограничен субмеридиональными глубокими депрессиями, в которых располагаются крупнейшие озера Кольского полуострова: Умбозеро - с абсолютной отметкой уровня 157 м и глубиной до 110 м, Имандра - с абсолютной отметкой уровня 127 м и глубиной до 67 м.
Свой горный облик Хибинский горный массив приобрел в последние 30-40 млн лет в результате тектонического поднятия. Платообразные вершины Хибин представляют собой приподнятые остатки древней донеотектонической равнины (Арманд, 1960; Кошечкин, 1979). За послеледниковое время Хибины поднялись примерно на 20 м над прилегающими территориями и продолжают подниматься в настоящее время, о чем свидетельствует проявляемая сейсмическая активность: толчки силой до 5 баллов. Зонально-кольцевое строение массива отразилось на формировании горного рельефа, что подтверждается практически полным совпадением контуров возвышенностей с геологическими контактами массива и дугообразным расположением горных цепей. Существенное влияние на процессы горообразования оказывает различная устойчивость нефелиновых сиенитов и ийолит-уртитов к процессам выветривания, а также развитие трещинных структур, подчиненных концентрическому строению интрузивных комплексов.
Определяющей особенностью горного рельефа Хибин является относительно пологая поверхность вершин, местами осложненных скалистыми гребнями. Относительное превышение вершин над долинами достигает 300-700 м. Склоны гор в верхней части обычно крутые и скалистые (более 30o), а в нижней части, благодаря значительному накоплению крупнообломочного материала, выполаживаются. На склонах гор, в долинах и предгорьях широко развиты следы материкового оледенения: троги, цирки, кары, ледниковые террасы, конечно-моренные валы, котлованы с озерами, камы. Характерной чертой в облике рельефа Хибин являются разломы. Формирование долинных речных систем происходило по ослабленным зонам различных направлений, образованных или омоложенных на неотектоническом этапе.
Наиболее приподняты юго-западная часть массива и, в частности, водоразделы бассейна озер Малый и Большой Вудъявр, где рельеф носит высокогорный характер с резкой сменой высот до 500-700 м на небольших расстояниях. В целом, расчлененный рельеф территории исследования способствует созданию специфического микроклимата и благоприятных условий для поверхностного стока.
В геологическом строении территории принимают участие два комплекса пород, резко различающихся по условиям залегания, структуре и физико-химическим свойствам: 1) интрузивные щелочные породы палеозойского возраста, образующие кристаллический фундамент, и 2) рыхлые отложения осадочного чехла, относящиеся к четвертичному периоду (Зак и др., 1960; Полторанченко, 1986).
Кристаллические породы Хибинского массива (PZ) представляют собой сложное интрузивное тело, сложенное многообразными разновидностями нефелин-сиенитовых пород, породообразующие материалы которых представлены калиево-натриевым полевым шпатом, эгирином и нефелином (Природные условия.., 1986). Внутреннее строение массива концентрически-зональное, обусловленное наличием вложенных друг в друга серповидно-кольцевых тел, сложенных от зоны эндоконтакта к центру и сменяющих друг друга в возрастной последовательности от более древних пород к молодым: хибиниты трахитоидные хибиниты рисчорриты ийолит-уртиты апатитонефелиновые породы лявочорриты и фойяиты (рис.1.2) (Зак и др., 1960; Новые Хибинские апатитовые месторождения, 1982). По данным сейсмического зондирования, вертикальная мощность интрузивных пород массива достигает 12-15 км (Максимова, 1999). Массив обладает автономной тектоникой, не сопряженной со структурой вмещающих пород, и характеризуется кольцевым расположением слагающих его итрузивных комплексов, наиболее мощных в западной части и постепенно выклинивающихся к востоку.
Проведенные в последние годы геофизические исследования и геологическое изучение подтвердили блоковое строение массива и выявили серию разрывов различного происхождения, имеющих в основном субширотное и радиальное расположение. Менее выражены в современных формах рельефа продольные, концентрические, диагональные и пластовые зоны дизъюнктивных нарушений. Большинство тектонических зон, за исключением пластовых и конических, имеют крутые углы падения (60-90º). Отдельные блоки Хибин испытали смещения с амплитудой от первых сотен метров до 2.0-2.5 км.
Горстовая природа Хибинского массива подтверждается наличием по периферии долгоживущих разломов и опусканий. В пользу современной тектонической активности Хибинского массива свидетельствует его слабая (до 4 баллов) сейсмичность. Амплитуда новейшего тектонического поднятия Хибин оценивается в 600-900 м (Максимова, 1999). К периферийным зонам горстовых поднятий в настоящее время приурочены мощные пояса краевых образований покровных поясов (камы, озы, конечные и боковые морены) и наибольшие мощности (30-160 м) четвертичных осадочных и ледниковых отложений. К серии кольцевых и радиальных (по отношению к массиву) разломов приурочены ущелья, погребенные глубокие долины и современные водотоки. Характерной особенностью хибинских долин является резкие (на 80-120 м) углубления их днища, что, по-видимому, связано с вертикальными перемещениями (грабенообразными опусканиями) отдельных мелких блоков.
Рис.1.2. Геологическая схема Хибинского массива (по Поиск, разведка.., 1987):
1 - четвертичные отложения; 2 - молодые жильные породы; 3 - мелкозернистые слюдяно-эгирино-роговообманковые нефелиновые сиениты; 4 - среднезернистые эгириновые нефелиновые сиениты; 5 - трахитоидные фойяиты; 6 - гранитоидные фойяиты; 7 - ийолит-уртиты, малиньиты, апанеиты; 8- рисчорриты; 9 - щелочные сиенит-порфиры; 10 - трахитоидные хибиниты; 11 - гранитоидные хибиниты; 12 - щелочные и нефелиновые сиениты 1-й интрузивной фазы; 13 - сланцы и роговики; 14 - роговики плагиоклазово-пироксеновые, амфиболовые и др.; 15 - кварцевые габбро-диабазы и гранофиры; 16 - метагаббро-диабазы и метадиабазы; 17 - шаровые лавы, метамандельштейны, зеленые сланцы и туфогенно-осадочная толща; 18 - гнейсы
Нерасчлененные палеоген-неогеновые отложения (P-N). Нерасчлененные палеоген-неогеновые отложения представлены древней линейной корой выветривания, состоящей из грубообломочной щебнисто-валунной несортированной массы, соответствующей по составу породам коренного ложа, супесью или суглинком. Залегают палеоген-неогеновые отложения непосредственно на кристаллических породах. Мощность указанных образований колеблется от 6 до 37 м. Возраст их условно отнесен к палеоген-неогену (Полторанченко, 1986).
Четвертичная система. Рыхлые покровные отложения, относящиеся к четвертичному периоду, широко распространены как на территории всего Хибинского массива, так и на территории описываемого района. Они залегают в виде прерывистого чехла на кристаллическом основании мощностью от 1 до 160 м. Минимальные мощности (до 1 м) четвертичных отложений приурочены к верхним частям горных склонов и крутым вершинам, в нижних же частях склонов их мощность увеличивается до 5-15 м. В речных долинах четвертичные отложения образуют сплошной покров мощностью до 50-70 м. Максимальных значений (до 160 м) мощность четвертичных отложений достигает в котловинах озер Большой Вудъявр, Малый Вудъявр, Умбозеро.
Развитые в районе работ четвертичные отложения представлены континентальными образованиями, среди которых преобладают ледниковые и водно-ледниковые отложения последнего (валдайского) покровного оледенения, а также элювиально-делювиальные и биогенные (торфяно-болотные). Необходимо отметить некоторую условность выделения некоторых стратиграфических горизонтов разреза. Наиболее достоверным является расчленение комплекса ледниковых и водно-ледниковых отложений верхневалдайского (осташковского) оледенения, а также отложений послеледникового времени, которые повсеместно выходят на поверхность.
Образования нижневалдайского возраста в связи с отсутствием четких гипсометрических привязок уровней межледниковой аккумуляции (что связано с блоковым перемещением поверхности в послеледниковое время) и недостаточностью абсолютных датировок выделены относительно условно. В разрезе четвертичных отложений изучаемого района выделяются отложения верхнего звена (верхнеплейстоценовые), верхнесовременного звена и современные (голоценовые).
Верхнее звено представлено отложениями валдайского надгоризонта, который объединяет подпорожский (нижневалдайский), ленинградский (средневалдайский) и осташковский (верхневалдайский) горизонты (Максимова, 1999).
Подпорожский (нижневалдайский) горизонт представлен основной мореной и водно-ледниковыми осадками. Они слагают нижние горизонты многослойных разрезов, вскрытых буровыми скважинами в предгорьях и межгорных впадинах Хибинского массива.
Основная морена подпорожского горизонта (gIIIpd) имеет ограниченное распространение и залегает на глубине 5-90 м от поверхности земли на различных гипсометрических отметках. Мощность их колеблется от 5 до 30 м. Литологически морена представлена плотными валунными супесями и суглинками, количество крупнообломочного материала варьирует от 15 до 55%. Петрографический состав валунного материала пестрый и представлен диабазами, гнейсами и местными хибинскими породами. Эти отложения залегают на коренных породах или на сцементированных конгломерато-брекчиях, или на озерно-ледниковых осадках, сформированных более древним ледником (Арманд, 1964). Морена представлена комплексом нижневалдайских водно-ледниковых осадков.
Водно-ледниковые отложения (f,lgIIIpd) в пределах изучаемого района развиты достаточно широко. Мощность этих отложений изменяется от 5-10 до 25- 65 м. Представлены они гравийно-галечными отложениями, песками различной зернистости с включением валунов (до 30%), которые как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении фациально замещаются озерными ленточными глинами или суглинками с косой слоистостью и алевритами.
В большинстве разрезов нижневалдайские водно-ледниковые отложения залегают на кристаллических породах, нижней морене или палеоген-неогеновой коре выветривания и перекрыты озерными осадками среднего валдая или осташковской мореной.
Ленинградский (средневалдайский) горизонт. Озерные отложения (lIIIln) представлены суглинками, слоистыми глинами, супесями со значительным количеством гравия и гальки в песчаных фракциях и фациально заменяющими друг друга. Мощность этих отложений изменяется от 30-50 м в Прихибинской низменности и котловинах озер и до 5-7 м в краевых частях Хибинского массива и долинах рек. Озерные отложения подстилаются подпорожскими осадками и перекрыты осташковской супесчаной мореной.
Осташковский (верхневалдайский) горизонт. Четвертичные отложения осташковского оледенения включают в себя ледниковые и водно-ледниковые отложения и занимают на исследуемой территории значительные площади. Залегают они преимущественно на кристаллических породах, в депрессиях рельефа - на нижне- и средневалдайских отложениях. Мощность этих отложений различна и колеблется от 1-5 до 30-80 м.
Ледниковые отложения (gIIIos) осташковского времени покрывают около 40-50% площади описываемого района. Мощность их колеблется от 5 до 30 м на равнинных участках до 30-80 м на участках холмисто-аккумулятивного рельефа. На склонах гор покров ледниковых отложений поднимается до абсолютных отметок 500-600 м. Литологически они представлены несортированной смесью песка, гравия и глинистых частиц с включением (15-30%, реже до 60%) валунов, щебня и гравия. Наличие глинистых частиц (5-10% от валового состава) обусловливает значительную плотность морены, в связи с чем ледниковые отложения в некоторых случаях являются водоупорным горизонтом. Петрографический состав валунного материала в ледниковых отложениях достаточно пестрый. По данным А.Д.Арманда (1964), содержание местных хибинских пород в них не превышает 10-20%, остальная часть представлена чужеродными породами (архейскими гнейсами и мигматитами, сланцами имандра-варзугской серии протерозоя и др.).
Водно-ледниковые отложения осташковского времени (f,lgIIIos) тяготеют к краевым образованиям стадий и осцилляций осташковского ледника и развиты на площадях с неоднократно менявшимися условиями таяния ледникового покрова. Водно-ледниковые отложения обычно слагают озовые гряды, камовые холмы и зандровые поля. В пределах изучаемого района эти отложения часто переслаиваются в разрезе, фациально замещают друг друга и рассматриваются как единый комплекс водно-ледниковых осташковских образований.
Разнообразие условий осадконакопления обусловило широкий диапазон гранулометрического состава водно-ледниковых отложений - от тонкозернистых песков с включениями гравия, гальки и валунов до гравийно-галечникового и галечниково-валунного материала с многочисленными прослоями супеси и суглинков. Для этих отложений характерна быстрая смена гранулометрического состава (как в разрезе, так и по латерали), косая слоистость потоков, хорошая сортировка и перемытость материала, совершенная форма окатанности галек и валунов. Мощность этих отложений колеблется от 3 до 50 м.
Верхнесовременное звено. Нерасчлененные верхнечетвертичные современные ледниковые отложения (gIII-IIV) приурочены к склонам и вершинам горных массивов. Залегают ледниковые отложения обычно на осташковской морене или кристаллических породах первыми от поверхности.
В зависимости от состава материнской породы, степени ее разрушенности и трещиноватости они могут быть представлены крупноглыбовыми россыпями, щебнистыми песками и супесями мощностью от 1-3 до 30 м, определяемыми как горная морена. Горная морена Хибин отличается обилием (до 70%) крупнообломочного материала, представленного преимущественно (на 95%) местными хибинскими породами, слабой окатанностью крупнообломочного материала (Полторанченко, 1986).
Современное звено. В составе современного звена (голоценового горизонта) выделяются биогенные (торфяно-болотные) и техногенные отложения.
Биогенные отложения (bIV) развиты ограниченно, приурочены, как правило, к понижениям рельефа (приозерным впадинам, речным долинам и др.). Средняя мощность отложений 0.5-10 м, реже до 3 м. Торф обычно среднеразложившийся, с большим количеством остатков кустарниковой растительности. Торфяно-болотные отложения перекрывают все типы развитых в районе рыхлых образований.
Техногенные отложения (tIV) образовались в Хибинах за последние 60 лет. Площадь, занимаемая этими отложениями, достаточна велика и оценивается в несколько квадратных километров. По составу техногенные отложения могут быть подразделены на отвалы рудников и песчано-гравийный материал дорожных и строительных насыпей. Рудничные отвалы загромождают русло и долину р.Саамской, расположены вдоль берегов р.Вуоннемйок, покрывают большими шлейфами склоны многих вершин.