книги из ГПНТБ / Физические свойства пород Балтийской синеклизы

пористыми по мере сокращения их мощности в южной части си­ неклизы. Соответственно увеличивается минералогическая плот­ ность пород, что хорошо согласуется с возрастанием в их со­ ставе доломитового материала.

На размытой поверхности ордовикских отложений залегают породы с и л у р и й с к о й с и с т е мы, представленной двумя отделами и лландоверийским, венлокским, лудловским и даунтонским ярусами. Нижнесилурийские отложения в пределах Балтийской синеклизы развиты повсеместно и распространя­ ются далеко за ее пределы. Граница распространения верхне­ силурийских отложений на севере близка к границе синеклизы, на северо-восточном борту смещается в сторону центральной ее

ских отложений сходен с верхнеордовикским разрезом, где пре­

т о вых с л о е в л у д л о в с к о г о я р у с а по литологической ха­ рактеристике и закономерностям распределения физических па­ раметров (табл. 9—11) близки. Это морские карбонатно-мерге­ листые образования, состоящие из переслаивающихся известня­ ков, мергелей, карбонатных глин и аргиллитов. В нижнесилурий­ ских отложениях преобладают глинисто-мергелистые породы с отдельными прослоями черных битуминозных граптолитовых сланцев.

Мощность комплекса в прибортовой части синеклизы состав­ ляет 100—200 м и ступенчато увеличивается в юго-западном направлении. По характеру изопахит четко выделяется Неман­ ская зона. К югу от нее мощность комплекса резко возрастает и в прибрежных районах Балтийского моря (например, в Ка­ лининградской обл.) достигает 700 м и более.

Изменения физических параметров пород нижнего силура в целом определяются как структурными особенностями распре­ деления их мощностей, так и литологическими особенностями фациальных зон рассматриваемой площади. Это очевидно из приведенных в табл. 9— 11 данных. В центральной и южной ча­ стях синеклизы для всех литологических разностей отмечено увеличение их плотности и уменьшение пористости. Например, для наиболее характерной группы отложений данного ком­ плекса — мергелей и карбонатных глин (так называемых' грап­ толитовых сланцев) средние величины плотности равны 2,39—2,48 г/см3. В северной части синеклизы те же породы ха­

20

ское давление, создаваемое вышележащими отложениями, что и обусловливает отмеченное увеличение плотности с уменьшением пористости.

Верхняя часть силурийского разреза представлена паге- г я й с к и ми с л о я м и л у д л о в с к о г о я р у с а и м и н и я с- к и м и и ю р а с к и м и с л о я м и д а у н т о н с к о г о яруса. Мощности и ареал распространения этих отложений тесно свя­ заны с развитием Балтийской синеклизы. По литологическому составу и фаунистическим остаткам в этой части разреза выделя­ ются несколько фациальных зон. На севере и северо-востоке синеклизы рассматриваемый комплекс представлен известняко­ выми мергелями, доломитами, известняками и их глинистыми разностями, в направлении к югу доломиты заменяются мерге­ лями, а на самом юге Прибалтики разрез верхнесилурийских отложений представлен аргиллитами, глинами и глинистыми мергелями. Мощность отложений увеличивается от бортов си­ неклизы в юго-западном направлении и в Калининградской обл. достигает 700 м (табл. 12).

Закономерности изменения физических свойств находятся в соответствии с фациальными особенностями верхнесилурийских отложений: у глинисто-мергелистых пород плотность значи­ тельно ниже, а пористость выше, чем у карбонатных отложений.

В силу резкого изменения фациальной обстановки значения плотности и пористости глинистых и мергелистых отложений на юге и севере синеклизы имеют меньшие различия, чем те же

мощность отложений, равная 200 м, наблюдается в Литовской ССР, где тильжеская свита сложена в нижней части преимуще­ ственно глинами с прослоями мергелей и алевролитов, в верх­ ней — ритмично чередующимися песчаниками и алевролитами на доломитовом цементе, мергелями с редкими прослоями глин и конгломератов. К северу и востоку мощность тильжеской свиты сокращается, а песчанистость и доломитность ее увели­ чиваются.

Стонишкяйская свита сложена доломитовыми глинами, че­ редующимися с песчаниками и алевролитами. В направлении снизу вверх песчанистость разреза увеличивается. Представле­ ние о физических свойствах этих отложений дает табл. 13.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД ДЕВОНСКО-КАМЕННОУГОЛЬНОГО

СТРУКТУРНОГО я р у с а

Отложения кемерской свиты нижнего девона и средне—верх­ недевонские породы, трансгрессивно и с угловым несогласием перекрывающие различные горизонты силура и нижнего

21

девона, развиты повсеместно, вскрыты большим количеством скважин, а также встречаются в естественных обнажениях. Де­ вонская система представлена тремя отделами, сложена чере­ дующимися толщами карбонатных, терригенных и карбонатнотерригенных отложений.

По условиям залегания и литологическому составу к девон­ ским отложениям примыкают нижнекаменноугольные образова­ ния. Повсеместно обе системы пород составляют структурный ярус общей мощностью около 800 м, сформировавшийся в тече­ ние герцинского тектонического цикла. В распределении отло­ жений девонско-каменноугольного структурного яруса выделя­ ются Латвийский прогиб и Литовская впадина, по площади со­ ответствующая Куршскому блоку. Латвийский .прогиб характе­ ризуется субширотным простиранием геологических границ в Центральной и Восточной Латвии с выходом на субчетвертич­ ную поверхность по направлению к северу и югу от его оси все более древних горизонтов. Западная часть этой структуры соот­ ветствует северо-восточной прибортовой части синеклизы. По­ следовательная смена древних горизонтов горизонтами относи­ тельно меньшего возраста в направлении с севера на юг и югозапад в Западной Латвии отражает постепенное погружение пород по мере приближения к центральной части Литовской впадины. В Калининградской обл. девонско-каменноугольные отложения отсутствуют, что, по всей вероятности, является след­ ствием денудации их в более позднее время.

В основании девонско-каменноугольного структурного яруса залегают отложения кемерской свиты, представленные терриген- ным-и отложениями — песчаниками, глинами, алевролитами об­ щей мощностью до .100—ПО м.

Среднедевонские отложения имеют более широкое распро­ странение, чем нижнедевонские, вплоть до северной границы синеклизы, и представлены пярнуским, наровским и староос­ кольским горизонтами.

Породы пярнуской свиты, так же как кемерской, формиро­ вались в континентальных и прибрежно-континентальных усло­ виях. Среди литологических разностей преобладают алевролиты,, песчаники и пески, глины .имеют подчиненное значение.

Контакт между пярнускими и вышезалегающими наровскими образованиями резкий. Наблюдается смена терригенных отло­ жений пярнуской свиты доломитами, глинами, доломитовыми глинами и брекчиями оползневого типа наровского горизонта. Верхи наровской свиты представлены мелким переслаиванием глин, мергелей и лесчано-алевритистых пород. Для нижней ча­ сти характерно наличие двух или трех прослоев сильно сцемен­ тированных песчаников мощностью до 2—3 м. В пределах на­ ровского горизонта выделяются несколько литолого-фациальных зон: Преимущественно глинистые разрезы находятся в южной части.Литвы, где этот горизонт имеет максимальную мощность.

22

Наиболее высокое содержание доломитов отмечается в разре­ зах, приуроченных к юго-западной границе синеклизы. Наровские отложения в западной и юго-западной частях Латвии сильно загипсованы.

Средний девон венчается разрезом старооскольской свиты. Отложения ее представлены переслаивающимися пачками пес­ ков, алевролитов, песчаников и глин, слоистых и комковатых. Мощность отложений — около 100 м, в сторону юго-восточной Эстонии она увеличивается до 180 м. В северной и центральной' частях Литвы и на территории Латвии содержание глин в этих отложениях составляет примерно 35%, песков, песчаников и алевролитов — достигает 65%. На восточной и южной окраинах площади распространения старооскольских отложений и в южной части Латвийского прогиба отмечаются повышенное содержание шесчано-алевролитовых пород и явно подчиненное — глин.

Оценивая мощности и литологический состав отложений нижнего девона, пярнуского и наровского горизонтов среднего девона, можно отметить, что они в общем соответствуют струк­ турному плану Балтийской синеклизы. Мощность отложений и глинистость разрезов увеличиваются в Литовском прогибе (Куршский блок). В пределах Неманской зоны мощность отло­ жений резко сокращается вследствие более поздней денудации, а в южной части синеклизы девонские отложения отсутствуют.

Верхний девон представлен двумя ярусами — франским и фаменским. Подошва швянтойского горизонта франского яруса условно' проводится внутри песчано-глинистой толщи, образуе­ мой совместно старооскольским и швянтойским горизонтами. Средняя мощность швянтойского горизонта в Литовском про­ гибе составляет 20—90 м, в Латвийском прогибе — свыше 180 м.

Вышележащая карбонатная часть разреза франского яруса подразделяется на три горизонта: саргаевский, семилукский, бурегский. Каждый из этих горизонтов имеет мощность до не­ скольких десятков метров. Общая мощность комплекса в преде­ лах северной части синеклизы — 52—62 м.

Разрез представлен' доломитами, доломитовыми мергелями, карбонатными глинами и гипсами.

Франский ярус венчают лагунные отложения памушского, ловатского и амульского горизонтов, представленные песчани­ ками, глинами, доломитами, доломитовыми мергелями с просло­ ями гипса, глин и алевролитов. Мощность отложений в южных и западных районах Литвы увеличивается до 120—130 м.

Для наиболее погруженной части верхнефранского бассейна характерно широкое развитие мергелей, доломиты, алеврити- <стые глины и алевролиты имеют подчиненное значение. Для За­ падной и Центральной Латвии типично широкое развитие пес­ чаников и пестроцветных глин, переслаивающихся с мергелями, доломитами и и^ глинистыми разностями.

23

В литологическом отношении к терригенно-карбонатной тол­ ще верхнего франа близки вышележащие отложения фаменского яруса девона « карбонатно-тер.рнгенные отложения камен­

добно' верхнефранским отложениям представлены глинами, алев­ ролитами, песчаниками, мергелями, доломитами и доломито­ выми мергелями. Мощность толщи достигает 240—250 м.

Данные о физических свойствах девонских пород приведены в табл. 14—19.

Физические параметры большинства пород девона обуслов­ лены в первую очередь литологическими изменениями и в мень­ шей мере связаны с современной глубиной залегания пород. Песчаные и алевритистые породы имеют относительно устойчи­ вый минералогический состав, что .находит отражение в неболь­ шом диапазоне изменения величин их минералогической плот­ ности. Сцементированные разности с относительно большей плотностью и меньшей пористостью развиты в центральной ча­ сти Балтийской синеклизы в пределах Литовской ССР. Глины, мергели, известняки и доломиты здесь представлены широким набором литологических разностей. Статическое уплотнение гли­ нистых отложений обусловило изменение их плотности и пори­ стости соответственно глубине погружения.

ского яруса, включающая саргаевский, семилукский и бурегский горизонты (плявиньская, саласпилеская, даугавская свиты по местной стратиграфической схеме), представлена карбонатным комплексом, резко выделяющимся в девонском разрезе но физи­ ческим параметрам (Озолинь, 1967). Общая мощность указан­ ных горизонтов в пределах Балтийской синеклизы составляет всего лишь несколько десятков метров.

Доломиты саргаевского, семилукского и бурегского горизон­ тов широко используются в народном хозяйстве и с давних пор являются объектом всестороннего геологического исследования. К настоящему времени накоплен огромный фактический мате­ риал: по отдельным месторождениям, число которых превышает 50, и участкам выполнено свыше 15 тыс. определений физикомеханических свойств доломитов.

Обобщение имеющихся данных о величинах минералогичес­ кой плотности, являющейся основным физическим показателем типа пород (Розанов, 1968), и сопоставление этого параметра со значениями пределов прочности при сжатии и основными хи­ мическими компонентами доломитов позволяют дать относи­ тельно подробную классификацию доломитовых пород по мине­ ралогической плотности.

24

При изучении распределения во фравских отложениях раз­ новидностей доломитов исходя из физических свойств проводи­ лось подразделение проб на Труппы в зависимости от установ­ ленных величин минералогической плотности. Гистограммы рас­ пределения пород по соответствующим группам в пределах раз­ резов отдельных месторождений и для карбонатных отложений саргаевского, семилукского и бурегского горизонтов в делом были составлены для всей территории Латвии.

При графических построениях использовали данные опреде­ лений по тем разрезам, где опробование пород проводилось че­ рез равные интервалы и охватывало всю исследуемую толщу, что обеспечило соблюдение необходимого «условия случайно­ сти» (Вистелиус, 1957).

На рис. 3 приведена гистограмма распределения значений минералогической плотности 1159 образцов доломита из 32

^у Предел^прочности,

1—-----------------------------------------------------------

Рис. 3. Распределение в карбонатной толще франских отложений Латвии доломитов различной ми­ нералогической плотности и максимальные пределы их прочности при сжатии.

/ — гистограмма распределения проб с б. г/см5: I — 2,78— 2,79; 2 — 2,80—2,81; 3 — 2,82—2,83; 4 — 2,84-2,86; 5 - 2,87—2,88. II — график максимальных значений пределов прочности при сжатии у доломитов различной минерало­ гической плотности.

25

Рис. 4. Распределение доломитов различной минера­ логической плотности в отложениях семилукско-бу- регского (1) и саргаевского (2) горизонтов.

Условные обозначения интервалов минералогической плот* ностн см. на рис. 3.

месторождений, находящихся на территории Латвии. По частоте встречаемости в разрезах выделяются пять групп доломитов: с

6=2,78—2,79; 2,80—2,81; 2,82—2,83; 2,84—2,86; 2,86—2J8 г/см3.

Наиболее четко выделяются доломиты, имеющие 6=2,82— 2,83 г/см3, характерные для месторождений, относящихся к семилукскому и бурегскому горизонтам (рис. 4). Содержание таких доломитов во всех опробованных разрезах, сложенных семилукскими и бурегскими породами, в среднем равно 61 %• Менее часто доломиты этой группы встречаются в карбонатных поро­ дах саргаевского горизонта, где на их долю приходится в сред­ нем около 7%, максимум по отдельным месторождениям дости­ гает 17—18%.

Вторую группу образуют доломиты, минералогическая плот­ ность которых равна 2,80—2,81 г/см3, характерные лишь для кар­ бонатной толщи семилукского и бурегского горизонтов. Из всех изученных проб 26,59% представлено такими доломитами. Коле­ бания их содержания в разрезах отдельных месторождений со­ ставляют от 20,84 до 41,06%. В месторождениях, сложенных породами capraeiBCKoro горизонта, доломиты этой группы не встречены.

Менее распространены, хотя достаточно четко выделяются, доломиты с 6= 2,84—2,86 г/см3. Они характерны для отложений

1 26

саргаевского горизонта, где в среднем составляют 90,42%, по отдельным месторождениям — от 72 до 100%. В разрезах семилукского и бурегского горизонтов эти долом1иты встречаются

редко, составляя в среднем 7,59%, максимум их по отдельным месторождениям не превышает 20,87%.

Незначительное распространение имеют доломиты с 6< <2,80 г/см3 в^отложениях семилукского и бурегского горизонтов

(2,93%) и с б>2,86 г/см3 в отложениях семилукско-бурегского (1,24%) и саргаевского (2,4%) горизонтов.

Выделенные по величине минералогической плотности группы доломитов характеризуются некоторыми особенностями физико-механических свойств, химического состава и приурочен­ ностью к определенным стратиграфическим горизонтам. Мак­ симальные значения предела прочности при сжатии у доломи­

тов с 6= 2,78—2,79 г/см3 не превосходят 900 кг/см2, у доломитов

с 6= 2,80—2,81. г/см3 — 1600 кг/см2, а у доломитов с 6=2,82— 2,83 г/см3 достигают 2100 кг/см2. К последней группе близки по

прочности доломиты с 6 = 2,84—2,86 г/см3 (в отдельных пробах временное сопротивление сжатию достигает 2900 кг/.см2).

Сравнительно небольшой фактический материал по группе доломитов с 6 = 2,87 г/см3 и более не позволяет достаточно

' SiOe+ Fea03 +А1г 03,

Рис. 5. Средний химический состав доломитов различной минералогической плотности.

27

уверенно судить об их прочностных свойствах. По отдельным

отражено на рис. 5. Доломиты с 6= 2,78—2,79 г/см3 характери­ зуются наличием глинистой примеси, как правило, в количестве более 10%, а содержание в них окиси магния и кальция состав­

ляет соответственно менее 19 и 28%. Доломиты с 6=2,82— 2,83 г/см3 являются наиболее однородными разновидностями. Содержание глинистой примеси в них обычно не более 6%, а МоО и СаО — соответственно более 20 и 29%. Промежуточное

положение занимают доломиты с 6= 2,84—2,86 г/см3., При сопоставлении разновозрастных пород — доломитов

саргаевского горизонта с доломитами семилукского и бурегского горизонтов четко выявляется ихразличие по минерало­ гической плотности. В саргаевских отложениях наиболее широ­

ко развиты доломиты с 6= 2,84—2,86 г/см3, в семилукских и бу~

регских отложениях — с 6= 2,82—2,83 и 2,80—2,81 г/см3. Осталь­ ные группы доломитов, выделяемые по величине показателя минералогической .плотности, имеют подчиненное значение.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД ПЕРМСКО-МЕЗОЗОЙСКОГО СТРУКТУРНОГО ЯРУСА И ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

После длительного перерыва в осадконаколлении на размы­ той поверхности девонских и нижнекаменноугольных отложений образовалась толща осадков пермского, триасового, юрского и мелового возраста. Первоначально ареал этих отложений был шире устанавливаемого в настоящее время и, вероятно, охва­ тывал всю синеклизу. Впоследствии в результа+е размыва перм­ ско-мезозойских 'пород в северной части синеклизы на территории Латвии сохранились лишь маломощная, измеряемая десятками метров, толща пермских отложений и отдельные останцы мезозойских пород. В пределах южной и средней При­

и общий структурный план, сформировавшийся в течение аль­ пийского тектонического цикла.

П е р м с к а я с и с т е ма , представленная нижним и верхним отделами, по литологическому составу разделяется .на три ком­ плекса.

Нижний комплекс включает нижнепермские терригенные от­ ложения и карбонатные породы науяакмянской, калварийской и саснавской свит. Нижнепермские отложения достигают мак­

28

симальной мощности 54 м лишь в юго-западной и южной Литве. Карбонатная часть комплекса сложена доломитизированными мергелями, органогенно-детритовыми глинистыми известняками и кавернозными доломитами.

Средний, главный пермский комплекс представлен прегольской свитой, сложенной ангидритами и каменной солью с про­ слоями глинистых алевролитов и доломитов.

Увеличенная мощность (до 370 м) галогенных и сульфат­ ных отложений наблюдается лишь в Неманской зоне и южнее ее. В пределах Литвы прегольская свита представлена мало­ мощными (до 70 м), преимущественно карбонатными отложе­ ниями.

Верхний комплекс пермских отложений составляют жальгиряйская, айстмарская и галиндасская свиты общей мощностью около 50 м, состоящие в Литве из песчаников, карбонатных конгломератов, прослоев гипса и селенита, глин, алевролитов на карбонатном цементе. В Калининградской обл. в составе айстмарской свиты присутствует также соль. Физические пара­ метры указанных свит и закономерности их распределения близки к выявленным для описанного комплекса сульфатно-га­ логенных отложений прегольекой свиты.

Физические 'параметры пород перми (табл. 20) .изменяются в широких пределах. Наименьшей плотностью (а=1,70 г/см3) и повышенной пористостью (и = 33%) отличаются рыхлые извест­ няки. Наибольшую плотность (о=2,87 г/см3) в пределах оса­ дочного чехла имеют ангидриты.

Отложения триасовой системы расчленяются на два литоло­ гических комплекса. Нижний, представленный паланпской и нямунекой свитами нижнего триаса, сложен преимущественно доломитовыми глинами и аргиллитами с мелкими включениями гипса. Отложения комплекса распространены лишь в южной Литве и в Калининградской обл. Мощность их увеличивается от 50— 100 м на севере площади распространения до 350 м на юге ее.

Верхняя часть разреза триасовых отложений, представлен­ ная таурагской, шаркуской и дейменской свитами нижнего три­ аса и нерингской свитой верхнего триаса, по литологической характеристике и физическим свойствам может быть объеди­ нена с нижне—среднеюрскими отложениями. Этот комплекс об­ разований представлен терригенными отложениями глин, алев­ ритов, песчаников и доломитизированных глин.

Ареал распространения терригенных отложений средней ча­ сти мезозойской группы совпадает с областью распространения нижнетриасового глинистого комплекса. Мощность отложений изменяется в широком диапазоне: от 25—100 м в пределах Ли­ товской ССР до 300 м и более на юге Калининградской обл.

Разрез коренных отложений осадочного чехла Балтийской синеклизы венчают терригенно-карбонатные верхнеюрские,

29