Раздел 3.Трещинная тектоника каменноугольных отложений

Трещиноватость — это разрывы в горных породах. Трещины бывают тектонические (от движений земной коры) и нетектонические (от выветривания, усыхания, разгрузки). Трещины отрыва возникают перпендикулярно растяжению, у них неровные стенки, они зияют и пропускают воду. Трещины скалывания идут вдоль касательных напряжений, они прямые, с гладкими стенками, часто с зеркалами скольжения и бороздами — это следы смещения блоков. Несколько трещин одного направления образуют систему. Выделение систем нужно, чтобы предсказывать устойчивость пород и их водопроницаемость.

Наша бригада на практике изучала трещиноватости в Лемешовских каменоломнях (Подольский район, рядом с деревней Дубровицы). Здесь вскрыты известняки подольского горизонта среднего карбона. Мы сделали 22 замера трещин в разных местах.

Мы выделили два типа трещин. Первый тип — трещины скалывания. Они прямые, длинные, с притёртыми стенками. На них видны зеркала скольжения и вертикальные борозды — это следы сдвиговых подвижек. Трещины секут слои и окаменелости, значит, они тектонические. Второй тип — трещины отрыва. Они извилистые, с неровными стенками, часто раскрыты на 2–5 мм. В них встречаются различные ожелезнённые прослойки пород и известняки.

По результатам замеров выделены три системы трещин. Первая система простирается с северо-запада (310–330°), падает на северо-восток почти вертикально (85–90°). Вторая система простирается с северо-востока (20–40°), падает на юго-восток под углом 80–90°. Они пересекаются под углом 50–70°, разбивая массив на блоки от 0,2 до 1,2 м. Третья система — пологие трещины отрыва (углы падения 10–25°), преобладает широтное простирание. Они появились из-за разгрузки, когда река Пахра врезалась и сняла нагрузку с массива.

В центре каменоломен системы I и II сближаются до 0,2–0,6 м, а трещины скалывания прослеживаются на 10–15 м. В местах их пересечения порода раздроблена — образовались частички пород с кальцитовым цементом. По трещинам отрыва может сочится вода, особенно после дождя, значит, они проводят подземные воды. В нескольких местах произошли свежие вывалы известняка объёмом до 0,5 м³ как раз из-за трещин отрыва в кровле. Это доказывает, что трещиноватость сильно снижает устойчивость выработок.

Вывод нашей бригады: в Лемешовских каменоломнях у деревни Дубровицы выделены две главные системы тектонических трещин скалывания (северо-западная и северо-восточная) и одна система пологих трещин отрыва (от разгрузки). Известняки средне-трещиноватые: 2–4 трещины на метр. Эту трещиноватость обязательно надо учитывать при любых работах в районе — она определяет, как вода идёт через породы и насколько устойчивы стены и своды.

Раздел 4. История геологического развития

В подольский период (около 310–307 млн лет назад) на месте Подмосковья существовало обширное неглубокое сильно соленое море. В условиях повышенной концентрации солей в основном образовались доломиты, реже известняки. Был теплый тропический климат. Суша находилась достаточно далеко поэтому отсутствует грубый обломочный материал. Твёрдое карбонатное дно населяли мшанки и губки, но наиболее заметными были брахиоподы - Choristites mosquensis. В конце подольского века уровень моря понизился, и поверхность подольских известняков была частично размыта началом отложения мячковского горизонта.

Рис.14 Брахиопода - Choristites mosquensis

Рис.15 Часть Брахиоподы найденной студентом

Мячковский горизонт залегает на отложениях подольского горизонта. Воды мячковского моря были чистыми и теплыми, в них активно развивались планктон и многие виды рыб, включая хищных, которые служили пищей расплодившимся акулам, чьи зубы нередко встречаются в мячковских отложениях. Море отлагало слои песка или известковые осадки, богатые разными трупиками животных. Твёрдое карбонатное дно населяли массивные колониальные кораллы, мшанки и губки. Среди простейших морских животных фораминифер появился род фузулины. Тело этих животных состояло из одной клетки, которая занимала многокамерную раковину, иногда достигавшую 3-4 мм. Из обломков раковин фузулин, кораллов, панцирей морских ежей, морских лилий, раковин брюхоногих и головоногих моллюсков состоит белый мячковский известняк. К концу мячковского века море начало усыхать, образовались доломиты, а на границе с позднекаменноугольной эпохой - прослои грубообломочных пород

Рис.16 Фузулиновый известняк мячковского века(песочек сука)

Хронологически касимовский век охватывает интервал приблизительно от 307 до 304 миллионов лет назад (продолжительность около 3 миллионов лет). Режим моря был неустойчив. В отличие от предшествующего мячковского времени, для которого было характерно накопление чистых белых известняков в прозрачных и спокойных водах, в касимовский век мелководно-морские обстановки постоянно чередовались с прибрежными и континентальными, что свидетельствует о постоянной трансгрессии и регрессии моря. Наряду с органогенными доломитизированными известняками широкое распространение получили терригенные отложения, такие как пестроцветные и красноцветные глины, мергели и алевролиты. Климат оставался тропическим, тёплым и достаточно влажным, но стал более сезонным. Несмотря на изменения в режиме осадконакопления, морская биота оставалась богатой и разнообразной. Среди фораминифер доминировали фузулиниды, брахиоподы оставались многочисленными. Встречаются кораллы и лилии, но их разнообразие снизилось. На временно осушаемых прибрежных низменностях активно развивалась наземная растительность, оставившая свои следы в виде углефицированных остатков.

Рис.17 Коралл ругоза касимовского века вместе с морским дном

Рис.18 Растительность Касимовского яруса

Гжелький ярус охватывает интервал от 304 млн до 294 млн лет назад. В нём продолжается и усиливается любовь моря к циклам наступления и отступления, начавшаяся в касимовском ярусе. Климат стал еще более сезонным, продолжив иссушаться и охлаждаться, но оставался достаточно тёплым. Из-за частой трансгрессии и регрессии мелководного и сильно солёного моря доломиты и известняки чередуются с прослоями глин, мергелей, алевролитами. Среди фузулинид появились новые рода. На илистом морском дне продолжали обитать разнообразные брахиоподы , морские лилии, мшанки и моллюски, однако полностью исчезли даже одиночные кораллы из-за повышения солености и частого наступления суши. В конце гжельского века море окончательно отступило.

Келовейский ярус был в интервале от 166-163 млн лет назад. Келовейский век ознаменовался масштабной трансгрессией моря после перерыва примерно в 140 млн лет. Море было неглубоким, нормально солёным, а климат тёплым, умеренно-тропическим. Из-за длительного перерыва в осадконакоплении перед келовейским веком, его отложения представлены преимущественно темно – серыми глинами, кварцевыми песками, а также песчаниками. В неглубоких, достаточно тёплых морях фауна широко представлена головоногими моллюсками и аммониты. Присутствовали многочисленные двустворчатые моллюски, гастроподы, морские ежи. На суше росли густые леса в которых активно развивались динозавры и птерозавры.

Рис.19 Леса Юрской системы

Рис.20 Живность Юрской системы

Абсолютный возраст оксфордского яруса оценивается в интервале от 163–157 млн лет назад. Трансгрессия моря, начавшаяся в келовейском веке достигла своего апогея. Морской бассейн было средней глубины с нормальной солёностью и дефицитом кислорода. Климат субтропический, влажный. Породы которые могли образоваться в таких условиях осадконакопления это черные «оксфордские глины» с обилием пирита и органики. Оксфордское море Подмосковья было исключительно богато жизнью, особенно головоногими моллюсками (аммонитами) и двустворками. На сероводородном дне жизнь была угнетена и представлена преимущественно выносливыми двустворчатыми моллюсками (Gryphaea и Buchia).

Рис.21 Моллюск рода Buchia

Берриаский ярус охватывает период от 145 до 140 млн лет назад. После масштабной регрессии моря в самом конце юры, приведшей к осушению и размыву ранее накопленных осадков, последовала новая умеренная трансгрессия, сформировавшая мелководный, прохладный и подвижный морской бассейн. Климат оставался тёплым, субтропическим, без резких колебаний. В условиях активных прибрежных течений карбонатные илы не накапливались, и главными осадками стали перемытые терригенные породы – пески, глины, галечники.Из-за песчаного грунта и прохладной воды теплолюбивые кораллы и мшанки здесь жить не могли; дно массово населяли выносливые двустворчатые моллюски, чьи раковины устилали грунт. В насыщенной кислородом воде плавали стаи белемнитов (получили прозвище “чертов палец” из-за внешнего вида остатков и по поверьям могли изгонять демонов). В конце берриасского, море углубилось и грубые песчаные осадки стали перекрываться более тонкими глинистыми толщами.

Рис.22 Белемнит

Готеривский век начался 133 млн лет назад и закончился 129 млн лет назад. Произошли сильные подвижки земной коры. Море частично отступило из-за чего сильно обмелело, местами распадаясь на озёра. Готеривские отложения представлены преимущественно толщами темно-серых алевритовых глин, глауконит - кварцевых песков и песчаников. Глауконит свидетельствует о медленном осадконакоплении. Климат по сравнению с юрским периодом немного похолодел, хоть и остался умеренно тёплым. Аммониты – самая заметная группа органического мира готеривского века. Двустворчатые попадаются редко, а брахиоподы и губки практически не встречаются.

Абсолютный возраст барремского века оценивается в интервале примерно 129–125 млн лет назад. Длительность яруса составляла около 4 млн лет. В первой половине барремского века морской режим, установившийся в готериве, сохранялся. Море было мелководным, сообщалось с другими морями (например Тетис). Однако во второй половине барремского века произошла регрессия – море покинуло территорию Подмосковья, и здесь изменились условия обитания. Климат оставался тёплым, субтропическим, с выраженной сезонной засушливостью. Из-за близости суши и интенсивного стока рек осадконакопление было слабым, и главными компонентами пород стали сносимые с континента обломочные частицы. Так сформировалась толща темных слюдистых глин, алевролитов и мощных кварцево-глауконитовых песков. На илистом и песчаном дне, где периодически возникал дефицит кислорода, коралловых рифов не наблюдалось; были морские ежи и двустворчатые моллюски. Отлчительной чертой этого времени были аммониты, пережившие эволюцию: наряду со спиральными раковинами широчайшее распространение получили развернутые раковины. В конце барремского века море начало стремительно мелеть в преддверии крупной регрессии.

Рис.23 Рразвёрнутый аммонит

Абсолютный возраст аптского века оценивается в интервале примерно 125–112 млн лет назад. Длительность яруса составляла около 13 млн лет – один из самых длительных ярусов в нижнем мелу. Аптский век был временем нестабильным: сначала на большей части территории господствовали континентальные условия (прибрежные равнины, дюны, речные долины), затем, в середине и конце апта, произошла трансгрессия моря. Море, однако, не покрывало всей территории, а заливало лишь часть территорий. Климат оставался тёплым, субтропическим, но с выраженной сухостью, что подтверждается наличием песков. Отложения это кварцевые пески чисто белого цвета тонкозернистые. Они накопились в прибрежно-морской и дельтовой обстановках, иногда переслаиваются с микрослоистыми темно-коричневыми глинами. Аптские континентальные пески и песчаники. В апте доминируют папоротники, хвойные, бенеттиты. Органические остатки всяких тварей крайне скудны.

Альбский ярус следует за аптом и длится в интервале примерно 112–100 млн лет назад. Альбский век был временем значительной морской трансгрессии, которая в середине века достигла своего максимума. Бассейн был мелководным с нормальной солёностью, но с пониженной температурой – это было холодноеморе. Климат альбского века был жарким и стабильно влажным, однако именно в этот период глобальные процессы (включая активный вулканизм) приводили к временному отсутствию кислорода (аноксии) в морях, что находило отражение в накоплении черных, обогащенных органикой глин в некоторых частях бассейна. Альбское море Подмосковья было населено богатой и разнообразной фауной, особенно головоногими моллюсками и двустворками. Однако по сравнению с оксфордским юрским морем, альбская фауна имеет более холодноводный облик. Характерная особенность – отсутствие кораллов и известковых губок.

В плиоценовую эпоху (от 23,03 до 2,58 млн лет назад) на территории центра Русской равнины господствовали континентальные условия. Море, отступившее в конце олигоцена, в неогене больше не заливало этот регион. Рельеф представлял собой голую равнину, расчленённую глубокими речными долинами. Климат плиоцена претерпел направленное похолодание по сравнению с миоценом. В начале плиоцена климат был тёплым, умеренно-субтропическим, с мягкой зимой и тёплым летом. Среднегодовые температуры были на 5–8 °C выше современных. В конце плиоцена произошло значительное похолодание: температуры приблизились к современным. Отложения представлены аллювиальными толщами, корами выветривания. Расцвет копытных, стадных животных, хищников (саблезубые кошки) и грызунов. В плиоцене фауна стала максимально близкой к современной, постепенно подготавливая биоту к суровым условиям грядущего ледникового периода. Произошла смена растительных поясов. Тропические леса отступали к экватору, уступая место лесам умеренного пояса.

Четвертичный период (последние 1,8 млн лет) - время многократных оледенений. В эоплейстоцене Подмосковье было озёрной равниной; в неоплейстоцене произошли донское, московское и валдайское оледенения, разделённые тёплыми межледниковьям. Голоцен принёс потепление, широколиственные леса и современные ландшафты. Четвертичные отложения: морены, пески, гравий, суглинки. Это время появления и бурного развития человека. Человек стал главным геологическим фактором, меняющим ландшафт (от высекания огня до изменения русел рек и добычи ископаемых). Растительность постоянно мигрировала: во время оледенений это были тундростепи (безлесные пространства), в межледниковья — широколиственные леса, напоминающие современные.

Рис.24 Пейзаж Валдайского оледенения