ПОСОБИЕ-ЧАСТЬ 1,2 2014 июнь

3. Магматизм

Вещество земной коры и оболочки Земли, согласно современным данным, является твердым телом, несмотря на то, что уже на глубинах в 5060 км температура Земли настолько высока, что любая порода при давлении, равном атмосферному, могла бы находиться в расплавленном состоянии. Однако существующее на этих глубинах громадное давление удерживает вещество в твердом состоянии.

Термодинамическое равновесие в земной коре и оболочке установилось в процессе длительного развития нашей планеты. Нарушение этого равновесия в том или ином случае (т.е. уменьшение давления или увеличение температуры) вызывает необычайно быстрый переход масс Земли в отдельных локализованных участках из твердого состояния в жидкое. Это сопровождается колоссальным увеличением объема, и в связи с этим устремлением образовавшейся огненно-расплавленной массы (магмы) в ослабленные участки земной коры или даже излиянием ее на поверхность. Магма образуется на больших глубинах, где господствуют температуры, превышающие точку плавления горных пород, т.е. на глубинах свыше 60 км

[5].

При вступлении магмы в земную кору под гидростатическим давлением, газы, содержащиеся в магме, вследствие уменьшения давления высвобождаются из нее часто путем взрывов, что способствует бурному излиянию магмы.

Внедрение магмы в земную кору называется интрузивным магматизмом или плутонизмом. Поднимающаяся из недр Земли магма не всегда прорывает земную кору и изливается на ее поверхность. Чаще магма не в силах достичь поверхности Земли и постепенно затвердевает в земной коре, образуя своеобразной формы полуглубинные и глубинные (интрузивные) тела. В естественных условиях они становятся доступными непосредственному изучению только после обнажения их процессами денудации. Формы, размеры интрузий, а также соотношение их с вмещающими породами весьма разнообразны. Разнообразны также структуры, текстуры и состав пород.

К полуглубинным интрузивным телам относятся жилы секущие и пластовые, образующие при заполнении магмой трещин в горных породах.

Секущие жилы иногда криволинейны, но чаще ограничены с боков параллельными стенками; расстояние между стенками называется мощностью жилы, а бока жилы – зальбандами. Мощность секущих жил от нескольких сантиметров до сотен метров. Длина их достигает нескольких

191

десятков или сотен километров. Особенно большой длиной обладают жилы с ответвлениями.

Секущие жилы приурочены, главным образом, к замковым частям антиклинальных складок; это указывает, с одной стороны, на то, что секущие жилы образуются при складкообразовании и, с другой стороны, на то, что при складкообразовании возникает растяжение земной коры, создающее открытые трещины, в которые и устремляется магма. Внедрение магмы, в свою очередь, способствует дальнейшему растяжению земной коры. Нередко секущие жилы представлены порфиритами, гранитами и пегматитами, реже рудными и нерудными (кварц, кальцит, барит) минералами, образующимися за счет газов и паров, выделяющихся из магмы. Секущие жилы называют дайками (рис.1).

В том случае, если дайка имеет твердость бóльшую, чем породы, ею пересеченные, то под действием экзогенных сил, вмещающие её породы разрушаются быстрее, и тогда жила будет выступать в виде стены (положительная дайка). Если жила будет сложена менее стойкими породами, то она разрушается быстрее, чем окружающие породы, при этом образуется расселина (отрицательная дайка).

Рис. 1. Дайки и связанные с ними формы рельефа: а – дайки, более сопротивлявшиеся эрозии, чем боковые породы; б – дайки и боковые породы

одинаково стойкие; в – дайки менее стойкие, чем боковые породы (из книги Т.А. Лапинской, Б.К. Прошлякова, 1981).

Одну из даек можно наблюдать у подножия скалы «Боец». Изверженные породы в окрестностях города Томска представлены дайками триасового возраста. Складчатость сопровождалась трещиноватостью и разломами в земной коре, доходящими до мантии. По этим разломам внедрялся магматический расплав, который застывал, образуя дайки. Дайки – гипабиссальные интрузии. Состав дайки основной (плагиоклаз, роговая обманка, пироксен).

192

4.Элементы геотектоники окрестностей города Томска

Вгеотектоническом отношении окрестности г. Томска, как и весь юговосток Западно-Сибирской равнины, принадлежат к самой юго-восточной части плиты Западно-Сибирской эпигерцинской (мезозойской) платформы. Непосредственно в окрестностях г. Томска (лучше всего по правому берегу долины р. Томи у Лагерного Сада) наглядно видно классическое двухэтажное строение платформы (подробнее в приложениях № 2-3).

Нижний структурный этаж – фундамент сложен отложениями раннесреднекаменноугольного возраста, подразделяющимися на более древнюю глинистосланцевую лагерносадскую свиту визейского яруса – C1lg и залегающую выше с постепенным переходом сланцевоалевролитопесчаниковую басандайскую свиту серпуховского яруса - нижнего башкирского яруса среднего карбона – C1-2,bs. Суммарная мощность свит достигает более 1500 м.

Эти отложения в составе северо-восточной части Колывань-Томской структурно-фациальной зоны в конце герцинского цикла тектогенеза предположительно на рубеже среднего и позднего карбона были смяты в напряженные крутосклонные, вплоть до вертикальных и опрокинутых, линейные складки северо-северо-восточного простирания, а в поздней перми-раннем триасе прорваны поперечными дайками долеритов и затронуты до- и последайковой гидротермальной минерализацией, выразившейся в околодайковом ороговиковании каменноугольных отложений и появлении слабозолотоносного, тонкопрожилкового, местами штокверкового окварцевания.

Складчатый герцинский фундамент после длительного перерыва в осадконакоплении с резким угловым и денудационным несогласием был перекрыт залегающим субгоризонтально осадочным чехлом.

Основание чехла составляет мощная - до нескольких десятков метров каолинитовая кора глубокого химического выветривания мел-палеогенового возраста. Выше с перерывами в осадконакоплении и эрозионными

существенно, песчаная, лагернотомская свита (P3lt), аллювиальная галечно- гравийно-песчаная кочковская свита эоплейстоценового возраста (laE kc), озёрная (приледниковые подпрудные моря-озёра) глинистая тайгинская свита (laI-IItg).

Разрез заканчивается покровной субаэральной толщей лёссовидных суглинков – (saQIII-IV), последнее время выделяемых в еловскую свиту – (L

193

III-IV е1.) Эту толщу следует описать особо. Толща распространена на равнинах и предгорьях юга Западной Сибири. Её покровный характер выражается в том, что она, венчая разрез четвертичных отложений (выше её только почва) на водораздельных пространствах, не только сплошным плащом перекрывает последние. Она спускается и на склоны и на высокие надпойменные террасы, начиная с III-ей. По составу это светло-желтовато- серые неслоистые или с неясной грубой горизонтальной слоистостью суглинки с вертикальной столбчатой отдельностью, определяющей отвесный характер их обнажений. Генезис суглинков комплексный. В условиях холодной степи первичные отложения эоловой пыли элювиальным процессом переводились в суглинки, которые местами на склонах перерабатывались делювиальным и пролювиальным процессами и приобретали наклонную и косую слоистость. Временные, быстро высыхающие озерки оставляли после себя маломощные линзы тонкослоистых глин. В периоды потепления и увлажнения климата накопление суглинков сменялось почвообразованием. В целом, образовывались толщи «холодных» суглинков с прослоями «тёплых» почв.

Из современных экзогенных физико-геологических (географических) процессов, действующих в окрестностях г. Томска, наиболее наглядно представлены следующие.

1.Выветривание. Физическое и химическое выветривание, почвообразование.

2.Склоновые. На фоне наиболее распространённых, обычных залесённых дефлюкционных (делювиальных по широко распространённой, но неправильной терминологии) склонов, местами хорошо выделяются гравитационные с образованием у основания скальных обнажений коллювиальных щебенистых осыпей. Характерны оползневые, оплывинные и суффозионные склоны с образованием суффозионных цирков, бугристозападинного рельефа, «пьяного леса», оползневых и оплывинных языков, наползающих на дно долин.

3.Флювиальиые. Все стадии оврагообразования, которые осложняют местами склоны долин. Донная и боковая эрозия русел современных рек с образованием, соответственно, коренных и глыбовогалечных перекатов по руслам. Отвесные скальные и сложенные рыхлыми толщами обрывы в основании склонов долин и уступов террас. Аккумулятивные переформированные русловые формы рельефа и отложения кос, осередков, прирусловых отмелей, аккумулятивных формирований зачаточных и продолжающихся формироваться низких пойм.

194

4.Эоловые. Процессы развивались в конце неоплейстоцена - начале голоцена. Эоловые осадки представлены закреплённой растительностью (сосновый бор) на бугристо-западинном и ложбинно-грядовом рельефе II-й и III-й надпойменных террас (на левобережье р. Томи в пос. Тимирязево и на правобережье южнее с. Вершинино).

5.Озёрно-болотные. Это различные виды пойменных и водораздельных, в том числе боровых озёр и болот, их отложения и эволюция.

6.Мерзлотные (криогенные, в областях распространения многолетней мерзлоты). Распространены на севере Томской области. На водораздельных пространствах и на II-ой и более высоких террасах могут сохраняться реликтовые мерзлотные мезо- и микроформы рельефа - полигональные грунты, бугры пучения, термокарстовые просадки и др.

5.История геологического развития района

Геологическое развитие района города Томска нужно рассматривать поэтапно, в соответствии с изменениями в осадконакоплении.

1.Накопление глинистых сланцев и песчаников в раннем карбоне происходила в условиях мелкого моря. На правом берегу реки Томи возле русла, под скалой «Боец» были обнаружены выходы коренных пород, практически не тронутых выветриванием и не перенесенные. Глинистые сланцы переслаиваются с песчаниками, переслаивание идет от нескольких

ммдо 5-6 см. залегают согласно. По размеру частиц, среди глинистых сланцев встречаются как алевролиты (серые), так и аргиллиты (темно-серые). Равномерное переслаивание терригенных пород свидетельствует о том, что район практик был ареной активных тектонических движений. О глубоководном бассейне «говорит» морская фауна, найденная в этих отложениях: брахиоподы, двустворчатые моллюски, мшанки. По этой фауне и был определен возраст отложений.

2.Верхний карбон: смятие накопившихся отложений в складки, растрескивание. В конце карбона отложения были смяты в напряженные складки с крыльями крутых углов наклона. При складкообразовании образовались трещины вследствие больших давлений. Все это можно наблюдать в ходе маршрута вдоль правого берега реки Томи. Здесь угол наклона складок от 75о до 80о.

3.Пермь и триас: внедрение магматического расплава по трещинам, образование даек. Складкообразование сопровождалось растрескиванием пород с внедрением интрузий и жил. Интрузии гипабиссального типа – это дайки габродиабазов, долеритов. Состав дайки: плагиоклаз в порфировых выделениях, пироксены и амфиболы.

195

4.Постмагматические процессы перми и триаса: образование гидротермальных кварцевых жил. В постмагматический этап гидротермальные растворы привносили кварц. В результате образовывались многочисленные кварцевые жилы. Вместе с кварцем по трещинам откладывалось золото, поэтому во многих реках окрестностей города Томска есть россыпные отложения этого металла.

5.Мезозойская эра: поднятие территории и денудация. После складкообразования в карбоне территория поднялась и стала сушей, и уже в континентальных условиях происходила денудация осадков в течение триаса, юры и раннего мела.

6.Образование в раннем мелу коры выветривания на пониженных участках, образование рудных месторождений железа, марганца, фосфора и т.д. В раннем мелу климат становился достаточно теплым и влажным. Глинистые сланцы, к тому времени превращенные в структурный элювий, подвергаются химическому выветриванию. Образуется кора выветривания. Кора выветривания появляется не повсеместно по простиранию, а карманообразно. Это говорит о неровности рельефа того времени: в местах, где были горы, кора не накапливается. Климат того времени способствовал произрастанию пышной растительности. За счет накопления органических остатков и их гниения воды рек насыщались органическими кислотами. Эти кислоты способствовали переносу химических элементов и формированию, в первую очередь, железных, марганцевых, фосфорных и алюминиевых месторождений. Растворы транспортировались водотоками в мелкий морской бассейн, существовавший на месте Западно-Сибирской низменности. В прибрежных условиях накапливались руды. Так образовались крупные Колпашевское и Бакчарское месторождения железных руд в Томской области. Эти месторождения занимают 10 место в мире по запасам железных руд. Но в настоящее время эти месторождения не используются.

7.Накопление кварц-каолиновых песков с остатками субтропической флоры в континентальных условиях палеогена. Выше по разрезу коры выветривания мел-палеогенового возраста расположена толща кварцкаолиновых песков палеогенового возраста. В палеогене климат был субтропический, что способствовало произрастанию магнолиевой флоры. В песках найдены отпечатки грецкого ореха, магнолии, таксодиума. Считают, что эти пески сформировались в условиях дельты древней реки, на что указывает косоволнистая и диагональная слоистость.

8.Поднятие территории в неогене, накопление высокогорных озерных

отложений, похолодание. Выше по разрезу располагаются неогеновые

196

озерные глины. Считают что это отложения высокогорных озер, то есть район, продолжая испытывать поднятие.

9.Дальнейшее похолодание в плиоцене, наступление ледникового периода, накопление ленточных глин с остатками фауны ледникового периода. Выше озерных глин были обнаружены ленточные глины. Такие глины образуются при таянии ледника, что говорит о резком похолодании и ледниковом периоде. В этих отложениях были обнаружены остатки мамонта, шерстистого бизона и т.д.

10.Аридизация климата в четвертичный период, эоловый тип литогенеза, накопление лессовидных суглинков. Разрез венчается толщей лессовидных суглинков палевого цвета.

11.Четвертичный период: гумидизация климата, накопление почвенного слоя, произрастания современных растений.

Литература

1.Евсеева Н.С. География Томской области. Томск: ТГУ, 2001. – 284 С.

2.Подобина В.М. Фораминиферы и биостратиграфия палеогена Западной Сибири. Томск: НТЛ, 1998. – 337 С.

3.Рычкова И.В. Стратиграфия и палеогеография верхнего мела – среднего палеогена юго-востока Западной Сибири. Автореферат дисс. … кандидата геол.-мин. наук. Томск; 2006. – 17 С.

4.Рычкова И.В. Стратиграфия и палеогеография верхнего палеозоя – нижнего кайнозоя Колывань-Томской складчатой зоны и юго-востока Западно-Сибирской плиты. Учебное пособие. Томск: ТПУ, 2007. – 48 С.

5.Сальников В.Н., Потылицына Е.С. Геология и самоорганизация жизни на Земле. Томск: STT, 2008. – 430 С.

6.Словарь терминов по исторической геологии, основам стратиграфии и палеонтологии: учебное пособие / сост. Э.Д. Рябчикова, И.В. Рычкова: ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 140 С.

7.Стратиграфический кодекс России. Издание третье. СПб. : Изд-во ВСЕГЕИ, 2006. – 96 С.

197

Приложение 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

ИСОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОБЬ-ТОМСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

На территории Обь-Томского междуречья (ОТМ) широко распространены подземные воды палеогенового комплекса, пригодные для хозяйственного-питьевого использования. С 1973 г. основным источником водоснабжения г. Томска и населенных пунктов Томского района является крупное месторождение подземных вод, расположенное в северной части Обь-Томского междуречья на стыке двух крупных гидрогеологических структур - Колывань-Томской складчатой зоны и Западно-Сибирского артезианского бассейна. Схематично Томский водозабор показан на рис. 1. Эксплуатационные горизонты охватывают воды верхнеэоценовых – нижнесреднеолигоценовых отложений Новомихайловской и Юрковской свит. Водовмещающими породами служат пески различной зернистости. Фильтрационные свойства этих пород определяются литологофациальными особенностями и структруно-тектоническим строением склона фундамента (нижнего яруса Западно-Сибирской плиты, сложенной древними породами среднего и верхнего палеозоя). Глубина залегания кровли водоносных отложений составляет 40-80 м., увеличиваясь с юга на север [1].

Физико-географические условия, структурно-тектоническое и геологическое строение территории

Территория г. Томска и Томского района находится в юго-восточной части Западно-Сибирского артезианского бассейна и расположена на ОбТомском междуречье и правобережном склоне р. Томи, в лесо-таежной ландшафтной зоне с нормальной увлажненностью и теплообеспеченностью, с благоприятными физико-географическими условиями питания подземных вод.

Важной особенностью района является то, что он находится во внешней области Западно-Сибирского артезианского бассейна, где все водоносные комплексы находятся в обстановке интенсивного водообмена и содержат инфильтрационные воды, имеющие сходный гидрогеохимический облик. Только в северной части междуречья воды верхнемеловых и палеозойских отложений находятся в зоне замедленного водообмена.

198

Рис. 1. Схема расположения скважин Томского водозабора:

1 – скважины водозабора; 2 – населенные пункты; 3 – внешняя граница зоны строгого режима

По существующей схеме структурно-гидрогеологического районирования Западно-Сибирского артезианского бассейна [2, 3] в пределах ОТМ выделяется четыре типа гидрогеологических комплексов: водонапорные системы трещинных вод палеозойского фундамента, водоносный комплекс меловых отложений (нижний и верхний гидрогеологические этажи), водоносные комплексы пелеогеновых и четвертичных отложений (верхний гидрогеологический этаж). Ниже охарактеризованы особенности формирования подземных вод перечисленных водоносных комплексов.

Подземные воды комплекса палеозойских отложений распространены в зоне структурного элювия мощностью 20-80 м. и многочисленных зонах дробления пород палеозойского фундамента, характеризующихся низкими

фильтрационными свойствами. Водопроводимость их невысокая, в пределах

3-100 м2/сут.

199

Меловой водоносный комплекс объединяет горизонты верхнемеловых отложений сымской (K2-Р1sm) и симоновской (K2smn) свит, а также горизонт верхнее - нижнемеловых отложений покурской (K1-2pk) свиты. Данный комплекс повторяет структурный план фундамента, имеет моноклинальное залегание и по мере погружения фундамента в северо-западном направлении мощность комплекса увеличивается от 0 (правый берег реки Томи) до 320 метров (участок захоронения жидких радиоактивных отходов). Водовмещающими породами сымской и симоновской свит являются каолинизированные пылеватые мелко-среднезернистые пески с низкой водообильностью. На большей площади распространения меловой комплекс изолирован от лежащего над ним палеогенового комплекса региональным эоценовым глинистым водоупором, который на отдельных участках сменяется глинами симоновской свиты. Абсолютные отметки гидроизопьез этого комплекса изменяются от 100 до 80 м. в направлении от ТомьЧулымского водораздела к долине р. Оби. Это подтверждает направление движения потока подземных вод данного комплекса в сторону северной части ОТМ. Скорость потока подземных вод мелового комплекса 3-5 м/год. В этом же направлении отчетливо прослеживается процесс метаморфизации состава вод. Он изменяется от гидрокарбонатнохлоридного, натриевокальциевого до хлоридного натриево-кальциевого, минерализация от 0,6 до 4,58 г/дм3, содержание хлоридов от 120 до 249 мг/дм3.

Комплекс меловых отложений используется Сибирским химическим комбинатом для захоронения жидких радиоактивных отходов (ЖРО). В качестве пластов-коллекторов выбраны два горизонта Cимоновской свиты, представленные глинистыми разнозернистыми песками, один в интервале 280-350 м, второй в интервале 350-400 м. Площадки со скважинами для закачки ЖРО расположены на правом берегу р. Томи (рис. 2). Вниз по потоку подземных вод в 15-17 км от полигона захоронения находятся скважины II и III очередей Томского водозабора, на которых происходит разгрузка подземных вод меловых отложений.

Как уже отмечалось ранее [4] наибольший практический интерес представляют воды палеогеновых отложений. В нижней части палеогенового комплекса залегают наиболее однородные и выдержанные по мощности мелкосреднезернистые пески верхнеэоценовых-нижнеолигоценовых отложений Юрковской и Кусковской свит. В кровле комплекса расположены нижнее-среднеолигоценовые глины Новомихайловской свиты. По мере погружения фундамента общая мощность палеогеновых отложений увеличивается до 165 метров. Коэффициенты фильтрации изменяются от единиц до десятков метров в сутки, водопроводимость увеличивается с юга

200