Общая, историческая и региоанальная геология

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ляющиеся продуктом кристаллизации кислой магмы, также широко распространены повсеместно на Земле и приурочены к самым разным возрастным интервалам – от самых древних (архейских) до современных. Относительно условий образования гранитной магмы существуют разные представления, что объясняется довольно сильными различиями в составе этих пород. Гранитная магма может быть образована двумя известными способами: 1) в мантии – в результате общего плавления пород; 2) в процессе селективного плавления, анатексиса и палингенеза в гранитном слое земной коры – такую магму длительное время считали метаморфогенной, слагающей переходную зону между областями ультраметаморфизма и магматизма.

В последние годы высказываются многочисленные мнения о первичности андезитовой и ультраосновной (перидотитовой) магмы. Эти мнения имеют под собой достаточно убедительные научные основания. Андезитовая магма в настоящее время в огромных количествах выбрасывается на поверхность планеты из вулканов островных дуг. Некоторые учёные считают эту магму наиболее кислой из всех существующих магм, а также то, что возникает она в процессе селективного плавления в верхней мантии. Существуют и другие гипотезы об условиях образования андезитовой магмы: образующейся в результате переплавления континентальной земной коры и перемешивания вещества разных её слоёв или образующейся в качестве продукта дифференциации базальтовой магмы.

Вообще роль процессов дифференциации первичной магмы зачастую недостаточно оценивается. В разных ситуациях для сложно построенной земной коры при продвижении через неё разных по составу магм дифференциация способна творить чудеса. Тем более что существуют прекрасные примеры постепенных переходов между магматическими породами разного состава.

Заключая разговор о типах первичных магм, хотелось бы отметить, что вполне возможно существование и первичных самостоятельных магм ультраосновного состава. Подтверждением этого являются существующие протяжённые пояса ультраосновных горных пород. Поскольку наиболее распространёнными магмами являются (кислые) и базальтовые (основные), приведём некоторые отличительные черты этих магм:

базальтовая магма

тяжёлая

вязкая

газонасыщенная

количества взвешенных частиц, рассеивающих солнечный свет, она синезелёная или зелёная, а в местах впадения крупных рек – цвет жёлтый или даже коричневый из-за обилия обломочного материала вблизи берегов. Солнечные лучи свободно проникают до глубины 150-500 м и обеспечивают благоприятные условия для жизнедеятельности организмов. До глубины 4000 м располагается полусветовая зона, ниже которой находится зона полной темноты.

Движение морской воды вызывается ветром, притяжением Луны и Солнца, неравномерностью температуры и солёности. Различают разные способы перемещения морской воды: волновой, приливно-отливный и течениями.

Волновые движения воды вызываются ветром, приливами и землетрясениями. Ветровые волны образуются в верхнем слое воды и проникают на глубину до 50-60 м. Высота таких волн достигает 16 м. Приливные и сейсмические волны (цунами) охватывают всю толщу воды и могут образовывать ещё более высокие волны.

Приливы и отливы – регулярные колебания уровня воды в открытых морях и океанах. Чаще они имеют полусуточный режим, т. е. происходят два раза в сутки, примерно через каждые 12 часов. Высота подъёма воды у берегов составляет от 3-6 м до 18 м, а в открытом океане – не более 1 м. В некоторых районах (Охотское море, Японское море) приливы происходят один раз в сутки с подъёмом воды у берега до 6 м.

Течения – горизонтальные перемещения воды под действием разницы температур и солёности вод, а также под действием постоянных и периодических ветров.

Живые организмы населяют океан от поверхности до наибольших глубин. Среди них различаются пелагические, населяющие толщу воды, и донные организмы.

Донные организмы называются бентосом. Эти организмы (растительные и животные) не имеют органов передвижения или они у них слабо развиты. Большинство этих организмов ведёт прикреплённый образ жизни, прирастая ко дну бассейна. К ним относятся: морские лилии, губки, кораллы, мшанки, водоросли и др. Некоторые из бентонных организмов могут перемещаться на небольшие расстояния (гастроподы, морские ежи, морские звёзды).

Пелагические организмы представлены двумя группами – планктоном и активно плавающими – нектоном.

Планктон представлен главным образом мелкими одноклеточными животными: фораминиферами, радиоляриями и т. д., а также растениями: диатомовыми и другими водорослями. Эти организмы переносятся волнами, мор-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

скими течениями, приливами и отливами. Несмотря на микроскопические размеры они играют очень большую роль в образовании органогенных горных пород благодаря своей огромной массе в Мировом океане.

Нектон представлен рыбами и морскими беспозвоночными организмами. Несмотря на большие размеры и значительное количество этот тип организмов играет наименьшую роль в осадконакоплении, т. к. мягкое тело их разлагается, а в ископаемом состоянии сохраняются только зубы акул, чешуя рыб и ушные кости китов.

Моря и океаны осуществляют разрушительную, транспортировочную и аккумулятивную работу.

Разрушительная работа морей называется абразией. Она осуществляется механическим способом под действием ударных волн, обрушивающихся на берег, и ударов обломков горных пород, переносимых морской водой, а также в результате воздействия морской воды, являющейся химически активным веществом, на горные породы дна и берегов. Оба эти способа могут проявляться отдельно или совместно. В отличие от работы реки разрушительная работа морской воды в большей степени осуществляется химическим способом. Степень механического разрушения берегов морем во время сильных волнений значительно возрастает, морская вода становится способной переносить во взвешенном состоянии очень крупные обломки, которые, ударяясь о берег, производят ударно-разрушительную работу механического типа.

Транспортировочная работа. В отличие от рек морские воды переносят не только продукты абразии, но и огромные массы обломочного материала, выносимого в море реками. Перемещение обломочного материала по дну волновыми движениями морской воды осуществляется только в зоне шельфа. В пределах остальной части дна перемещаются лишь частицы, находящиеся во взвешенном состоянии. Постоянные морские течения переносят крупный обломочный материал на довольно большие расстояния. Приливные перемещения воды приводят к закономерному размещению этого материала по площади бассейна. Они формируют горизонтальную зональность: более грубые обломки располагаются ближе к береговой линии, более тонкозернистые – во внутренних частях морского бассейна. При этом происходит дифференциация обломочного материала по размерам обломков и удельному весу минералов. Многократное перемещение обломков приводит к исключительно чёткому распределению обломков по размерам, т. е. к образованию хорошей сортировки морских обломочных отложений. В процессе транспортировки обломочного материала приливноотливными движениями происходит также стирание острых краёв при трении

полем Земли и тектоническими движениями. Благодаря тепловому полю в нижней части земной коры или верхней части мантии Земли происходит расплавление горных пород и превращение их в магму. Тектонические движения образуют пути для продвижения магмы из земных недр к поверхности или её излиянию на поверхность. Магма остывает и кристаллизуется на разных глубинах в недрах Земли или на её поверхности. В связи с этим различают по глубинности абиссальный, гипабиссальный, субвулканический и вулканический (поверхностный) вулканизм.

Исходным материалом магматизма является магма. Магма – это расплавленная масса преимущественно силикатного состава, высокотемпературный природный расплав, обогащенный растворёнными в ней перегретыми газообразными веществами. В составе магмы преобладают кислород, кремний, алюминий, железо, магний, калий, натрий. Магма может содержать значительное количество паров воды, окислов углерода, водород, сероводород, хлор, бром и другие газы.

Излившаяся на поверхность планеты магма образует потоки и покровы разных размеров, а застывшая в недрах (в зависимости от размеров и формы полостей, а также состава магмы) образует разнообразные по форме и размерам тела, о которых речь пойдёт несколько ниже.

Долгое время считалось, что первичными магмами могут быть только две: гранитная (кислая) и базальтовая (основная). При этом ещё до 1929 г. Боуэн отстаивал мнение о существовании лишь базальтовой магмы, из которой в процессе раскристаллизации образуются все остальные её разновидности. Русский петрограф Ф. Ю. Левинсон-Лессинг [20] был твёрдо уверен, что существуют, по крайней мере, две первичные самостоятельные магмы – базальтовая и гранитная.

Сейчас можно с большой уверенностью говорить, что обе магмы существуют совершенно самостоятельно. Существование магмы базальтового состава имеет подтверждение следующими фактами: базальты – продукты остывания этой магмы, распространены по всей планете повсеместно, независимо от типа земной коры – на континентальной, океанической и переходной; базальты известны на всех возрастных уровнях – от древнейших до современных – и при этом их состав довольно постоянен. Кроме того, современные исследования доказали существование базальтовых пород на Луне и других планетах Солнечной системы. Следовательно, базальтовая магма распространена в пределах Солнечной системы во всей доступной исследованиям геологической истории.

Аналогичные доводы существуют и в пользу существования первичной самостоятельной гранитной (кислой) магмы. Породы гранитного состава, яв-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава 3. ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В этой части учебника рассматриваются проблемы, связанные с внутрипланетными процессами, приводящими к образованию двух весьма важных типов горных пород: магматических и метаморфических, а также с процессами, приводящими к изменению первичных условий залегания горных пород под действием внутренней энергии, в разнонаправленных движениях блоков земной коры.

Третья глава учебника содержит три основных раздела:

1.Магматизм и магматические горные породы.

2.Метаморфизм и метаморфические горные породы.

3.Тектонические процессы и структуры.

3.1 МАГМАТИЗМ

Магматизм наряду с метаморфизмом и тектоникой является эндогенным геологическим процессом, происходящим в недрах Земли и связанным с проявлением внутренней энергии планеты, прежде всего с её тепловым полем, которое было охарактеризовано выше.

Рассмотрим основные особенности этого сложного и мощного геологического процесса, являющегося одним из проявлений развития Земли.

История геологического развития Земли может быть представлена как постоянное противостояние, борьба экзогенных и эндогенных геологических процессов или продуктов их деятельности. Эндогенные геологические процессы приводят к образованию горных сооружений, которые разрушаются деятельностью экзогенных геологических процессов: выветривания, рек, ледников и прочих. Однако за всю продолжительную историю планета не стала плоской в результате того, что выравненные участки из-за проявления новых эндогенных процессов всё снова и снова воздымались в виде горных сооружений, вулканических построек, поднятых блоков земной коры и давали непрерывную работу новым экзогенным геологическим процессам.

3.1.1 Общие понятия о магматизме

Магматизм является эндогенным геологическим процессом, связанным с выплавлением магмы в глубоких недрах Земли, её продвижением к поверхности, остыванием и превращением в магматические горные породы. Весь процесс магматизма связан с двумя главными действующими силами: тепловым

их друг о друга, о дно и берег, т. е. интенсивное окатывание обломков, благодаря чему морские обломочные горные породы характеризуются высокой степенью окатанности обломков, что является одной из основных черт этих отложений. Аккумулятивная работа в разных частях морского бассейна происходит по-разному. Материал в море приносят реки, ветер, плавающие льды, морская вода. Осаждаются остатки живых организмов из морской воды, осаждаются продукты наземного и подводного вулканизма, а также атмосферная и космическая пыль.

Главными факторами, определяющими тип морских отложений, являются рельеф и глубина морского дна, удалённость береговой линии и климат. В зависимости от этих факторов в Мировом океане выделяют следующие четыре зоны осадконакопления:

1 – литоральную – в зоне действия приливов и отливов; 2 – сублиторальную – в зоне остальной зоны шельфа до глубины 150-200 м; 3 – батиальную – в зоне материкового склона;

4 – абиссальную – в зоне ложа Мирового океана и океанических впадин. Осадки первых двух зон называются неритовыми, в их составе выделяют

терригенные осадки, образующиеся вблизи берега за счёт его разрушения и приноса обломочного материала реками; органогенные осадки, образованные в результате отмирания бентоса, живущего в этой зоне, и планктона; хемогенные осадки, образованные в результате растворения пород берега и невозможности переноса растворённых в морской воде веществ на большие расстояния, а также в результате выпадения нерастворимых осадков из пересыщенных растворов и на геохимических барьерах.

Осадки глубоководных зон называются пелагическими. Состоят они из терригенных тонкозернистых осадков, осаждающихся из атмосферной и космической пыли, вулканического пепла и тонких частиц, приносимых морской водой во взвешенном состоянии, из органических остатков, образовавшихся при осаждении планктона: известковистых илов, состоящих из остатков фораминифер, радиолярий, глобигерин, диатомовых водорослей. Первые образуются до глубины 4500 м, глубже они растворяются; диатомовые кремнистые водоросли распространены до глубины 1-6 км в полярных областях; радиоляриевые кремнистые накапливаются на глубинах до 8000 м. На глубинах более 6-8 км накапливаются красные океанические илы, состоящие из ушных костей китов, зубов акул, вулканического материала и космической пыли.

В прибрежной части моря образуются осадки, которые являются наиболее благоприятным вместилищем горючих жидких и газообразных полезных

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ископаемых: нефти, конденсата, газа. Это высокопористые обломочные горные породы, преимущественно песчаники и карбонатные породы, среди которых выделяются весьма перспективные на нефть и газ рифовые образования. Рифы представляют собой органогенную постройку, растущую со дна морей и приближающуюся к поверхности моря (океана). Образуются они на глубине 5-50 м на каменистом дне при нормальной (средней) солёности воды.

Обрывистые берега являются участками накопления грубообломочного материала, плоские берега – участками накопления органогенного и хемогенного материала.

Своеобразными частями морских бассейнов являются лагуны – заливы моря, отделённые от открытой части моря подводными препятствиями – барьерами, препятствующими свободному обмену водой между лагуной и морем. В зависимости от количества впадающих в лагуну рек они могут быть опреснёнными (при большом поступлении пресных вод из рек) или засолонёнными (при малом поступлении в лагуну речных пресных вод). Каждый из названных типов лагуны отличается своеобразием формирующихся в них осадков – фаций.

2.2.3 Озера и болота

Геологическая работа озёр и болот очень близка по своей сути к работе морей, но отличается масштабами и некоторыми принципиальными чертами. Крупные озёра производят почти неотличимую от морей геологическую деятельность, особенно солёные озёра. Отличие заключается в меньших размерах этих замкнутых водных бассейнов и, соответственно, в меньшей интенсивности их работы. Сказывается также отсутствие в озёрах, как и в закрытых морях, приливов и отливов. Источниками питания озёр являются атмосфера (её осадки), реки и подземные воды. По сравнению с морями резко повышена роль подземных вод как источников питания озёр.

Разрушительная работа озёр называется озёрной абразией. Она проявляется значительно слабее, чем в морях. При транспортировке ослаблена роль сглаживания острых краёв обломков и сортировки обломочного материала, а также роль органогенного осадконакопления. Обломочные отложения озёр представлены галькой, гравием, песками, алевритами, глинами, илами. Органогенный материал состоит из скоплений раковин и органических илов. В бессточных озёрах образуются хемогенные осадки, в том числе разные по составу соли и железные руды. Озёра, если в них впадает много полноводных рек, приносящих обломочный материал, быстро заносятся этим материалом, зарастают и могут превращаться в болота.

Засолонённая лагуна при плохом водообмене с морским бассейном не имеет вовсе или не имеет значительного количества впадающих в неё рек. В связи с этим происходит интенсивное испарение воды из лагуны и её постоянное засолонение. Фации таких лагун представлены преимущественно хемогенными осадками: известняками, доломитами, солями, гипсами и ангидритами, а также другими осадками. В их составе весьма незначительна роль обломочного материала и органических остатков, вплоть до полного их отсутствия.

К лагунным фациям в качестве промежуточных (переходных) между морскими и речными относят также фации дельт и эстуариев. По своим особенностям они ближе прибрежно-морским фациям с присущими им преобладанием обломочного материала, бедностью органическими остатками. Отличаются они и формами залегания осадков, часто образующих разнонаправленные косослоистые серии и слойки.

Значение изучения фаций осадочных горных пород заключается в возможности анализа физико-географических условий их образования по характерным особенностям состава и строения, на чём основан метод фациального анализа. Результатом фациального анализа может быть восстановление древней береговой линии, типа бассейна осадконакопления, его глубины, солёности воды, освещённости, климатических особенностей, характера рельефа на суше или в водных бассейнах и т. д. Детальность фациального расчленения осадков диктуется решаемыми исследователем конкретными задачами и возможностями, вызывающими эту детальность.

В результате фациальных исследований (фациального анализа) составляются фациальные, литолого-фациальные или палеофациальные карты на любой интересующий исследователя отрезок геологического времени, например, на начало или конец франского, на начало или конец раннекаменноугольного времени и т. д. При изучении бокситов Южного Тимана большой практический интерес представляют литолого-палеофациальные карты на разные уровни визейского времени. На этих картах показываются все особенности фациальных обстановок, состав образованных к этому времени осадков, линии одинаковых мощностей этих осадков – изопахиты, направления сноса обломочного материала, направления течений, расположение береговой линии моря и другие сведения, необходимые в каждом конкретном случае. Фациальные карты разного содержания чрезвычайно важны при планировании и проведении поисковых работ на разные полезные ископаемые (на нефть и газ, бокситы, россыпи и т. д.).

Наука, занимающаяся изучением фаций осадочных горных пород, назы-

вается учением о фациях.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

мов и их участие в накапливаемом осадке. Учитываются также условия освещённости, близость области сноса обломочного материала, тепловой и солевой режимы и связанная с ними возможность хемогенного осадконакопления.

Среди морских фаций выделяют две главные группы: неритовые – мелководные и пелагические – глубоководные. Эти группы подразделяются более дробно. Так, например, среди неритовых можно выделить прибрежные фации, формирующиеся на глубинах до 20 м (обломочные, часто грубообломочные фации), и шельфовые фации или мелководные, сформированные на глубинах от 20 до 200-500 м, в которых резко возрастает роль органогенного материала и хемогенных осадков. Более дробное подразделение шельфовых фаций может производиться по месту их формирования в зависимости от глубины или микроформ подводного рельефа, а также по литологическому составу (галечная, гравийная, псаммитовая, алевритовая, пелитовая). Дальнейшая классификация каждой из названных фаций шельфа может носить и более тонкий гранулометрический характер. Например, среди псаммитовой фации можно выделить: грубопсаммитовую, крупнопсаммитовую, среднепсаммитовую, мелкопсаммитовую и тонкопсаммитовую. Каждая из этих фаций будет характеризовать более конкретные физико-географические условия или обстановки.

Пелагические фации разделяют на батиальные и абиссальные, которые также имеют более дробные подразделения на конкретные фации или микрофации, определяемые особенностями окраски, химического или минерального состава, включённых в них органических остатков и т. д.

Лагунные фации отличаются значительным своеобразием состава и условий формирования. Лагуна представляет собой мелководный естественный водоём, отделённый от открытого морского бассейна полосой береговых валов или другими препятствиями, затрудняющими водообмен между лагуной и морем. Лагунами иногда называют водоёмы, образованные внутри кольцевых коралловых островов – атоллов. Такие лагуны имеют соответственно округлую форму в плане. По солёности различают лагуны двух типов: опреснённые и засолонённые. Соответственно и фацииэтихлагунназываютопреснённымиизасолонёнными.

Опреснённая лагуна при затруднённом водообмене с морским бассейном имеет большое количество впадающих в неё рек, которые постоянно приносят пресную воду и огромное количество обломочного материала. Фации таких лагун характеризуются преобладанием обломочного материала, большим количеством и разнообразием органических остатков морского и континентального типов. Дробное подразделение фаций опреснённых лагун производится аналогично морским фациям с выделением конкретных разновидностей по глубинности, приуроченности к формам рельефа и литологическому составу.

Болота представляют собой участки поверхности Земли с избыточным увлажнением почвы и развитием своеобразной болотной растительности с образованием торфов, который со временем превращается в бурый уголь. В результате метаморфизма, под действием высоких температур и давлений без доступа воздуха торф и бурый уголь превращаются в каменный уголь.

Кроме торфов в болотах накапливается тонкий обломочный материал, приносимый ветром и реками.

2.2.4 Подземные воды

Являясь составной частью гидросферы, подземные воды производят, в отличие от поверхностных вод, очень своеобразную геологическую работу. Они располагаются в промежутках между составными частями горных пород, заполняя поры, трещины и другие пустоты, в связи с чем не обладают свободной энергией и не имеют в большинстве случаев открытой свободной поверхности. Подземные воды просачиваются по порам, трещинам и пустотам горных пород и только на отдельных участках могут свободно перемещаться, например, в подземных пещерах, перенося некоторую часть обломочного материала. Изучением подземных вод занимается специальная наука, которая называется

гидрогеологией.

Подземные воды являются важным источником питьевого и технического водоснабжения. Часто они содержат в растворённом состоянии различные соли, химические элементы и в этом случае называются минеральными (Ессентуки, Нарзан, Нафтуся, Ухтинская). Существуют также термальные воды, нагретые в земной коре до разных температур. Такие воды используются в качестве источников тепла для обогревания производственных и жилых помещений, теплиц и других сооружений.

Воды могут находиться в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. Твёрдая вода представляет собой лёд. В парообразном состоянии находятся водяные пары, заполняющие поры, трещины и другие пустоты в горных породах. Жидкая вода может находиться в горных породах и минералах в разных видах:

1)гигроскопическая вода сплошной плёнкой или в виде мелких капелек покрывает стенки разных пустот в горных породах. Она не может перемещаться под действием силы тяжести, а выделяется из породы нагреванием до температуры более 100˚С, в результате чего переходит в парообразное состояние и уходит по пустотам и трещинам;

2)плёночная вода образует сплошную плёнку толщиной в несколько молекул на поверхности зёрен и перемещается от участков с большей толщиной

плёнки к участкам с меньшей толщиной плёнки вплоть до выравнивания толщины слоя воды;

3)капиллярная вода заполняет трещины и пустоты в горных породах и удерживается в них благодаря силам поверхностного натяжения. Особенность этого типа вод состоит в том, что их перемещение происходит в любом направлении и не зависит от силы тяжести;

4)гравитационная вода передвигается по пустотам и трещинам горных пород под действием собственной силы тяжести. В отличие от других типов вод, гравитационная образует зеркало или уровень.

Всоставе минералов различают следующие типы воды:

1)конституционная, которая входит в состав кристаллической решётки минералов в виде разобщенных ионов Н и ОН. Выделить её возможно в результате гидролиза – полного химического разложения минералов;

2)кристаллизационная, которая, в отличие от конституционной, освобождается в результате простого нагревания минералов. Происходит дегидратация, приводящая также к разрушению минерала и превращению его в новый, безводный минерал. Например, нагревание гипса приводит к превращению его

вангидрит;

3)гидратная вода, которая располагается в свободном пространстве кристаллической решётки минерала, её выделение приводит не к разрушению минерала, а только к изменению некоторых физических свойств, не нарушая его структуры.

Образуются подземные воды в разных условиях разными способами. Различают четыре главных способа и соответственно четыре главных их типа:

1. Вадозные или инфильтрационные воды образуются в результате дли-

тельного просачивания атмосферных осадков, а также речных или озёрных вод сквозь толщу проницаемых горных пород и их накопления на водоупорных горизонтах.

2. Конденсационные воды распространены в пустынях и полупустынях. Источником воды для них является водяной пар атмосферы, который конденсируется на поверхности Земли в результате суточных колебаний температуры, затем просачивается уже жидкая вода до водоупорного горизонта, образуя небольшие залежи. Примерами могут служить оазисы в пустынях.

3. Реликтовые или остаточные воды являются результатом захороне-

ния поверхностных вод накапливающимися в них обломочными осадками. Чаще всего это бывают занесённые эоловыми отложениями озёра, болота или старицы рек.

формированию совершенно определённого комплекса горных пород (осадков), отличающегося от сформированных при других физико-географических обстановках. Краткое определение фации можно выразить таким образом: фация – это обстановка осадконакопления, овеществлённая в осадке или горной породе [13].

Среди существующих фаций осадочных горных пород выделяют три главные группы фаций: континентальные, образованные на континентах; морские, образованные в морских и океанических условиях; лагунные, образованные в лагунных условиях.

Континентальные фации включают горные породы, образованные на поверхности суши: в озёрах, долинах рек, районах действия ледников и т. д. Общей их особенностью является бедность органическими остатками или их полное отсутствие, резкая изменчивость литологического состава. Как и осадочные горные породы, континентальные фации могут быть представлены обломочными, хемогенными или органогенными (например, болотные отложения, обогащённые или сложенные растительными остатками) отложениями.

Континентальная группа фаций подразделяется на целый ряд типов, характеризующих конкретные условия их образования. В этом смысле можно говорить об элювиальных, делювиальных, речных, озёрных, болотных, морских, моренных, флювиогляциальных, выветривания и других фациях.

Каждый из перечисленных типов фаций может быть подразделён на ещё более мелкие разновидности. Так, среди речных фаций выделяются русловые, пойменные, старичные и другие. В свою очередь, среди этих разновидностей можно выделить микрофации пристрежневой части русла с характерным для неё наиболее грубозернистым материалом; микрофации прирусловой отмели с более мелкозернистым и отсортированным материалом, часто характеризующимся косой слоистостью диагонального типа; другие микрофации (косовая и т. д.). Конечным и самым конкретным типом фаций является микрофация, выделенная по литологическому составу горных пород, их текстурноструктурным признакам и органическим остаткам. Аналогично производится дробная классификация и других типов континентальных фаций.

Морские фации связаны с геологической деятельностью морских или океанических бассейнов, где образуются наиболее чёткие и яркие особенности осадка, несущего в себе черты морских обстановок осадконакопления. Это позволяет использовать как бы «законсервированную» или зашифрованную в самих горных породах (или осадках) информацию об условиях их образования.

Типы морских фаций выделяются по принципу глубинности их образования, ибо этот фактор определяет в значительной мере условия жизни организ-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Палеонтологический метод даёт надёжные результаты в распознавании поверхностей несогласия, вернее, перерывов в осадконакоплении по комплексам органических остатков. Анализ органических остатков в верхней и нижней толщах (слоях) позволяет с полной уверенностью говорить об отсутствии како- го-либо горизонта пород, возраст которых определяется по этим остаткам. При параллельном несогласии под верхним комплексом пород залегают всегда одновозрастные, более древние горные породы, а при угловом несогласии под ним залегает толща разновозрастных горных пород, смятых в складки или образующих моноклинальную структуру.

2.3.3 Понятие о фациях и их типах

Фация в переводе с латинского (Facies) обозначает лицо, облик, вид. Понятие о фациях применяется в разных разделах геологии: выделяют

фации метаморфизма, фации осадочных горных пород и т. д. Мы рассмотрим в этой части учебника вопрос о фациях осадочных горных пород, понятие о которых было впервые введено швейцарским учёным-геологом А. Гресли (1838-1841 гг.). По его определению, фация – это различные петрографические виды любых отложений и связанные с ними изменения фауны.

Э. Ог в 1914 г. рассматривал фации как совокупность литологических и палеонтологических особенностей слоя в конкретном месте.

Развивая основные положения учения о фациях, большой вклад в их изучение внёс русский учёный – геолог, академик А. А. Борисяк, давший детальную характеристику морским, континентальным и лагунным фациям (1925 г.). В дальнейшем изучением и классификацией фаций осадков и осадочных горных пород занимались Ю. А. Жемчужников (1943 г.), В. И. Марченко (1962 г. др.), Д. В. Наливкин(1955 г.), Л. Б. Рухин[38] и многие другие.

Последовательно понятие фации кроме литологического и палеонтологического содержания было дополнено и географическим содержанием (образовавшиеся на определённом участке земной поверхности), а также и условиями образования (или физико-географической средой). В применении к горным породам фация обозначает особенности литологического состава какого-либо стратиграфического подразделения вместе с включёнными в него органическими остатками, характеризуя, таким образом, особенности условий его образования.

Понятие фация можно определить, во-первых, как комплекс горных пород (или осадков), возникших при определённых физико-географических условиях (рельефе, химическом режиме, климате, динамике среды, органическом мире); во-вторых, фацию можно понимать также как определённую физикогеографическую обстановку, которая приводила ранее и приводит теперь к

4.Ювенильные или девственные воды являются продуктом остывающей в земных недрах магмы, выделяющей большое количество водяных паров, которые по мере продвижения к поверхности остывают и конденсируются в трещинах и пустотах горных пород.

5.Смешанные воды образуются в результате смешивания подземных вод разного происхождения. Например, при смешивании в пластах горных пород вадозных и конденсационных вод образуются смешанные вадозно-конден- сационные воды, при смешивании вадозных и реликтовых образуются вадознореликтовые и т. д.

Залегают подземные воды на разных уровнях от поверхности Земли и по этому признаку различают почвенные воды, верховодку и грунтовые воды.

Почвенные воды заполняют пустоты в почвах, залегают непосредственно на поверхности Земли или вблизи неё, подвергаясь воздействию климатических особенностей. Верховодка залегает несколько глубже, но также близко от поверхности, в зоне аэрации (зоне свободного проникновения воздуха), питается она за счёт атмосферных осадков. Грунтовые воды залегают ниже зоны аэрации, заполняя поры, трещины и пустоты в горных породах. Пласты или слои горных пород, насыщенные водой, называются водоносными горизонтами. Если водоносный горизонт располагается между двумя водоупорными горизонтами, такие воды называют межпластовыми, а трещинные воды заполняют трещины в трещиноватых породах.

В зависимости от температуры подземных вод среди них выделяют: Обычные воды – с температурой, соответствующей среднегодовой тем-

пературе воздуха области; такие воды называют ещё изотермическими. Горячие воды имеют температуру, превышающую среднегодовую темпе-

ратуру воздуха, часто она бывает выше 20˚С; такие воды называют термальными. Холодные воды с температурой ниже среднегодовой температуры в этом

районе называются также гипотермическими.

По химическому составу среди вод выделяют четыре типа:

1.Пресные воды – с содержанием растворённых солей менее 1 г/л.

2.Солоноватые воды содержат от 1 до 10 г/л растворённых солей.

3.Солёные воды – с содержанием растворённых солей от 10 до 50 г/л.

4.Рассолы или рапа – с содержанием более 50 г/л растворённых солей. На нефтяных и газовых месторождениях нефть и газ залегают совместно

сподземными водами. При этом самое высокое положение в едином разрезе занимает газ. Ниже газа располагается нефть, а вода занимает самое низкое положение. Соответственно пласты называются газонасыщенными, нефтенасы-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

щенными или водонасыщенными (или газоносными, нефтеносными и водоносными). В связи со способностью к естественной сепарации газ и нефть скапливаются в ловушках – структурных и неструктурных. Структурные представляют собой выгнутые изгибы слоёв, т. е. положительные структуры; неструктурные связаны с трещиноватыми и кавернозными карбонатными породами рифогенной формации. Выделяется пять типов подземных вод на нефтяных и газовых месторождениях:

1.Нижняя краевая или контурная вода, которая залегает в пониженных частях пласта, подпирая вышерасположенную нефтегазовую залежь.

2.Подошвенная вода залегает в нижней, подошвенной части нефтегазового пласта в пределах всей структуры.

3.Промежуточная вода приурочена к водоносным пластам, находящимся между двумя или несколькими нефтегазовыми пластами.

4.Верхняя вода образует самостоятельный пласт, залегающий выше нефтегазового пласта.

5.Нижняя вода также образует самостоятельный пласт, залегающий ниже нефтегазового пласта.

Наличие или отсутствие газов и жидкостей в горных породах зависит не только от самого факта их присутствия в данном районе, но и от некоторых особенностей внутреннего строения горных пород. Для того, чтобы порода вмещала жидкость или газ, ей необходимо обладать определёнными ёмкостными свойствами, т. е. чтобы в ней было место для жидкости или газа. Кроме того, она должна ещё и пропускать через себя жидкость или газ, т. е. чтобы она обладала и фильтрационными свойствами. Эти две особенности внутреннего строения горных пород называются коллекторскими свойствами. К ним относятся пористость и проницаемость горных пород.

Пористость горных пород выражает способность пород впитывать, вмещать в себя жидкости или газы. Она определяется отношением объема всех пор в породе к общему объему породы, выраженному в процентах:

P= Vпор ×100%.

Vпороды

Пористость бывает первичная (диагенетическая), когда поры образуются в процессе диагенеза, и вторичной, если она образуется в уже сформированной горной породе в результате выветривания, выщелачивания, тектонических движений и проч.

Рис. 22. Локальное угловое несогласие внутри толщи метаморфических пород, Южный Урал (фото автора)

Литологический метод заключается в том, что после перерыва осадконакопление возобновляется в результате очередной трансгрессии моря, т. е. постепенного или более быстрого затопления суши и последовательного углубления морского бассейна. Как уже отмечалось при рассмотрении геологической деятельности моря, трансгрессивный цикл осадконакопления начинается с отложения более грубозернистого материала (гальки, гравия, крупнозернистого песка), а затем, по мере развития трансгрессии, эти осадки сменяются всё более и более мелкозернистыми. Следовательно, нижнюю (базальную) часть вновь образованных после перерыва осадков должны слагать грубозернистые осадки. Часто они представлены базальными конгломератами или гравелитами, особенно в случае длительного перерыва и формирования углового несогласия.

При параллельном несогласии грубозернистая часть нового комплекса (послеперерывного) бывает выражена менее ясно. Но во многих случаях на поверхности несогласия, разделяющей два несогласно залегающих относительно друг друга комплекса горных пород, бывают довольно хорошо выражены некоторые следы перерыва: следы приливно-отливных движений воды, следы капель дождя, ходы ползающих животных и проч.

При угловом несогласии часто легко распознаётся такая особенность залегания между несогласными комплексами горных пород, как горизонтальное залегание верхней толщи на дислоцированных слоях нижележащей толщи.

Иногда в естественных обнажениях можно установить угловое несогласие по резкому различию в углах падения слоёв нижнего и верхнего комплексов горных пород.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Обычно перерывы, приводящие к формированию параллельного несогласия, непродолжительны по времени или формирование пород обоих слоёв происходит в тектонически спокойном районе. За время перерыва (их называют континентальными) нижележащий слой не успевает изменить своих условий залегания.

Угловое несогласие (рис. 21, 22) называют также структурным. Оно формируется в течение длительного периода перерыва, за время которого нижний комплекс горных пород успевает испытать сильное воздействие эндогенных и экзогенных геологических процессов: породы этого комплекса успевают смяться в складки, разорваться тектоническим нарушениями, образовать горные сооружения, принять в свой состав магматические комплексы и, наконец, разрушиться до образования относительно ровной поверхности. Таким образом, после нового наступления периода осадконакопления осадки будут накапливаться на неровной, часто размытой поверхности и формироваться из продуктов активного разрушительного процесса.

Рис. 21. Типы угловых несогласий (в разрезе): вверху – при моноклинальном залегании пород нижнего комплекса,

внизу – при складчатом

Различают согласное и несогласное залегание пластов горных пород на основе применения специальных методов исследования. Наиболее эффективны в этом отношении и наиболее часто применяемы литологический и палеонтологический методыопределениянесогласногозалеганияслоёвосадочныхгорных пород.

Открытую пористость представляет объём только тех пор, которые связаны друг с другом, сообщаются между собой. Коэффициент открытой пористости определяется отношением суммарного объема открытых пор к общему объему горной породы. Эффективная пористость определяет поры, из которых можно извлечь нефть или газ при разработке месторождения. Она представляет собой отношение объёма пор, через которые возможно движение жидкостей или газов при определённыхтемпературахидавлениях кобщему объёмугорнойпороды.

Пористость обломочных пород находится в зависимости от формы обломков и степени сортировки обломочного материала. Обломки, составляющие горную породу, по форме могут быть окатанными, полуокатанными или угловатыми (неокатанными). Если обломки окатаны, то при одинаковом размере обломков пористость будет максимальной, независимо от размера обломков. Но так как в природе при любой степени сортировки зёрна всё-таки различаются по размерам, то в крупнозернистых горных породах пористость будет ниже, чем в мелкозернистых. Угловатые обломки имеют в горной породе более плотную упаковку, в связи с чем пористость у них ниже, чем у окатанных.

Более чётко пористость связана со степенью сортировки обломочного материала. Чем выше степень сортировки обломков в горной породе, тем выше пористость, так как при разных по размерам обломках более мелкие из них могут заполнять пространство между крупными, уменьшая ёмкость горной породы, т. е. её пористость.

Проницаемость характеризует способность горной породы пропускать через себя жидкости или газы. За единицу проницаемости принят дарси – проницаемость пористой породы, при которой через поперечное сечение образца площадью 1 см2 и длиной 1 см при перепаде давления 0,1 Мпа за 1 сек проходит 1 см3 жидкости. Проницаемость может быть выражена скоростью, с которой флюиды – жидкости и газы – проходят сквозь породу в направлении гидравлического градиента. Проницаемость является главной характеристикой горных пород при оценке и добыче нефти и газа.

Проницаемость горных пород определяется не только объемом пустого пространства в породе, но и формой, размерами пор и трещин, а также характером их соединения между собой. Чем крупнее поры и чем лучше они соединены между собой, тем выше проницаемость горной породы. Пористость и проницаемость находятся в очень сложной зависимости. Хорошо отсортированные пески имеют пористость 15-20%, а проницаемость их очень высока; у глин пористость достигает 50-60%, а проницаемость близка к нулю. Проницаемость нефтеносных песчаников изменяетсяот0,05 до3 дарси, трещиноватыхизвестняков– от0,005 до0,02 Д.