Лекция №1 Формы залегания осадочных толщ. Структурная геология, как наука
реклама
Лекция №1 Формы залегания осадочных толщ. Структурная геология, как наука Геологические тела и границы 1. Определение структурной геологии как науки. Методы структурной геологии. Теоретическое и практическое значение структурной геологии. Структурная геология изучает элементарные тектонические формы залегания, нарушения залегания пород в земной коре и генезис структурных форм. На этой основе структурная геология разрабатывает методы тектонического анализа. Под термином структура в структурной геологии в широком смысле слова понимается пространственное расположение горных пород и нарушения их залегания, возникшие главным образом в результате тектонических движений. (Структура — латинское слово, означающее строение, расположение, порядок). Структурная геология является составной частью геотектоники — более крупного отдела геологических дисциплин (Слово тектоника происходит от греческого - строю). Геотектоника может быть определена как наука о деформациях земной коры, движениях и закономерностях развития движений, деформирующих земную кору. Изучение формы — морфологический анализ играет огромную роль во всех естественноисторических науках. Невозможно правильно и глубоко вскрыть закономерности природных явлений и процессов и выявить их историю развития без изучения конкретных форм. Структурная геология, рассматривающая формы залегания горных пород и генезис этих форм (деформации горных пород), представляет морфологическое направление в тектонической геологии. В структурной геологии разрабатываются многие методы тектонического анализа (Шатский, 1947), находящие в наше время широкое применение в практической работе геолога. Главные элементарные структуры, которые изучаются в структурной геологии — слоистая, складчатая, трещинная и разрывная структуры Главные элементарные структурные формы —слои, складка, трещины, разрывные нарушения со значительной амплитудой перемещения (сбросы, сдвиги, надвиги, покровы) и др. Они в свою очередь могут быть образованы структурными элементами меньших размеров или являются составными частями значительно более крупных структурных форм Понятие о масштабе (порядке) структуры или структурной формы помогает разобраться во взаимных связях разных структурных элементов земной коры. Залеганием называется пространственное положение в земной коре блоков (тел) горных пород, а также возрастные, литологические и структурные отношения между смежными элементами стратиграфического разреза. Методы структурной геологии. В настоящее время в практике научного познания используется огромное количество разнообразных исследовательских методов и приемов. Каждая из наук, и среди них и основное в человеческом познании окружающей нас природы. Геология, опирается как на общие методы, так и на совокупность конкретных частных методов, отражающих специфику предмета исследования. Из методов, используемых в структурной геологии, конкретизирующих содержание, наибольшее значение имеет сравнительный, сравнительно- исторический и актуалистический. Наиболее ранний из них, широко применявшийся еще в античное время, — сравнительный метод базируется на логических приемах, среди которых основное место занимает сравнение. Сравнительный метод устанавливает сходство и различия предметов и взаимные связи реального мира, что приводит к познанию объективной действительности. Он позволяет выявить индивидуальные особенности объектов и проследить путем сравнения изменения различий во времени. Благодаря сравнению появляется возможность восстановить и реконструировать недостающие звенья в цепи исторически взаимосвязанных предметов и явлений. Сравнение играет большую роль в науке при описании и классификации фактического материала и, особенно в морфологии — науке, изучающей форму и признаки природных тел. На основе сравнительного метода Н.С. Шатский, посвятивший ряд работ строению Русской платформы и сравнению ее с другими древними областями земной коры, установил общие закономерности строения платформы, разработал основы классификации образующих их тектонических структур и выявил связи последних с геосинклинальными системами. Сравнительный метод позволяет успешно изучить многие стороны природных явлений и вести систематизацию фактического материала. Но основная задача геологических наук, заключающаяся в познании возникновения и закономерностей развития земной коры, не может быть решена без исторического подхода. Это обстоятельство привело к разработке сравнительно-исторического метода. В наиболее полной и последовательной форме этот метод был обоснован русским ученымэволюционистом К.Ф. Рулье (1854 г.). Позднее метод с успехом применялся крупнейшими естествоиспытателями: О.В. Ковалевским, В.В. Докучаевым, А.П. Карпинским, А.Д. Архангельским, Н. М. Страховым, Н. С. Шатским и др. Сравнительно-исторический метод полностью основан на принципах диалектического материализма. В соответствии с его положениями все явления в природе должны изучаться в тесной связи и взаимодействии с окружающей средой в историческом развитии (исторический метод), с выяснением их происхождения, последующих изменений и преемственности. Применение этого метода в геотектонике позволяет изучать формы залегания горных пород не как случайные образования, а | как закономерный результат развития определенных процессов, выявить происхождение форм залегания и их взаимные связи. Использование метода позволяет направить в результативное русло всю многогранную работу по изучению земной коры и планеты в целом. Сравнительно-исторический метод с успехом применяется для познания истории формирования современного строения земной коры, что позволяет подойти к выявлению общей направленности в ее развитии. На основе метода создано учение о фациях и палеофациях, производятся палеогеографические реконструкции, составляются тектонические карты и карты полезных ископаемых. Метод позволяет отразить не только все многообразие ,изучаемых геологических объектов, но и привлечь данные других, смежных .с геологией наук. Актуалистический метод был разработан в конце XVIII и первой половине XIX веков в связи с критикой концепций катастрофизма. Наиболее полно метод был обоснован Ч. Лайелем (1830—1833 гг.), использовавшего актуализм и достижения своих предшественников для успешного решения ряда проблем геологии того времени. До работ Ч. Лайеля естествоиспытателями широко применялось учение об униформизме, согласно которому природные явления геологического прошлого были аналогичны современным. Такой подход приводил естествоиспытателей либо к метафизическим, либо к религиозным началам. Ч. Лай-ель развил представления униформистов, указав на огромную длительность геологического времени, создающую постепенные медленные изменения геологического строения земной коры и приводящую к появлению качественно новых преобразований. Применение актуалистического метода должно осуществляться на диалектических началах, согласно которым учитываются направленное развитие нашей планеты и земной коры, а также необратимость многих природных процессов. Такой подход исключает механический перенос современных геологических явлений в прошлое и делает необходимым при использовании актуализма одновременно базироваться и на сравнительноисторическом методе. Актуалистический метод позволяет создать представление о геологических процессах далекого прошлого, что в определенной степени может заменить эксперимент. Так, например, изучая накопление осадков органического происхождения в современных морских бассейнах, мы можем переносить эти условия в прошлое с учетом общей направленности в развитии животного и растительного мира на нашей планете, изменения температуры и состава морских вод, состава атмосферы и т. д. Среди частных методов в геологии особенно большое значение имеют: математический, дистанционный; химический, физические, кибернетические и технические. Математический метод получил широкое распространение только в последнее время в связи с усиливающимися тенденциями формализации и математизации геологии. С его помощью с большой точностью и высокой производительностью может быть исследована количественная сторона природных явлений. Следует иметь в виду, что основа большинства геологических процессов генетическая, определяемая широким диапазоном исходных данных. В связи с этим математические методы в геологических исследованиях должны рассматриваться как вспомогательные, повышающие производительность, точность и объективность результатов. Математический метод позволил внедрить в структурную геологию моделирование природных процессов, направленное прежде всего на выяснение условий деформаций, наблюдаемых в горных породах. Моделирование широко применяется для обоснования и проверки рабочих теорий и гипотез. Метод дистанционного изучения заключается в исследовании свойств нашей планеты с летательных аппаратов, самолетов, спутников и станций, находящихся в атмосфере или космическом пространстве. Основное значение имеет фотографирование земной поверхности, а также изучение магнитных и других свойств горных пород. Значение физического и химического методов, кибернетики и техники в геологии не требует пояснения. Их применение для решения геологических задач привело к созданию новых наук, находящихся на стыке с геологией, например, геофизики и геохимии. Помимо отмеченных выше методов структурная геология опирается на обширные данные других отраслей геологических наук: минералогии, петрографии, исторической геологии, палеонтологии, геоморфологии, литологии и т. д. В свою очередь, структурная геология служит базой, на которую опираются другие разделы геологии: геотектоника, учение о полезных ископаемых и т. д. Для структурной геологии характерно, что главное внимание эта наука уделяет вопросам морфологии и механизму образования элементарных структурных форм, изучая способы деформации горных пород и структурные результаты происшедших деформаций. При анализе генезиса геологических структур используются физические методы изучения деформации пород, рассматриваемые в теории упругости, теории пластичности и теории прочности. Это обстоятельство выделяет структурную геологию среди прочих разделов геотектоники. Изучение морфологии, генезиса и истории развития огромных по своим размерам, сложных геологических сооружений континентов и океанов, а также выяснение происхождения и характера сил, вызывающих тектогенез, составляет предмет собственно геотектоники. Само собой разумеется, что выделение структурной геологии из геотектоники на основании вышеприведенных признаков представляет искусственный прием, имеющий целью привлечь внимание к элементарным структурным формам и механизму их образования и вообще к механизму деформаций земной коры. Структурная геология органически связана с геотектоникой. Глубокое изучение элементарных структур должно всегда производиться на базе геотектонических исследований и представлении, т. е. в тесной связи с изучением морфологии, истории формирования и законов развития структуры земной коры в цепом и больших ее участков. Так же как и собственно геотектоника, структурная геология широко пользуется методом исторического анализа при выяснении закономерностей формирования структур. Органическая связь структурной геологии с геотектоникой видна во многих местах этой книги, и читатель не раз будет иметь возможность убедиться, что важнейшие вопросы структурной геологии разрешаются с общетеоретических позиций геотектоники. Знание условий залегания осадочных, изверженных и метаморфических пород в земной коре открывает возможность методически правильно подойти к выявлению и прогнозам размещения заключенных в них полезных ископаемых. В настоящее время хорошо известна приуроченность отдельных видов полезных ископаемых к определенным типам структур. Например, залежи нефти и газа большей частью располагаются в сводах антиклинальных складок, а промышленные запасы подземных вод, напротив, сосредоточиваются в центральных частях синклиналей. Общеизвестна приуроченность месторождений многих цветных и редких металлов к раздробленным зонам и разрывам в горных породах. Учет зависимости размещения полезных ископаемых от формы залегания, состава и других особенностей строения заключающих их горных пород позволяет обоснованно и с большим эффектом направлять поисковые и разведочные работы и, что особенно важно, вести поиски месторождений, расположенных на глубине и не обнажающихся на поверхности (слепых). Успешное выявление месторождений полезных ископаемых и дальнейшее расширение минерально-сырьевой базы нашей страны в значительной степени зависят от геологической изученности и в первую очередь от геологической заснятости территории. На основе геологической съемки и геологического изучения определяются возможность обнаружения в том или ином районе тех или иных полезных ископаемых, характер их распределения, направление поисковых и поисково-разведочных работ. При сводке геологического материала по Русской (Восточно-Европейской) платформе И.М. Губкин в 1932 г. высказал мнение о возможной нефтеносности ее восточной части — Волго-Уральской области. Дальнейшие исследования геологов блестяще подтвердили эти прогнозы. П.И. Степанов теоретически обосновал, а позднейшими работами было доказано предположение о продолжении месторождений угля Донецкого бассейна на запад, в пределы западной части Украины. С.С. Смирнов на основании анализа геологических карт, истории геологического развития и данных по металлогении в 1936 г. дал блестящий прогноз о широком развитии редкометального оруденения на крайнем Северо-Востоке нашей страны. На основании анализа благоприятных признаков геологи открыли месторождения алмазов в Якутии, выявили залежи нефти и газа в ЗападноСибирской низменности. 2. Геологические тела и границы Недрами называется все, что находится внутри Земли, включая ее поверхность. В том же значении употребляется понятие «геологическое пространство». Признак недр это любое геометрическое, физическое, химическое геологическое свойство земных недр, которое может быть определено и выражено числом или описано качественно в любой точке. Признаки недр могут быть естественными, видимыми (цвет, состав) или умозрительными (происхождение, возраст). Например, признаком недр может быть толщина (мощность) слоя, абсолютная отметка или глубина залегания геологической граничной поверхности, процент или кларк какоголибо элемента, наличие или отсутствие какого-либо минерала, плотность пород, электрическое сопротивление, радиоактивность и т.д. Признаки недр можно задавать не только числами, но и понятиями (например, песчаник, область размыва, юрская система, газовая залежь и т.д.). Признаки недр выделяются в соответствии с задачами конкретного геологического исследования и зависят от особенностей изучаемой территории. В любом объеме земных недр можно выделить некоторую его часть, обладающую сходными значениями выбранного, признака, за пределами которого признаки будут иными. Например, можно выделить слой битуминозного алевролита Выше и ниже его по разрезу точно такие же на первый взгляд слои алевролита не будут битуминозными. Геологическое тело - это часть недр, внутри которой остаются постоянными те признаки недр, по которым определены границы этого тела, отделяющие его от окружающего пространства. В одном и том же объеме горных пород, основываясь на различных признаках, можно выделить различные геологические тела. Например, на одной и той же территории литолог выделит геологические тела, отличающиеся по составу. Стратиграф, палеонтолог отметит различные по возрасту слои пород, нефтяник закартирует нефте- и газонасыщенные или не содержащие нефти и газа слои, и так далее. Понятие геологического тела тесно связано с понятием «геологическая граница». Геологической границей называется поверхность, вдоль которой остается неизменным тот признак недр, по которому выделялось данное геологическое тело и при переходе через которую этот признак меняется. В одном и том же объеме горных пород могут быть проведены различные геологические границы, выделяющие различные геологические тела. Наиболее часто в структурной геологии изучаются геологические тела, выделенные по составу (породные тела или горные породы) или возрасту (биостратиграфические или хроностратиграфические тела). Если горные породы не изменяли свою форму с момента образования, то их залегание называется ненарушенным. В противном случае говорят о нарушенном залегании горных пород. Если нарушение произошло под действием тектонических сил, оно называется тектоническим. Геологу-нефтянику обычно приходится изучать формы залегания слоистых толщ. Иногда нарушения в них возникают во время осадконакопления, при погружении бассейна седиментации. Слоя, образовавшиеся в нем в это время, образуют синклинальные или антиклинальные складки с увеличенными или уменьшенными мощностями в ядрах. Такие структурные формы называются конседиментационными. Структурные формы, образовавшиеся после осадконакопления, называются постседиментационными.
