МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ ГЕОЛОГИИ

1.1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Любые геологические работы вносят тот или иной вклад в изучение региональной геологии. Но главным методом изучения региональной геологии являются геологосъёмочные работы, предусматривающие последовательное и всестороннее изучение территорий. Эти работы проводятся в разных масштабах и, как правило, в рамках листов международной разграфки. Наиболее результативной для познания региональной геологии является геологическая съёмка масштаба 1:200 000. В настоящее время это самый мелкомасштабный вид геологосъёмочных работ. Она, с одной стороны, охватывает при своем проведении значительные площади, с другой – достаточно детально изучает территорию для дальнейших обобщений.

Одним из главных методов изучения региональной геологии является также геологическое картографирование, которое проводится путем обобщения всех геологических материалов по территориям. Это позволяет создавать мелкомасштабные карты геологического содержания и рассматривать более крупные геологические структуры, выявляя закономерности их строения и развития, определять минерагеническую характеристику. Таким путем создаются карты и описания геологического строения отдельных регионов, областей, стран, материков и всего Земного шара, что является главным при изучении региональной геологии. Таким методом создавались карты разного масштаба. Наиболее важной для успешного освоения предлагаемого курса является геологическая карта СССР масштаба 1:2 500 000.

Большое значение для изучения глубинного строения территорий является бурение с извлечением керна, которое способствует получению трёхмерного отображения геологического строения. Чем глубже скважины, тем больше материала будет получено для трёхмерных геологических построений. Большое значение имеет бурение и для поисков залегающих на глубине месторождений полезных ископаемых, роль которых во времени возрастает.

Дистанционные методы предусматривают изучение геологического строения поверхности Земли, поднявшись над ней на определённое расстояние. Чем выше поднимается исследователь, тем более крупные элементы геологии территорий он может выявить. Эти методы делятся на аэровизуальный, аэрофотографический, космографический. Любой из этих методов требует заверки наземными работами.

Геофизические методы изучают геофизические поля, которые определяются физическими свойствами геологических образований, как выходящих на поверхность, так и залегающих на глубине. Но для уверенной геологической интерпретации геофизических данных обязательно требуется заверка их геологическими работами, так как во многих случаях возможна конвергенция геофизических признаков. В зависимости от изучаемых параметров геологических объектов геофизические методы делятся на радиометрические, магнитометрические, гравиметрические и сейсмометрические. Первые три метода используются как в наземном, так и воздушном варианте. Для региональной геологии большее значение имеют воздушные методы, так как они позволяют в относительно короткое время получить данные о геофизических полях значительных территорий. По полученным данным строятся карты геофизических полей, которые дают представление о разнообразии геологических образований территорий. После определения геологической природы геофизических полей, данные геофизических методов используются для построения геологических карт и разрезов.

Определение возраста пород – одно из главных условий достоверности геологических построений. Поэтому определение возраста пород очень важно для региональной геологии. В возрастном отношении геологические подразделения привязываются к международной хронологической шкале. Возраст пород может быть абсолютный, выраженный в годах, и относительный, когда устанавливается возрастная последовательность их образования. Все они делятся на геологические, палеонтологические, изотопные, палеомагнитные. Наиболее достоверными считаются близкие значения возраста, полученные разными методами.

Большое значение для корреляции и расчленения петрохимически сходных магматических образований имеет определение их геохимической специализации, обычно свойственных определённым этапам развития структурно-формационных зон.

В основу метаморфического метода положены признаки регионального метаморфизма, которые проявляются одновременно на значительной территории. При этом надо учитывать возможную зональность метаморфизма и повторяемость условий метаморфизма. При этом метаморфические процессы часто сопровождаются определёнными типами метасоматических процессов.

Структурный метод основан на однотипности структурных форм в пределах структурно-формационных зон, сформировавшихся в определённые стадии тектоно-магматических циклов подвижных областей. Для начальных стадий тектоно-магматических циклов характерны грабены и другие отрицательные структуры, в заключительные стадии формируются горные сооружения с межгорными и предгорными прогибами и линейные складчатые формы, возникшие в результате стрессовых напряжений. Характерные структуры свойственны промежуточному (тафрогенному) этапу формирования платформ. Это авлакогены и перикратонные прогибы. В платформенный период развития формируются конседиментационные структуры. В определённых условиях возникают гранито-гнейсовае купола, распространённые на значительных площадях.

Палеоклиматический метод учитывает то, что климатические условия часто определяют характер осадков, распространённых на значительных территориях. Например, красноцветные отложения накапливаются в аридном, угленосные в гумидном, а ледниковые в нивальном климате.

Для палеогеографического метода важно учитывать географические условия осадконакопления, которые охватывают большие площади. При этом выявляют границы разных географических зон: горных сооружений, аллювиальных равнин, мелководных бассейнов и т. д. Для каждых географических условий характерны свои типы осадков. Например, соли и сульфаты отлагаются в лагунных условиях, органогенные карбонатные осадки в шельфовых зонах, грубообломочные – в горных условиях и т. д.

Следует отметить, что для отдельных периодов докембрия характерны определённые типы геологических формаций, структурных форм, условий метаморфизма, не повторяющиеся в дальнейшем (см. далее). Это способствует определению возраста геологических образований. Например, масштабный ультраосновной вулканизм характерен только для архея, граниты рапакиви – для завершающей стадии формирования фундамента первых платформ, зелёнокаменные пояса – для позднего архея и т. д. Для определения относительного возраста геологических образования имеет значение первое их появление в истории Земли. Например, красноцветные и ледниковые отложения известны лишь с середины карелия, офиолиты и эвапориты - с рифея, щелочные магматические образования - с конца карелия. Региональный метаморфизм гранулитовой фации характерен для раннего архея.

Палеонтологический метод. В процессе эволюции органического мира отдельные органические формы существовали разные отрезки времени. Находя в ископаемом состоянии признаки вымерших органических форм известного возраста, устанавливается время накопления содержащих их осадков. Чем меньше временной интервал существования тех или иных видов, тем точнее определяется возраст отложений. Для различных отрезков истории Земли выявлены так называемые руководящие формы органических остатков. Находки их позволяют привязать отложения к соответствующим отрезкам международной хронологической шкалы.

Палеонтологический метод даёт хорошие результаты определения возраста осадочных пород фанерозоя. Но для докембрия его возможности ограничены. И чем дальше вглубь истории Земли, тем меньшее его значение. Имеются скелетные руководящие формы для венда. В рифейских отложениях находят формы микрофоссилий и фитолитов, которые также используются для определения возраста осадков. Но надёжность их часто подвергается сомнению. Для раннего докембрия палеонтологический метод определения возраста не используется.

Рубидий-стронциевый метод позволяет получить изначальное отношение радиоактивного и устойчивого изотопов материнского элемента. Это отношение показывает, какой генезис имеет определяемая порода: мантийный при значении отношения  0, 705 или коровые при значении отношения >0,705.

В природе породы часто подвергаются метасоматическим изменениям. Рубидий является геохимически родственным калию, а стронций – кальцию. При привносе или выносе калия и (или) кальция происходит изменение первичных содержаний рубидия и стронция. Если проявились эти процессы, то значения возраста, полученные рубидий-стронциевым методом, будут неверными.

Свинцовые методы основаны на образовании устойчивых изотопов свинца при распаде изотопов урана и тория. ²³⁸U распадается с образованием ²⁰⁶Pb, ²³⁵U - ²⁰⁷Pb, ²³²Th - ²⁰⁸Pb. Результаты считаются надёжными, если все три соотношения показывают близкий возраст. Если же эти данные не совпадают, то строится график конкордии-дискордии. Конкордия – это дугообразная линия соответствующая теоретическому изменению соотношений материнских и дочерних изотопов, а дискордия – усреднённая прямая линия, полученная по результатам анализов. Считается, что верхнее пересечение конкордии и дискордии показывает время образования породы, а нижнее – время наложенного процесса, изменившего первоначальные соотношения изотопов.

Для определения возраста пород свинцовыми методами используются минералы с высокими содержаниями урана и тория. Эти минералы содержатся в породах кислого и среднего составов. Чаще всего используется широко распространённый минерал циркон, но могут быть использованы апатит, моноцит, ксенотим и др.

Циркон является тугоплавким минералом. При палингенезе в новообразованных магматических образованиях могут сохраниться реликты древнего циркона. При застывании магмы они будут обрастать новообразованным цирконом. Определение возраста по таким кристаллам будут неверными.

Самарий-неодимовый метод использует соотношения материнского изотопа ¹⁴⁷Sm и дочернего - ¹⁴³Nd. Этот метод используется для определения возраста магматических пород основного и ультраосновного составов, где содержания редкоземельных элементов достаточно высокие. Оба элемента относятся к группе редкоземельных и потому обладают сходными геохимическими свойствами. Поэтому считается, что при наложенных процессах их соотношения изменяется незначительно. Здесь также используется метод определения изотопов по минералам одной пробы.

Палеомагнитный метод основан на действительном или мнимом перемещении магнитных полюсов. При образовании пород: застывании магмы, накоплении осадка, магнитные минералы (в первую очередь магнетит) ориентируются строго по магнитным силовым линиям. В дальнейшем направленное расположение магнитных минералов на древние полюса в породах сохраняются. Лишь при нагревании их выше точки Кюри происходит перемагничивание минералов. Для магнетита - главного магнитного минерала она близка 580 С.

Для определения направления на древний полюс из геологического тела отбирается серия ориентированных образцов. В дальнейшем их исследуют на соответствующих приборах. Зная траекторию перемещения полюсов для геоблоков, по сохранившимся в породах направлениям магнитных силовых линий определяют время образования породы. Ввиду того, что геоблоки перемещаются относительно друг друга, для каждого из них необходимо определить траекторию перемещения полюсов и с ней сопоставлять полученные результаты.

1. Методы прямого изучения геологического строения

2. Методы опосредствованного изучения геологического строения

3. Методы определения возраста пород

Современное состояние изученности региональной геологии обусловлено всем комплексом работ геологического содержания, которые проводились до настоящего времени. Начало её изучения приходится на те времена, когда человек начал пользоваться в своей деятельности каменным материалом. По мере развития человечества потребность в полезных ископаемых, как в видовом, так и в количественном отношении возрастала, что определяло потребности в изучении геологического строения территорий.

Вначале геологическое изучение территорий проводилось только в районах выявленных полезных ископаемых. Затем с целью поисков новых месторождений полезных ископаемых планомерно стали изучать всю территорию страны. Главным методом изучения геологического строения территорий стала геологическая съёмка. В районах известных месторождений проводились геологосъёмочные работы масштаба 1:200 000 и 1:50 000, на их основе создавались карты масштаба 1:1 000 000. В неосвоенных регионах проводились геологосъёмочные работы масштаба 1: 1 000 000. К 90-м годам вся территория бывшего СССР была покрыта геологической съёмкой масштаба 1: 1 000 000.

С начала 50-х годов 20 века геологические карты масштаба 1:1 000 000 и объяснительные записки к ним начали издаваться. Но, в связи с бурно развивающимися геологическими работами более крупного масштаба, они быстро устаревали. Тогда стали издаваться карты этого масштаба нового поколения. К 90-м годам было издано 80 % листов международной разграфки территории СССР, из них на новое поколение приходится 65 % листов.

В 1954 году было принято решения покрыть всю территорию страны полистной геологической съёмкой масштаба 1:200 000 с последующим изданием геологических карт и объяснительных записок к ним. К 90-м годам этим видом работ было покрыто 90 % территории СССР. Остались не заснятыми территории труднодоступные и покрытые чехлом рыхлых отложений. К этому времени были изданы геологические карты с объяснительными записками 70 % листов масштаба 1:200 000 международной разграфки. Они издавались с грифом «секретно» и потому доступ к ним был затруднён.

В связи с развитием теоретической геологии, проведением большого объёма крупномасштабных работ и научных исследований большинство изданных карт масштаба 1:200 000 не отвечает современным требованиям. В 90-е годы начались работы по программе ГДП-200 с целью создания кондиционных геологических карт нового поколения многоцелевого назначения. В результате работ по этой программе были подготовлены к изданию значительное количество карт разных регионов России, но затем эти работы были прекращены и подготовленные карты до сих пор не изданы.

В горно-рудных районах в советское время интенсивно проводились крупномасштабные геологосъёмочные работы. Геологической съёмкой масштаба 1:50 000 к 90-м годам было покрыто 35 % территории СССР. Кое-где были проведены работы ГДП-50, значительно уточнившие геологические карты. Вначале 90-х годов все крупномасштабные геологосъёмочные работы были стремительно прекращены, собранные материалы остались необработанными.

На основе проведённых работ созданы карты геологического содержания почти всей регионов СССР в масштабах 1:500 000, 1:1 000 000, 1:1 500 000. В 1982 году создан новый вариант геологической карты всего СССР в масштабе 1:2 500 000, на которой отображены последние достижения в изучении региональной геологии. Имеются монографические описания геологического строения почти всех регионов СССР. Вначале 80-х годов начато издание 10-ти томного описания геологического строения и закономерностей размещения полезных ископаемых всей территории СССР. К настоящему времени остались неизданными тома, где рассматриваются Уральский, Западно-Сибирский, Крымско-Кавказский, Казахстано-Среднеазиатский регионы. В многочисленных статьях и монографиях рассматриваются частные вопросы геологии регионов.

Широкое применение в геологической практике получили дистанционные методы. К настоящему времени вся территория бывшего СССР покрыта аэрофотографированием разного масштаба от 1: 64 000 до 1: 15 000. Их дешифрирование широко используется при геологических работах. Проведено космографирование всей территории в разных спектрах длин волн в масштабах от 1:200 000 и мельче, что даёт большой материал для выявления мелкомасштабных структур. Для определения совремённой тектонической активности со спутников проведена тепловая съёмка территории бывшего СССР.

На территории СССР в значительных объёмах были проведены разнообразные геофизические работы. В масштабе 1:200 000 аэромагнитной съёмкой покрыто 96 %, аэрогаммаспектрометрической – 5 %, гравиметрической – 75 % площади СССР. В масштабе 1:50 000 комплексной аэромагнитогаммаспетрометрической съёмкой покрыто 15 %, гравиметрической – 11 % площади СССР.

К началу 90-х годов покрыто гидрогеологической съёмкой в масштабе 1:1 000 000 44,5 % и в масштабе 1:200 000 30,5 %, инженерно-геологической съёмкой в масштабе 1: 1 000 000 34,5 % и в масштабе 1:200 000 12,3 % территории СССР.

В 80-е годы начато систематическое изучение глубинного строения СССР для создания единого каркаса и определения перспектив глубоко залегающих месторождений полезных ископаемых. Для этого была запланирована серия глубоких и сверхглубоких скважин, которые должны соединяться опорными профилями комплексных геофизических работ. Пробурена Кольская сверхглубокая скважина, начато бурение скважин в Куринской впадине, в Уральской складчатой области, на Западно-Сибирской и Тимано-Печорской платформах, в Прикаспийской синеклизе, в Днепрово-Донецком авлакогене. В советское время пройдено лишь три геофизических профиля: Кольский полуостров – горы Алтая, Семипалатинск – Тикси и Ямал – Кяхта. В настоящее время на территории России продолжается бурение глубоких и сверхглубоких скважин.

Во время существования СССР его территория представляла единый промышленно-экономический организм. Добываемые полезные ископаемые в республиках использовались предприятиями всего Советского Союза. В связи с распадом СССР ряд месторождений полезных ископаемых оказался за пределами России. В результате возник острый дефицит ряда полезных ископаемых: марганца, хрома, титана, циркония, барита, каолинита, бентонита, урана, флюорита. В недостатке оказались высококачественные угли, стронций, ниобий, тантал, редкие земли иттриевой группы.

Острый дефицит отдельных видов сырья оказался обусловленным следующими причинами.

1. Отсутствием крупных месторождений (Mn, Ba, бентонит, каолин, фосфорит).

2. Неосвоенностью подготовленной сырьевой базы (Ti, Pb, Zr).

3. Слабой геологической и поисковой изученностью территории страны при достаточно высоком прогнозируемом потенциале (U, Cr, W, Sb, Hg, кристаллический графит и др.).

4. Истощением сырьевых баз действующих горнодобывающих предприятий Fe (Карельско-Кольский регион, Урал, юг Западной Сибири), Sn, W (Хабаровский и Приморский края, Еврейская автономная область), Pb, Zn (Приморский край, Северная Осетия), Mo, W (Кабардино-Балкария), бокситов и Cu-колчеданных руд (Северный и Южный Урал), кристаллического графита, хризотил-асбеста (Свердловская область).

5. Нарушением баланса между приростом запасов и добычи полезных ископаемых. Соотношение прироста-добычи в 1999 году составило по нефти - 88,5 %, по газу - 42,9 %, Ni – 32,5 %, Sn – 30,9 %, Cu – 23,9 %, Pb – 20,3 %, Zn – 5,1 %, W – 2,2 %.

6. Низким уровнем комплексного использования минерального сырья полезных ископаемых, сдерживающих освоение ряда новых крупных месторождений с рядовыми и бедными рудами.

7. Низкой конкурентоспособностью значительного числа разведанных месторождений при оценке по критериям рыночной экономики.

На территории России имеется разведанные месторождения ряда полезных ископаемых, находящихся в дефиците, но расположены они в удалении от промышленных центров и потому для их освоения требуются большие затраты. С другой стороны многие месторождения, где развита инфраструктура, выработались либо остались руды с низкими содержаниями полезных компонентов и потому их добыча экономически невыгодна. В советское время часто отсутствовало комплексное использование месторождений. Поэтому отвалы горнодобывающих предприятий во многих случаях содержат непрофильные для них полезные ископаемые в промышленных концентрациях.