Учебно-методическое пособие по курсу «Геология Республики Татарстан»

Необходимость познания глубинного строения фундамента, состава и структуры залегания палеозойских образований осадочного чехла привела к широкому использованию разнообразных геофизических методов. Важная роль здесь принадлежит сейсморазведочным работам и геофизическим исследованиям скважин. Например, последние включают 25 методов с большим числом их модификаций и позволяют проводить корреляцию толщ, определять характер их пористости, водо-, нефтенасыщение и другие характеристики. Помимо геофизических исследований в скважинах нашли широкое применение самые разнообразные методы полевой геофизики: аэромагнитная съемка и аэроэлектроразведка, гравиметрическая съемка, вертикальные электрические зондирования, зондирования становлением электромагнитного поля, радиометрическая и гамма-спектрометрическая съемки и др.

1. 
   Охарактеризуйте этапы геологической изученности территории РТ.
   
2. 
   Перечислите основные результаты геологического изучения территории РТ.
   

Граница Мохоровичича (граница М, граница Мохо), отделяющая земную кору от верхней мантии, на территории РТ располагается на глубинах 35,0-43,5 км (от подошвы осадочного чехла). Наибольшее погружение (до - 40,0-43,5 км) подошвы коры характерно для Южно-Татарского свода, а приподнятое залегание (- 35,0-38,0 км) - для Северо-Татарского свода, Мелекесской впадины и Казанско-Кировского прогиба. К последним приурочено сокращение мощности консолидированной коры до 34,0-36,0 км. На Южно-Татарском своде мощность земной коры увеличивается до 40,0-41,5 км. Таким образом, крупные структуры находят отражение в рельефе поверхности верхней мантии.

Тектоническое районирование фундамента основывается на выделении элементов, различающихся по структурно-вещественным характеристикам. По отложениям осадочного чехла Татарскому мегаблоку фундамента соответствует Татарское сводовое поднятие, состоящее из отдельных куполов, именуемых Северо-Татарским и Южно-Татарским сводами (приложение 4). Эти структурные элементы окружают Казанско-Кировская, Верхнекамская и Мелекесская впадины, соответствующие по поверхности кристаллического фундамента Казанско-Кировскому (Кажимскому), Камско-Бельскому авлакогенам и Мелекесской впадине. На Северо-Татарском и Южно-Татарском сводах фундамент располагается на глубине 1,5-1,65 км, погружается до 1,75-1,95 км в Мелекесской впадине и Казанско-Кировском прогибе (приложение 5) и до 4,5-6,5 км в Камско-Бельском и Серноводско-Абдуллинском авлакогенах.

Тектонические элементы различаются степенью и характером переработки гранулитового субстрата, структурными соотношениями слагающих их пород, интенсивностью процессов гранитообразования. Среди них выделены следующие подразделения: а) гранулит-зеленокаменная область; б) складчатая зона; в) амфиболито-гнейсовая зона; г) мигматитовые поля и гранитоидные массивы. Участки развития гранулитового субстрата являются фрагментами ядра, не претерпевшие существенных наложенных преобразований и обособленных в виде гранулито-гнейсовых блоков. Мегаблоки, входящие в Волго-Уральский сегмент, характеризуются мозаичным типом геофизических полей, в которых прослеживается концентрическая зональность, отражающая пространственные соотношения гранулитового и амфиболитового метаморфических комплексов. Линейные зоны, разделяющие мегаблоки, имеют протяженность до нескольких тысяч километров при ширине, не превышающей первые сотни километров. Отдельно выделен Туймазинский анортозитовый массив, отличающихся спецификой слагающих его пород.

Разломы фундамента делятся на три основные группы (по конфигурации и глубине заложения): глубинные швы и расколы первого порядка; крупные, региональные глубокие расколы второго порядка; мелкие приповерхностные блокоразделяющие расколы третьего порядка. Разломы первого порядка представляют собой крупнейшие тектонические швы, рассекающие кору, глубоко проникающие в мантию и сопровождающиеся интрузиями основных пород. Разломы второго порядка являются мантийно-коровыми, часто сопровождаются внедрениями магматических пород основного ряда и коровыми интрузиями и отделяют глыбы фундамента с однотипным строением коры. Разломы третьего порядка преимущественно коровые, определяют блоковое строение коры.

По направлению в фундаменте уверенно выделяются субмеридиональные разломы, с которыми связаны приразломные процессы узколокального характера: сильный бластокатаклаз, метасоматические преобразования пород, тела пегматоидных гранитоидов. Здесь часто отмечаются проявления высокой тектонической активности и зоны повышенной проницаемости (высокая трещиноватость, вторичные изменения пород, интрузии диабазов). Менее отчетливо выделяются субширотные разломы. Некоторые из них трассируются по геологическим и гравимагнитным данным на значительном протяжении. Наименее отчетливо в структуре фундамента проявлены нарушения северо-восточного простирания. Нарушения прослеживаются только в пределах Елабужской складчатой зоны при протяженности более 80 км.

Структурные элементы осадочного чехла. Платформенный чехол представлен комплексом геологических формаций в возрастном диапазоне от нижнего рифея до плиоцена включительно. С отдельными крупными тектоническими формами палеозойского чехла связаны нефтегазоносные области Волго-Уральской провинции. Для основных тектонических элементов территории РТ (приложение 4) характерны следующие особенности.

Татарский свод, включающий Северо-Татарский и Южно-Татарский своды, является крупнейшей структурной формой Восточно-Европейской платформы, проявляющейся в строении кристаллического фундамента неоднородной морфологически выраженной грядой вытянутой в субмеридиональном направлении более чем на 600 км при ширине 150-200 км. Отметки поверхности фундамента изменяются от -1500 до -2000 - –4000 м, повышаясь в юго-восточном направлении. Северо-Татарский и Южно-Татарский своды имеют ряд общих и отличительных черт строения. Общими чертами являются: отсутствие рифей-вендских образований; приподнятое положение кристаллического фундамента; унаследованность структурных планов. Отличиями являются: малая мощность девонских терригенных отложений на Северо-Татарском своде по сравнению с Южно-Татарским; расчлененность Северо-Татарского свода на блоки субмеридионального и северо-восточного направлений, тогда как Южно-Татарский свод представляет собой комбинацию субмеридионально ориентированных блоков кристаллического фундамента. Степень концентрации углеводородов в осадочном чехле Южно-Татарского свода значительно превышает нефтегазоносный потенциал Северо-Татарского свода. В структуре терригенного девона Южно-Татарского свода выделяется крупный Ромашкинский купол, к которому приурочено уникальное Ромашкинское нефтяное месторождение.

Токмовский свод (восточный склон) расположен на западе территории РТ. Характеризуется значительной тектонической раздробленностью. Отмечаются пологие изометричные поднятия. В пределах Токмовского свода вблизи его границы с Казанско-Кировским прогибом расположена своеобразная Карлинская структура. Особенностью последней является наложение на линейную деформационную зону структуры центрального типа. Положение структуры центрального типа обусловлено ее приуроченностью к области пересечения глубинных разломов субширотного и северо-восточного простирания. Структура центрального типа включает два парагенетически связанных комплекса — тектоногенный и седиментогенный. Тектоногенный комплекс представлен тектонитами — дезинтегрированными карбонатными породами в возрастном диапазоне от среднего карбона до поздней перми. Форма залегания тектонитов — штокообразные тела диаметром 0,5–2,5 км. Седиментогенный комплекс Карлинской структуры представлен отложениями раннеплиоценового возраста мощностью до 250 м, выполняющими кольцевую впадину диаметром около 5 км.

Казанско-Кировский прогиб расположен восточнее Токмовского свода и представлен своей южной оконечностью. Плотность разрывных нарушений незначительна, что объясняется; вероятно, относительно слабой контрастностью тектонических движений.

Мелекесская впадина расположена на юге территории РТ. Строение впадины неоднородно, что отражается и в характере ее связей со структурами кристаллического фундамента. Заложение границ впадины определяется разновозрастными и различно ориентированными структурами фундамента. Северный борт Мелекесской впадины причленяется к Прикамскому разлому, трассируемому здесь системой северо-восточных надвигов, восточный и западный борта связаны в своем формировании с системой северо-западных и субмеридиональных сдвигов, а южный борт — с системой северо-восточных сдвигов.

Деформационные структуры. Разрывные и складчатые нарушения в осадочном чехле территории РТ фиксировались многими исследователями. Однако до настоящего времени не достигнуто полного понимания механизмов формирования деформационных структур и их роли в геологическом развитии территории. Относительно изученными нарушениями являются разрывы, входящие в систему Прикамского разлома. Он представляет собой зону шириной до 30 км, длиной около 500 км. В ее пределах выявлен ряд разрывных нарушений, сопровождающихся пологими асимметричными складками волочения. Хорошо изучены вязкие чешуйчато-надвиговые дислокации, приуроченные к Карлинской и Тетюшской зонам, которые, с учетом их степени изученности и обнаженности, могут служить тектонотипом для данной группы разрывных нарушений.

Разрывные нарушения связаны с долгоживущими региональными разломами фундамента, с элементами глобальной сети трещиноватости, с кольцевыми и дуговыми разломами. Они представляют собой трещины отрыва, сбросы, реже взбросы, с отчетливо устанавливаемым смещением слоев по поверхности сместителя. Наблюдаемые амплитуды смещения по элементарным разрывам достигают нескольких десятков метров. Поверхности сместителей обычно представляют собой зеркала скольжения. Разрывы сопровождаются изгибами слоев, указывающими на сбросовый либо взбросовый характер перемещения. Основная роль хрупких разрывов заключается в том, что они формируют зоны повышенной проницаемости в осадочном чехле, способствуют перемещению в вертикальном и горизонтальном направлении жидких и газообразных флюидов, а также распространению поверхностных и глубинных ореолов загрязнений. Хрупкие разрывы зачастую контролируют участки вторичного изменения пород (загипсованность, карбонатизация, окремнение и др.).

Структурные элементы территории РТ по характеру их взаимоотношений разделены на ряд разновозрастных систем.

1. Система сдвигов северо-восточного простирания и сопряженных с ними надвигов. Данная система является наиболее древней и, в целом, соответствует Камской системе разрывных нарушений. Отчетливо проявлена в пределах восточного склона Токмовского свода, в центральной и северо-восточной части территории РТ.

2. Система надвигов северо-восточного простирания. Распространена на всей территории, но преимущественно в пределах области развития системы сдвигов северо-восточного простирания.

3. Система северо-западных и субмеридиональных сдвигов, соответствующая Вятской системе. Нарушения данной системы в значительной степени определяют заложение основных впадин и прогибов в пределах территории РТ в фанерозое.

4. Система кольцевых надвигов и сопряженных радиальных сдвигов распространена на юго-востоке территории РТ в пределах Южно-Татарского свода.

В различных районах РТ преимущественно в глинисто-мергельных породах верхней и средней перми, юры и нижнего мела встречаются резко выраженные линейные дисгармоничные антиклинальные складки нагнетания (мелкая складчатость), протягивающиеся на сотни метров или километры, амплитудой в десятки метров (например, Тетюшские складки). О происхождении мелкой складчатости высказаны различные взгляды, которые объединяются в две большие группы. Первая из них прямо или косвенно связывает образование складок с тектоническими движениями как результат выжимания пластичных пород от сводов растущих брахиантиклиналей на их крылья или с предполагаемыми зонами разломов и надвигов земной коры. Вторая группа гипотез в качестве главной причины образования мелкой складчатости рассматривает различные экзогенные процессы (оползание, солифлюкция), учитывая тесную связь простираний мелких складок и речных долин. При этом главной причиной возникновения мелкой складчатости явилась неравномерная статическая нагрузка на пластичные породы, возникшая в условиях расчлененного эрозией рельефа. В результате происходит выжимание глинистых пород из-под водоразделов к речным долинам и их смятие в дисгармонические складки нагнетания.

Древнейшие образования представлены эндербитами и кристаллическими сланцами. Эти породы являлись источником сноса терригенного материала для формирования более поздних осадочных комплексов и субстратом для развития палингенного гранитообразования. В условиях стабилизации геодинамического режима заложились обширные бассейны, в которых накапливались мощные толщи однородных граувакковых, а позднее глинистых осадков. В настоящее время это биотит-гранат-силлиманит-кордиеритовые гнейсы и кристаллические сланцы. Процессы осадконакопления сопровождались излияниями толеитовых базальтов.

Первый тектоно-магматический цикл завершился в начале позднего архея проявлениями гранулитового метаморфизма. Смена режима отчетливо фиксируется по началу палингенного гранитообразования, охватившему все комплексы пород. Эти процессы отвечают наиболее высоким значениям температур метаморфизма гранулитового комплекса. При отсутствии стрессовых напряжений образуются обширные изометричные массивы гранитоидов. Конец первого цикла характеризуется широкомасштабным проявлением режима общего сжатия. Обширные области были охвачены интенсивными стрессовыми напряжениями, вызвавшие пластическое течение пород. Формировалась линейно-складчатая структура архейских комплексов северо-восточного простирания и развивались чешуйчато-надвиговые структуры большой амплитуды. В структурном плане разломы проявляются как пластические сдвиги и надвиги. Наиболее крупной надвиговой структурой является зона Прикамского разлома. На этом этапе практически не образуется новых магматических комплексов.

Второй (позднеархейский) тектоно-магматический цикл начинается с рубежа около 2700 млн. лет. К началу цикла формируются троговые прогибы, в пределах которых проявился вулканизм коматиит-базальтовой или андезито-базальтовой серий. Конец цикла знаменуется метаморфизмом в условиях амфиболитовой фации. Процессы диафтореза и гранитообразования охватили до 50 % территории РТ.

В раннем протерозое выделяется один тектоно-магматический цикл, с началом которого связаны деструктивные процессы с внедрением габброидов. Позднее формируются обширные прогибы, в которых накапливались флишоиды грауваккового состава. Метаморфические процессы носили отчетливо выраженный зональный характер и развивались в условиях амфиболитовой и зеленосланцевой фаций. В данный этап формируются мигматиты, жилы и крупные массивы гранитоидов. Становлением гранитоидов к рубежу 1900 млн. лет практически заканчивается приращение объема континентальной коры в раннем протерозое.

В конце позднеархейского и раннепротерозойского циклов развивается дизъюнктивная тектоника. Приразломные зоны, характеризующиеся повышенными проницаемостью и интенсивностью термально-флюидных потоков, контролировали процессы локального диафтореза, калиевого метасоматоза, кислотного выщелачивания, мелкие интрузии гранитоидов и базитов.

В дальнейшем геодинамическая эволюция протекала в условиях консолидированного основания, подверженного исключительно разрывным дислокациям. Наиболее важной чертой данного периода является переход от линейно-складчатых, чешуйчато-надвиговых и других типов пликативных структур к разломно-блоковым структурам. В наиболее активных зонах закладывались рифтогенные структуры – Серноводско-Абдуллинский, Калтасинский, Казанско-Кировский авлакогены, заполненные рифейскими и вендскими осадочными породами. Прогибание рифтогенных структур сопровождалось проявлениями основного магматизма, благодаря которому сформировались серии субвертикальных или крутопадающих даек габбро-диабазовой формации.

Разрывные нарушения, активные проявления которых отмечены уже с раннего протерозоя, приводили не только к механическому разрушению фундамента, но способствовали изменению вещественного состава слагающих его пород, проникновению магматических расплавов и гидротерм различной температуры. Разломы являлись путями миграции глубинных флюидов. Именно подобные дизъюнктивные нарушения создают обширные зоны трещиноватости, разуплотнения, которые рассматриваются как возможные пути миграции и ловушки для углеводородов.

Начало платформенной стадии развития Волго-Уральской антеклизы приходится на вендский период. Она включает четыре крупных тектонических цикла: завершающий этап байкальского цикла, каледонский, герцинский и альпийский циклы. К началу вендского периода прекратились активные поднятия Волго-Уральского щита и раскалывание его разломами. Ранее в рифейский эон возникли Камско-Бельский, Серноводско-Абдуллинский авлакогены и Кажимский грабен, которые обособили Татарско-Немскую глыбу. Вендские отложения покрыли авлакогены и частично распространились на окружающие выступы. Начался процесс перерастания авлакогенов в широкие плоские синеклизы и формирование Волго-Уральской антеклизы. В течение каледонского цикла антеклиза была охвачена восходящими движениями. Она представляла собой часть материка, где господствовали процессы эрозии и сноса материала. Континентальный режим просуществовал до среднедевонской эпохи. Каледонский цикл отличался активной тектонической жизнью и имел решающее значение в подготовке будущих герцинских структур. Наступление герцинского цикла ознаменовалось обновлением структуры Волго-Уральской антеклизы и повсеместным формированием палеозойского осадочного чехла.

Каждый крупный цикл тектогенеза распадается на отдельные седиментационно-тектонические этапы, соответствующие времени перестройки и образования новых структурных ярусов (этажей). Этапы тектонического развития осадочного чехла территории РТ обусловили формирование 6 структурных ярусов. Из них первый относятся к авлокогеновому, а остальные - к плитному этапу развития платформ.

1. Формирование нижнерифейского структурного яруса связано с развитием рифтовых структур на начальной стадии образования осадочного платформенного чехла в условиях господства растягивающих напряжений.

2. Эйфельско-нижнефранский структурный ярус охватывает отложения терригенного девона. История его формирования завершилась в мендымское время формированием серии крупных и мелких прогибов и сопряженных с ними линейных гряд. Со временем формирования терригенной формации связано развитие Казанско-Кировского прогиба и некоторых локальных субмеридиональных прогибов в пределах Южно-Татарского свода.

3. Верхнедевонско-нижнепермский структурный ярус является основным по значимости в формировании структурного плана. С его формированием связано развитие Мелекесской впадины, погружение южного склона Южно-Татарского свода.

4. Артинско-верхнепермский структурный ярус отделяется от предыдущего поверхностью регионального стратиграфического несогласия. В западной части территории РТ выделяются прибрежно-морская и лагунно-морская терригенно-карбонатная формации, в восточной части - континентальная терригенная формация.

5. Мезозойский структурный ярус охватывает образования, связанные с формированием Ульяновско-Саратовского прогиба и развиты лишь на юго-западе территории РТ.

6. Плиоценовый структурный ярус включает образования, представленные терригенными морскими и континентальными озерно-аллювиальными отложениями.

Линейные формы структуры осадочного чехла (границы сводов и впадин, валы, прогибы, тектонические ступени) связаны с различными элементами фундамента. Сочетание кольцевых и линейных разломов часто наследуется в осадочном чехле. В частности Прикамский разлом древнего заложения, контролирует положение Сарайлинского прогиба, разделяя Северо-Татарский и Южно-Татарский своды. Отдельным фрагментам докембрийских разломов отвечают прогибы Камско-Кинельской системы.

В позднем кайнозое (новейший или неотектонический этап) произошла активизация тектонических движений. Многие тектонические структуры территории РТ приобрели современный облик. Был сформирован существующий в настоящее время рельеф. Появились новые пликативные и дизъюнктивные структурные образования. В новейших тектонических движениях территории РТ, как и всего востока Восточно-Европейской платформы, отчетливо выделяются три ритма: два полных и один неполный, представляющий лишь начало фазы поднятия.

Первый ритм охватывает олигоцен и миоцен. Характеристика данного ритма на территории РТ затруднена отсутствием палеогеновых и ранненеогеновых отложений, а также незначительным распространением юрских и меловых отложений. Можно говорить об общем поднятии площади в олигоцене, вызвавшем повсеместное установление континентального режима. Все созданные или обновленные в олигоцене тектонические структуры получили прямое активное отражение в рельефе того времени. К олигоцену относится образование Карлинских дислокаций. В миоцене произошла стабилизация тектонических движений, следствием которой явилось денудационное выравнивание расчлененного рельефа.

Начало второго ритма приходится на средний плиоцен. Прекратилось врезание долин и началось их выполнение мощной толщей аллювиальных, озерных и морских отложений. Большая мощность плиоцена (до 350 м) обычно рассматривается как следствие общего тектонического опускания территории РТ. Однако другим важным фактором столь мощной аккумуляции является измеряемое сотнями метров повышение уровня Каспийского моря, которое завершилось акчагыльской ингрессией. Относительная тектоническая стабилизация в конце плиоцена и особенно в эоплейстоцене в сочетании с аридизацией климата привела к сильному денудационному выравниванию на абсолютных высотах 180-240 м.

Третий ритм, охватывающий конец эоплейстоцена, неоплейстоцен и голоцен (около 1 млн. лет) представлен лишь началом восходящей фазы.

В новейший тектонический этап происходило развитие пликативных и дизъюнктивных структур самого разного порядка. Развитие большинства структур было унаследовано от предшествующих тектонических этапов. Важнейшим результатом неотектонических движений является создание современного рельефа, представляющего собой сочетание денудационных возвышенностей и аккумулятивных низменностей. Движения земной коры на территории РТ продолжаются и в настоящее время, о чем свидетельствуют данные высокоточных повторных нивелировок земной поверхности и землетрясения.

1. 
   Какие тектонические структуры выделяются в осадочном чехле на территории РТ ?
   
2. 
   Опишите историю тектонического развития территории РТ.
   
3. 
   Разрывная тектоника в фундаменте и осадочном чехле.
   
4. 
   Что понимается под терминам «мелкая дисгармоничная складчатость» ?