Учебно-методическое пособие по курсу «Геология Республики Татарстан»

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Учебно-методическое пособие по курсу

«Геология Республики Татарстан»

Казань - 2007

Печатается по решению

заседания кафедры региональной геологии и полезных ископаемых

Казанского государственного университета

Протокол № 3 от 19 декабря 2007 г.

Р. Х. Сунгатуллин, Б. В. Буров, Г. М. Сунгатуллина

Учебно–методическое пособие рассчитано на изучение теоретических основ и выполнение практических заданий студентами всех геологических специальностей, изучающих курс «Геология Республики Татарстан».

© Р. Х. Сунгатуллин, Б. В. Буров,

Г. М. Сунгатуллина, 2007

© Казанский государственный

университет, 2007

I. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК 5

Положение и границы 5

Климат 5

Гидрография 6

Экономико-географическая характеристика 8

Современный рельеф 9

Основные этапы развития современного рельефа 10

II. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ 15

III. ТЕКТОНИКА 18

Глубинное строение 18

Кристаллический фундамент 18

Структурные элементы осадочного чехла 20

Деформационные структуры 21

Основные этапы тектонического развития 23

IV. СТРАТИГРАФИЯ 28

Мезозойская эратема 37

Кайнозойская эратема 41

V. ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ 47

VI. ГЕОЭКОЛОГИЯ 51

Экологическое состояние 51

Экзогенные процессы 51

Сейсмичность 55

ЛИТЕРАТУРА 58

ПРИЛОЖЕНИЯ 59

1. 
   Схема орографического районирования 60
   
2. 
   Гипсометрическая карта 61
   
3. 
   Распределение высот современного рельефа 62
   
4. 
   Схема тектонического районирования 63
   
5. 
   Рельеф кристаллического фундамента 64
   
6. 
   Схема сопоставления стратиграфических шкал пермской системы 65
   
7. 
   Карта донеоплейстоценовых отложений 66
   

8. 
   Карта литолого-фациальной зональности казанских отложений 67
   
9. 
   Схема соотношения кайнозойских образований в долинах крупных рек 68
   
10. 
    Стратиграфическая привязка полезных ископаемых 69
    
11. 
    Схема размещения месторождений горючих полезных ископаемых 70
    
12. 
    Месторождения карбонатов 71
    
13. 
    Карта техногенной нагрузки 72
    
14. 
    Геоэкологическая модель 73
    

Композиция курса лекций отвечает общепринятому историко-геологическому стандарту изложения материала, а содержание лекций основано на последних результатах геологического исследования недр Республики Татарстан (РТ), как одного из наиболее изученных с геологических позиций и развитых в экономическом отношении регионов Российской Федерации.

В конце каждого раздела имеются контрольные вопросы по закреплению пройденного материала.

Студенты, завершившие изучение данного курса, должны:

• 
  понимать основные термины осадочной геологии;
  
• 
  обладать теоретическими знаниями о геологическом строении территории РТ;
  
• 
  ориентироваться в современных вопросах стратиграфии, тектоники, геоэкологии РТ;
  
• 
  приобрести навыки самостоятельного анализа опубликованной литературы.
  

Характерными особенностями долины р. Волга являются значительная ширина и резко выраженная асимметрия склонов. Обе главные особенности долины определены длительным смещением русла Волги вправо под действием силы Кориолиса (закон Бэра). Расстояние между коренными склонами долины изменяется от 12-14 км в районе Казани до 90 км близ южной границы РТ. Правый склон долины всюду крут и сложен породами перми, юры и верхнего мела. Левый склон представляет собой систему четвертичных аллювиальных террас, причлененных к неогеновым отложениям древней долины палеоВолги. После создания Куйбышевского водохранилища на морфологию и динамику склонов долины оказывают абразионные процессы. Наиболее древним элементом долины Волги является глубокий погребенный эрозионный врез (палеоВолга), расположенный в ее левобережной части и выполненный отложениями плиоцена. Днище этой палеодолины лежит на отметке минус 100- минус 200 м.

Долина нижнего течения р. Кама в отличие от Волжской долины не имеет такой выдержанной асимметрии склонов, так как смещение ее русла вправо не было повсеместным и значительным. Местами (например, у г. Елабуга) русло реки на крупных излучинах смещалось влево, оставляя плиоценовую палеодолину справа.

Многие долины средних рек (Свияга, Шешма, Большой Черемшан, Степной Зай, Казанка и др.) имеют морфологию и строение, аналогичные Волжской долине, но значительно меньшие размеры. У них формируются крутые правые склоны и комплекс четвертичных аллювиальных террас и плиоценовый врез слева. Но величина смещения русла вправо, поэтому и ширина долин намного меньше, чем у Волги (не более 6-8 км).

Асимметрия склонов долин многочисленных малых рек формировалась в условиях холодного перигляциального климата неоплейстоцена. Она обусловлена неодинаковым прогреванием склонов. Склоны, обращенные на юг и запад, быстро оттаивали и просыхали, благодаря чему сохраняли крутизну. Противоположные менее прогреваемые склоны под воздействием делювиально-солифлюкционных процессов выполаживались до 2-3°. Такая инсоляционная асимметрия склонов не выражена или слабо выражена в малостойких песчано-глинистых породах юры и нижнего мела, что обусловливает здесь формирование пологих склонов. Не выражена асимметрия склонов и в долинах, ориентированных в юго-западном - северо-восточном направлении. При такой экспозиции противоположные склоны прогреваются примерно в равной степени.

Склоны речных долин и водоразделов, уступы речных террас расчленены балками и оврагами, с густотой, соответственно, 0,62 и 0,23 км/км². На всей территории РТ, особенно в Закамье, балочная сеть гуще овражной. Развитию овражной и почвенной эрозии способствовала деятельность человека, выразившаяся в уничтожении лесов и распашке земель. Антропогенная деятельность вызвала и деградацию малых рек с превращением их долин в балки. Так под влиянием антропогенного фактора сток взвешенных наносов малых рек возрос в 5-6 раз.

На территории РТ имеется более 8500 озер, среди которых выделяются старичные (83 %), карстовые (16 %) и суффозионно–карстовые (1 %). Старичные (или пойменные) озера приурочены к долинам крупных и средних рек (Кама, Белая, Ик). Их площадь достигает 0,5-0,9 км². Карстовые озера при относительно небольшой их площади отличаются большими глубинами (20 м и более). Форма их в плане обычно округлая, овальная, берега крутые. Вода в них чистая, холодная, нередко повышена минерализация. К числу крупнейших озер РТ относится система озер Кабан в пределах Казани. На территории РТ насчитывается около 700 болот, развитых в поймах и на низких надпойменных террасах рек и относящихся, в основном, к низинному типу. Наиболее крупное болото Кулегаш площадью более 2700 га находится в Камско-Бельской низине.

На реках создано несколько крупных водохранилищ и сотни мелких прудов. Федеральное многоцелевое значение имеют Куйбышевское и Нижнекамское водохранилища. Куйбышевское водохранилище возникло в 1955-1957 гг. Длина его более 500 км, наибольшая ширина в устье р. Кама 35 км, площадь водного зеркала 6500 км² (среди речных оно занимает второе место в мире), объем воды 58 км³. Водохранилище существенно изменило режим р. Волга: сток в половодье уменьшился, а в межень возрос. Колебания уровней воды у Казани в настоящее время составляют 5-6 м, а при естественном режиме составляли 10-11 м. Нижнекамское водохранилище создано в 1974 г. на р. Кама плотиной у г. Набережные Челны. Оно заполнено на 8 м, хотя по плану подъем воды у плотины должен составлять 15 м.

Топливно-энергетический комплекс является базовой отраслью промышленности. В состав комплекса входит: нефтедобыча, добыча попутного газа, электроэнергетика. Нефтедобыча сосредоточена в основном на юго-востоке и востоке РТ. В 1970-75 гг. она достигала 100 млн. т, а с 1980 г. неуклонно снижается и сейчас составляет около 25 млн. т. Республика Татарстан полностью обеспечена электроэнергией, часть ее передается в соседние республики и регионы. Почти 96 % ее производится на тепловых электростанциях: Заинская, Уруссинская, гг. Казань, Нижнекамск, Набережные Челны. На р. Кама работает первая очередь Нижнекамской гидроэлектростанции. Машиностроительный комплекс представлен приборостроением, производством различного оборудования; транспортным и электротехническим машиностроением. Комплекс отраслей по производству конструкционных материалов и химических продуктов представлен промышленностью строительных материалов, химической и нефтехимической. Промышленность строительных материалов включает производство железобетонных изделий и конструкций, строительного раствора, кирпича, асфальтобетона, мягких кровельных и гидроизоляционных материалов, пористых заполнителей, добычу природного камня и др. Выделяются 3 главных центра: Казанско-Зеленодольский, Нижнекамский и Альметьевский. Химическая и нефтехимическая промышленность являются традиционно ведущими для РТ и развиваются на протяжении более 100 лет. Структура отрасли включает производство минеральных удобрений, кислот, щелочей, реактивов (г. Менделеевск), полиэтилена (г. Казань), синтетического каучука (гг. Казань, Нижнекамск), автомобильных шин (г. Нижнекамск), синтетических моющих средств, мыла, товаров бытовой химии (г. Казань). Агропромышленный комплекс представлен в РТ собственно сельским хозяйством (растениеводство, животноводство) и отраслями по переработке сельскохозяйственной продукции. Пищевая промышленность перерабатывает сельскохозяйственное сырье и представлена мукомольно-крупяной, мясной, молочной и маслосыродельной, хлебопекарной, кондитерской, сахарной с основными центрами в крупных городах.

Основными формами рельефа РТ, созданными взаимодействием эндогенных и экзогенных процессов, являются пластовые денудационные возвышенности и полигенетические низменности. Они связаны с определенными тектоническими структурами и представляют собой самостоятельные морфоструктурные элементы. Самой высокой (381 м) является Бугульминская возвышенность, расположенная в Восточном Закамье и приуроченная к Южно-Татарскому тектоническому своду. Ее большая высота обусловлена тем, что здесь сохранился от денудации самый древний и высокий рельеф, более интенсивными были новейшие тектонические поднятия. Тектоническим ядром Западного Предкамья служит Северо-Татарский свод с высотами рельефа до 213 м. На северо-западе в пределах РТ расположена южная часть Вятского Увала с высотами до 235 м, совпадающая с южной частью Вятского вала. В Восточное Предкамье с севера заходят южные окончания Можгинской и Сарапульской возвышенностей, разделенные долиной р. Иж. Наибольшие высоты достигают здесь 243 м. Предволжье РТ охватывает северо-восточные части палеозойского Токмовского свода и мезозойско-палеогеновой Ульяновско-Саратовской синеклизы. В конце палеогена синеклиза испытала инверсионное поднятие, в связи с чем образовалась Приволжская возвышенность. В пределах РТ ее максимальная высота 276 м. Низменное Западное Закамье совпадает с северной частью Мелекесской тектонической впадины, в строении которой участвуют неогеновые и четвертичные отложения, слагающие аккумулятивные озерно-аллювиальные равнины и террасы.

Характерной общей особенностью всех возвышенностей является денудационное происхождение их поверхностей, срезающих на различных уровнях разнообразные по составу породы пермской, юрской и меловой систем. Денудационные поверхности образуют три разновысотные и разновозрастные ступени рельефа, выраженные во всем Среднем и Нижнем Поволжье. Самая высокая (300-381 м) и древняя поверхность сохранилась только на Бугульминской возвышенности. Она сформирована процессами эрозии и денудации в миоценовую эпоху неогенового периода и является самым древним элементом рельефа РТ. Денудационный уступ высотой 60-80 м отделяет ее от молодой денудационной поверхности с высотами 180-240 м, сформированной в эоплейстоцене и господствующей в рельефе Предкамья и Предволжья. Местами здесь сохранились останцовые холмы и гряды, свидетельствующие о былом широком распространении верхней (миоценовой) поверхности. Края средней поверхности нередко снижены и образуют нижнюю денудационную поверхность высотой 140-160 м неоплейстоценового возраста.

Основные этапы развития современного рельефа. Рельеф РТ сформировался в результате длительного геологического развития в континентальных условиях. Главная роль в формировании рельефа принадлежит тектоническим движениям, климату и колебаниям уровня Каспийского моря. В последние столетия на изменения характера и интенсивности геодинамических процессов оказывает влияние хозяйственная деятельность человека.

В развитие рельефа РТ можно выделить ряд этапов, обусловленных тектоническими, климатическими и антропогенными факторами: 1) мезозой и палеоген; 2) граница палеогена и неогена; 3) миоцен; 4) ранний плиоцен; 5) поздний плиоцен; 6) эоплейстоцен; 7) ранний неоплейстоцен; 8) средний и поздний неоплейстоцен; 9) голоцен; 10) современный.

1. Развитие рельефа в мезозое и палеогене. На севере и востоке РТ континентальные условия установились еще в конце пермского периода. В татарскую эпоху пермского периода и триасовый период территория представляла собой низкую озерно-аллювиальную аридную равнину. В средней юре происходила аккумуляция аллювиальных, дельтовых и прибрежно-морских отложений - продуктов размыва раннемезозойской коры выветривания пенепленизированного Урала. Однако эти отложения сохранились от последующего размыва лишь на юго-западе РТ. Возможно, они были распространены на Южно-Татарском и Северо-Татарском сводах, но еще в ходе формирования миоценовой денудационной поверхности были уничтожены денудацией. Начиная с келловейского века среднеюрской эпохи и по палеоцен включительно, в юго-западную часть территории РТ неоднократно вторгались морские бассейны. Морские отложения мезозоя и палеогена ранее имели более широкое распространение, но все же не выходили за пределы Ульяновско-Саратовской синеклизы. На остальной территории РТ господствовали континентальные условия.

2. Тектоническая активизация на рубеже палеогена и неогена. В конце палеогена - начале неогена на всей территории произошли поднятия, явившиеся отражением основных фаз альпийской складчатости. В дислокациях участвовала вся толща осадочных пород. Были созданы тектонические структуры и адекватные им формы рельефа с амплитудами в десятки и даже сотни метров.

3. Планация рельефа в миоцене. Тектоническая стабилизация в миоцене создала условия для денудационного выравнивания рельефа. В ходе планации была срезана толща пород мощностью в первые сотни метров. Остатки миоценовой денудационной поверхности сохранились на Бугульминском плато и являются самыми древними элементами современного рельефа РТ.

4. Долинное расчленение в раннем плиоцене. В конце миоцена–начале плиоцена в бассейне Волги возросла интенсивность речной эрозии, и сформировались долинные врезы, самые глубокие во всей новейшей истории. Абсолютные отметки подошвы палеоВолги на юге РТ достигают минус 200 м. На водоразделах господствовало верхнее плато, остатки которого лежат на абсолютных высотах 280-340 м. Следовательно, глубина расчленения достигала 400-500 м и в полтора раза превосходила современную глубину расчленения. Сформировались долины многих притоков Волги и Камы. Палеодолины имели крутые склоны, развивавшиеся путем обваливания и оползания. Уклоны рек того времени в несколько раз превосходили уклоны современных рек. Главной причиной глубокого долинного расчленения в этот период явилось значительное понижение уровня Каспийского моря, в связи с чем Волга впадала в него в зоне апшеронского порога на современных отметках не выше минус 600 м.

5. Озерно-морская аккумуляция в позднем плиоцене. В плиоцене в глубоких палеодолинах речная аккумуляция сменилась озерной, а затем морской, связанной с ингрессией акчагыльского бассейна. Морские слои акчагыла, лежащие в долинах Волги и Камы на абсолютных высотах 100-140 м, перекрыты озерными осадками, достигающими высот 160-170 м. Эта толща плиоценовых отложений на юге РТ (суммарной мощностью 300-350 м и более) выполняет палеодолины и покрывает склоны водоразделов. Столь значительная аккумуляция в плиоценовых речных долинах была связана с большим подъемом уровня древнего Каспия. Глубина расчленения рельефа РТ сократилась до 150-200 м и была почти вдвое меньше современной. В позднем плиоцене устанавливается умеренный гумидный климат.

6. Семиаридный морфогенез в эоплейстоцене. В раннем эоплейстоцене произошло врезание речной сети и формирование аллювия, слагающего ныне остатки верхней цокольной террасы. Высота подошвы этого аллювия обычно не превосходит 25-30 м над современным меженным урезом рек. В позднем эоплейстоцене климат стал еще более сухим и в условиях полупустынно-степного ландшафта происходило отступание под действием эрозии уступа верхнего плато и формирование нижнего плато, имеющего на территории РТ преобладающее распространение.

7. Долинообразование в раннем неоплейстоцене. Ранний неоплейстоцен характеризуется двумя фазами врезания речных долин. Первая связана с формированием аллювия нижней цокольной террасы, высота подошвы которого не превосходит 10-12 м над урезом рек. Вторая фаза связана с более глубоким врезом, происходившем в гумидном климате.

8. Смена фаз гумидного долинообразования и перигляциальной криопланации в среднем и позднем неоплейстоцене. В рельефе и строении четвертичных отложений четко отражена неоднократная смена гумидного и перигляциального морфогененза и литогенеза. В гумидном климате межледниковий преобладало химическое выветривание, происходило врезание речных русел, формирование «нормального» аллювия, интенсивные гравитационные процессы на крутых склонах, почвообразование на пологих склонах долин и водоразделах. В перигляциальном климате ледниковий господствовало морозное выветривание с активизацией солифлюкции и плоскостного смыва, что привело к усилению аккумуляции в долинах. Формировался перигляциальный аллювий, перекрывающий всюду «нормальный» аллювий, а в нижних частях склонов образовались делювиально-солифлюкционные шлейфы. Особенно сильной криопланации подверглись склоны долин малых рек, сформировалась инсоляционная асимметрия склонов. Делювиально-солифлюкционной переработке подверглись все без исключения склоны и краевые части водоразделов. В более сухие эпохи ледниковий активизировались эоловые процессы, сформировавшие на песчаных аллювиальных террасах дюнный рельеф.

9. Гумидное рельефообразование в голоцене. С установлением умеренного гумидного климата в начале голоцена произошло врезание речной сети на 3-5 м. На склонах малой и средней крутизны образовался почвенно-растительный покров, свидетельствующий об их стабилизации. На более крутых подмываемых склонах активизировались оползни и обвально-осыпные процессы. Интенсивно развивались химическое выветривание и карст. На крупных реках преобладающее развитие получила левобережная пойма.

10. Современная изменчивость экзодинамических процессов. В последние столетия характер и интенсивность экзодинамических процессов испытали большие изменения, связанные с влиянием двух основных факторов: хозяйственной деятельности человека и изменчивости гидрометеорологических условий. Земледельческое освоение территории РТ, особенно интенсивно протекавшее в последние 400–500 лет, лишило поверхность естественной защиты, увеличило поверхностный сток, усилило почвенную и овражную эрозию, а также дефляцию и поверхностную химическую денудацию. Поступление массы продуктов денудации вызвало заиление рек, озер и прудов. Уменьшение фильтрации талых и дождевых вод привело к дренажу верхних водоносных горизонтов и пересыханию в межень верхних звеньев речной сети. За последние 130 лет на территории РТ утратили постоянный сток сотни малых рек и ручьев. Создание крупных водохранилищ привело к интенсивному развитию абразии и активизации склоновых процессов - обвалов и оползней. Городское и промышленное строительство вызвало усиление процессов механической и химической денудации, увеличение просадочности лессовидных суглинков.

1. 
   Охарактеризуйте природно-географические части РТ.
   
2. 
   Какой максимальный размах высот рельефа территории РТ ?
   
3. 
   Какие средние годовые амплитуды температуры воздуха на территории РТ ?
   
4. 
   Перечислите характерные особенности речных долин.
   
5. 
   Охарактеризуйте этапы развития современного рельефа РТ.
   

Первый этап геологических исследований на территории РТ (середина XIX века - конец тридцатых годов XX века) завершился созданием основополагающих представлений о возрасте, генезисе, фациальной изменчивости приповерхностных отложений пермской системы, а также мезозойских и кайнозойских образований. Существенный вклад в эти исследования внесли работы выдающихся геологов Казанского университета: Н. А. Головкинского, А. А. Штукенберга, П. И. Кротова, А. В. Нечаева, М. Э. Ноинского, А. Ф. Зайцева, В. А. Чердынцева и др.

Второй этап охватывает работы середины XX века, когда в процессе структурных съемок и бурения были определены основные черты геологического строения разреза каменноугольных и девонских образований, сформирована концепция их нефтеносности. Были существенно развиты такие дисциплины геологии как палеонтология, фациальный и структурный анализы, тектоника, а также методика поисков строительных материалов, меди, горючих сланцев, углей и других полезных ископаемых.

Третий этап исследований (конец 60-х годов XX века – начало 90-х годов XX века) характеризуется открытием многих нефтяных месторождений, их разведкой и интенсивной добычей нефти и газа. В этот период накоплен огромный материал по разнообразным вопросам геологического строения палеозойских образований. Выявлены сотни месторождений твердых полезных ископаемых (карбонаты, пески, песчано-гравийно-галечные смеси, кирпичные и бентонитовые глины и др.). Нефтепоисковые и разведочные работы в Урало-Поволжье дали основу для уточнения и детализации унифицированных стратиграфических схем докембрийских, девонских и каменноугольных отложений как региона, так и Восточно-Европейской платформы в целом. Были изданы сводные обобщающие монографии по стратиграфии девонских, каменноугольных, пермских отложений, образований мезозоя и кайнозоя, структурно-фациальному анализу, составу и коллекторским свойствам пород.

Четвертый этап включает период с 90–х годов XX века по настоящее время, когда на территории РТ проводятся крупно- и среднемасштабные геологические съемки, геоэкологические исследования, бурение скважин, геофизические и тематические работы.

Основные результаты 150–летнего геологического изучения территории РТ можно свести к следующему.

Одним из показателей геологической изученности территории является охват ее геологическим картографированием. Геологическое строение РТ отражено как в сводных картах мелкого масштаба 1:2 500 000, так и среднего и крупного масштабов. Например, в настоящее время на территорию РТ существуют: геологическая карта донеоплейстоценовых отложений масштаба 1:200 000, комплекты геологических, гидрогеологических, геоэкологических карт масштабов 1:200 000 и 1:50 000 для отдельных площадей, серии специальных карт (тектонических, геоморфологических, аэрокосмических и др.). Многие стратиграфические, палеонтологические, фациальные, минерагенические, литолого–минералогические результаты, методические и методологические подходы геологических исследований для областей развития осадочных образований были апробированы на территории РТ и применяются в других регионах Российской Федерации. Некоторые результаты подобных исследований имеют теоретическое значение в целом для геологической науки.

С 70–х годов XX века на территории РТ проводится программа сверхглубокого бурения, в результате чего получен уникальный геологический материал по кристаллическому фундаменту. Главнейшими результатами данной программы явились: 1) геолого-петрографическая карта кристаллического фундамента и определение основных структурно-вещественных и формационных комплексов пород; 2) установление широкого развития зон деструкции; 3) установление основных этапов метаморфизма; 4) выявление потенциальных зон коллекторов углеводородов; 7) металлогеническое районирование фундамента на различные виды полезных ископаемых.