Изучение и описание горных пород
В большинстве маршрутов выполняется описание осадочных тел (слоев), представленных либо одной породой, либо чередованием нескольких осадочных пород, составляющих слой.
Осадочные тела. При описании однородного слоя рекомендуется документировать в полевом дневнике следующие характеристики пород:
1. Название породы. Определяется ее принадлежностью к одному из генетических типов горных пород (например, песчаник, известняк и т.д.).
2. Окраска породы. Фиксируется как в свежем сколе, так и на выветрелых поверхностях. При этом прибегают только к общепринятой цветовой гамме, включающей следующие цвета: белый, серый, черный, красный, оранжевый, коричневый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый. Допускается указывать оттенки цвета (например, желтовато-серый) при условии, что вторая часть слова указывает основной цвет, а первая обозначает оттенок.
3. Структура породы. Чаще всего связана с ее происхождением, поэтому необходимо давать ей правильное название. Так, обломочные породы всегда имеют обломочную структуру, органогенные – органогенную, хемогенные – некристаллическую, кристаллическую или оолитовую.
Магматические и метаморфические породы обычно имеют кристаллическую, реже неполнокристаллическую или скрытокристаллическую структуру.
4. Текстура. Наиболее распространенными текстурами осадочных пород являются слоистые и массивные (неслоистые). Отсутствие слоистости говорит об осадкообразовании в постоянных условиях. Слоистость указывает на отложение в среде с меняющимся режимом осадконакопления. Выделяют горизонтальную, волнистую и косую слоистость. Горизонтальная слоистость состоит в чередовании слоев и слойков с параллельными друг другу поверхностями напластования. Она формируется при выпадении осадка в спокойной водной среде. Волнистая слоистость характеризуется волнисто-изогнутыми поверхностями. Она формируется при движении среды накопления осадков в двух противоположных направлениях (приливы и отливы в прибрежной мелководной части моря). Косая слоистость характеризуется сериями слойков, расположенных косо по отношению к межсерийным швам или к границам почвы и кровли пластов. Она свидетельствует о накоплении осадка при движении воды и при ветре.
Магматическим горным породам в зависимости от их интрузивного или эффузивного происхождения свойственны массивная, полосчатая, пятнистая, пузырчатая, миндалекаменная, флюидальная текстуры. Породы регионального метаморфизма обладают плоско-параллельной текстурой (сланцеватой, гнейсовой, плойчатой или очковой), для пород контактового метаморфизма обычны массивная или беспорядочная текстуры.
5. Минеральный состав пород. В полевых условиях не всегда поддается точному определению, поэтому его продолжают изучать в камеральных условиях. При описании псефитов указывается петрографический состав обломков и состав цемента (глинистый, карбонатный и т.п.). Обязательно отмечается степень окатанности обломков (конгломераты) или их угловатость (брекчии), а также степень насыщенности породы этими обломками.
При описании пелитов (глинистых пород), кроме их собственного минерального состава, важно отметить присутствие в них известковых примесей (по реакции на HCl) и песчано-алевритовых частиц. Присутствие последних в породе определяет степень ее пластичности и легко устанавливается следующим образом. Глину размачивают в воде, раскатывают в трубочку и сворачивают в кольцо. Кольцо из пластичной глины (без посторонних примесей) не растрескивается и не разрывается после высыхания. Присутствие песка в глине можно также установить при ее растирании между пальцами.
Минеральный состав хемогенных пород отражается в их названии (например, известняк, доломит, мергель и т.п.).
6. Твердость породы. Определяется степенью ее сопротивления внешнему механическому воздействию. В полевых условиях удобно различать три категории твердости пород: слабую (ломаются руками), среднюю (легко разбиваются молотком) и высокую (молотком разбиваются с трудом).
7 Включения. Это тела, привнесенные в осадок и генетически с ним не связанные (например, различные растительные остатки), либо минеральные стяжения в виде конкреций или секреций. При описании конкреций и секреций рекомендуется указывать следующие их особенности: форму (округлая, эллипсоидальная, караваеобразная, трубчатая и др.); вещественный состав (карбонатная, кремнистая и т.д.); первичность или вторичность по отношению к вмещающей породе; количество в обнажении.
8. Органические остатки. Они выполняют три важнейшие функции – стратиграфическую, корреляционную и генетическую. Стратиграфическая функция заключается в определении по этим остаткам возраста вмещающих горных пород, корреляционная состоит в возможности сопоставления различных геологических разрезов путем построения корреляционных профилей. Наконец, по находкам органических остатков можно реконструировать условия, в которых обитали животные и растительные организмы (суша, водный бассейн пресный или соленый, мелководный или, наоборот, глубоководный).
Поиски органических остатков (окаменелостей) лучше начинать с осыпей, так как в выветрелых кусках породы они заметнее. После обнаружения в осыпях необходимо найти их в коренных обнажениях, чтобы установить принадлежность к определенным слоям. Породы следует раскалывать, осматривая поверхности скола, особенно по напластованию. Рекомендуется собирать по несколько экземпляров окаменелостей, из которых затем отбирают лучшие.
Окаменелость вместе с куском вмещающей породы осторожно выбивают зубилом или молотком, стараясь не повредить. Если образец не очень большой, его лучше взять целиком. Собранные остатки заворачивают в бумагу вместе с этикеткой. Хрупкие формы дополнительно оборачивают ватой, разломившиеся куски склеивают клеем.
Все находки заносят в полевой дневник. При этом отмечают их название, степень сохранности, количество, положение в пласте относительно поверхности напластования и сторон света, приуроченность к определенному типу пород.
9. Трещиноватость. Проявляется в породе в виде систем трещин, разбивающих ее на отдельные блоки – отдельности различной формы. Обязательно отмечается характер трещин – скрытые, закрытые или открытые, их густота, форма отдельностей (глыбовая, параллелепипедальная, столбчатая, плитчатая, матрацевидная, скорлуповатая, сфероидальная). Для вертикальных трещин отмечают азимуты их простирания, по наклонным трещинам производят замеры их пространственной ориентировки (азимуты простирания, падения и угол падения).
10. Мощность горной породы (слоя). Истинную мощность горно-породного слоя измеряют с помощью рулетки, линейки или градуированной рукоятки геологического молотка.
11. Характер изменчивости слоя. По его составу, строению и мощности прослеживают как по вертикали, так и (по возможности) по простиранию.
12. Особенности слоевых границ. В конце описания каждого слоя желательно заключение о его происхождении. При описании многопородного слоя приводят соответствующие характеристики по каждой разновидности пород, входящих в этот слой.
Слоевые границы могут иметь различный характер. Они могут быть нечеткими или, наоборот, четкими, ровными или неровными, горизонтальными или извилистыми, размытыми с углублениями и выступами. Очень важно фиксировать на слоевых границах знаки ряби, следы капель дождя, кристаллов льда, трещины усыхания и другие гиероглифы.
1.2.4. Особенности изучения и описания форм залегания
горных пород
Как известно, первичной формой залегания горно-породных тел являются горизонтально залегающие пласты, представленные осадочными, вулканогенными и отчасти метаморфическими горными породами. Горизонтальное залегание всегда характеризуется устойчивой связью одновозрастных образований с определенными гипсометрическими отметками рельефа. При этом более древние пласты обнажаются в понижениях рельефа, а более молодые приурочены к повышенным его частям. Данное обстоятельство необходимо учитывать при нанесении результатов наблюдений на топографическую основу и протягивать границы разновозрастных пластов с учетом изгибов горизонталей.
К вторичным формам залегания относятся наклонное (моноклинальное) и складчатое. К вторичным формам залегания следует также относить тела, сложенные магматическими и метаморфическими горными породами, так как в их образовании участвуют эндогенные процессы.
При наклонном залегании пластов следует, прежде всего, обратить внимание на их возрастную последовательность, которая может оказаться обратной (в случае их опрокинутого залегания).
Изучение и описание складчатых форм рекомендуется начинать с характеристики пород, в которых они развиты. Далее отмечаются: 1) строение замка и крыльев складок с указанием углов и азимутов их наклона; 2) положение и пространственная ориентировка осевой поверхности; 3) направление и угол погружения или воздымания шарнира; 4) морфологический тип складок; 5) высота и ширина складок; 6) наличие осложняющей дополнительной складчатости; 7) кливаж и его соотношение со структурными элементами складок (послойный, веерообразный, параллельный).
Форма залегания интрузивных магматических тел определяется их положением относительно вмещающих пород. Эти формы могут быть согласными (пластовыми) или несогласными (секущими).
1.2.5. Особенности изучения и описания
разрывных нарушений
Под тектоническими нарушениями понимают нарушения с видимым смещением соседних блоков друг относительно друга. Признаками этих нарушений являются: 1) сам факт видимого смещения нарушенных элементов геологических тел; 2) зеркала и борозды скольжения по поверхности горных пород; 3) зоны тектонических брекчий, катаклаза, милонитизации, интенсивной трещиноватости и рассланцевания; 4) несоответствие в строении смежных участков обнажения (борт речной долины, стенка карьера), расположенных на одном гипсометрическом уровне; 5) присутствие крупных блоков аллохтонных пород, вынесенных из глубины; 6) выпадение отдельных интервалов разреза или, наоборот, их повторение; 7) резкое окончание структур по простиранию и падению.
Признаками молодых тектонических нарушений могут быть спрямленные элементы рельефа (опускания, возвышенности, ущелья, долины рек и т.п.).
При документации установленных разрывных нарушений отмечают следующие особенности: 1) элементы залегания поверхности сместителя; 2) строение зоны дислокации и ограничивающих ее поверхностей (форма, мощность, поведение по простиранию и падению, ориентировка штрихов и зеркал скольжения); 3) характер выполнения полостей по сместителю (брекчии, жильные массы, рудная или нерудная минерализация); 4) состав пород и условия их залегания на крыльях; 5) наличие оперяющих разрывов и трещин и их пространственное положение; 6) тип нарушения (сброс, взброс, раздвиг и т.п.); 7) направления и амплитуда перемещения блоков вдоль сместителя; 8) соотношение со слоистостью, сланцеватостью и трещиноватостью пород, со складками, а также разрывов различного направления между собой; 9) связь с соответствующими формами рельефа на местности.
При наблюдениях над формами горных пород и осложняющими их тектоническими разрывами особое значение приобретают замеры элементов залегания наблюдаемых поверхностей (границ слоев поверхностей разрывов). Эти элементы замеряют с помощью горного компаса, фиксируют в полевом дневнике и наносят (в случае необходимости) на топографическую основу. Последнюю операцию рекомендуется выполнять сразу же после замера в точке наблюдения во избежание возможных ошибок при ее выполнении в камеральных условиях.
1.2.6. Особенности изучения и описания
геологических несогласий
Чрезвычайно важным объектом полевых наблюдений являются признаки стратиграфических несогласий между горно-породными телами, которые свидетельствуют о перерывах в осадконакоплении. К таким признакам относятся: 1) выпадение из разреза каких-либо стратиграфических комплексов; 2) различные элементы залегания подстилающих и перекрывающих их комплексов отложений; 3) налегания осадочных и эффузивных толщ на размытую поверхность интрузивных магматических пород или лавовых покровов на осадочные отложения.
Описание стратиграфических несогласий должно содержать следующую информацию: 1) тип несогласия (параллельное, угловое, структурное); 2) критерии выделения (присутствие базального конгломерата в основании вышележащей серии, различие элементов залегания контактирующих геологических тел, контрастность контактов между этими телами и т.п.); 3) строение поверхности несогласия (сглаженная или неровная с вымоинами, карманами и выступами, со следами выветривания, ожелезнения и т.д.).
1.2.7. Особенности изучения и описания
четвертичных отложений
Четвертичные отложения, как правило, обладают пестрым составом и сложным строением, что связано с разнообразием их генетических типов и сильной фациальной изменчивостью. Дополнительная трудность в изучении четвертичных образований заключается в том, что они обычно плохо экспонированы: задернованы почвенно-растительным слоем, часто перекрыты мощными делювиально-коллювиальными осыпями и оползнями.
Наиболее же полную информацию удается получить в результате исследования обнажений по склонам оврагов, долинам рек, побережью озер, морей, где можно проследить детали геологического строения, установить характер фациальных переходов, произвести зарисовки, сделать фотоснимки, отобрать необходимое количество образцов для различных анализов.
В плохо обнаженных районах делают закопушки, отрывают шурфы, вертикальные ступенчатые траншеи, а также используют данные бурения скважин.
При описании четвертичных отложений часто используются необычные для коренных названия пород (супесь, суглинок). Эти названия отражают смешанный гранулометрический состав пород. При этом под супесью понимают породу с преобладанием песчаных фракций, под суглинком – глинистых частиц. Кроме прочих характеристик четвертичных отложений (окраски, структуры, текстуры и т.д.) рекомендуется обращать внимание на следующие особенности их геологического положения:
1. Взаимоотношение с коренными породами. Здесь возможны два варианта. В одном из них при длительном погружении земной коры наблюдается нормальное залегание, в другом – происходит прислонение четвертичных отложений к коренным в результате заполнения ими эрозионных врезов.
2. Связь четвертичных отложений с определенными формами рельефа, т.е. их геоморфологическая позиция. Геоморфологические наблюдения особенно эффективны в районах преобладания аккумулятивных форм рельефа (речные и морские террасы, аккумулятивные формы ледниковой или эоловой деятельности). Эти наблюдения могут служить указателями генетического типа и возраста соответствующих образований.
3. Инженерно-геологические свойства пород (пластичность, влагоемкость, плотность и др.). Они полезны при стратиграфическом расчленении однородных толщ (например, прослои глин в известняках).
Для расчленения четвертичных отложений на пространственно-временные разновидности разного генезиса (континентального или морского) имеют значение находки органических остатков, представленных моллюсками и микроформами – радиоляриями, фораминиферами, диатомовыми водорослями.