Геологическое картирование

Лекции

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Глава I: Геологическое изучение и картирование осадочных пород

Глава 2.Геологическое изучение разрывов в горных породах

Глава 3.Складчатые формы залегания пород

Глава 4.Геологическое картирование интрузивных образований

Глава 5.Геологическое картирование вулканических пород

Глава 6.Геологическое картирование метаморфических пород

Глава 7.Кольцевые структуры элементов

Глава 8.Вертикальная и латеральная неоднородность земли

Глава 9.Организация и производство геологосъёмочных работ

Методические рекомендации для самостоятельной работы студентов

Методические рекомендации для самостоятельной работы студентов

Перечень снаряжения

Программа производственной практики

Программа учебной практики

ВВЕДЕНИЕ

Краткая история развития геологического картирования

Элементы геологического картирования появились в древних цивилизациях со времени развития старинных промыслов по добыче соли, ломки строительного камня добычи ценных минеральных красок, поисков и разработки медных и железных руд и т.д. Знания элементов геологического картирования накапливались «рудознатцами» и передавались из поколения в поколение, но письменные подтверждения их наличия встречаются крайне редко.

В России элементы геологического картирования имелись в горном деле также с давних пор. Но целенаправленное развитие поискового дела с некоторыми элементами научной системы наблюдений, способствующих развитию отраслей горного дела, началось на Руси с 1584 г. Тогда в Московском государстве был учрежден «Государев приказ каменных дел», в который входили специальные «дозорные» и «мерщики», осуществлявшие поиски и разведку месторождений строительного камня. В письменных инструкциях тех времен уже содержались сведения о методике поисков рудных жил и о картировании (прослеживании по падению и простиранию) их с применением компаса.

Начало следующего важного этапа в развитии прикладного геологического картирования связано с созданием Петром I осенью 1700 г. «Приказа рудокопных дел», который занимался поисками, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых. Потребность в развитии горного дела и поисках большого количества новых руд была вызвана необходимостью создания хорошо вооруженной армии. К середине восемнадцатого столетия были открыты богатые месторождения железа и меди на Урале, серебра и свинца на Алтае и в Забайкалье, каменного угля в Донбассе и т.д. Развитие отечественного геологического картирования в России в этот период связано с именем М.В.Ломоносова. Он обобщил разносторонний материал по методике поисков месторождений полезных ископаемых и по прикладному геологическому картированию в своих трактатах «О слоях земных», «О рудных местах и жилах и прииске их» и др., в которых первым в России положил начало науке о строении земной коры (тектонике), о структурной геологии и геологическом картировании.

В период начала второй половины XVIII века экспедиционными работами была охвачена огромная территория России – Крым, часть Кавказа, Прикаспийские районы, Северный Казахстан, Южный Урал, Алтай, Прибайкалье, многие районы Сибири, Камчатка. Большое количество академических экспедиций было проведено и в сопредельных с Россией юго-восточных странах. В них принимали самое активное участие русские ученые – И.И. Лепехин, П.Я. Озерцовский, Н.П. Рычков, П.С. Паллас, С.Г. Гмелин и многие другие. Собранный во время экспедиций материал и наблюдения сводились в обзорные, мелкомасштабные, а иногда и в крупномасштабные и детальные «чертежи» и «геогностические», геолого-петрографические и др. карты, на которых изображались разные типы пород, элементы их залегания, положение рудников, рудных тел и разных полезных ископаемых.

Дальнейшему развитию горного дела и геокартирования способствовали горные училища, основанные в г. Олонце, в г. Кунгуре и Уктасе на Урале и в г. Барнауле на Алтае, а также открытое в 1774 г. в Петербурге Высшеее горное училище, позднее преобразованное в Горный кадетский корпус, а затем - в Горный институт.

Первая из известных карт (по Б.П.Высоцкому), на которой изображено в условных знаках распространение горных пород и минералов, была составлена Кулоном во Франции в 1644 г. Англичанин Листер в 1684 г. предложил обозначать на картах разновидности пород различными цветами. В Англии в 1743 г. Пакс составил карту, на которой распространенные горные породы были обозначены цветом и буквенными обозначениями, с приложением объяснения условных обозначений. В том же году француз Геттер издал мелкомасштабную «геогностическую» карту Франции, Англии и Германии с отображением на ней разновидностей горных пород, руд и минеральных источников. В России (если не принимать во внимание старинные «чертежи» и планы рудных участков) одной из первых геологических карт является рукописная «геогностическая» (геолого-петрографическая) карта Восточного Забайкалья (м-б ≈1:120000), составленная в конце XVIII века Дорофеем Лебедевым и Михаилом Ивановым.

Настоящие геологические карты, составленные на основах стратиграфии, стали появляться лишь в начале XIX века. В основу стратиграфии были положены разработанные к этому времени следующие принципы: 1 – принцип последовательности образования геологических тел (принцип Н.Стенона, 1669 г.); 2 – принцип биостратиграфического расчленения и корреляции (принцип У.Смита, 1816 г.); 3 – принцип фациальной дифференциации одновозрастных отложений (принцип А.Гресли, 1838 г. - Э.Реневье, 1884 г); 4 – принцип актуализма (принцип Ч.Лайеля, 1830-1833 гг.); 5 – принцип неполной стратиграфической и палеонтологической летописи (принцип Ч.Дарвина, 1859 г.); 6 - принцип необратимости геологической и биологической эволюции (закон Ч.Дарвина, 1859 г.; закон Л.Долло, 1893 г.); 7 - принцип палеонтологической сукцессии (принцип Жиро Сулави, 1780 г.; или У.Смита, 1816 г.). Позднее, при стратификации стал применяться еще принцип возрастной миграции граничных поверхностей супракрустальных геологических тел (принцип Н.А.Головкинского, 1868 г; за рубежом он стал известен как закон И.Вальтера).

Активизировались работы по геологическому изучению России с образованием «Минералогического общества» (1817 г.), «Ученого комитета военного корпуса горных инженеров» (1825 г.) и «Географического общества» (1845 г.). В «Горном журнале» систематически публиковались геологические карты и новые материалы по геологии России. Это – «Петрографическая карта Донецкого кряжа …» Е.Ковалевского, «Геогностическая карта части Бахмутского уезда» Иваницкого, «Геогностическая карта части Славяносербского уезда в Донбассе» Анисимова и мн.др. работы. В 1841 г. Г.П. Гельмерсен, возглавлявший Ученый комитет горных инженеров, опубликовал «Генеральную карту горных формаций России», построенную на принципах стратиграфии. Но на ней еще было много белых пятен и неточностей. В 1840-45 гг. английский геолог Р.И.Мурчисон, французский палеонтолог Э.Вернейль и русский геолог А.А.Кайзерлинг обобщили многочисленные фактические материалы по геологии европейской части России и составили «Обзорную геологическую карту Европейской России» в м-бе 140 верст в дюйме. В 1845 г. I-ый том этой работы был опубликован на английском, а II-ой том – на французском. В 1846 г. А.Д.Озерский перевел эту работу на русский язык, сделал дополнения и изменения, а также примечания с указанием на главнейшие русские первоисточники, чего, к сожалению, не было сделано ранее Р.И.Мурчисоном.

Последующие 3-4 десятилетия можно назвать «эпохой печатных карт». В это время начинается выпуск военных трехверстных топографических карт западной части России и ряда других районов, создаются инструкции по геокартированию, публикуются – «Геогностическая карта южной части Уральского хребта» Меглицкого и Антипова, «Геогностическая карта Кузнецкого каменноугольного бассейна» Бояршинова, по Донбассу карты Носовых, а позднее и карты Л.И. Лутугина. Наряду с созданием геогностических карт, которые с 1860 г. по инициативе Г.П. Гельмерсена стали называться геологическими, геологические исследования и публикации по их результатам имели, в основном, теоретическую направленность – разрабатывались вопросы фаций и формаций, стратиграфии, тектоники, методические вопросы прикладного и теоретического характера.

Новым толчком в развитии геологического картирование послужило создание в 1875 г. Международного геологического конгресса и в 1882 г. – Геологического комитета России. На первой сессии конгресса в 1878 г. были поставлены конкурсные вопросы по геологическому картированию: о единой номенклатуре обозначений разных толщ и единой системе знаков для геологических карт; о значении ископаемой фауны для разграничения геологических систем; о возможности разграничения пород по их литологическому составу; об установлении стратиграфических схем; о способах обозначения на геологических картах сдвигов и жил. На второй сессии в 1881 г. была принята универсальная система условных обозначений А.П. Карпинского и предложения по унификации стратиграфических подразделений от русского комитета, возглавляемого А.А. Иностранцевым, а также было принято решение о создании Геологической карты Европы в м-бе 1:2500000. А Геологический комитет России, который возглавил в 1885 г. А.П. Карпинский, начал работу по составлению 170 листов «Общей десятиверстной карты Европейской России» и руководство по составлению разномасштабных геологических карт. Были составлены геологические карты: Л.И. Лутугиным и П.И. Степановым по Донбассу; Е.С. Федоровым по Северному Уралу; И.В. Мушкетовым и Г.Д. Романовским по Туркестану; А.П. Карпинским по Западному Уралу и по Европейской России; А.Д. Архангельским по Поволжью, Заволжью и по Европейской России; И.М. Губкиным по Северному Кавказу; Н.И.Лебедевым по Кавказу; Н. Йос по Закавказью; Д.В. Голубятниковым по Апшеронскому полуострову; В.А. Обручевым по Средней Азии и по Восточной Сибири; и т.д. В результате работы Геолкома, в составе которого было всего 26 человек, к 1917 г. геологической съёмкой всех масштабов было покрыто около 10% общей площади России, а съёмки масштаба 1:200000 и крупнее составляли всего лишь около 0.45%.

После революции Геолком был реорганизован сначала в Главное геологоразведочное управление при ВСНХ, а затем в Комитет по делам геологии при Совнаркоме СССР. Были составлены геологические карты по Уралу, Кавказу, Якутии, Средней Азии. С 1933 г. начинается систематическое составление обзорных геологических карт для крупных регионов СССР. Только в 1933 г. было составлено более 30 карт – геологические карты Кольского п-ва и Карелии, Казахстана, Европейской части СССР и др., в 1934 г. карты Армянской ССР, Киргизской ССР, Западного Саяна, в 1935 г. – картаУкраины и т.д. На XYII сессии Международного геологического конгресса в 1937 г. в г. Москве экспонировалась «Геологическая карта СССР» м-ба 1:5000000 (ред. Д.В.Наливкин). Наиболее выдающиеся российские исследователи этого времени – А.Д.Архангельский, В.Н.Вебер, В.А.Обручев, Д.С.Белянкин, Н.С.Шатский, И.М.Губкин, Д.В.Наливкин, В.И.Вернадский, А.А.Полканов, П.М.Леонтовский и мн. другие.

За первые 20 лет Советской власти большой когортой геологов территория СССР была покрыта геологической съемкой всех масштабов на 43%, из них - м-ба 1:200000 на 6,8% и 1:100000 на 2.8%. К 1940 г. геологическими съёмками было охвачено около 65%, а в 1945 г. – около 73%. В 1941 г. под редакцией Д.В.Наливкина была издана «Геологическая карта СССР» в м-бе 1:2500000.

После разгрома фашистской Германии геологическое картирование страны стало проводиться еще более активно. Это было обусловлено повышением статуса Комитета по делам геологии (в 1946 г. он был преобразован в Министерство геологии) и потребностями государства в открытии новых месторождений полезных ископаемых. Были созданы геологические управления и большое количество геологических экспедиций и партий во всех уголках Советского Союза. Огромная когорта геологов подвижников в тяжелейших погодных и бытовых условиях, во всех районах страны, включая и отдалённые, занималась геологическим картированием и поисками полезных ископаемых.

Таким образом, к концу XX столетия геологосъемочными работами масштаба 1:1000000 было закартировано 92,5% всей территории России. Первое издание Госгеолкарты-1000 завершено в 1964 г. В настоящее время издано 40 листов из 48, второго издания карты.

Практически полностью геологическая карта (новая серия) масштаба 1:1000000 составлена для Сибирской платформы, Алтае-Саянского региона, Забайкалья, Дальнего Востока, Камчатки.

По некоторым регионам начато составление геологических карт масштаба 1:1000000 третьего поколения. (Листы "Воркута", "Норильск", "Алдан", "Николаевск-на-Амуре".) Такие же работы планируются на листах "Абакан" и "Усть-Каменогорск". Намечено так же пересмотреть Арктическую серию карт масштаба 1:1000000.

Из других мелкомасштабных геологических исследований в России проведено космофотогеологическое картирование (44,06% территории) и глубинное геологическое картирование (7,6 % территории).

По результатам мелкомасштабных геологических исследований для всей территории Российской Федерации составлены многочисленные сводные карты геологического содержания различных масштабов. В 1952 г. была составлена под руководством Н.С. Шатского и опубликована «Тектоническая карта СССР» в м-бе 1:4000000, переизданная в 1956 г., в 1966 г. – «Тектоническая карта СССР» м-ба 1:2500000 и многие другие.

Издание геологической карты масштаба 1:200000 было начато в 1955 г. К настоящему времени издано 2969 листов, что составляет 60,8%. Пока не подготовлены к изданию около 1900 листов, охватывающих в основном равнинные, слабо освоенные и плохо обнаженные районы Западной Сибири, побережья Ледовитого Океана, территорию Северо-Востока, а также восточную часть Русской платформы и некоторые районы Урала.

«Геологическая изученность территории Российской Федерации в масштабе 1:200000 достигла 82,45%. К началу 1994 г. из 4823 трапеций (номенклатурных листов) этого масштаба издано или подготовлено к печати 3454 (73%) листа Государственной геологической карты страны (Госгеолкарты-200). Остались не изданными карты равнинных и приарктических районов Западной и Восточной Сибири и восточной части России. После первого издания Госгеолкарты-200 площади основных горнорудных и других экономически освоенных районов были изучены в масштабе 1:50000 и крупнее.

Региональными геологосъемочными работами масштаба 1:200000 - 1:100000 покрыто 83,4% территории России. С учетом среднемасштабного аэрофотогеологического картирования геологическая изученность в масштабе 1:200000 достигает 99 %.

Около 40 % листов Госгеолкарты-200 издано 20 лет назад и ранее. Карты значительно устарели и не соответствуют современному уровню геологических знаний. Составлены они, как правило, на наиболее освоенные и обжитые районы республики, поскольку первые съемки среднего масштаба были проведены в развивающихся геолого-экономических районах. На сегодняшний день здесь получены принципиально новые геологические материалы, вследствие чего назрела необходимость обновления карт на новом уровне (составление геологических карт нового поколения), т.е. сделать обобщение во втором, обновленном издании Госгеолкарты-200. С 1995 года начата подготовка и издание Госгеолкарты-200 второго поколения для хорошо изученных в м-бе 1:50000 и крупнее горнорудных и других экономически освоенных районов.

Геологическая изученность территории России в масштабе 1:50000 неравномерна и составляет около 23,2 %. Основные объемы геологических съемок масштаба 1:50000 выполнены в промышленно освоенных горнодобывающих районах: на Урале, в Алтае-Саянском регионе, Приморском крае, на Северном Кавказе, в Норильском районе, Туве, Забайкалье, в Карело-Кольском регионе, Восточной Якутии, Амурской области, Хабаровском крае и на Северо-Востоке.

Старение листов Госгеолкарты-50, срок которого оценивается специалистами в 7-15 лет, опережает прирост новой информации. По экспертным оценкам около 50% геологических карт не соответствует современным требованиям и подлежит обновлению с учетом новейших представлений о составе, строении и эволюции Земной коры.

Начиная с 1993 г. геологическое картирование в масштабе 1:50000, с учетом специализации на отдельные виды минерального сырья, исключено из перечня работ для федеральных нужд и выполняется по заказам и за счет средств конкретных недропользователей.

Изученность геофизическими методами в целом несколько опережает геологическую. Аэромагнитной съемкой в масштабе 1:200000 заснято около 95 % территории страны. Однако, эти съемки в значительной мере были выполнены в 50-60 годы и по точности измерений и детальности построения карт не удовлетворяют современным требованиям. Площади планируемого геологического доизучения в масштабе 1:200000 новой серии должны быть пересняты современными аэромагнитными съемками.

Крупномасштабные аэромагнитные съемки (масштаб 1:50000), соответствующие современным требованиям, составляют примерно 22 % от территории России.

Гравиметрические съемки масштаба 1:200000 охватывают 92 % территории республики.

Геохимические материалы современного качества имеются на 20-30% площадей основных горнорудных районов. Требуют обновления 87 % ранее закартированных площадей Кольского полуострова, 65 % Урала, 60% Западной Сибири и т.д.

В 1991-1993 гг. проводились геологосъёмочные работы на суше и континентальном шельфе в масштабах 1:1000000 (1:500000), 1:200000 и 1:50000, а также другие виды исследований, направленные на подготовку площадей для геологического картирования: опережающие геофизические и геохимические работы, сопровождающиеся научно-исследовательскими и опытно-методическими работами. Региональные морские работы проводились на шельфе Баренцева и Карского морей, на островах и прилегающем шельфе архипелагов Земля Франца Иосифа и Новосибирские острова, на шельфе Охотского, Японского, а также акватории Черного и Азовского морей.

Работы на суше проводились силами 140 геологических предприятий на 1000 объектах (в том числе собственно геологосъёмочных около 500 объектов), на шельфе - силами 5 организаций на 20 объектах.

В результате проведенных камеральных и ограниченных объемов полевых работ, получены новые данные по геологическому строению и металлогении изученных площадей, оценены и расширены перспективы ранее выявленных проявлений и рудоносных площадей, открыты новые проявления полезных ископаемых:

● Золото на Северо-Западе европейской части, на Урале, Алтае и в Восточной Сибири.

● Олово на Дальнем Востоке, полиметаллы в Забайкалье и Приморье.

● Фосфориты и магнезиты на Южном Урале, платина на Кольском полуострове и на Камчатке, бокситы на Урале, в Вологодской и Ленинградской областях, алмазы в Приморье.

● На Северном Урале выявлена крупная зона, перспективная на редкометалльное оруденение. В пределах Муйской структурно-формационной зоны выявлено и оценено три участка, перспективных на хромитовое оруденение, в Енисейском кряже - перспективное проявление колчеданно-полиметаллических руд. Установлено широкое развитие титан-циркониевых россыпей в Белгородской, Брянской и Московской областях.

● Положительные результаты при поисковых работах на алмазы получены в Приморье, где выявлена новая алмазоносная площадь в восточной части Ханкайского кристаллического массива (россыпное проявление в коре выветривания и коренное кимберлитовое тело). Особо важное значение имеет выявленная в 1994 г. новая алмазоносная площадь в Якутии.

● На восточном склоне Анабарского щита открыто 25 новых кимберлитовых тел.

● В Пенжинском секторе Охотско-Чукотского вулканогенного пояса выделены два участка, перспективные на золото-серебряное оруденение, с прогнозными ресурсами, отвечающими среднему и крупному месторождениям.

С 1991 г. в рамках программ "Геохимическая карта России" и "Геоэкология России" проводится комплекс геолого-геохимических, опытно-методических и научно-исследовательских работ на одиннадцати эталонных полигонах. Основной целью этих работ является разработка научно-методических основ и технологии многоцелевого геохимического картирования масштабов 1:1000000,1:200000,1:50000для решения задач геологической съемки, прогноза полезных ископаемых, оценки состояния геоэкосистем, обоснования направлений рационального природопользования и различных аспектов хозяйственной деятельности.

Работы начинались на одиннадцати полигонах: Кольском, Московском, Алтайском, Байкальском, Восточно-Забайкальском, Приморском, Уральском, Красноярском, Северо-Кавказском, Тюменском, Кузбасском. Выбор полигонов был обусловлен необходимостью учета различных особенностей территории России: геолого-структурные (платформы, щиты, складчатые области и др.), ландшафтные (от тундровых до степных), хозяйственно-функциональные (сельскохозяйственные, горнорудные, урбанизированные районы, промышленные агломерации) и минерагенические (рудные районы различных типов).

Важнейшие методические и технологические результаты, полученные при проведении работ на полигонах, использованы при составлении комплекта обзорных геолого-геохимических и геофизических карт России масштаба 1:5000000. В этот комплект вошли следующие карты: ландшафтная эколого-геохимическая; эколого-гидрогеологическая; условий формирования гипергенных геохимических полей; эколого-инженерно-геологическая; обеспеченности водами; источников техногенного загрязнения; геохимической специализации структурно-формационных комплексов; структурно-формационная; геохимических аномалий; загрязнения геологической среды нефтепродуктами; эколого-радиогеологическая.

Геологические исследования, проводимые в Русской Лапландии (ныне Мурманская область) в XVIII-XIX вв. были эпизодическими. Ими руководили: Л.Д. де ла Круайер, И.И.Лепехин, Ф.П.Литке, Н.Я.Озерцовский, П.Б.Риппас, Рамсей, Гакман и многие другие. Систематические исследования на Кольском полуострове были начаты с 20-ых годов XX в. Это экспедиции, в которых участвовали А.Е.Ферсман, Б.М.Куплетский, А.А.Полканов, Д.В.Шифрин, Н.А.Елисеев и многие другие, ставшие первооткрывателями месторождений полезных ископаемых. За 1920-1940 гг. была создана геологическая школа в регионе, сырьевая база и заложена горнорудная инфраструктура. В период 1945-1965 гг. территория Мурманской области была покрыта съёмкой м-ба 1:200000 и 56 листов Госкарты-200 были изданы к 1975 г. Одновременно большая часть территории была закартирована в м-бе 1:50000, а рудные районы - и более детально. В настоящее время крупномасштабное картирование в м-бе 1:50000 приостановлено, но составляются Госгеолкарты-200 второго поколения на горнорудные территории и опубликована Госгеолкарта-1000 Мурманской области. Первая геологическая карта Мурманской области м-ба 1:1000000 была подготовлена под руководством Л.Я.Харитонова и опубликована в 1957 г. В настоящее время издано большое количество разнообразных геологических (тектонических, метаморфических и т.д.) карт по Кольскому региону.

Региональные геологосъемочные и геофизические работы создают фундаментальную основу для системного геологического изучения страны и прогнозирования полезных ископаемых в недрах. Они призваны обеспечивать различные отрасли промышленности и сельского хозяйства систематизированной геологической информацией для решения многих вопросов в области геологоразведки, горного дела, мелиорации, строительства, обороны, рационального природопользования, экологии, прогноза сейсмоопасности, вулканических извержений и других современных геологических процессов.

Российская школа геологического картирования традиционно является "законодателем мод" в мировой геологической школе. Составленные отечественными учеными и специалистами карты геологического содержания служили и служат образцом для составления аналогичных карт по другим территориям, странам и континентам. Разработаны и используются новые методы преобразования карт геологического содержания в дискретный вид, применимый для их комплексного человеко-машинного анализа.