Изучение и описание обнажений

Обнажение – это выход коренных пород из-под рыхлых образований на дневную поверхность. Количество обнажений на той или иной площади определяют обнаженность как хорошую, среднюю или плохую. Обнажения могут быть естественные и искусственные, наземные и подвод­ные и они являются основным объектом наблюдений геолога. Именно обнажения в большинстве случаев позволяют делать открытия, познавать природу и историю давно прошедших и ныне проходящих процессов на Зем­ле, проверять идеи и гипотезы и др. Поэтому первая задача студента на практике - научиться читать и описывать обнажение. Возможности грамотного чтения (исследования) обнажения определяются знаниями и наблюдательностью. Иногда бывает так, что при хорошей наблюдательнос­ти отмеченная "мелочь" может потом помочь решить что-то важное. Именно на практике происходит становление специалиста, чтобы появились уверенность и опыт. Этот смысл заложен в старой американской геологической поговорке “I wouldn’t have seen it if I didn’t believed in it” (я не увидел бы это, если б не верил в это).

Изучение обнажения - это детальный осмотр обнажения и выяснение всех характеристик состава и строения. Описание обнажения включает привязку обнажения к местности (географическую и топографическую), требуемое по детальности описание состава и строения, зарисовку и фотографирование, а также отбор образцов и проб. В процессе общего осмотра обнажения устанавливается то, что это действительно коренной выход, а не глыба или оползень и т.д. и его размеры, выясняется вза­имоотношение слагающих пород и их залегание и состав, а также намеча­ются места отбора образцов и проб. После этого по необходимости обна­жение фотографируется и (или) зарисовы­вается. Современные средства фотографирования позволяют снимать объекты на цифровую фотокамеру, что позволяет в дальнейшем проводить определенную электронную обработку. Непи­санные девизы геологов - "чего не вижу - не пишу", "не записанного и не зарисованного - не наблюдалось". Только записанное и зарисован­ное в поле на месте наблюдения имеет значение документа. Документа­ция информации ведется в полевом дневнике.

Дневник (полевая книжка) представляет собой основной до­кумент, отражающий работу геолога (или студента на практике). В нем должны фиксироваться все полевые наблюдения, сведения об отобранных образцах и пробах и т.д., а также выводы. Размер дневника определяет­ся задачами работ. Стандартный дневник имеет размеры 15х10 см, твер­дый переплет, 60-70 страниц белой, линованной или в клеточку бумаги, 5-10 листочков кальки и 5-10 листочков миллиметровки в конце книжки. При детальных структурных работах практичнее общая тетрадь с твердым переплетом, размером около 20х30 см и с бумагой в клеточку, что поз­воляет делать масштабные зарисовки. На практике в качестве дневника можно использовать блокнот или общую тетрадь, желательно с твердым переплетом. Страницы нужно пронумеровать.

На титульном листе указы­вается название организации (партия, экспедиция, отряд, институт, кафедра) и ее адрес, шифр группы, номер бригады, состав бригады, фа­милия и инициалы исследователя, дата начала и конца записей, номера начального и конечного маршрута и начальной и конечной точек наблюде­ний, а также адрес, по которому следует вернуть дневник (на тот случай, если дневник будет утерян и найден кем-либо).

На второй странице: а) - делается отметка о том какие азимуты (магнитные или истинные) записаны в дневнике; б) - состав­ляется краткое оглавление.

Записи в дневнике ведутся карандашом (М или ТМ) или шариковой руч­кой с максимальной аккуратностью и точностью, чтобы занесенную в тетрадь информацию мог прочесть любой. Записи ведутся только на не­четной стороне страниц дневника, т.е. на правой. На левой стороне делаются зарисовки и разные пометки (номера образцов, проб и сколков на шли­фы, сведения о зарисовках и сфотографированных объектах или фрагмен­тах обнажений и т.д.). Желательно затем сюда же наклеивать и фотогра­фии этих объектов. Описание каждого маршрута начинается с новой стра­ницы, а каждого обнажения с красной строки, с указанием точной геог­рафической и, по возможности, координатной привязки их. Замеры эле­ментов залегания горных пород и структурных элементов выделяются строкой. Номера отобранных образцов и проб указываются трижды - по хо­ду описания обнажений, на левой странице и на зарисовках или фотог­рафиях с точным указанием места отбора.

Законченный дневник подписывается студентом, проверяется и визируется руководителем практики.

Зарисовки и фотографии являются также важ­ными носи­телями информации, обладают значением документа и широко применяются при геологических исследованиях любых направ­лений. Это и фиксация форм рельефа, панорамных объектов, характера растительнос­ти и т.д. Наиболее широко применяются зарисовки и фотографии при изу­чении обнажений. Зарисовки можно делать как простым карандашом так и цветными карандашами и шариковыми ручками, чтобы они были наглядны и не размывались от влаги. Зарисовки имеют преимущество перед фотогра­фией в том, что на них можно выделить, подчеркнуть главное и чем-то пренебречь. Но они требуют больших затрат времени и страдают субъек­тивностью. Фотография как документ более объективна, чем зарисовка, и основное ее преимущество - быстрота фиксации. Но в том случае, ког­да обнажение невыразительно и породы неконтрастны по тону, предпоч­тительнее зарисовка. Лучший вариант - зарисовки дополнять фотографиями или - наоборот. Фотографии и зарисовки должны обязательно иметь:

1 - точную привязку к обнажению;

2 - пространственное положение и элементы залегания плоскости или плоскостей обнажения или плоскостей обрыва, указатель северного направления в горизонтальной плоскости;

3 - указатель масштаба или масштабный предмет для фотографии, масштаб зарисовки в зависимости от сложности объекта или необходимой степени детализации;

4 - номер или указатель с номером (наиболее пред­почти­тельнее иметь. наборное полотно с масштабной линейкой и сменными цифрами для номеров);

5 - название, пояснительные подписи и условные обозна­чения;

6 - отметки или указатели мест отбора проб, образцов, сколков на шлифы;

7 - фамилию и инициалы исполнителя, если это сделано не автором дневника. В тексте полевого дневника должны быть в нужном месте ссылки на рисунки и фотографии с расшифровкой их сути и цели, т.е. они должны иллюстрировать какие-то важные наблюдения или выводы.

Кроме дневника, зарисовок и фотографий носителем информации является отобранный каменный материал - образцы, пробы, сколки и т.д. Образец геологический представляет собой кусок горной породы, отбитый из обнажения, имеющий обычно габариты 6х9х12 см, без острых углов и с минимальным количеством выветрелых участков. Проба – это материал, отобранный для проведения специальных анализов. Выделяются различные способы отбора проб: бороздовые, валовые, задирковые, точечные (штуфные), керновые. К каменному материалу предъявляются особые требования.

Образцы и пробы отбираются с помощью геологического молотка. Он представляет собой особую форму и длинную рукоятку. Форма и масса молотка (от 0.5 до 2 кг) зависят от вида горных пород. Для рыхлых пород конец молотка имеет вид лопатки, для твердых напоминает зубило; другой конец у всех геологических молотков делают плоским. Молоток является традиционным инструментом геолога. Многие годы геологов объединяет девиз «Mento et malleo» - «умом и молотком». Этот девиз всегда присутствует на эмблемах Международного геологического конгресса, которые собираются раз в четыре года в различных уголках мира.

При современных прецизионных и дорогих методах исследований каменного материала требования к методам отбора проб и образцов и их привязке настолько велики, что необходима максимально точная привязка к обнажению. И тогда лю­бой другой исследователь в случае необходимости может точно найти место их отбора. В среде геологов образец, не имеющий номера и точной привязки, называется "собакит". Номер образца и точная привязка необ­ходимы (!) - только в таком случае не постигнет горькое разочарование в камеральный период.

Для каждого образца сразу же на месте отбора пишется этикетка (см. форму 1) с указанием всех необходимых параметров. На кусочке лейко­пластыря пишется номер и наклеивается на образец, либо тонким несмы­ваемым маркером пишется номер на образце. Затем образец с этикеткой заворачивается в оберточную бумагу или вкладывается в мешочек или пакетик, и снаружи на них пишется номер образца и фамилия исследова­теля. Эти процедуры с образцом не позволят появиться в каменном ма­териале "собакитам".

Форма №1.

Пример заполнения этикетки к образцу горной породы, к пробе и др.

Петрозаводский Государственный Университет

Курс, группа, бригада …………………………………………

Исследователь (Ф.И.О.)……………………………………….

Дата отбора ……………………………………………………

место взятия образца, пробы

№ обнажения ___________№ образца __________________

Название породы

Возраст породы ………………………………………………

№ обнажения № образца

Дата отбора _________________ _____________________________

фамилия и.о.

№ обнажения _______________ № образца

Описание обнажений проводится в зависимости от состава и строения наблюдаемых в обнажении образований. Методы описания четвертичных, осадочных, метаморфических и магматических по­род, а также простых и сложных обнажений могут различаться довольно значительно и будут рассмотрены далее по тексту. В целом при описании обнажений можно использовать следующую схему:

1 - номер обнажения;

2 - местоположение или привязка обнажения;

3 - общие размеры - высота и протяженность обнажения;

4 - вид обнажения;

5 - характеристика горных пород с указанием их вещественного состава, структурно-текстурных особенностей, мощности и т.д.;

6 - условия зале­гания пород и их взаимоотношения;

7 - зарисовки и фотографирование, если в этом есть необходимость;

8 - отбор образцов и проб.

При описании горных пород, не зависимо от их генезиса, целесообразно придерживаться следую­щей последовательности:

1 - название породы;

2 - окраска (цвет) поро­ды;

3 - минеральный состав породы;

4 - структура породы;

5 - текстура породы;

6 - крепость (твердость) породы;

7 - характеристика отдель­ности и трещиноватости;

8 - включения и обособления;

9 - форма геоло­гических тел и их размеры;

10 - изменчивость породы по простиранию и падению;

11 - условия образования и преобразования породы.

Название породы обычно определяется или минерало­гическим составом и структурно-текстурными особенностями (конгломерат, песчаник кварце­вый, гнейс биотито-амфиболовый и т.д.). В названии осадочных пород определяющими, могут быть и ископаемые органические остатки (известняк брахиоподовый), а у магматических пород - петрохимический состав (базиты, ультрабазиты). Полевое определение породы уточняется в ка­меральный период.

Описание окраски пород должно быть однотипно - с указанием главного цвета, его интенсивности, насыщенности и оттенков, а также степени однородности окраски. Например, светло-бурый, пестро­цветный с чередо­ванием тонких полос светло-зеленого и серого цвета. По возможности, попытаться объяснить, чем обусловлена окраска пород.

Минеральный состав пород описывается макроскопически, а в камеральный период уточняется по шлифам под микроскопом. Необходимо различать моно-, би- и полиминеральные разновидности пород, определять соотношение и коли­чественное содержание минералов, а также их размерность, выделять главные (породообразующие) и второстепенные или акцессорные (под мик­роскопом) минералы. И если возможно - с помощью, лупы даются диагно­стические признаки минералов.

Структура пород определяется макроскопически и уточняется в камеральный период по шлифам под микроскопом. Она устанавливается исходя из следующих признаков:

1 - степени кристалличности или зернистости породы (скрытокристаллическая, неполнокристаллическая, полнокристал­личес­кая, крупнозернистая);

2 - размеров минералов или зерен (мелкозернистая; мелко-, средне-, крупнокристаллическая, и др.);

3 - формы минералов и их соотношения или идиоморфизма (эти структуры в большинстве случаев можно определить только под микроскопом и зна­ния о них будут получены после изучения дисциплины "Петрография осадочных, метаморфи­ческих и магматических пород").

Необходимо помнить, что название структуры определяется и условиями образования пород: кристаллические структуры свойственны для магмати­ческих пород, кристаллобластические - для метаморфических, кристалли­чески-зернистые и зернистые - для хемогенных и обломочных осадочных отложений. Причем, структура может указывать не только на генезис (первичную природу) пород, но и на конкретную палеофациальную обста­новку их формирования.

Текстура породы определяется пространственным распреде­лением и расположением в ней разных минеральных компонентов (от однородной до пятнистой, полосчатой, ритмично-полосчатой, линзовидно-полосчатой и т.д.). При описании текстуры необходимо определить, чем вызваны эти неоднородности (цветом, минеральным составом, вещественным составом, структурой и др.). В большинстве случаев в породах с неоднородными текстурами эти неоднородности (полосы, пятна, слойки, линзы, прожилки, шлиры, миндалины, стяжения, включения, ксенолиты, обособления и т.д.) имеют комбинированный характер различий - структурно-вещественный, минерально-цветовой и др. В названии текстур отражаются особенности пространственного распределения минералов или их сообществ (пятнистая, полосчатая, слоистая, миндалекаменная, шаровая, и др.) и их степень упорядоченности или ориентированности (плоско- или линейнопараллель­ные - сланцеватые, гнейсовидные, линейно-полосчатые и др. структуры чаще встречаются в метаморфических породах). По степени "упаковки" минералов в породах различаются плотные или компактные и пористые (шлаковая, друзовая) текстуры.

Прочность или крепость породы в полевых условиях определяется достаточно условно. Осадки (пески, супеси, глины и др.) все рыхлые - имеют низжую крепость. Горные породы можно разделить на три группы: 1 - слабой крепости, когда ломаются руками; 2 - средней крепости, когда легко разбиваются молотком; 3 - высокой крепости, когда с тру­дом разбиваются молотком.

Отдельность и трещиноватость в полевых условиях определяются без труда, но различить одну от другой достаточно сложно, ибо их генети­ческая природа зачастую близкая. Отдельность возникает в горных поро­дах в процессе выветривания или искусственного раскалывания, а трещи­новатость может иметь тектоническую, гравитационную природу, а также возникать и при выветривании. По морфологии отделяющихся блоков гор­ной породы можно выделить наиболее распространенные виды отдельности: 1 - мелко-, средне- и крупно-глыбовая, угловатая; 2 - матрацевидная с закругленными краями; 3 - пластовая, плитчатая и тонко-плитчатая; 4- кубовая, ромбоидальная и параллелепипедальная; 5 - столбчатая или призматическая; 6 - скорлуповатая, шаровая, подушечная.

При описании отдельности и трещиноватости необходимо делать замеры элементов залегания поверхностей трещин (азимут простирания, падения и угол падения), давать количественную оценку трещин и размеры блоков.

Включения и обособления, если они встречаются в породах, необходимо изучать и описывать. Включения чаще всего встречаются в осадочных породах (конкреции, секреции и т.п.) и в магматических (ксенолиты, дендриты и т.п.). Включения, природу которых не всегда удается опре­делить, описываются как обособления. Они чаще встречаются в метамор­фических породах (реститы, реликты и т.п.). При описании включений и обособлений рекомендуется указывать следующие признаки: форму, вещест­венный состав, первичность или вторичность залегания, количественное содержание и размеры, характер контакта с вмещающими породами.

Форма геологических тел часто имеет генетический смысл, если при этом учитывается состав слагающих их горных пород: пластовая форма у осадочных пород (пласты, слои, прослои), пластовая и плитоподобная форма у интрузивных пород (силлы, дайки, жилы), плитообразная форма у эффузивных пород (покровы), куполообразная форма у интрузивных (батолиты, штоки) и осадочно-хемогенных пород (соляные купола), лин­зовидная форма у интрузивных пород (линзы, жилы) и т.д. Это все простые формы геологических тел, морфология которых может быть опре­делена в одной плоскости (в обнажении или обнажениях). Чаще всего геологические тела имеют формы сложной конфигурации с наличием пере­жимов, вздутий, карманов, апофиз и т.п. Об истинной форме таких тел можно судить только по результатам наблюдений на многих обнажениях, при прослеживании границ тела по простиранию и падению, т.е. в трех измерениях, а иногда с использованием данных по дешифрированию аэро­фотоснимков и бурения скважин. При описании формы геологического тела необходимо определять видимую и истинную мощность их (для пластовых тел), размеры по площади выхода и элементы залегания интрузивных тел и их элементов (апофиз, ответвлений и т.д.), а также размеры и положение во вмещающих геологических тел, имеющих граничные формы (линзы, жилы, изо­метричные мелкие массивы и т.д.).

Изменчивость породы по латерали и вертикали может иметь первичное и вторичное происхождение, и характеризуется изменчивостью свойств (структуры, текстуры и т.п.). Первичная изменчивость характерна, например, для магматических пород - укрупнение структур от зальбандов к центру интрузивных жильных тел. Вторичная изменчивость может быть обусловлена наложенными процессами - метаморфическими, метасоматическими, гидротермальными, тектоническими и т.п. Учитывая это, необходимо давать, по-возможности, более полную характеристику изменчивости и ее генетическую природу.

Условия образования и преобразования пород определяются по комплексу признаков, полученных в результате изучения и описания вышеперечисленных характеристик. Как отмечалось ранее, генетический смысл несут в себе почти все характеристики - форма тел, условия залегания, вещественный состав и структурно-текстурные особенности. Кроме выяснения генетического типа пород (осадочные, магматические, метаморфические и др.), нужно пытаться воссоздать конкретную палеофациальную или физико-химическую обстановку формирования и преобразования породы. Чаще всего это невозможно сделать без дополнительных петрохимических, петрологических и других методов исследований. Особенно это относится к определению первичной природы и термодинамических параметров метаморфических (гнейсов, амфиболитов и др.) и интенсивно преобразованных пород любого происхождения.

В начале раздела «Описание обнажений» было отмечено, что принципы описания пород разного генезиса имеют свою специфику и могут значительно различаться, поэтому следует привести хотя бы основные особенности.