2.2.3. Изучение и описание горно-породных тел

В большинстве маршрутов выполняется описание осадочных тел (слоев), представленных либо одной породой, либо чередованием нескольких осадочных пород, составляющих слой.

Осадочные тела. При описании однопородного слоя рекомендуется документировать в полевом дневнике следующие характеристики пород: 1) название; 2) окраску; 3) структуру; 4) текстуру; 5) минеральный состав; 6) твердость; 7) включения; 8) органические остатки; 9) трещиноватость; 10) мощность горно-породного тела (слоя); 11) характер изменчивости слоя по простиранию и падению; 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.

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. Наиболее распространенными текстурами осадочных пород являются массивная, слоистая и косослоистая. 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 псаммитов и алевритов (песчаных и алевритовых пород) указывается степень однородности их минерального состава (мономинеральные, олигомиктовые или полимиктовые).

При описании пелитов (глинистых пород), помимо 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: слабая (ломаются руками), средняя (легко разбиваются молотком) и высокая (молотком разбиваются с трудом).

7. Включениями называют либо 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 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. Истинную мощность горно-породного слоя измеряют с помощью рулетки, линейки или градуированной рукоятки геологического молотка.

11. Изменчивость слоя по его составу, строению и мощности прослеживают как по вертикали, так и (по возможности) по простиранию.

12. 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 пляжевые фестоны, знаки ряби, следы капель дождя, кристаллов льда, трещины усыхания и другие гиероглифы.

Магматические тела. Если осадочные горные породы имеют практически лишь одну форму залегания – пластовую, то для магматических тел это лишь частный случай, имеющий место при возникновении межпластовых интрузий – силлов – и вулканических покровов, перекрытых обычно осадочным чехлом. В пределах района практики такие образования отсутствуют. Основная форма, доступная для исследования, представлена батолитоподобным гранитным интрузивом, известным в геологической литературе как Выборгский массив – плутон рапакиви (термин ввел в геологическую литературу И.Седерхольм в 1891 г.). В переводе с финского рапакиви означает гнилой камень – вследствие характерных крошащихся форм его экзогенного разрушения. Плутон частично находится в северо-западной части Ленинградской области и имеет размер обнаженной части по широте 180 км при протяженности с севера на юг – 110 км. Вмещающие породы представлены слюдистыми гнейсами с гранатом, силлиманитом и кордиеритом; минеральные ассоциации соответствуют амфиболитовой и переходной амфиболит-гранулитовой фациям метаморфизма. Возраст магматических пород, по данным радиоактивной диагностики, составляет 1630-1650 млн лет. Данные хронологических определений по радиоактивным изотопам свинца ²⁰⁷Pb и ²⁰⁶Pb показывают 1670 и 1680 млн лет, причем характерно, что возрастной показатель примерно одинаков у всех гранитоидов, входящих в состав интрузива. Геометрическая форма тела – пластинчатая, мощность примерно 3 км. Выделяется ряд утолщений – каналов, подводящих гранитную магму, наиболее мощное из них (до 12 км) находится в районе Айхвенисто.

В целом, гранитоиды, слагающие массив, представлены рапакиви; второстепенной, более ранней породой, является лапее-гранит, который соответствует адамеллиту (граниту с предельно низким содержанием кварца). Данная разновидность наблюдается в массиве к западу от границы СНГ, в Финляндии, т.е. за пределами района практики. Основная интрузивная фаза отражена главной массой рапакиви, типичнейшей структурно-петрологической чертой которого служит наличие крупных в большинстве округлых порфировидных вкраплений калиполевого шпата. Когда количество данных вкраплений по объему соответствует основной массе, породу называют выборгитом (термин введен В.Ваалем в 1925 г.). В лапее-граните есть дайки выборгита, что указывает на более молодой возраст последних. Вкрапления округлы, зональны, обычно окружены оболочками альбит-олигоклаза, имеющими зеленоватый оттенок из-за микровключений биотита; если включения имеют красноватый цвет, это свидетельствует о присутствии тонкодисперсного гематита. Самыми поздними являются дайки аплита и жилы керамических пегматитов, пересекающие выборгит. Таким образом, выборгский плутон представляет сложно построенное, гетерогенное интрузивное тело, в котором развиты лишь гранитные породы.

Гранитные массивы рапакиви широко распространены во всем мире и находятся, в частности, в Южной Гренландии, Венесуэле, в бассейне р. Амазонки, в Забайкалье, в Украине и других местах. Все эти массивы датируются докембрийским возрастом, однако похожие на рапакиви граниты встречаются и в фанерозое, например, на Тянь-Шане, Памире, и в Японии. Во многих регионах рапакиви генетически связаны с основными полевошпатовыми породами анортозитами (так называемая анортозит-рапакитовая формация).

Задачи полевых наблюдений следующие: а) изучение формы интрузивного тела; б) изучение внутреннего строения, петрологических особенностей, петроструктурных характеристик, минерального состава; в) анализ текстурных особенностей, трещин прототектоники и форм выветривания.

Следует иметь в виду, что минеральный состав интрузий в районе проведения практики весьма устойчив, и основное внимание уделять определенным структурным вариациям. Так, одной из них является количество порфировидных выделений калиполевого шпата, другой – их форма и размеры. Так, например, относительное количество порфировых выделений может составлять 80 % и более. Размер часто позволяет отнести их к пегматоидным образованиям, так как превышает 10 см. При относительно хорошей обнаженности юго-восточной части массива в районе г. Выборга по ходу маршрутного пересечения возможны непрерывные наблюдения за всеми особенностями гранитов. Фиксация этих особенностей не является сложной, вследствие, как отмечено, высокой степени однородности пород.

Для изучения текстуры и прототектоники наиболее эффективны наблюдения над трещинами отдельностей, которые закономерно ориентированы: 1) к контактам тел; 2) к векторам региональных тектонических сил. Действие последних обусловлено различными причинами: движением подкоровых масс, ротацией Земли, влиянием космоса и пр. Если первые параллельны, перпендикулярны и косо наклонены к контактам, то вторые практически не зависят от границ интрузивов, имеют устойчивую пространственную ориентировку и развиты в породах экзоконтактовой зоны.

Поверхности трещин замеряют горным компасом и по сумме определений строят розы-диаграммы простирания трещин или сферограммы их полюсов (нормалей к плоскостям). Эти графики показывают условия формирования петроструктуры при остывании гранитного тела и направление действия тектонических сил.

Помимо Выборгского массива магматические породы развиты в пределах района практики и в других местах. Они представлены преимущественно обломочным материалом: это всевозможные валуны, галька, щебень в породах четвертичной системы. Магматические породы наряду с метаморфическими в геологическом прошлом дезинтегрированы до фрагментов отдельных минералов (преимущественно кварц и полевой шпат) и превращены в обломки песчано-алевритовой фракции нижнепалеозойских комплексов. Наряду с карбонатными породами они входят в состав осадочных комплексов нижнего палеозоя (кембрия, ордовика, девона и пр.). Помимо выходов на кристаллическом щите гранитные и гранодиоритовые интрузии широко распространены в кристаллическом основании, подстилающем осадочные толщи. Информация об интрузивных образованиях, находящихся на глубине, получена благодаря бурению скважин, вскрывших фундамент, и геофизическим исследованиям. Так, скважина глубиной 1 км, пробуренная на южной окраине Санкт-Петербурга, вскрыла в интервале нескольких сотен метров лишь гранитоидные и диоритовые тела при подчиненном содержании стратифицированных метаморфических пород. Крупные перекрытые осадочными комплексами гранитоидные интрузивы находятся в районе Волхова, к северу от Лодейного поля, на южном побережье Финского залива и в других местах.

Метаморфические тела. В пределах Ленинградской области, где студенты СПГГИ проходят учебную геологическую практику, метаморфические горные породы развиты в коренном залегании в северной и северо-западной частях области. В форме ледниковых обломков они рассеяны по всей площади области.

Коренные выходы начинаются к северу от линии, соединяющей на карте поселки Лосево – Красносельское – Кирилловское – Рябово. Породы имеют преимущественно средне- и нижнепротерозойский возраст и представлены различными гнейсами, гранитогнейсами, слюдяными, дистеновыми и другими сланцами, амфиболитами, кварцитами, сильно измененными эффузивами и дайковыми телами преимущественно основного состава. Породы сложно дислоцированы и ассоциируют с гранитоидными массивами.

Метаморфические породы в форме обломков представлены в основном ледниковыми валунами, глыбами, щебнем в реликтовых моренных остатках по долинам рек. Многочисленные ледниковые валуны находятся и среди почвенного слоя, невского аллювия, в морских пляжных осадках Финского залива. Наибольшее количество такого материала сконцентрировано между поселками Репино и Комарово при общей тенденции увеличения их распространенности к г. Зеленогорску и далее на запад по направлению к центру оледенения, находившемуся в Скандинавии. В районе пос. Приветнино гнейсо-граниты и гнейсы имеют коренное залегание, однако выходы их сверху перекрыты нагромождениями валунов из пород магматического и метаморфического генезиса. Данные выходы местами проступают из-под чехла четвертичных осадков, а на самом западе слагают довольно высокий абразионный берег с небольшими фиордами.

Изучение пород в полевых условиях имеет ряд особенностей. Так, анализ минерального состава пород, равно как их структурно-текстурных характеристик, удобнее всего проводить на пришлифованных поверхностях валунов. С помощью лупы, скальпеля или иглы несложно определить минеральный состав пород и основные особенности их сложения.

Откалывать образцы с гладких поверхностей крепких кристаллических пород весьма сложно. Это осуществимо лишь с помощью твердосплавного зубила и представляет весьма трудоемкую операцию. Отделить представительные образцы с таких поверхностей одним молотком практически невозможно. Следует помнить, что содержащиеся в моренных реликтах в почве и четвертичных осадках выветрелые полуразрушенные обломки метаморфических пород некондиционны и не могут являться представительными образцами той или иной разновидности.

Диагностика породы не представляет особой сложности, если практикант знаком с методом определения породообразующих минералов и установил минеральный состав и текстурно-структурные особенности образца. Всеми этими знаниями студент должен владеть после прохождения лекционного и лабораторного курсов общей геологии «Вещественный состав земной коры». Естественно, в полевых условиях работа с каменным материалом метаморфических пород имеет ряд трудностей. В частности, для диагностики трудны многие темноокрашенные породы. Ими в равной степени могут быть железистые кварциты, амфиболиты, биотитовые сланцы и ряд магматических пород – диабазы, различные габброиды. В этих породах особое внимание должно уделяться правильной диагностике минерального состава. Чаще всего темная окраска обусловлена роговой обманкой, реже – биотитом. Текстурный признак бывает решающим в установлении типа породы: если порода магматическая, то текстура массивная; если ориентированная – то метаморфическая.

Характерно присутствие цепочек порфиробласт полевых шпатов (главным образом, альбит-олигоклаза) вдоль слоистости, гнейсовидности и линейности пород. Иногда порфиробласты встречаются в форме изометричных сегрегаций либо образуют гранитоидные прожилки и линзы, имеющие явно метаморфогенную природу.