Основы геологии. Учебное пособие. Плякин А.М.. Основы геологии
 Скачать 7.69 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Ухтинский государственный технический университет А.М. Плякин ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ Учебное пособие Допущено учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию для подготовки бакалавров и магистров по направлению 553600 «Нефтегазовое дело» и для подготовки дипломированных специалистов по направлению 650700 «Нефтегазовое дело» УХТА 2004 Учебное издание Плякин Анатолий Митрофанович ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ Учебное пособие УДК 551.1/.4 075 П 40 ISBN 5-88179-348-Х Плякин А.М. Основы геологии: Учебное пособие / А.М. Плякин. – Ухта: УГТУ, 2004. – 152 с. Учебное пособие предназначено для студентов нефтегазовых специальностей направ- лений 553600 и 650700. В нем содержатся сведения об объектах и предметах геологии, экзо- генных и эндогенных геологических процессах и результатах их деятельности. Приводятся материалы об условиях формирования, типах и условиях залегания осадочных, магматиче- ских и метаморфических горных пород, даются общие понятия о фациях, формациях и их типах. Рецензенты: профессор, доктор геол.-мин. наук А.И. Елисеев, кафедра исторической и региональной геологии МГУ. Редактор В.П. Кипрова Технические редакторы Л.П. Коровкина, Д.Б. Коровкин Корректор О.В. Мойсеня ©Ухтинский государственный технический университет, 2004 ©Плякин А.М., 2004 ISBN 5-88179-348-Х Ухтинский государственный технический университет. 164300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13. Лицензия ПД №00578 от 25 мая 2000 г. План 2004 г., позиция 23. Подписано в печать 09.04.2004 г. Компьютерный набор. Гарнитура Timеs New Roman. Формат 60 х 84 1 / 16 . Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 9,3. Усл.- изд. л. 8,0. Тираж 150 экз. Заказ № 179. Отдел оперативной полиграфии УГТУ. 169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13. 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Учебное пособие предназначено для студентов нефтегазовых специаль- ностей. Пособие состоит из трёх главных частей. В первой части приводятся об- щие сведения о предметах и объектах, изучаемых геологией, о геологическом времени и методах определения относительного и изотопного возраста горных пород, о нашей планете Земля, её внутреннем строении, физических полях пла- неты, а также о геофизических методах изучения её геологического строения. Во второй части рассматриваются проблемы, связанные с геологической деятельностью экзогенных геологических процессов: атмосферных (ветер, вы- ветривание, ледники) и гидросферных (поверхностные текучие воды, моря, озера, болота, подземные воды). Как результат этой деятельности рассматри- ваются условия формирования и залегания осадочных горных пород. Третья часть посвящена эндогенным геологическим процессам: магматиз- му, метаморфизму и тектоническим процессам. Наряду с изложением материала по названным процессам, большое внимание уделено формам тел магматических горных пород и основным тектоническим структурам земной коры. Книга имеет своей целью также оказание теоретической, методической и практической помощи студентам специальностей «Геология нефтяных и газо- вых месторождений», «Прикладная геохимия, минералогия и петрология» и «Геофизические методы исследований» в изучении дисциплины «Общая геоло- гия». Она поможет им ориентироваться в учебной и научной геологической ли- тературе, рассматривающей вопросы образования осадочных горных пород, являясь как бы «ядром» дисциплины, знание которого для студентов геологи- ческих специальностей является обязательным. Книга может использоваться студентами при прохождении учебных геологических практик после I курса вместе с другими учебными пособиями по геологической практике. Она пред- назначена для использования при изучении дисциплины «Геология» студента- ми нефтегазовых («Бурение скважин», «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», «Проектирование и эксплуатация месторождений га- за») и других специальностей («Промышленно-гражданское строительство»). Автор выражает искреннюю благодарность за предоставленные ему фо- тографии Д. Темнову, за выполнение рисунков Т.А. Плякиной, за поддержку при выполнении учебного пособия профессору О.С. Кочеткову, научному ре- дактору, профессору В.А. Копейкину, а также доценту Е.В. Колониченко, ока- завшему помощь в подготовке электронного варианта фотографий и рисунков для учебного пособия. 4 ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ 1. 1. Цели и задачи курса Общая геология – первый фундаментальный теоретический курс по гео- логическим дисциплинам, с которым знакомится студент. Он является введени- ем в избранную геологическую специальность и дает общие представления о геологических процессах, результатах их деятельности, выраженных в горных породах и минералах, а также о многочисленных геологических дисциплинах, изучение которых предстоит студентам после курса «Основы геологии». Основы геологии – это первое знакомство с увлекательной, во многом творческой, и очень важной во всех отношениях областью знаний. Можно ска- зать, что основы геологии – это азбука геологических знаний, основа, на кото- рую в процессе обучения нанизывается целый «букет» более основательных, детальных, глубоких знаний по более конкретным направлениям. В курсе «Ос- новы геологии» студент впервые знакомится с наиболее употребительными геологическими терминами, которые раскрывают суть геологических процес- сов, явлений и образований, поэтому знание терминологии является одновре- менно и знанием сущности геологических процессов. В связи с этим студентам уже с первых лекций необходимо вести свой собственный геологический сло- варик, постепенно пополняя словарный терминологический запас. Для его за- полнения можно использовать конспекты лекций, учебные пособия, учебники, словари, научную литературу. Надо сразу же понять, что работа со словарем, его составление и пополнение принесут очень большую пользу в изучении гео- логических наук и значительно облегчат изучение последующих дисциплин. Главная задача при изучении основ геологии заключается в том, чтобы студенты поняли и усвоили сущность экзогенных и эндогенных геологических процессов, условия их проявления, зависимость от внешних или внутренних сил, а также результаты этих процессов, выраженные в материальном веществе: ми- нералах, горных породах и условиях их залегания. В процессе изучения дисцип- лины каждый студент должен приобрести определенный запас теоретических знаний, который позволит успешно продолжать геологическое образование и даст возможность понять более сложные геологические явления, изучаемые дру- гими науками и дисциплинами. Задачей курса является также приобретение не- которых практических навыков по распознаванию минералов и слагаемых ими горных пород осадочного, магматического и метаморфического происхождения, по чтению и построению геологических карт, геологических разрезов и других 5 графических материалов при геологических исследованиях. При изучении курса студенты должны познакомиться с горным компасом, ориентированием с его помощью на местности, замерами элементов залегания горных пород. Что же такое геология? Наименование этой науки происходит от греческих слов «гео» – земля и «логос» – наука. Это слово было введено в употребление только в конце XVIII века, хотя попытки систематизации геологических наблюдений, не говоря уже об использовании геологических знаний и опыта в практической деятельности человека, предпринимались значительно раньше. Современная геология – это обширная область научных знаний о планете Земля: ее происхождении, внутреннем строении и особенностях развития, о формировании и размещении полезных ископаемых в пределах отдельных ре- гионов планеты и в целом для всей Земли. Коротко науку геологию можно определить как науку о происхождении, развитии и строении Земли. Ее можно рассматривать как составную часть наук о Земле, таких как геофизика, климатология, геодезия, биология и т.д., а также как составную часть планетологии, изучающей все планеты Солнечной системы. Геология как единая наука просуществовала до второй половины XIX ве- ка, когда из нее в результате накопления большого объема знаний начали выде- ляться самостоятельные науки: стратиграфия, минералогия, петрография, литология, тектоника, учение о фациях и многие другие, сначала представляю- щие непосредственно отдельные области чисто геологических знаний, а затем и находящиеся на стыке геологии с другими областями знаний: геофизика, гео- химия и др. Это было вызвано необходимостью все более глубокого изучения узких геологических направлений. 1. 2. Объекты и предметы геологии В геологии так же, как в других науках, имеются свои объекты и свои предметы изучения. Поскольку главным объектом изучения этой науки являет- ся Земля, мы поговорим о более «мелких» объектах изучения, которыми явля- ются составные части планеты, такие как атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера. Атмосфера Земли – это её воздушная оболочка, состоящая из смеси га- зов, среди которых преобладают азот и кислород. Важную роль играют водо- род, углекислый газ и содержащиеся в небольших количествах другие газы и 6 водяные пары, а также разная по составу и происхождению пыль. Обладая из- меняющимися температурой, количеством осадков, давлением водяных паров и прочими характеристиками, атмосфера является одним из важнейших геологи- ческих объектов, производящих интенсивную и очень объемную геологиче- скую деятельность (работу). Гидросфера – водная оболочка, покрывающая более 70% поверхности Земли. Она включает в себя все воды Мирового океана, рек с их притоками, озер, болот, а также подземные воды. В гидросфере происходят очень разнооб- разные геологические процессы, приводящие к образованию разных по составу и строению горных пород. Литосфера – твердая наружная оболочка Земли толщиной от 50 до 250 км. Состоит литосфера из горных пород разного происхождения и слагающих их минералов. В ее состав входят земная кора и верхняя часть верхней мантии. В литосфере происходят активные эндогенные геологические процессы. Биосфера – сложная внешняя оболочка Земли, населенная живыми ор- ганизмами: животными и растениями. Она включает в свой состав нижнюю часть атмосферы с бактериями и другими живыми организмами, поверхность Земли и верхнюю часть литосферы с обитающими в этой зоне растениями и животными, а также гидросферу в пределах зоны обитания разнообразных живых организмов. Предметами изучения геологии являются минералы, горные породы, ме- сторождения полезных ископаемых, ископаемые органические остатки и геоло- гические процессы, происходящие на поверхности Земли (экзогенные) и в её недрах (эндогенные). Минерал – это природное химическое соединение или химический эле- мент, однородный по составу и строению, образованный на поверхности Земли или в ее недрах в результате естественных физико-химических и термодинами- ческих условий. Минералы могут быть получены искусственным путем. Боль- шинство естественных минералов являются твердыми кристаллическими (кварц, мусковит, альбит, ортоклаз и проч.) или аморфными веществами (опал, вулканическое стекло и др.). Встречаются также жидкие минералы – вода, са- мородная ртуть и др. и газообразные (метан, углерод, сероводород и проч.). Горные породы представляют собой естественные ассоциации природных минералов, образованных примерно в одинаковых условиях. Поэтому первич- ные горные породы характеризуются определенным сообществом первичных минералов – парагенезисом, образованным при сходных, близких условиях. В последующем первичный парагенезис может изменяться в процессе преобразо- 7 вания горных пород, в результате чего в их составе могут появляться вторич- ные минералы, образованные уже в других, отличных от первичных, условиях (при выветривании, метаморфизме и проч.). По составу горные породы бывают мономинеральными, т.е. состоящими из одного минерала (например гипс, ангидрит, известняк, кварцевый песок и др.) и полиминеральными, образованными несколькими породообразующими минералами. Такие породы представлены гранитами, в обязательном порядке содержащими в своем первичном составе кварц, хотя бы один минерал из груп- пы полевых шпатов (альбит, ортоклаз, микроклин и др.), слюдистый минерал (мусковит, биотит, серицит), а также другие минералы (например роговую об- манку или др.); диоритами, диабазами и проч. По происхождению (генезису) различают три группы горных пород: маг- матические, осадочные и метаморфические. Существует и группа переходных горных пород, представляющих собою сообщество магматического (вулкани- ческого) и осадочного материала и называющихся вулканогенно-осадочными или осадочно-вулканогенными в зависимости от соотношения слагающего эти породы материала. Горные породы изучают в естественных (рис. 1) или искусственных (рис. 2) обнажениях (карьерах, канавах, шахтах и т.д.). Рис. 1. Естественное обнажение горных пород. Северный Тиман, р. Белая. Фото автора 8 Рис. 2. Искусственное обнажение горных пород в карьере кирпичных глин. г. Ухта. Фото Д. Темнова Магматические горные породы образуются из магмы в процессе её про- движения к поверхности Земли, остывания, затвердевания и кристаллизации. Если образование горных пород происходит на поверхности Земли, то такие породы называются эффузивными, если магма остывает и превращается в гор- ную породу в недрах Земли, то такие породы называются интрузивными. Осадочные горные породы образуются из осадка на поверхности литосфе- ры. Они являются результатом деятельности экзогенных геологических процес- сов. Осаждение вещества происходит при этом в водной (гидросфера) или воздушной (атмосфера) среде. Вещество осадка может быть представлено об- ломками – продуктами механического разрушения любых ранее образованных горных пород, и в этом случае оно является исходным материалом для обломоч- ных (терригенных, механогенных) горных пород. Вещество может быть образо- вано в результате химического разрушения исходных горных пород и образования нерастворимого осадка – в таком случае оно является исходным ма- териалом для хемогенных горных пород. Наконец, вещество может быть создано в результате жизнедеятельности организмов (растений и животных) и состоять из продуктов их жизнедеятельности или из частей самих организмов (стволы растений, раковины животных и т.д.) – в таком случае оно является исходным материалом для органогенных (биогенных) горных пород. В природе весьма рас- пространены и, пожалуй, преобладают осадочные горные породы, имеющие в 9 своем составе различный первичный исходный материал: обломочный, хемоген- ный и органогенный. В зависимости от соотношения этого материала в сформи- рованной горной породе осадочного типа выделяют несколько смешанных типов пород, например, обломочно-хемогенный, хемогенно-органогенный, органоген- но-обломочный, органогенно-хемогенный и другие. Метаморфические горные породы образуются из любых ранее образо- ванных горных пород (осадочных, магматогенных или метаморфогенных) в ре- зультате воздействия на них высоких температур, высоких давлений и химически активных веществ. В зависимости от сочетания этих условий воз- действия на породу, места проявления метаморфизма выделяют несколько ти- пов метаморфических горных пород: породы регионального и контактового метаморфизма, динамометаморфизма и др. Месторождения полезных ископаемых являются понятиями геолого- экономическими. В зависимости от типов руд, содержания полезных компонен- тов в руде, а также от состояния развития техники и технологии, экономического развития общества понятие месторождения может со временем изменяться. Так, некоторые богатые месторождения прошедших времен к настоящему времени не могут уже называться месторождениями в связи с тем, что они уже отработаны. Наоборот, некоторые проявления полезных ископаемых по мере развития техни- ки и технологии извлечения полезных компонентов могут переходить в разряд месторождений. Поэтому правильнее, видимо, понимать под месторождением полезного ископаемого скопления минералов или горных пород в количестве и с качеством, позволяющими при современном состоянии развития науки, техники и технологии экономически целесообразно извлекать их из недр Земли. Понятно, что совершенствование техники, науки и технологии может приводить к перево- ду таких скоплений минералов или горных пород в разряд месторождений, кото- рые ранее ими не были. Как и горные породы, месторождения полезных ископаемых классифицируются по условиям образования, и среди них выделя- ют, прежде всего, магматические, осадочные и метаморфические, а также неко- торые специфические типы, такие как гидротермальные и др. Ископаемые органические остатки – остатки твердых скелетов живот- ных и растений, их отпечатки на поверхностях напластования горных пород (рис. 3, 4, 5). Изучением органических остатков (раковин, спор, пыльцы и т.д.) занимаются науки палеонтология и палеоботаника. Изучая их, геологи устанав- ливают время и условия образования горных пород, в которых обнаружены эти остатки. Определение времени образования горных пород и условий их форми- рования производится на основании знаний об эволюции растительных и жи- вотных организмов на нашей планете. 10 Рис. 3. Органические остатки в девонских породах Тимана. Фото С. Соколова Рис. 5. Органические остатки в известняках девона. Фото Д. Темнова Рис. 4. Брахиоподы в девонских из- вестняках. Фото Д. Темнова 11 Геологические процессы. Геология изучает динамические геологические процессы, которые происходят на поверхности Земли и в ее недрах. Процессы, происходящие на поверхности Земли (ветер, выветривание, реки, моря, ледни- ки, подземные воды), называются экзогенными. Именно в результате деятель- ности этих процессов образуются осадочные горные породы и осадочные полезные ископаемые. Геологические процессы, происходящие в недрах Земли (магматизм, ме- таморфизм, тектонические движения, землетрясения), называются эндогенны- ми. В результате эндогенных геологических процессов образуются магматические и метаморфические горные породы и полезные ископаемые. |