УДК 551.24

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Копылов Игорь Сергеевич
Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета
доктор геолого-минералогических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

Аннотация
В статье приводятся основные геологические (геолого-структурные, неотектонические и геодинамические) факторы, влияющие на формирование геоэкологических условий. Рассмотрено тектоническое и неотектоническое строение территории Пермского Приуралья и Урала. Отмечено, что геодинамическая активность является ведущим фактором в формировании многих геохимических аномалий. На основе аэрокосмогеологических исследований закартированы геодинамические активные зоны. Установлено их влияние на состояния окружающей среды и заболеваемость населения.

Ключевые слова: геодинамические активные зоны, геологические факторы, геоэкологическая оценка, геоэкология, неотектоника


GEOLOGICAL FACTORS OF FORMATION GEOECOLOGICAL CONDITIONS

Kopylov Igor Sergeevich
Natural Science Institute of the Perm State National Research University
doctor of geological and mineralogical sciences, the associate professor, leading researcher

Abstract
Basic geological (geological-structural, tectonic and geodynamic) factors affecting the formation of geoecological conditions are discussed in the article. Tectonic and neotectonic structure of the Perm Ural and Ural territory are considered. Geodynamic activity is the leading factor in the formation of many geochemical anomalies. Geodynamic active zones identified on the basis of aerospace geological researches are mapped. Their influence on the environment and morbidity are established.

Keywords: geodynamic active zones, geoecological assessment, geoecology, geological factors, neotectonics


Рубрика: Геология

Библиографическая ссылка на статью:
Копылов И.С. Геологические факторы формирования геоэкологических условий // Исследования в области естественных наук. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2015/06/10233 (дата обращения: 26.01.2017).

Геологические факторы имеют важнейшее значение в формировании природной (природно-геологической) среды, геохимических и геофизических полей и оказывают активное воздействие на состояние современной геоэкологической обстановки и на здоровье человека. Геологические факторы условно разделены на 4 группы: 1) геолого-структурные факторы (литолого-фациальные условия, структурно-тектоническая обстановка); 2) неотектонические и геодинамические факторы; 3) геоморфологические и 4) гидрогеологические факторы. Ниже кратко рассмотрены две первые группы факторов с упором на элементы, которые играют определяющую роль в геоэкологии Западного Приуралья и Урала (территории Пермского края).

Геолого-структурные факторы

Основы современных представлений о геологическом строении региона Западного Урала и Приуралья заложены в конце XIX века А.П. Карпинским, обобщившим все геологические данные по Европейской России и впервые выделившим Русскую плиту и М.И. Горским (1939) предложившим первую схему тектонического строения Урала. В последующие годы это районирование было уточнено П.А. Софроницким (1955, 1969), И.Д. Соболевым (1969, 1977, 1979) и другими исследователями. Изучением региона занимался огромный коллектив геологов, результатом коллективного труда которого явилось издание многотомных энциклопедических монографий, включающих территорию Пермского края – «Геология СССР, т.XII, 1969» и «Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых, т.1. Руская платформа, 1985» [1]. Ниже приводится краткое описание геологического строения по материалам работ П.А. Софроницкого (1969, 1991), И.Д. Соболева (1979), Р.О. Хачатряна (1979), институтов КамНИИКИГС (В.М. Проворов и др.), ПермНИПИнефть (Ю.А. Жуков и др.), ПГУ (Л.А. Шимановский, Б.С. Лунев, Б.М. Осовецкий, Р.Г. Ибламинов и др.), ФГУП «Геокарта-Пермь» (Б.К. Ушков, Л.П. Нельзин и др.).

Территория располагается на стыке двух крупнейших геологических систем – Восточно-Европейской или Русской платформы (Русская плита) и Уральской герцинской складчатой области. Западная и центральная части находятся на восточной окраине Русской плиты, которая к востоку сменяется зоной Предуральского краевого прогиба, переходящего в Западно-Уральскую зону складчатости и Центрально-Уральское поднятие (рис. 1).

Рисунок 1 – Геологическая карта Пермского Приуралья и Урала [2]

Русская плита на рассматриваемой территории представляет собой северо-восточную часть крупной надпорядковой структуры – Волго-Уральской антеклизы и занимает небольшую часть юго-востока Тиманского кряжа с Предтиманским прогибом. В строении Русской плиты выделяются два структурных этажа: древний кристаллический фундамент архейско-нижнепротерозойского возраста (карельский, с возрастом более 1,6 млрд. лет) и субгоризонтально залегающий на нем осадочный чехол верхнепротерозойских, палеозойских отложений. Фундамент слагают гнейсы, гранито-гнейсы, кристаллические сланцы и амфиболиты. Залегает на отметках от –1650 м на северо-западе (скв. Усть-Черная) до -2852 м (скв. Кудымкарская). На северо-востоке (с. Ксенофонтово) выступает на поверхность, где представлен верхнепротерозойскими (байкальскими) метаморфизованными кварцитовидными песчаниками, глинистыми сланцами, известняками, доломитами.

Осадочный чехол состоит из малоизмененных осадочных пород различного возраста – от верхнего протерозоя до кайнозоя включительно. В основании платформенного чехла залегают терригенные отложения нижне- и верхнебавлинской серии венда-кембрия; выше по разрезу залегают карбонатные и терригенно-карбонатные породы среднего и верхнего девона, карбонатные и терригенно-карбонатные породы карбона, карбонатные – нижней перми, терригенные – средней и верхней перми, триаса и юры. Большую часть территории занимают континентальные породы верхнего и среднего отдела пермской системы, на северо-западе распространены отложения мезозоя. Толщина осадочного чехла составляет 1,5-5 км. Палеозойские отложения характеризуются сложным внутренним структурным планом. На фоне общего субгоризонтального залегания отложений, развиты пологие положительные и отрицательные округлые структуры: мегасводы, своды, мегавпадины и впадины. На фоне этих крупных структур развиты узкие и вытянутые валы и депрессии, которые в свою очередь осложнены мелкими куполами, брахиантиклиналями и мульдами. В платформенной части региона установлено несколько тектонических элементов I порядка: Камский, Пермский, Башкирский своды, Ракшинская седловина, Верхнекамская, Висимская, Бымско-Кунгурская впадины; вместе с прогибом – 41 положительная структура II порядка и более 600 локальных поднятий.

Предуральский краевой прогиб (ПКП) представляет собой крупную синклинальную структуру, отделяющую Русскую плиту от Уральской складчатой области. Характеризуется более глубоким залеганием фундамента (до 9 км и более), чем на платформе и складчатом Урале, наличием мощной толщи пород галогенной (карбонатно-сульфатно-соляной) формации кунгурского яруса и биогенных рифов артинского яруса пермской системы. В прогибе обнажаются в основном нижнепермские отложения, частично перекрытые верхнепермскими отложениями. В прогибе выделяются с севера на юг Верхнепечерская, Соликамская и Юрюзано-Сылвинская депрессии, разделенные Колвинской и Косвинско-Чусовской седловинами.

Западно-Уральская зона складчатости (ЗУЗС) или Передовые складки Урала (ПСУ) прилегает с востока Предуральскому прогибу и протягивается с севера на юг вдоль всего западного склона Урала, представляет собой крупную моноклинальную структуру с постепенной сменой с запада на восток относительно молодых палеозойских пород более древними. Распространены преимущественно терригенные и карбонатные породы девона, карбона и нижней перми. Ограниченное распространение имеют вендские, ордовикские и силурийские отложения. ЗУЗС сильно осложнена складчатыми формами, от крупных и сложных до мелких, элементарных, а также многочисленными мелкими разрывными нарушениями типа всбросов, сбросов, надвигов крутых на востоке зоны и очень пологих на западе. В силурийских и ордовикских отложениях установлены относительно маломощные дайки диабазов и габбро-диабазов. По особенностям строения ЗУЗС подразделяется на западную и восточную подзоны, которые поперечной Полюдовской макроантиклиналью делятся на Вишерскую и Язьвинско-Айскую части.

Центрально-Уральское поднятие (ЦУП) расположено на востоке территории, в горной части Урала и представляет собой сложное антиклинальное сооружение, включающее крупные структуры II порядка: Ляпинско-Исовский (Ляпинско-Кутимский), Кваркушско-Каменногорский мегаантиклинории и Улсовско-Койвинский (Улсовско-Висимский) мегасинклинорий, которые осложнены более мелкими складчатыми формами разных порядков и морфологии и множеством разрывных нарушений. Здесь распространены в основном древние метаморфизованные осадочные и вулканогенно-осадочные породы рифея, венда и нижнего палеозоя. Они интенсивно дислоцированы и прорваны малыми интрузиями ультраосновных, основных и кислых магматических пород.

Особенности геологического строения Пермского Приуралья и Урала отражены на современных картах геологического содержания [2-4].

Неотектонические и геодинамические факторы

Геоморфолого-неотектоническим особенностям и неотектонике Урала и Приуралья посвящено множество работ, касающихся вопросов морфологии, истории развития и формирования рельефа, обусловленным неотектоническими движениями. Проводилось много специальных геоморфологических и региональных картосоставительских работ; существуют различные схемы районирования. К первым работам по геоморфологии, в связи с изучением морфологии рельефа и четвертичных отложений Северного Урала и Предуралья относятся работы В.А. Варсанофьевой (1932, 1939, 1954), которой была установлена ярусность рельефа и работы Д.В. Борисевича (1948, 1954), который отмечал общий сводовый характер новейших поднятий.

Согласно одной из наиболее известных схем неотектонического районирования (В.П. Трифонов, 1969) рассматриваемая территория расположена в пределах двух неотектонических областей – Восточной окраины Русской платформы (Приуралье или Предуралье) и Урала; области подразделяются на ряд неотектонических районов. Существуют еще несколько схем неотектонического районирования с выделением наиболее существенных новейших структур и амплитуд современных тектонических движений (Н.И. Николаев, Шульц, 1959; В.А. Сигов и др., 1968, 1975; В.И. Бабак, Н.И. Николаев, 1983; Л.Н. Спирин, 1984; Л.А. Шимановский, 1988; Ю.А. Ильиных, 1992 и др.). Эти схемы характеризуются, как общностью, так и различием структурных построений, границ крупных и средних структур, наименований одних и тех же структур.

За начало неотектонического этапа в России и принята граница палеогенового и неогенового времени, хотя некоторые исследователи за начальную фазу неотектонической активизации принимают средний олигоцен. Общей тенденцией тектонического развития Урала и его обрамления в неоген-четвертичном периоде является поднятие территории. Оно началось еще в олигоцене, обусловив регрессию палеогеновых морей, но более отчетливо проявилось в неогене. В определении характера новейших тектонических движений Урала существует несколько точек зрения. Одни авторы (В.А. Варсанофьева, Д.В. Борисевич) отмечают лишь общий сводовый характер новейших поднятий и отрицают, наличие дифференциальных подвижек особенно в горной части. Другие (Н.И. Николаев, В.Е. Хаин, В.П. Трифонов и др.) отмечают более сложный сводово-блоковый (сводово-глыбовый, ступенчато-сводовый) характер по зонам, как относительно молодых, так и омоложенных древних разломов, отмечают существование региональных дифференциальных движений. Последовательное поэтапное проявление и наложение этих зон и движений предопределило условия развития крупных новейших структур региона, характер рельефообразующих процессов, строение и состав кайнозойских отложений. М.Л. Копп и др. [5] на примере Тулвинской возвышенности, представляющей собой меридиональный неотектонический вал, осложняющий восточную часть Русской плиты (в ее новейшем выражении), входящий в единую меридиональную зону новейшей активизации Русской плиты около Урала объясняют происхождение последнего в связи с обстановкой широтного сжатия и ассоциирующего меридионального растяжения.

Различные точки зрения существуют на основные периоды неотектонического развития. Б.С. Лунев [6] по наличию комплекса эрозионно-аккумулятивных террас в долине р. Камы отмечает три ритма неотектонических движений: в начале древнечетвертичной, в начале среднечетвертичной и в начале позднечетвертичной эпох; амплитуды колебаний соответственно составляют 30-40 м, 15-25 м, 10-20 м. Л.Н. Спирин и др. [7] выделяют несколько неотектонических фаз. В начальную фазу (конец среднего олигоцена) существующий позднемезозой-палеогеновый пенеплен был приподнят до 100-150 м, расчленен глубокими долинами. В позднем олигоцен-миоцене наметилась первичная дифференциация новейших движений и образовании субмеридиональных зон поднятий и относительных опусканий. В плиоцене субмеридиональная зональность сменяется субширотной, которая развивается в плейстоцене. К концу среднего плейстоцена завершился этап дифференцированных интенсивных новейших тектонических движений, в результате которого оформились основные неотектонические структуры. В позднем плейстоцене происходили относительно слабо дифференцированные поднятия территории. В голоценовую фазу происходит обновление неотектонических дифференцированных движений, реконструкция неотектонических структур региона, которая носит унаследованный характер от плиоцен-плейстоценового режима. Голоценовые движения особенно отражаются на обновлении положительных морфоструктур – линейно-блоковых новейших зон поднятий. Обориным В.В. и Копыловым И.С. рассмотрена  климатогеохронологическая история неоплейстоцена Пермского Предуралья и показана ее связь с неотектоническими движениями, трансгрессивными и регрессивными циклами [8]. Геоморфологические ландшафты, обусловленные климатическими и неотектоническими факторами являются одной из основ геоэкологического картографирования [9].

На рассматриваемой территории выделяется несколько неотектонических районов с различными амплитудами современных тектонических движений, которые определяют развитие прямого унаследованного рельефа (Б.М. Осовецкий и др., 1990ф). Отмечается образование нескольких денудационных уровней: 1) от 0 до 100 м – низменности и цокольные равнины на севере территории, покрытые чехлом ледниковых, водно-ледниковых, аллювиальных, озерно-аллювиальных отложений с абсолютными отметками до 150 м; 2) от 100 до 200 м – высокие и низкие равнины на севере территории в границах четвертичных оледенений, покрытые чехлом ледниковых отложений с отметками до 200 м; 3) от 200 до 300 м – платообразные возвышенности и высокие пластовые равнины на западе и юге территории с отметками 250-400 м; 4) от 300 до 500 м – плато и платообразные увалистые, холмисто-грядовые возвышенности с останцами мезозойских поверхностей выравнивания с отметками 350-600 м, покрытые маломощным чехлом элювиально-делювиальных отложений; 5) от 500-700 м и более – глыбово-островные горы и платообразные массивы с останцами поверхностей выравнивания с отметками до 1200 м и более, покрытые прерывистым маломощным чехлом элювиально-делювиальных отложений.

Сейсмическая активность Уральского региона долгие годы недооценивалась и, как правило, Урал и Русская платформа относились к асейсмичным районам. Согласно исследованиям ведущей сейсмологической организации России – Института физики Земли (ИФЗ РАН, г. Москва) на территории Среднего Урала (в пределах Пермского края и Свердловской областей) выделяется область наивысшей (для Европейской части территории России) сейсмической активности. Выполненные ИФЗ РАН расчеты показывают о возможности проявления в Западно-Уральском регионе 8 – балльных землетрясений, последствия которых могут быть особенно катастрофическими. Сейсмическая опасность этого региона особенно усиливается аномально высоким уровнем техногенной нагрузки на недра Западного Урала.

Неотектонические и геодинамические условия играют одну из основных ролей при определении геоэкологических условий. Состояние природно-геологической среды зависит от многих факторов, и контролируется, прежде всего, геодинамическими условиями, обусловленными глубинным строением земной коры и степенью активности современных тектонических движений. В строении земной коры выделяются два основных геодинамических элемента – относительно монолитные геоблоки со стабильным неотектоническим режимом и геодинамические активные зоны со значительно более высокой мобильностью неотектонических движений [10]. Поэтому, при характеристике геоэкологических условий важно выделить эти геоблоки и определить степень геодинамической (неотектонической) активности, которая отражается на формировании морфоструктур, геохимических, геофизических полей, водоносных зон, геопатогенных аномалий, в увеличении диапазона экзогенных геологических процессов, на степени инженерной устойчивости территории, на сейсмичности территории.

В последнее десятилетие автором проведены региональные и крупномасштабные аэрокосмогеологические исследования (АКГИ) на территории Урала и Приуралья в различных целях [11-16]. На основе дешифрирования современных цифровых спектрозональных космических снимков выделено более 50 тыс. линеаментов, отождествляемых с тектоническими нарушениями фундамента и осадочного чехла (рис. 2). Проведена их обработка в геоинформационных технологиях.

На основе аэрокосмогеологических исследований, морфонеотектонического и линеаментно-блокового анализа выполнено неотектоническое районирование, отражающее блоково-тектоническое, морфоструктурное и геоморфологическое строение территории [17-19], имеющее важное значение для изучения геоэкологических условий. По морфонеотектоническим показателям установлено большое количество аномалий, как с высокими значениями (которые представляют собой геодинамические активные зоны), так и с низкими значениями (стабильные зоны). Большинство аномалий на территории Пермского Приуралья и Урала группируются в 17 крупных геодинамических активных зон регионального уровня (макрозон) с площадями 1-9 тыс. км2, в среднем 4,3 тыс. км2 [20-22].

Рисунок 2 –Карта тектонической трещиноватости и геодинамических активных зон Пермского Приуралья и Урала

Выделены 60 геодинамических активных зон зонального уровня (мезозон) с площадями в среднем 100-300 км2 и более 1 тыс. локальных геодинамических зон с площадями в среднем 1-30 км2. Проведен комплексный пространственный и корреляционный анализ по сопоставлению их с геофизическими, геохимическими полями, который показал хорошую сходимость этих данных, установлена ведущая роль геодинамических активных зон в формировании многих геохимических аномалий.

Медико-геоэкологический анализ показал на увеличение общего числа заболеваний населений, особенно – детского контингента на территориях с повышенной геодинамической активностью [23]. В фундаментальной работе «Теория и методология экологической геологии» [24] уделяется повышенное внимание зонам биологического дискомфорта (геопатогенным зонам), связанным с геодинамическими и геохимическими факторами. Наша интегральная геоэкологическая оценка [25, 26] с учетом 11 групп природно-техногенных показателей свидетельствует о ведущей роли геодинамических активных зон в формировании геоэкологических условий. Поэтому мы считаем, что критерий геодинамической активности является одним из важнейших при комплексной оценке геоэкологического состояния и должен в обязательном порядке учитываться при проведении региональных и детальных геоэкологических исследований природных и урбанизированных территорий.


Библиографический список
  1. Геологическое строение СССР. Т.1. Русская платформа. Л., 1985.
  2. Копылов И.С., Коноплев А.В. Геологическое строение и ресурсы недр в атласе Пермского края // Вестник Пермского университета. Геология. 2013. № 3 (20). С. 5-30.
  3. Атлас Пермского края» / Коллектив авторов. Под общей редакцией А.М. Тартаковского. Екатеринбург, 2012. 124 с.: ил.
  4. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Инженерно-геологическое изучение, картографирование, районирование территории Пермского края // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-10. С. 2190-2195.
  5. Копп М.Л., Вержбицкий В.Е., Колесниченко А.А., Копылов И.С. Новейшая динамика и вероятное происхождение Тулвинской возвышенности (Пермское Приуралье) // Геотектоника. 2008. № 6. С. 46-69.
  6. Лунев Б.С. Неотектонические движения Среднего Прикамья // Геоморфология и новейшая тектоника Волго-Уральской области и Южного Урала. Тр. Уфимского совещания по геоморфологии и неотектонике Волго-Уральской области и Южного Урала. Уфа: БФ АН СССР, 1960. С.193-198.
  7. Спирин Л.Н., Шмыров В.А. Основные черты голоценовой тектоники и палеогеографии Пермского Приуралья // Физико-географические основы развития и размещения производительных сил Нечерноземного Урала. Пермь, 1984. С. 107-113.
  8. Оборин В.В., Копылов И.С.Климатогеохронологическая история неоплейстоцена севера Пермского Предуралья и ее связь с неотектоническими движениями, трансгрессивными и регрессивными циклами // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, 2015. С. 83-90.
  9. Копылов И.С., Лунев Б.С., Наумова О.Б., Маклашин А.В. Геоморфологические ландшафты,    как    основа   геоэкологического   районирования    //      Фундаментальные исследования. 2014. № 11-10. С. 2196-2201.
  10. Копылов И.С., Коноплев А.В.Методология оценки и районирования территорий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций как основного результата действия геодинамических и техногенных процессов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1.
  11. Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.
  12. Копылов И.С. Аэрокосмогеологические методы для оценки геодинамической   опасности на закарстованных территориях // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 6. С. 14-19.
  13. Копылов, И.С. Геодинамические   активные зоны Верхнекамского месторождения калийно-магниевых    солей    и    их   влияние  на   инженерно-геологические условия    // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 5.
  14. Копылов И.С.  Поиски  и  картирование   водообильных   зон   при   проведении гидрогеологических   работ   с   применением   линеаментно-геодинамического анализа // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского   государственного аграрного университета. 2013. № 93. С. 468-484.
  15. Копылов И.С. Картографическое моделирование геодинамических активных зон, оценка их влияния на инженерно-геологические и геоэкологические процессы и формирование полезных ископаемых // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2013. № 13. С. 145-147.
  16. Копылов И.С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми,   как   проявления   факторов   геодинамики   и  техногенеза    // Фундаментальные исследования. 2013. № 1-2. С. 335-339.
  17. Копылов И.С. Методология, оценка, районирование неотектонической активности (на примере Пермского Предуралья и Урала) // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2004. С.3-11.
  18. Копылов И.С. Неотектонические блоковые структуры Пермского Приуралья и их роль в формировании месторождений нефти и газа // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2006. С. 80-82.
  19. Копылов И.С. Линеаментно-блоковое строение и геодинамические активные зоны Среднего Урала // Вестник Пермского университета. Геология. 2011. № 3. С. 18-32.
  20. Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты  учения  о   геодинамических  активных зонах // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 4.
  21. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Пермского Приуралья на основе аэрокосмогеологических исследований // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2010. № 10. С. 14-18.
  22. Копылов И.С.  Геодинамические  активные зоны   Приуралья, их проявление  в  геофизических,   геохимических,    гидрогеологических     полях    // Успехи современного естествознания. 2014. № 4. С. 69-74.
  23. Копылов И.С.   Геоэкологическая   роль   геодинамических   активных   зон   //   Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 7. С. 67-71.
  24. Теория и методология экологической геологии / Трофимов В.Т. и др. Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1997. 368 с.
  25. Копылов И.С.  Принципы  и  критерии   интегральной   оценки  геоэкологического состояния  природных  и  урбанизированных территорий  // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6.
  26. Копылов И.С. Научно-методические основы геоэкологических исследований нефтегазоносных регионов и оценки геологической безопасности городов и объектов с применением дистанционных методов / автореферат дис. ... доктора геолого-минералогических наук. Пермь, 2014. 48 с.


Все статьи автора «Kopylov»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: