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
- Геологическое строение СССР. Т.1. Русская платформа. Л., 1985.
- 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.
- Атлас Пермского края» / Коллектив авторов. Под общей редакцией А.М. Тартаковского. Екатеринбург, 2012. 124 с.: ил.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.
- Копылов И.С. Аэрокосмогеологические методы для оценки геодинамической опасности на закарстованных территориях // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 6. С. 14-19.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Копылов И.С. Методология, оценка, районирование неотектонической активности (на примере Пермского Предуралья и Урала) // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2004. С.3-11.
- 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.
- Копылов И.С. Линеаментно-блоковое строение и геодинамические активные зоны Среднего Урала // Вестник Пермского университета. Геология. 2011. № 3. С. 18-32.
- Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты учения о геодинамических активных зонах // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 4.
- Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Пермского Приуралья на основе аэрокосмогеологических исследований // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2010. № 10. С. 14-18.
- Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Приуралья, их проявление в геофизических, геохимических, гидрогеологических полях // Успехи современного естествознания. 2014. № 4. С. 69-74.
- Копылов И.С. Геоэкологическая роль геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 7. С. 67-71.
- Теория и методология экологической геологии / Трофимов В.Т. и др. Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1997. 368 с.
- Копылов И.С. Принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных и урбанизированных территорий // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6.
- 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.