Лаборатория "Исследования Геокатастроф"

В основе наук геологического цикла лежат факты, которые исследователь получает путем наблюдения объектов в природных условиях и зафиксированные в полевых дневниках, где приводится их описание, зарисовка и (или) фотографирование, а также данные о взятии образцов горных пород. Важным геологическим документом в нашем случае является полевая топографическая карта с нанесенными точками наблюдения и проведенными непосредственно в поле геоморфологическими границами.

В связи с этим, для полноценного проведения полевых (маршрутных) исследований, в каком бы районе они не проводились, требуется знание некоторых методических приёмов:

а) порядка проведения наблюдений при прохождении маршрута;

б) ведения описаний наблюдаемых геологических объектов, процессов и явлений в полевом дневнике;

в) зарисовки и фотографирования наблюдаемых геологических объектов, процессов и явлений;

г) сбора образцов горных пород и минералов, их документации и первичной их обработки;

д) составления схем, разрезов и стратиграфических колонок;

е) по результатам маршрутных геологических наблюдений и с помощью имеющихся литературных данных каждой студенческой группой составляется отчёт о практике (план написания отчёта см. ниже).

Основой для составления геолого-геоморфологической карты является топографическая карта масштаба 1:10000. Перед выходом в маршрут карту необходимо сложить таким образом, чтобы ей было бы удобно пользоваться в маршрутах. Чтобы карты не истрепались и не промокли под дождем, их нужно хранить в маршрутах в файловых папках или непромокаемых пакетах. Следует помнить, что надписи населённых пунктов располагаются параллельно южной рамке карт, что необходимо учитывать при ориентировке карт по странам света.

Помимо карт используются аэро- и космоснимки, которые также требуют бережного отношения. Снимки позволяют более достоверно определять местоположение на местности. Точка наблюдений, сначала найденная на снимке, переносится на карту. Полевые карты, которые ведутся обычно двумя студентами, являются основой для отчётной геоморфологической карты и карты фактического материала бригады.

Наблюдения в маршрутах ведутся непрерывно, но подробное описание наблюдаемых объектов, процессов и явлений приводится в так называемых точках наблюдений, которые нумеруются и наносятся на топографическую карту в виде кружка диаметром 1 – 3 мм с аккуратно подписанным рядом номером. Номера точек наблюдений наносятся параллельно южной рамке карты одинаковыми по размеру цифрами. На карту наносятся границы форм рельефа, сложенных разновозрастными отложениями, номера надпойменных террас и т.д. В поле вся информация наносится карандашом, а затем, в камеральное время, после проверки преподавателем, обводится гелиевой ручкой и раскрашивается в соответствии с выбранной цветовой гаммой легенды.

С развитием компьютерных технологий у геологов появились возможности использовать в маршрутах планшеты, в которых занесена электронная версия топографической карты, совмещенная с космическими снимками, кроме того имеется программа, позволяющая использовать данные GPS, что позволяет осуществлять точную привязку точек наблюдения и наносить их прямо на карту и снимок в планшете. Более того, использование планшетов позволяет прокладывать маршрут, отрисовывать геологические границы, строить геоморфологические профили и т. д. Но это не заменяет ведения полевого дневника, использования лопаты, как основного инструмента для выработки шурфов, закопушек, расчистки стенок карьеров и обнажений в рыхлых породах, а также геологического молотка для раскалывания валунов, галек твердых пород (рис.1).  Необходимыми являются также лупа, рулетка и соляная кислота. Карту необходимо вести каждый день.

Полевой дневник (записная книжка размером 15ҳ10 см, рис.1) наряду с полевой картой является важным документом, который содержит собранный в поле фактический материал, необходимый при написании отчета.

Все записи в дневники должны вестись аккуратно, карандашом, так, чтобы им мог пользоваться не только автор, но и другие члены бригады, что особенно важно при написании отчета. Сокращения в дневнике, кроме общепринятых (т.е., др.), не допустимы. Титульный лист дневника должен быть оформлен следующим образом:

 

Страницы дневника нумеруются, все записи и зарисовки ведутся карандашом. На правой странице приводятся: дата, номер маршрута, его адрес, цель; описание в точке наблюдения. На левой странице делаются зарисовки разрезов отложений в шурфах, канавах, карьерах; приводятся схемы геолого-геоморфологических профилей; отмечаются взятые образцы горных пород и их возраст, проставляются номера фотографий. Важно отметить, что точки наблюдений должны иметь точный адрес, т.е. привязку к наиболее стационарным объектам, отмеченным на топографической карте (как природным, так и техногенным), например, к селению, высотной отметке, устью оврага, пересечению дорог т.д. Нельзя в адресе приводить объекты, которые не обозначены на топографической карте, например, линии ЛЭП. Допускается привязка к предыдущей точке, если имеется ее точная привязка. В этом случае пишут: 100 м к юго-западу от т. н.7. Не рекомендуется привязывать более одной точки к предыдущей. Точки наблюдений обозначаются порядковым номером, который обводится квадратом, если это описание отложений в канаве, шурфе и т. д.; треугольником – геоморфологические наблюдения; кружком – гидрогеологические; если геолого-геоморфологические, то номер можно обвести прямоугольником.

 При описании геологических объектов, процессов и явлений следует обращать внимание на степень обнажённости изучаемой территории, характер рельефа, речную и овражную сеть, растительность, плотность техногенной нагрузки.

 В результате прохождения маршрута должны быть получены данные о:

1)      составе отложений, слагающих те или иные формы рельефа;

2)      возрасте отложений и их генезисе;

3) характере их залегания и взаимоотношения с отложениями другого генетического типа;

4) содержащихся в них минералах, а также остатков фауны и флоры;

5) выходах подземных вод;

6) различных геологических процессах, например, обвалов, оползней и прочих;

7) геологической деятельности человека.

Зарисовка и фотографирование наблюдаемых геологических объектов, процессов и явлений являются обязательным элементом учебной геологической практики.

Объектами зарисовок и фотографирования могут быть элементы рельефа, например, характер русла реки, обнажения четвертичных отложений, элементы трещинной тектоники, выходы подземных вод и т.д. (рис. 2,3).

Следует иметь в виду, что фотография и рисунок одного и того же объекта чаще всего не заменяют, а дополняют друг друга. На фотоснимках фиксируется как общий план, так и все детали, в том числе и второстепенные, а на рисунках выделяются, как правило, наиболее значимые детали, например, слабо видимая на местности, а значит и на фотоснимке, трещина или особенный, например, волнистый тип слоистости и т.д.

Все фотоснимки и рисунки должны иметь подпись, ориентировку по странам света, масштаб, места отбора образцов горных пород или фауны, индексы геологического возраста, условные обозначения. При фотографировании следует использовать, в зависимости от размера фотографируемого объекта, в виде масштаба подручные предметы: от карандаша до телеграфного столба.

Сбор и обработка образцов горных пород, минералов и остатков фауны и флоры – так называемого каменного материала – является важной составляющей учебной геологической практики.

Твёрдые образцы, например, образцы известняков каменноугольного возраста, могут завертываться в плотную бумагу; рыхлые и сыпучие, например, моренные суглинки или пески руслового аллювия – в мешочки. Но и в том и другом случаях образцы должны быть снабжены специальными этикетками, на которых указывается: название ВУЗа, практики; район сбора образца, номер образца, номер точки, номер слоя; даётся краткое описание образца с указанием возраста; ставится дата и подпись собравшего:

Следует заметить, что в графе «Район» должен быть адрес точки наблюдения. Нумерация образцов производится следующим образом: в числителе ставится номер точки наблюдения, в знаменателе номер слоя, если в одном слое взято два образца, то пишется буква а, б и т.д. Не допускается переписывание этикеток в камеральное время. В камеральное время собранная коллекция образцов приводится в порядок и каждый взятый образец вносится в каталог (или журнал) образцов, который вставляется приложением в отчет. В каталоге должно быть отмечено: № по порядку, номер образца, взятый с этикетки, район, краткое описание, возраст.

В районе практики широким развитием пользуются осадочные породы, магматические и метаморфические встречаются лишь в виде включений – обломков разного диаметра и различной степени окатанности в суглинках и песках гляциального, флювиогляциального и аллювиального и др. генезиса. Чаще всего приходится иметь дело с описанием осадочных пород: суглинков, супесей, песков, глин, болотных отложений.

Принимая во внимание задернованность территории практики, прежде всего, необходимо произвести расчистку канавы, карьера, выкопать шурф. После осмотра разреза начинается описание отложений послойно. Выделение слоев или пачек производится в зависимости от цвета, состава, характера залегания, текстурных особенностей (слоистости) слоёв, отличающихся друг от друга. Общепринятой является следующая схема макроскопического описания осадочной породы:

1. Название породы

2. Цвет породы

3. Минеральный состав

4. Структура породы

5. Текстура породы

6. Крепость и пористость

7. Включения

8. Вторичные изменения

9. Мощность слоя или пачки слоёв

10. Генезис

11. Возраст

Последние два пункта (10 – 11) выносятся на левую страницу полевого дневника.

После названия породы указывается ее цвет, при этом имеется в виду основная цветовая гамма и затем оттенок. Необходимо указать в каком состоянии находится порода – во влажном или сухом. Например, песок жёлтый с оттенком бурого цвета. Определение цвета является важным моментом, т.к. цвет связан с составом породы, ее примесями, вторичными изменениями. Так, чистые кварцевые пески – белые, а полимиктовые, состоящие из кварца, полевого шпата, слюды и др. минералов характеризуются желтым, коричневым цветом. Вторичные изменения, например, ожелезнение, придает породе бурую окраску. Примесь органического вещества окрашивают породу в тёмно-серый, вплоть до чёрного цвета. Чёрный цвет имеет торф, нередко встречающийся на территории практики. Необходимо также отметить распределение цвета в породе, которое бывает равномерным, пятнистым, по слоям и т.д. и причину окраски. Например, ржаво-желтый цвет за счет ожелезнения.

Минеральный состав в полевых условиях определяется визуально, при этом целесообразно использовать лупу, а также соляную кислоту, а для определения твердости нож, стекло и др. Особенно это актуально при изучении обломков разного типа пород в гляциальных и флювиогляциальных отложениях. Среди эрратических обломков встречаются породы, перенесённые ледником с севера Восточно-Европейской платформы, с Кольского полуострова, и даже из Скандинавии, которые, как правило, представлены магматическими и метаморфическими породами. Обломки необходимо разбить молотком и изучить породу в свежем сколе. В днепровской морене часто встречаются обломки карбонатных пород – известняков. Определить их достаточно легко по взаимодействию с соляной кислотой. В результате реакции выделяется углекислый газ, что создаёт эффект «вскипания» породы.

Среди песков флювиогляциального и аллювиального генезиса чаще всего в районе практики встречаются кварцевые разности, состоящие преимущественно из кварца, иногда с полевым шпатом, слюдой с признаками ожелезнения. Эти минералы довольно хорошо диагностируются при рассмотрении минеральных зерен под лупой.

Глины можно встретить среди пойменных фаций аллювия и озёрных образований. Глина – осадочная порода, сложенная в основном тонкодисперсными глинистыми минералами, диаметр частиц которых составляет менее 0,01 мм (по данным других исследователей ― менее 0,001 мм), которые практически невозможно определить невооруженным глазом. Отличительной особенностью глин является их размокаемость и нередко пластичность. Часто наблюдается слоистость, особенно это хорошо видно у озёрных образований, что связано с седиментационным происхождением глин. Встречаются органические включения и разности со значительной примесью в них механических обломков тонкопесчаной и алевритовой фракций (кварц, полевые шпаты, слюда, гипс и другие минералы).

При изучении в полевых условиях суглинков и супесей – пород смешанного генезиса, т. е. состоящих из глинистой и обломочной (тонкопесчаной и алевритовой) составляющей, механический их состав определяется «на ощупь». Суглинки могут содержать до 50 % глинистой составляющей. Суглинки подразделяются на тяжёлые, содержащие 40 – 50% глины, средние ―  30 – 40% и лёгкие ― 20 – 30%. Тяжёлые суглинки, обладающие хорошей пластичностью за счет большего содержания глинистой составляющей, при раскатывании во влажном состоянии образуют тонкий шнур, который свертывается в кольцо с неглубокими трещинами. Средний суглинок дает шнур большего диаметра и кольцо распадается на отдельные сегменты, а лёгкий суглинок может дать шнур диаметром 3 – 4 мм, но кольца не образует. Супеси, содержащие до 10 – 20% глинистой составляющей, не образуют шнура вовсе, но скатываются в шар при увлажнении, в сухом состоянии сыпучи, при растирании на ладони чувствуется примесь песчаного материала. Следующая характеристика – это структура. Для обломочных пород существует общепринятая классификация. Для определения размера обломков в поле удобно использовать миллиметровку. В описании песков следует написать, например, среднезернистый или крупнозернистый и т.д. Далее оценивается степень окатанности зерен и их сортировка. Эти два параметра связаны с обстановками формирования осадков, что важно при определении генетического типа отложений. Для оценки степени окатанности зёрен можно использовать шкалу Л.Б. Рухина (1961) (рис. 4).

Характерно изменение степени окатанности зерен в различных слоях разреза одновозрастных отложений (рис. 5).

 

Сортировка оценивается по четырехбальной шкале: выделяются хорошо, средне, плохо сортированные и несортированные зерна или обломки.

В районе практики встречаются пески разного генезиса. Флювиогляциальные, образовавшиеся в результате таяния во время наступания или отступания ледника. Они, как правило, плохо сортированы, включают обломки разной степени окатанности. Другое дело пески речного генезиса, обладающие хорошей сортировкой.

Текстурные особенности пород выражаются в закономерном расположении зёрен, которое может быть хаотичным (неслоистом) или упорядоченным. Во втором случае говорят о слоистости, которая также важна при описании. Слоистость отражает режим осадконакопления. Осадки, образовавшиеся в спокойных условиях, например, глины в озерах, суглинки, торф в болотах характеризуются горизонтальной слоистостью, а для песчаных разностей речных потоков и талых вод преобладает, как правило, косая слоистость. Косая слоистость образуется при переносе песка волочением или сальтацией, когда на дне потока образуются препятствия – валы.

Важно отметить и размерность слоистости. По мощности слоёв выделяют слоистость: грубую (мощность слоев более 50 см); крупную (50 – 10 см); мелкую (10 – 1 см), тонкую (1 – 0,1 см) и микрослоистость (меньше 0,1см). В нашем случае чаще всего приходится иметь дело с последними тремя градациями. В дневнике записывается, например, песок тонкослоистый.

Крепость и плотность (пористость) – физические свойства также необходимо оценить. Крепость или прочность – сопротивление породы разрушению. Традиционно крепость пород  оценивается по шкале М. М. Протодьяконова, согласно которой выделяются: 1 – рыхлые, несцементированные породы, которые не держат стенку (в нашем районе это пески); 2 – мягкие, которые держат стенку, но легко размокают (глины, суглинки, супеси); 3 – слабой крепости, не размокают, не ломаются рукой (тяжелые суглинки в сухом состоянии); 4 – средней крепости, разбиваются молотком, рукой не ломаются (известняки); 5 – крепкие, которые с трудом разбиваются молотком (граниты, гнейсы, кремни).

Плотность определяется пористостью, которую можно оценить по впитыванию породой воды или кислоты. Выделяют породы плотные, слабо – средне- и сильно пористые. Рыхлые пески характеризуются межзерновой пористостью 25 – 35%, а глины – 60 – 80%.

Включения также необходимо отмечать при описании породы. Среди них в районе практики встречаются галька, щебень во флювиогляциальных песках; валуны, глыбы, галька в моренных суглинках или находки органики (фрагменты растений, раковин и др.), которые можно найти в пойменных и озёрных фациях. Необходимо отметить размер включений, их форму. Для определения названия осадочной породы необходимо знать классификацию обломочных пород (см. приложение).

Вторичные изменения в породах района практики связаны, как правило, с процессами химического выветривания: окислением, гидратацией и др. Чаще всего наблюдается окисление железистых соединений, что подчеркивается появлением у пород красновато-бурой окраски.

Мощность толщи измеряется рулеткой, линейкой и любыми другими измерительными средствами.

Генезис и возраст толщи записываются на левой странице дневника таким образом: gIIms, что означает – гляциальные отложения среднего неоплейстоцена московского горизонта.

Описания пород могут быть полными, что обычно делается в первых маршрутах, когда изучается литологический состав четвертичных отложений. Далее, когда разрез четвертичных пород пройден, можно ограничиться краткими описаниями пород, ссылаясь на описанные ранее в точке наблюдения с указанием номера точки. Это обычно имеет место в последних маршрутах, преследующих цели геоморфологического картирования и доизучения района.

Ниже приводятся примеры описания пород, имеющих наибольшее распространение в районе практики.

Песок жёлтый с красноватым оттенком, кварцевого состава (преобладает кварц), разнозернистый (от средне – до крупнозернистого), плохо сортированный, косослоистый, тонкослоистый, рыхлый, слабо пористый. Содержит включения обломков пород диаметром 0,5 – 10 см разной степени окатанности (от неокатанных до хорошо окатанных). Среди обломков: кварц, кремень, гранит и др. Песок местами ожелезнён по слоистости. Мощность слоя 50 см.

Генезис и возраст записываются на левой стороне дневника: f II ms.

Суглинки кирпично-красного цвета (во влажном состоянии), неслоистые, средние, плотные, пористые. Содержат редкие валуны до 0,5 м в диаметре, представленные гранитами, гнейсами, кварцитами. Красновато-бурый цвет связан, по-видимому, с вторичным изменением, т.е. окислением железистых минералов. Видимая мощность 1,5 м.

На левой стороне дневника пишется g II ms и зарисовываются объекты.  

Камеральные работы проводятся ежедневно и посвящены обработке материалов, собранных во время маршрута. В это время приводятся в порядок рабочие карты, полевые дневники, разбирается коллекция собранных образцов горных пород, обсуждаются результаты наблюдений и выводы, полученные в маршруте, дешифрируются аэро- и космоснимки, намечается следующий маршрут. Кроме того, постепенно готовятся материалы, которые войдут в отчёт: строится карта фактического материала, карта современных геологических процессов, геолого-геоморфологические профили, стратиграфические колонки и т.д.

После прохождения всех маршрутов начинаются камеральные работы, которые занимают 3 – 4 дня. В течение этих дней пишется отчёт, осуществляется подготовка к его защите и зачёту.

Отчёт должен включать следующие главы: «Физико-географический очерк», «Методика проведения полевых и камеральных исследований», «Геолого-геоморфологический очерк», включающий разделы: «Литолого-стратиграфическая характеристика  дочетвертичных отложений», «Литолого-стратиграфическая характеристика   четвертичных отложений», «Тектоника и неотектоника», «Геоморфология», «Основные этапы геологического развития», «Подземные воды», «Полезные ископаемые»,  главу «Современные геологические процессы», а также «Введение», «Заключение», «Каталог образцов горных пород», «Список литературы», «Оглавление». Развёрнутый план написания глав отчёта приводится в приложение 2.