Геологическое строение

В целом, геологическое строение территории города довольно сложное: в разрезе участвуют горные породы различного происхождения, возраста, форм залегания.

Геологические исследования района Челябинска начались во 2-й половине 19 в. после открытия выходов угленосных пластов по берегам р. Миасс и месторождений золота.

В 1853 на территории города и его ближайших окрестностей началась добыча россыпных и коренных месторождений золота. До 1919 здесь существовало 89 золотых приисков.

Первая подробная геологическая карта Челябинска в масштабе 1:50 000 была составлена в 1964 г.

Государственная геологическая карта в масштабе 1:200000 создана в 2000 г. коллективом геологов под руководством Н. С. Кузнецова[15].

В пояснительной записке к карте обобщена информация по геологической, геофизической, гидрогеологической изученности района, изложена история его геологического развития, обобщены сведения о полезных ископаемых.

Эволюция района отражена в комплексах осадочных, магматических и метаморфических горных пород, возраст которых охватывает огромный промежуток времени – от 2,5 млрд. лет до современности (речные и озерные отложения).

Самым крупным геологическим телом на территории города является многофазный Челябинский гранитоидный массив[16].

Первые фазы его становления относятся к кембрийскому времени (около 0,5 млрд. лет), поздние – к рубежу позднекаменноугольного - и пермского времени (около 250 млн. лет).

Наиболее древними образованиями на территории Челябинска являются осадочные и вулканические горные породы, сильно изменённые в условиях высоких температур и давлений и превращённые в слюдяные и амфиболовые гнейсы, амфиболиты и кварциты, возраст которых от 2045±35 до 1928±146 млн. лет.

Мощность этих образований не менее 1500–2000 м. Они обнажены в карьерах в центре и в окрестностях города и слагают фундамент Челябинского кристаллического блока, на котором позднее формировались более молодые комплексы горных пород.

Сравнительно слабо изменённые породы рифейского возраста (1450–546 млн. лет) суммарной мощностью более 2500 м обнаружены процессе бурения в окрестностях города.

Эти породы сохраняют структуры исходных образований: песчаников, алевролитов, базальтов – и слагают рыхлый чехол кристаллического блока.

Состав этих пород и характер их наслоения свидетельствуют о субплатформенном режиме осадконакопления.

Субплатформенный режим кардинально изменился на рубеже 505–510 млн. лет (ранний ордовик), когда район испытывал мощные подвижки, а его фундамент расчленялся крупными разломами.

Вдоль этих разломов в обстановке растяжения из трещинных вулканов изливались базальтовые лавы.

Выходы ордовикских вулканических пород известны на северных и южных окраинах города.

Растяжение быстро сменилось сжатием, наземные излияния – подводными. Образовались вулканы и магматические очаги, в которых дифференцировались базальтовые расплавы. Началось извержения кислых магм.

Суммарная мощность вулканических толщ ордовика не менее 1500–2000 м.

Переход района к режиму относительной стабилизации и затухания вулканической деятельности произошёл в период 440–380 млн. лет (силур-девон) и подтверждается на площади города наличием карбонатных осадков и вулканогенно-обломочных пород, мощностью более 1000 м.

Эти образования возникли в сравнительно мелководных условиях.

Такая стабильная обстановка сохранялась на большей части территории Южного Урала и была нарушена на границе раннего и среднего девона (380–370 млн. лет) в связи с заложением пологих поднятий и нового поколения рифтовых структур.

 К северу от города с ними связано накопление 2–3 км толщ базальтовых лав и туфов, вмещающих залежи медно-цинковых колчедановых руд, а позднее – толщ песчаников и алевролитов, сложенных обломками более древних пород.

 На границе девона и карбона (360 млн. лет) ареной активной вулканической деятельности стало южное обрамление Челябинского кристаллического блока, где извержения андезитовых и дацитовых магм сформировали толщи туфов, мощностью свыше 1000 м.

С этими толщами связано золотомедное порфировое и полиметаллическое орудненение.

Вулканическая деятельность на этой территории окончательно прекратилась в раннем карбоне, когда вся территория Южного Урала перекрылась мелководными осадками «великой визейской» трансгрессии.

В этом мелком теплом море Челябинский блок представлял собою плоское поднятие, продукты разрушения которого – обломки гранитов, гнейсов и др. пород – накапливались на склонах.

Выравнивание Челябинского и других поднятий и углублений моря в позднем карбоне сопровождалось накоплением известняков и известняковых брекчий. Эти процессы были особенно интенсивными в восточной части Челябинского блока, где в пермское время (285–246 млн. лет) закладывалась структура угленосного бассейна.

В пермское время поднявшиеся Уральские горы служили границей раздела между двумя климатическими зонами: на западе существовал теплый и влажный климат, на востоке – сравнительно холодный.

Уральские горы довольно быстро разрушались. Восточнее их в триасе (240–230 млн. лет) в молодых провальных структурах (грабенах) накапливались продукты разрушения, здесь же формировались мощные пласты углей[17].

На большей части территории в триас-юрское время (240–145 млн. лет) формировались глинистые образования – продукты химического выветривания палеозойских пород.

В меловое время (165–145 млн. лет) восточная часть территории заливалась мелким морем, берег которого практически совпадал с современной восточной окраиной города.

Осадки мелкого палеогенового моря: пески и песчаники, трепелы, диатомиты и опоки с многочисленными остатками зубов акул широко развиты в восточной части территории города.

Мощность этих толщ измеряется десятками метров.

Осадки неогеновой системы (25–2 млн. лет) развиты к северу от города и представлены песчано-глинистыми отложениями, пестроцветными глинами.

Мощность их не превышает нескольких метров.

Современные отложения речных долин и озер – песчанистые глины и глинистые пески с гравием – распространены по всей площади города. Мощность их также не превышает нескольких метров.

Комплексы горных пород, развитых на территории города, отчетливо разделяются на структурные этажи.

Самый нижний из них – платформенный. Он сложен смятыми в крутые складки сланцами и гнейсами, которые перекрыты слабо деформированными отложениями рифейского возраста.

Следующий структурный этаж охватывает базальтовые лавы ордовикского времени, которые связаны с развитием глубинных разломов.

Выравненный вулканическими излияниями, палеорельеф района со временем покрывался более молодыми карбонатными и обломочными породами.

Глубинные разломы, возникшие в девонское время на северной периферии Челябинского кристаллического блока, рассекали структуры древних этажей и открывали доступ к поверхности глубинных базальтовых расплавов.

Эти события хорошо иллюстрируют циклическое развитие Южного Урала – возрождение рифтогенеза и образование нового поколения вулканических структур: вначале трещинных, затем вулканов центрального типа, с которыми связаны взрывные извержения кислых магматических, структур обрушения – кальдер, где формировались залежи колчеданных руд.

В позднем девоне – раннем карбоне вулканизм смещался на южную окраину кристаллического блока, где возник ансамбль сближенных вулканических построек диаметром более 300 км.

Здесь, как и в более древних вулканических структурах, хорошо сохранялись элементы палеорельефа: пологие углы залегания пластов лав и туфов, отдельные купола, поля фумарольных изменений, завершившихся образованием полиметаллических, медных и золотых руд.

Режим сжатия, преобладавший на этой территории в каменноугольное и пермское время, привел к существенному усложнению структур. Произошли мощные срывы по границам толщ горных пород.

Поднятия и обновление разломов на рубеже 260–240 млн. лет привели к образованию рифтовой структуры Челябинского грабена, первые стадии образования которого сопровождались базальтовыми излияниями, а позднее они сменились накоплением угленосных отложений.

В тесной связи со становлением и развитием структур района находится и эволюция многофазного Челябинского гранитоидного массива.

В мезозойскую и кайнозойскую геологические эры (от 230 млн. лет до наших дней) территория, на которой стоит город, развивалась в спокойном платформенном режиме.

На граниты, древние породы палеозоя ложились морские и континентальные осадки: опоки, образующие горизонтально лежащие пласты, горизонты, линзы.

Впоследствии происходило дальнейшее выравнивание рельефа.

Мощность молодых осадков обычно не превышает нескольких метров. К востоку мощность увеличивается до нескольких десятков метров.

Положение территории городского округа Челябинск на геологической карте Уральского федерального округа и геологической карте Урала показано на рис. 9 и 10.

Рисунок 9. Положение Челябинска на геологической карте Уральского федерального округа

 

 

Рисунок 10. Положение г. Челябинск на геологической карте Урала

В геологическом строении рассматриваемой территории принимает участие сложный комплекс осадочных и эффузивно-осадочных пород кайнозойского, мезо-кайнозойского и палеогенового возраста (рис. 11).

.

Рисунок 11. Схематическая геологическая карта г. Челябинск

Для города Челябинск составлена следующая стратиграфическая схема (снизу-вверх):

- Ордовикская система, городская толща (Оgr) представлена мусковит-биотитовыми плагиогнейсами с прослоями кварц-слюдяных сланцев и метаморфизованных песчаников, интенсивно дислоцированных и прорванных в центральной части города серией аплитовых (мелкокристаллических) и пегматитовых (гигантокристаллических) жил.

Мощность толщи – около 500 м. Распространена вдоль зоны разлома, по которому контактируют две важнейшие вышеназванные региональные структуры.

Силурийская (S) система на территории города отсутствует.

В пригородной зоне представлена Большебаландинской свитой, мощностью, примерно, 960 м.

Девонская (D)система на территории города представлена Султановской свитой, мощностью, примерно, 530 м.

Естественные обнажения пород свиты в пределах города отсутствует. Протягивается в восточной части города в виде узкой, до 2 км, полосы, субмеридианального простирания. Представляет собой тектонический блок между гранитоидами и каменноугольными отложениями Востоучно-Уральского синклинория.

Породы свиты собраны в серию антиклинальных и синклинальных складок и условно подразделяются на три пачки:

Нижняя – каолинизированные диабазы с прослоями порфиритов и сланцев;

Средняя – вулканогенно-осадочные породы, сложенные углисто–кремнистыми и кварцево-сирицитовыми сланцами, туфо-песчаниками, туфо-алевролитами;

Верхняя – интенсивно каолинизированные, часто рассланцованные, диабазы.

Толща, в целом, состоит из эффузивов основного и среднего состава, с прослоями конгломератов и песчаников. Отложения прорываются кварцевыми диоритами Первоозерного массива.

Каменноугольная система (Cms) представлена Миасской свитой, мощностью до 500 м. Это терригенно – карбонатные породы (известняки, песчаники, алевролиты, гравелиты). Залегают в виде полосы субмеридианального простирания.

Породы собраны в серию складок и разорваны тектоническими нарушениями на отдельные блоки.

 В Миасской свите выделяют 3 подсвиты:

- Нижняя – терригенная красноцветная подсвита, представленная охристыми песчаниками и гравелитами;

- Средняя – теригенно-карбонатная сероцветная подсвита, представленная известняками с прослоями темно-серых глинистых сланцев и песчаников.

Поверхность известняков интенсивно закарстована. Известняки перекрыты мощным покровом мезо-кайнозойских отложений.

В зоне, прилегающей к Челябинскому разлому, известняки изобилуют трещинами, местами брекчированы и залечены крупнокристаллическим кальцитом.

- Верхняя – карбонатная свита. Известняки серые разных окрасок от светло- до темно-серых и черных, разных структур, со створками брахиопод и остатками криноидей (морских лилий); часто встречаются доломитизированные известняки с желваками и стяжениями кремней

Мезозой (Mz) на территории города имеет большое площадное распространение.

Мезозой представляют:

- Древняя кора выветривания палеозойских пород;

- Триасово - юрские осадочные отложения;

- Меловые осадочные отложения, морские и континентальные.

Древняя кора выветривания наблюдается, главным образом, в северной части города. Мощнось достигает 25 м.

В виде реликтов сплошного мощного покрова древняя кора выветривания распространена в южной части города. Отсутствует в долине реки Миасс, на западном берегу озера Первого и крупных понижениях.

Кора выветривания мезозоя, представлена глинами, в том числе каолиновыми

В вертикальных разрезах наблюдается постепенный переход от бесструктурной коры выветривания к монолитным породам. Интенсивность выветривания палеозойских пород различна и зависит от петрографического состава, строения и отношения пород друг с другом. Раздробленные породы более подвержены физическому и химическому выветриванию.

Триас-юрские (T-J) отложения на территории города отсутствуют.

Заполняют Челябинский грабен, расположенный к востоку от Челябинска (по меридиану Копейск, Еманжелинск, Коркино, Южноуральск и другие).

Представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами с пластами бурых углей. Общая мощность 500 м.

Меловые (K) отложения представлены белыми и пестроцветными глинами, песками, мощностью до 65 м. Распространены в виде чехла на юго-западной окраине г. Челябинск