Рассмотрение геологического строения включает в себя следующие вопросы:
2.1.Стратиграфия.
2.2.Магматизм и метаморфизм.
2.3.Тектоника Южного Урала.
2.1.Стратиграфия.
Стратиграфия – изучает и устанавливает последовательность образования и залегания осадочных, вулканических (в т.ч. эффузивных) и метаморфических горных пород. В данном параграфе описывается последовательность образования стратифицированных толщ, начиная от более древних и заканчивая молодыми.
В геологическом строении принимает участие сложный комплекс осадочных и эффузивно-осадочных горных пород палеозойского и мезокайнозойского возрастов.
Для города Челябинска составлена следующая стратиграфическая схема. Палеозойская группа отложений начинается с Ордовика (Ордовикская система). Эта система представлена мусковит-биотитовыми плагиогнейсами с прослоями кварц-слюдяных сланцев и метаморфизованных песчаников, в целом интенсивно дислоцированных и прорванных серией аплитовых (мелкокристаллических) и пегматитовых (гигантокристаллических). Мощность толщи – около 500 м. Распространена вдоль зоны разлома.
Силурийская системана территории города отсутствует и представлена в пригородной зоне большебаландинской свитой.
Девонская система, султановская свита (D sl). Представлена эффузивами основного-среднего состава – порфиритами и диабазами с прослоями конгломератов и песчаников мощностью 500 м. Распространена в восточной части города в виде узкой (около 2 км) полосы субмеридионального 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:
1. Нижняя-каолинизированные диабазы с прослоями порфиритов и сланцев.
2. Средняя- вулканогенно- осадочные породы, сложенные углисто-кремнистыми и кварцево- серицитовыми санцами, туфо-песчаниками, туфо-алевролитами.
3. Верхняя- представляет собой интенсивно каолинизированные, часто расланцованные, диабазы. Толща в целом состоит из эффузивов основного и среднего состава, с прослоями конгломератов и песчаников. Отложения прорываются кварцевыми диоритами
Первоозерного массива.
Каменноугольная система представлена Миасской свитой мощность до 500 м. Это терригенно – карбонатные породы (известняки, песчаники, алевролиты, гравелиты). Они залегают в виде полосы субмеридианального простирания. Породы собраны в серию складок и разорваны тектоническими нарушениями на отдельные блоки. Миасская свита представлена тремя подсвитами:
1. Терригенная красноцветная – красноцветные песчаники и гравелиты.
2. Терригенно-карбонатная сероцветная – известняки с прослоями темно-серых глинистых сланцев и песчаников, поверхность известняков интенсивно закарстована и перекрыта чехлом мезо-кайнозойских отложений. Вдоль зоны Челябинского разлома известняки катаклазированы, брекчированы с трещинами, залеченными крупнокристаллическим кальцитом.
3. Карбонатная – 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. Представлены следующими типами:
1. Древняя кора выветривания палеозойских пород
2. Триасово - юрские осадочные отложения
3. Меловые осадочные отложения, морские и континентальные
Древняя кора выветривания наблюдается главным образом в северной части города с приблизительной мощностью 25 м. В виде реликтов сплошногомощного покрова встречаются в южной части города. Отсутствует в долине реки Миасс, на западном берегу озера Первого и крупных понижениях.
В вертикальных разрезах наблюдается постепенный переход от бесструктурной коры выветривания к монолитным породам. Интенсивность выветривания палеозойских пород очень различна и зависит от петрографического состава, строения и отношения пород друг с другом. В раздробленных породах породы больше поддаются физическому и химическому выветриванию.
Триас-юрские (T-J) отложенияна территории города отсутствуют, заполняют Челябинский грабен, расположенный к востоку от Челябинска (по меридиану Копейск, Еманжелинск, Коркино, Южноуральск и другие) – конгломераты, песчаники, алевролиты, аргеллиты 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.Челябинска
Кайнозойская (Kz) группа.
Палеогеновые (Р) отложения распространены главным образом в восточной части города, а на остальной части города в виде разобщенных участков.
Нижнепалеогеновые (
) отложения – это морские глинисто- песчаные отложения с отдельными гальками.
Среднепалеогеновые (эоценовые) – конгломераты, пески с прослоями опок, диатомитов и диатомитовых глин.
Верхнепалеогеновые (олигоценовые) – глины, суглинки и пески. Распространены в восточной части окраины города и восточнее в виде разобщенных участков.
Неогеновые отложения – глины, суглинки с отдельными гальками в виде разобщенных участков.
Четвертичная система.Отложения данной системы широко распространены и представлены разнообразными континентальными отложениями: озерными, речными (аллювиальными), делювиальными – песчано-гравийные, суглинки, супеси, глины, буро-красные. Мощность не превышает нескольких метров.
Древнечетвертичые (Q) озерные отложения на берегах Первого озера и озера Смолино. Представлены бурыми и мелко- и разнозернистыми песками, песчано-галечными и песчано-гравийными отложениями с прослоями песчаных глин бурой и пестрой окраски с гнездами и линзами разнозернистого, кварцево-полевошпатового песка.
Среднечетвертичные (
) и позднечетвертичные (
) отложения. Это бурые элювиально-делювиальные супеси и суглинки.
Голоценовые (
) отложения представлены различными генетическими типами континентальных отложений аллювиальными, озерными, болотными – это пески, глины, илы, торф.
Техногенные отложения перекрывают почти всю застроенную часть города, отвалы, свалки, карьеры.
2.2.Магматизм и метаморфизм.
Магматизм — термин, объединяющий эффузивные (вулканизм) и интрузивные процессы в развитии складчатых и платформенных областей. Под магматизмом понимают совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные.
Самым крупным геологическим телом на территории города является многофазный Челябинский гранитоидный массив. Массивом (интрузией, плутоном) называют геологическое тело, сложенное относительно однородными по химическому составу горными породами, образовавшимися в результате кристаллизации магмы на различных глубинах, либо за счет высокотемпературного преобразования пород земной коры без их полного переплавления. Челябинский массив – один из крупнейших плутонов Южного Урала. Его площадь около 1500 км2. В плане имеет ромбовидную форму. Вертикальная мощность массива 6 км. Он включает группу массивов, состав которых колеблется от ультраосновного до кислого, а размеры от одного до сотен километров. В пределах города наблюдается только часть этих массивов. Первые фазы его становления относятся к кембрийскому времени (около 0,5 млрд. лет), поздние (граниты Кременкуля) – к рубежу позднекаменноугольного и пермского времени (около 250 млн. лет).
В Челябинском гранитоидном массиве выделяют интрузии разного состава и возраста:
• Каштакский интрузив грано-диоритов - D3 - C 1;
• Митрофановский, Шершневский гранитные интрузивы С3 - Р 1;
• Первоозерный интрузив кварцевых диоритов - D3 - C 1;
Каштакский массив является главной составной частью Челябинского массива и представляет собой крупное интрузивное тело, состоящее из гранодиоритов.
Митрофановский гранитный массив располагается в южной и юго-западной частях города.
Первоозерный массив кварцевых диоритов представляет собой относительно небольшое интрузивное тело (1.5*0.5 км), вытянутое в северо-восточной направлении.
Секущие жилы, или дайки,—плитообразные тела, образовавшиеся в результате заполнения полостей трещин магматическими расплавами. Жильные серии представляют собой кислые лейкократовые разновидности вмещающих пород: пегматиты, аплиты, порфировидные породы.
Мощность жил и даек колеблется от нескольких сантиметров до 8 метров. Простирание преимущественно на северо-востоке.
В магматических массивах(Митрофановский и Каштакский)большое количество ксенолитов, которые отличаются более темной окраской и мелкозернистой структурой и представляют собой переработанные основные эффузивы вмещающих пород: диабазы, амфиболиты, пироксениты.
Форма ксенолитов разнообразная угловатая, границы с вмещающими породами резкие, строение зональное.
Поверхность интрузивных массивов перекрыта толщей древней коры выветривания.
Метаморфизм на территории города проявляется в формировании комплексом метаморфических пород, представленных главным образом плагиогнейсами и серпантинитами.
Метасоматические изменения наблюдаются в зонах формирования секущих тел в виде реакционных каемок. Форма залегания первично осадочных метаморфизованных пород складчатая.
2.3.Тектоника Южного Урала.
Тектоника – наука о движениях земной коры и литосферы и образующихся в результате их геологических структурах.
В региональном отношении Южный Урал располагается на геологической структуре, называемой Уральская герцинская (палеозойская) горно-складчатая область, являющаяся частью Урало-Монгольского складчатого пояса. В строении Уральской герцинской (палеозойской) горно-складчатой области преобладают протерозойско-палеозойские породы разного генезиса, пронизанные интрузиями разного состава и смятые в складки.
Территория г. Челябинска лежит на двух структурах складчатой области: западная часть города – на Восточно-Уральском антиклинории; восточная – на Восточно-Уральском синклинории. В ядре Восточно-Уральского антиклинории выходят на земную поверхность гранитоиды; в ядре Восточно-Уральского синклинория – палеозойские девонско-каменноугольные вулканогенно-осадочные породы. Восточная структура перекрыта платформенным чехлом мезо-кайнозойских осадочных отложений, залегающих почти горизонтально.
Сочленение поднятия с прогибом происходит по крупному тектоническому шву «Челябинской тектонической зоны», которая пересекает территорию города в субмеридианном направлении полосой шириной 600-1500 м и фиксируется на западе - Западно-Челябинским разломом, а на востоке - Восточно-Челябинским разломом. Разломы имеют крутое падение и массу разрывных нарушений низшего порядка.
В мезозойскую и кайнозойскую эры (от 230 млн. лет до наших дней) территория, на которой стоит город, развивалась в спокойном платформенном режиме. На граниты и древние породы палеозоя ложились морские и континентальные осадки: песчано-глинистые и гравийно-галечные отложения, опоки, диатомиты и другие, образующие горизонтально лежащие пласты, горизонты, линзы. Впоследствии происходило дальнейшее выравнивание рельефа. Мощность молодых осадков обычно не превышает нескольких метров. К востоку, за пределами Челябинской области она увеличивается до нескольких сотен метров.
По характеру новейших тектонических движений область Зауральского пенеплена можно считать как продолжением Восточного склона Урала, так и своеобразным платформенным щитом, выступающим под расположенной к востоку Западно-Сибирской плитой.
Амплитуды поднятий в новейшее время не превышали 200 м, что в три и более раза меньше амплитуды поднятий в осевой части Южного Урала.
Современные вертикальные движения, зафиксированные повторными нивелировками по линиям железных дорог, в центральной части Южного Урала составляют 3-5 мм/год, учитывая унаследованность современных движений.
Пликативные структуры в г Челябинске:
1. Челябинский антиклинорий (структура 3-го порядка по отношению к Уралу) расположен на стыке Восточно-Уральского поднятия с Восточно-Уральским прогибом. Представляет собой крупное сооружение, в ядре которого залегает Челябинский плутон. Территория города расположена на восточном крыле антиклинория. Здесь, в центре антиклинальной структуры, залегает Митрофановский гранитный массив.
2. Копейский сиклинорий. Входит в пределы города своей западной частью. Здесь выделяют следующие элементы:
• Ухановская синклиналь
• Исаковская антиклиналь
• Первоозерная антиклиналь
3. Огромное количество складок выявлено в городской толще плагиогнейсов.
Дизъюнктивные структуры (разрывные):
1. Челябинский разлом. Крупное тектоническое нарушение регионального масштаба. Разлом в пределах города имеет простирание на северо-запад и пологое падение на запад. В зоне контакта наблюдается уступ в рельефе и линейная заболоченность, связанная с выходом подземных вод.
2. Исаковский разлом. От озера Смолино до озера Первое. Сброс с амплитудой до 100 м.
3. Смолинский разлом. Амплитуда 450 м.
4. Коркинский разлом. На территории города не наблюдается. В районе д. Сухомесово. Амплитуда 2000-3000 м.
5. Шершневскийразлом. Серия субпараллельных зон дробления в гранодиоритах Каштакского массива, п. Шершни.