Salin.Al.Ru
Биография
Публицистика
Беллетристика
Учебная литература
Наука
Фотоработы
МЫ СТРОИМ ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ КАРТУ

Подавляющее большинство поисковых критериев геолог извлекает из геологической карты, которая уже около двухсот лет служит главным фундаментом поисков. Это для признаков, считываемых с карты, геолог устанавливает связи с месторождениями. Карта предоставляет богатый набор таких зависимостей. Среди них много не знающих исключений, не подлежащих сомнению-закономерных связей.

Значимость таких связей неоценима. Помнится, 'работали мы на катере на реке Камчатке. Приставали прямо к береговым обрывам, брали в руки молотки и начинали изучать слои, искать в них окаменелые раковины. Всегда к нам на помощь спешил экипаж. Помощь была полезной, работали ребята с воодушевлением, то и дело приносили находки одну красивее другой. И поэтому, когда в следующем обнажении мы не стали искать окаменелости, экипаж с искренним разочарованием потребовал ответа: а чем эти скалы хуже?

- Понимаешь, Гриша, - начал я объяснять самому активному геологу-любителю, механику Григорию Безденежных,- здесь не может быть никакой органики. Базальты, магматические породы, в них окаменелостей никогда и никто не находил.

-Значит, если мы найдем, это будет переворот в науке?

- Да, это будет переворот в науке, - вынужден был согласиться я с такой безупречной логикой.

Экипаж вдохновился заманчивой перспективой, с утроенной энергией принялся за поиски. Жаль только, простоял катер у обнажения недолго, нам надо было спешить дальше, и переворот в науке пришлось отложить до другого раза. Связей, отклонение от которых было бы равносильно перевороту в науке, геологическая карта хранит великое множество. Не может быть коренных месторождений нефти в кристаллических массивах, внутриконтинентальные наложенные впадины всегда содержат залежи угля, с вулканическими постройками связаны проявления серы, и т. д., и т. п.

Любым поискам всегда предшествует геологическое картирование той местности, где собираются что-то искать. Карта сразу подскажет, что здесь стоит искать, а чего и быть не может.

Как писали Э. Гринли и X. Вильяме, авторы английского учебника по геологической съемке, "по подсчету, сделанному Джексом в 1866 году, громадные суммы денег, расходуемые на поиски угля там, где один взгляд на геологическую карту показал бы всю бесцельность таких поисков, составили бы капитал, которым Управление геологической съемки могло бы быть обеспечено в качестве постоянного учреждения без дотации правительства". Сейчас, конечно, подсчеты не дали бы таких впечатляющих результатов, по одной-единственной, правда, причине -полезные ископаемые без карты давным-давно уже никто не ищет.

Но сначала карту надо построить.

Первая попытка

Как ставится задача построения геологической карты, или, вернее, как можно ее поставить? Когда речь идет о задаче, то прежде всего оговаривается, что дано и что надо из этого получить. Даны географические, точнее топографические, карты той территории, для которой требуется построить геологическую карту. На топографическом планшете отображен горизонталями рельеф местности, голубыми змейками извиваются реки, в них утыкаются короткие коричневые линии временных водотоков на дне логов и ущелий, условными значками показаны обрывы и скалы, цифрами - высота гор и глубина рек, буквами - названия хребтов, заливов и бухт. Вообще-то много места на планшете занимают дороги - железные, шоссейные, проселочные и прочие, но на тех картах, которыми пользуемся мы с Колей, их нет. Зато у нас есть медвежьи тропы, иногда они так впечатляюще широки и утоптанны, что картографы вынуждены изображать и их. Идет такой пунктир ниоткуда и никуда - не зная и не сообразишь: что за странная дорога? И еще бросается в глаза: вдоль какой-нибудь магистральной, через весь лист, долины - надпись, подкупающая сухой и точной информативностью: "Возможно движение лошади с вьюком с мая по ноябрь". Авторы карты имели в виду при этом каких-нибудь дрессированных гималайских лошадей, потому что даже мы с Колей, незавьюченные, так и не смогли преодолеть некоторые ущелья, хотя и делали неоднократные попытки в июне, в июле и в августе. Но это все же досадные исключения. Обычно карты, особенно в части рельефа и речной сети, очень точны. .

Еще дано при построении геологической карты то, что мы с Колей наблюдали в маршрутах. Все точки наблюдения привязываются к местности- наносятся на топооснову, сначала, на месте, карандашом, потом, по приходе в лагерь, закрепляются на планшете тушью. В своем дневнике я перечисляю и описываю все то и только то, что видел в данной точке: тип горной породы, латинские названия найденных здесь окаменелых остатков, а также многочисленные детали строения обнажения, о которых пока не стоит говорить ("Это мы будем проходить во втором семестре"). Примем для простоты, что горные породы представлены всего двумя типами - известняком и кремнем. Чтобы не забивать голову всякими реальными Pseudoelphidiella subcarmata И Nuculana crassatelloides, будем вести речь о двух палеонтологических находках: в одной из точек найден, скажем, мамонт, в другой - окаменелый краб. Данные наблюдений, описаний, палеонтологических определений, анализов называются фактическим материалом для построения карты.

Итак, дано местоположение некоторых точек с наблюдавшимися в них свойствами земной коры. Свойства в пространстве между точками остаются неизвестными. Сама собой напрашивается постановка задачи: ликвидировать "белые пятна", построить карту, для которой будут известными свойства во всех точках, как изученных, так и неизученных. На любом участке Земли неизученных точек больше, чем изученных. Даже в горах альпийского типа со "стопроцентной" обнаженностью коренные породы сплошь и рядом засыпаны осыпями, закрыты развалами глыб, оползнями, кое-где поросли травой и кустарником. О мелкосопочнике и говорить нечего - там лишь изредка над зеленым адом задернованных склонов возвышаются скалы да по береговым обрывам рек и ручьев выходят на дневную поверхность слои горных пород. Но особенно удручающе выглядит соотношение того, что дано, и того, что требуется построить, в низменных регионах. Геологи называют их "закрытыми" территориями - недра земные там совершенно скрыты от глаз исследователя зарослями, болотами, мощной толщей рыхлых наносов.

Задача, когда по значениям свойств в изученных точках требуется установить значение тех же свойств в неизученных точках, широко известна в науке. Называется она интерполяцией, методика ее решения разработана очень тщательно. Было бы странно, если бы никому не пришла в голову мысль использовать мощный математический аппарат для решения однотипной задачи и в геологии. Так оно и получилось. . -

Как проводится, интерполяция? Если в двух точках значение одной и той же величины, допустим, высоты над уровнем моря, будет 100 и 200 метров, то на середине отрезка, соединяющего точки, значение принимается средним между наибольшим (200) и наименьшим (100), то есть 150 метров. Для вычисления среднего приходится складывать 100 и 200 и делить сумму на два. В других промежуточных точках того же отрезка значение высоты над уровнем моря тоже принимается промежуточным и вычисляется пропорционально удалению от концов отрезка. '

Попытка проинтерполировать по разработанной методике значение такого свойства, как тип горной породы, натолкнулась на неожиданные препятствия. Пусть в одной точке это свойство, согласно машрутному наблюдению, будет иметь значение "известняк", в другой - "кремень". Что является средним между известняком и кремнем, что значит "промежуточное значение", как вычислить сумму и разность известняка и кремня, как их делить, умножать, как вообще производить над этими значениями все те математические операции, которые делают возможной интерполяцию? Не легче проинтерполировать и краба с мамонтом.

Дело, по-видимому, в том, что высота над уровнем моря выражается числом, а тип горной породы, латинские названия окаменелостей - свойства нечисловые. Не зря говорят, что найти причину неудачи почти равносильно успеху. Возникла идея: чтобы обеспечить применимость математического аппарата интерполяции и для геологического картирования, надо преобразовать нечисловые свойства в числовые. Известняк, например, можно представить как 100% СаСО3 и 0% SiO2, кремень как 100% SiO2 и 0% СаСО3. Для содержания карбоната кальция и кремнекислоты имеют смысл понятия суммы и разности, среднего и промежуточного значения, их можно делить, умножать, то есть с ними можно делать все, что требуется для интерполяции. Да вот незадача - результаты такой интерполяции получались совсем не соответствующими действительности, прямо скажем, абсурдными. Примерно так же, как если бы мамонта мы представили "животным с четырьмя ногами", а краба - "животным с десятью ногами". Вряд ли можно было рассчитывать между находками краба и мамонта найти какое-нибудь животное с шестью и семью ногами. Между точками с известняком и кремнем упорно не хотели попадаться породы переходного состава: обнаруживались песчаники, базальты, аргиллиты, туфы - все что угодно, кроме кремнистого известняка или известковистого кремня.

Я рассказал сейчас отнюдь не анекдот. Попытки представить геологическое, ^картирование как интерполяцию предпринимались "на полном серьезе". Анекдотическими они оказывались лишь при неуклонном их приложении к самым обычным, а не специально подобранным геологическим объектам. Но и совсем бесполезной считать эту неудачу вряд ли стоит. Она поставила вопрос ребром: в чем же специфика геологических объектов, не позволяющая применить математические процедуры, применимые чуть ли не повсеместно?

Земная кора сложена двумя резко различными классами горных пород. Наиболее обычны среди них слоистые толщи. Нет, наверное, человека, не видевшего обнажающихся в обрывах и скалах "слоев земных", как принято именовать их "высоким штилем" со времен Михаилы Васильевича Ломоносова. Полосатые, как матросская тельняшка, или чередующиеся неторопливо и размеренно, они тянутся то строго горизонтально, как в каньоне реки Колорадо (и играют, я бы сказал, главную роль в цветном американском боевике "Золото Маккенны"), то плоско наклонены в одну сторону и вызывают резкую асимметрию в строении долин Горного Крыма (помните, как на фоне прекрасного крымского пейзажа уходил от погони Акула Додсон из великолепного советского фильма "Деловые люди"?). Иногда, как в Дарьяльском ущелье напротив замка царицы Тамары, слои изогнуты гигантской пологой дугой, иногда, как в Аланских слюдяных месторождениях или в восточных хребтах Камчатки, смяты в гармошку.

Не возникает никаких сомнений, что в областях развития слоистых толщ определяющая характеристика - именно слоистость, без ее учета невозможно ни понять главное в строении земных недр, ни построить геологическую карту, ни найти полезные ископаемые. Сразу приходит понимание, что изменчивость свойств вдоль слоев и поперек различается еще больше, чем скорость движения трамвая вдоль и поперек рельсов, что здесь если и возможна интерполяция, то ее методы должны быть резко различными для направлений по слою и поперек него. Не слишком утрируя, можно утверждать, что в первом приближении главная отличительная особенность направления вдоль слоя - постоянство, поперек слоя - изменчивость.

Во всяком случае, подойдя к обрыву, вы вряд ли уловите без специальных наблюдений смену свойств вдоль слоев. Неизменность состава одного и того же слоя бывает иногда просто поразительной. Профессор В. Н. Вебер пишет о горизонте, занимающем полосу шириной менее метра; он переполнен зубами акул и мелкими раковинами моллюсков и протягивается в Средней Азии на сотню километров. Семисантиметровый слоек лилового мергеля в Якутии прослеживается на несколько сот километров. Чтобы заметить изменчивость поперек слоев, достаточно лишь пробежаться по ним взглядом. Впрочем, даже смотреть не всегда обязательно. Когда сползаешь по крутому склону, цепляясь за него ногтями, зубами, стараясь кожей прилипнуть к стенке, ощущаешь всем телом: уплыл куда-то вверх базальт, не удалось зацепиться и за прочный кремнистый прослой, обломилась и осталась в руках плита трещиноватого песчаника, мягко шуршит и осыпается под ногами рыхлый аргиллит, и если вот этот лито-витрокристаллокластический туфоалевропелит тоже не выручит, то, скорее всего, наступит раздвоение личности: тело с грохотом устремится на дно ущелья, а душа плавно и беззвучно воспарит к небу.

Если во втором приближении и выявляется изменчивость вдоль слоя, то она постепенна, плавна, в то время как по перпендикуляру к поверхности наслоения все свойства изменяются скачкообразно, прерывисто. Выглядит "ничейной", носящейся в воздухе мысль: чтобы построить геологическую карту в областях развития слоистых толщ, надо найти речную долину, простирающуюся через весь лист поперек слоистости, отделить здесь '| один от другого все слои, а затем попробовать протянуть I их по изучаемой территории в том направлении, в котором они тянутся.

Второй большой класс горных пород - неслоистые породы. Упорядоченность их строения гораздо меньшая, поэтому они и изучаются не сами по себе, а в основном по их отношению к слоистым толщам.

Это или жилы, прихотливо ветвящиеся и пересекающие слоистость в любом направлении, или дайки с плоскопараллельными границами, внедряющиеся в слои, или интрузии, проплавляющие и рвущие слоистые комплексы. Самая важная для них характеристика - какие именно слои они пересекают, а какие нет. Если система золотоносных жил сечет самые древние, например вулканогенно-кремнистые, слоистые толщи, ясно, что во время их образования им было что сечь, поэтому жилы моложе пересекаемых ими слоев. Если они к тому же сами срезаны, размыты и перекрыты песчано-глинистыми толщами, да если еще скатанные обломки золотосодержащего жильного кварца встречены в виде галек в основании песчаной пачки, значит, они являются образованиями более древними, чем песчано-глинистые накопления: песчаники и глины накапливались за счет размыва более древних пород, в том числе золотоносных жил.

Короче говоря, слоистые толщи явно играют в геологии роль ведущей шестеренки. Ими мы и займемся более внимательно.

Более удачная попытка

Итак, нам дано задание построить геологическую карту. В наше распоряжение предоставлен топографический планшет.

Коричневые линии горизонталей расположены на нем так густо, что чуть не сливаются друг с другом, отчего весь лист приобретает насыщенный коричневый цвет. Опытный взгляд сразу распознает по одному этому признаку альпийский рельеф. Придется заниматься скалолазанием, штурмовать перевалы и вершины, но ведь мы всегда готовы к путешествиям многотрудным и опасным! Зато все внутренности земные будут постоянно под ногами и перед глазами.

Прямо на карте намечаем реку, пересекающую слоистость "вкрест простирания", как любят звучно выражаться геологи. В первом же маршруте по избранной долине фиксируем в дневнике условия залегания слоев. Пусть все пласты (это то же самое, что слои; когда много раз приходится говорить об одном и том же, для разнообразия называешь то так, то этак) полого наклонены вниз по течению, скажем, с востока на запад. Другими словами, вектор восток - запад будет направлением падения. Тогда на изучаемой территории слои будут протягиваться, или, как говорят геологи, простираться, от реки на юг и на север.

Затем, начиная от восточной рамки планшета, приступаем к описанию последовательности слоев, выходящих на дневную поверхность. На крайнем востоке листа сплошным коридором обнажается в ущелье белый известняк, далее к западу он перекрывается черным базальтом, еще западнее на базальт полого налегает розовый туф, в свою очередь на туфе залегает зеленый песчаник, непосредственно западнее и потому выше которого фиксирован желтый мергель.

Такая яркая цветовая гамма пород - отнюдь не фантазия. Когда мы работали в Якутии, картируемые слои мы различали не только по цвету - черные, горчично-желтые, серые, лиловые, белые, - даже по запаху. От серых известняков еркекетской толщи явственно несло керосином. Такие слои можно было картировать, не выходя из байдарки, что мы и делали.

Но ведь и на нашем планшете все видно не хуже. Можно выбрать какую-нибудь господствующую высоту, чтобы оттуда открывался взгляду изучаемый район до последнего ручейка, забраться на нее и внимательно проследить, куда протягиваются от описанной долины наши разноцветные, как радуга, слои.

Этот метод картирования, когда геолог наносит на карту только то, что непосредственно видит в обнажениях, в высокогорных областях используется часто. На Восточной Камчатке нам с Колей удавалось закартировать таким образом довольно большие площади. Ну, что может быть лучше - достовернее, экономнее, романтичнее, наконец, чем подобные исследования? Не нужно никаких "глубокомысленных и различных упражнений", каждая точка территории изучена, хотя и издалека. Не требуется ходить вперед-назад и вверх-вниз по горам и долинам. До самого горизонта громоздятся один за другим синие хребты. Светит солнышко, ласковый ветерок отгоняет комаров, сладкий горный воздух переполняет грудь, а ты сидишь себе, свесив ноги с вершины, точишь карандаш и мыслишь умиротворенно: "Как все-таки хорошо, что я выбрал геологию!"

С вершины отчетливо заметно, как широкой белой полосой, пересекая водоразделы, ныряя в долины и взбираясь вверх по склонам, тянутся с юга на север известняки вдоль восточной границы листа, как, резко контрастируя в цвете, сопровождает их черная лента базальтовых выходов, а далее на запад, в правильном порядке сменяя друг друга, как и наблюдалось в опорной для всего района ,сквозной долине, протягиваются в меридиональном направлении слои розового туфа, зеленого песчаника, желтого мергеля.

Пусть никого не удивляет, что на изучаемой территории не нашлось места ни для чего больше, кроме пяти слоев. Вообще слои бывают разной толщины (или мощности, как говорят геологи). Каждый, наверное, читал в газетах или слышал по радио о мощных угольных пластах, мощных залежах железных руд. Так и наши слои имеют мощность, допустим, по 300-500 метров, тогда если они наклонены полого, то ширина полосы выходов на горизонтальную поверхность составит для каждого из них не менее километра, и пяти слоев будет вполне достаточно, чтобы занять небольшой участок, требующий изучения.

С горы видно, что слои тянутся, в общем, примерно так, как мы и предполагали, на юг и на север от реки. Кое-где простирание немного отклоняется то к западу, то к востоку, но это не укроется от внимательного взгляда, и на карту мы наносим действительное, а не предполагаемое положение слоев. Если полоса песчаников не везде обнажается, кое-где она скрыта под осыпями, задернована, то большой беды в том нет. Мы дорисовываем ее там, где не видим, по положению между желтым мергелем и розовым туфом, так как везде, где наблюдалась полная последовательность слоев, между мергелем и туфом залегали зеленые песчаники. Более того, мы можем не видеть под мергелем два, три, четыре слоя, но берем на себя смелость наносить их на карту там, где они должны быть. При этом мы исходим из предположения о сохранении порядка слоев и мощности каждого из них. Вот в чем специфика геологической интерполяции: между туфом и мергелем мы наносим на карту реально наблюдавшийся песчаник, а не придуманный туфомергель!

Есть и другие геологические закономерности, облегчающие ликвидацию "белых пятен" на карте. Если полоса выходов черного базальта тянулась к северу и вдруг пропала под зарослями и наносами, но затем снова вынырнула на поверхность и продолжила свой маршрут по тому же азимуту, мы можем дорисовать ее в прогале, не прибегая ни к каким сведениям о последовательности слоев, исходя лишь из предположения о сохранении простирания. И это тоже интерполяция, специфичная, конечно, но все же более близкая к обычному пониманию математической процедуры.

Закономерности наслоения дают возможность распространить наши знания о вещественном составе и в глубину земных недр: мы беремся предсказывать, что если в западной части листа будет пробурена скважина, то под мергелем она встретит зеленые песчаники, далее войдет последовательно в туфы, базальты, известняки, а вот что будет глубже, у нас нет данных. Ну разве способна на подобные предсказания самая безупречная математическая интерполяция? Причем прогнозирование вглубь несет на себе несомненный оттенок практической направленности: "Если известен порядок минеральных слоев, лежащих в каком-либо месте, и дознано, что между оными находятся руды, то можно легко рассуждать, какие слои разрабатывать следует, прежде нежели достигнет до руд, даже мысленно числить, како глубоко сии руды лежат, положим на пример: что известнаго камня под сим флецом [пластом] лежит толщиною большею частью на 6 саженей, и когда до сего дошли, то должно еще шесть саженей работами углубляться, пока дойдет до руд". Эту цитату я выписал из книги "Первые основания искусства горных и соляных производств", сочиненной коллежским советником Францем Людвигом Канкрином и переведенной в 1785 году капитаном Никитою Рожешниковым.

На нашем планшете осталось только раскрасить цветными карандашами полосы выходов известняка, базальта, туфа, песчаника и мергеля - и работа над геологической картой закончена. Чтобы было понятно, что означает каждый цвет на карте, в правом нижнем углу располагают несколько небольших прямоугольничков. Первый закрашивается тем же цветом, что и полоса выходов мергеля, и сбоку поясняется, что это и есть обозначение мергеля. Остальные прямоугольнички расцвечиваются как условные знаки песчаника, туфа, базальта, известняка, и все вместе взятое называется "легендой" карты. Почему так странно? Многое разъясняет происхождение термина: legenda по-латыни - "то, что должно быть прочитанным".

Конечно, наименование "легенда" звучит все же подозрительно, но если и есть в иных картах что-то от легенды, выдумки, фантазии, то не в правом нижнем углу а левее и выше.

Это в нашем идеальном случае все получилось просто и однозначно. Потому что последовательность слоев, на наше счастье, оказалась такой, что любой тип горной породы, раз появившись, больше не повторился ни выше, ни ниже, потому что простирания выдались на редкость 'выдержанными, потому что обнажено на нашем листе было гораздо больше площади, чем задерновано. А вот когда обнаженность из рук вон плоха, простирания "пляшут", да к тому же последовательность уныло однообразна: песчаник - глина - песчаник - глина... и так много раз, да когда один песчаник от другого мать родная не отличит, все они как валенки с одного конвейера, - вот тогда геологическая карта становится похожей на легенду гораздо больше, чем условные обозначения к ней!

Дальше

Оформление - Julia
наполнение - Салина Е.Ю. и Салин М.Ю.
автор материалов - Салин Ю.С.