Геологические методы исследований

Геологические методы исследований – при геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных – горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

1. природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;
2. расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;
3. различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;
4. причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

↑Возникновение и развитие геологических методов исследований

Специфической особенностью развития Земли являются исключительная длительность и огромные масштабы многих существеннейших геологических процессов, распространяющихся на огромные территории и растягивающихся на миллионы и миллиарды лет. По сравнению с этим не только жизнь отдельных людей, но и существование всего человечества представляется мгновенным эпизодом в истории планеты. Геологические процессы, изменяющие земную кору и формирующие ее, если и могут наблюдаться (многие из них вообще недоступны для непосредственного наблюдения и невоспроизводимы в лабораторных условиях), то на протяжении ничтожно короткого промежутка времени по сравнению с их общей продолжительностью. Судить об этих процессах можно лишь по их результатам, проявляющимся, например, в образовании различных пород и руд, геологических структур, разных типов рельефа земной поверхности и т. д., определяющим строение и состав земной коры. Понять эти процессы можно, восстанавливая шаг за шагом их историю и в конечном счете историю Земли, ее твердой оболочки. Вот почему геология, прежде всего, – историческая наука. Она стала успешно развиваться лишь после того, как были выяснены в XVII– XVIII вв. общие закономерности процесса осадконакопления (порядок формирования слоистых осадочных пород), а также была разработана на рубеже XVIII и XIX вв. методика определения относительного возраста осадочных пород, основанная на изучении включенных в них остатков вымерших организмов. Изучение этих остатков показало, что каждой эпохе развития Земли соответствуют определенные, свойственные ей формы органического мира – животные и растения, населявшие в то время Землю.

Метод определения относительного возраста горных пород позволил разработать общую для планеты геохронологическую шкалу, выделить запечатленные в камнях эры, периоды, эпохи и века в развитии органической жизни и соответственно разделить массы горных пород, слагающих верхние горизонты земной коры, на последовательно сменяющиеся группы, системы, отделы и ярусы, отвечающие по времени образования эрам, периодам, эпохам и векам. Это позволило также установить последовательность проявления, масштаб и относительную длительность геологических процессов, имевших место в геологическом прошлом.

Значительно позднее – после открытия радиоактивного распада – были разработаны методы определения точного (абсолютного) возраста (точнее, времени первичного образования или преобразования) горных пород. Применение этих методов показало, что длительность существования земной коры превосходит 3,5–4 млрд. лет, причем основная часть этого времени приходится на древнейшие эры в жизни Земли – архейскую и протерозойскую, для выяснения истории которых палеонтологический метод непригоден. Изучение строения докембрийских толщ на радиометрической основе позволило выявить ряд крупнейших переломных моментов («великих обновлений») в истории формирования земной коры в эти древнейшие времена.

Однако для суждения о геологических процессах оказалось недостаточно представления об их возрасте, длительности проявления и масштабах. Для этого нужно было понять и объяснить их сущность, содержание и направленность. Ж.Кювье и его ученики (А.Д. Орбиньи, Ж. Агассис и др.), выявившие изменения органического мира, объясняли их периодически повторявшимися в истории Земли катастрофами, уничтожавшими все организмы. Появление после катастроф новой жизни объяснялось новыми актами творения. Эти взгляды разделялись крупнейшими европейскими геологами XIX в. и были положены в основу представлений о вулканизме, горообразовании и др. Они сыграли отрицательную роль в развитии геологии, так как объясняли развитие Земли мистическими причинами («чудесами», по образному выражению Ф. Энгельса). Поэтому в развитии геологии огромное значение имело введение эволюционного метода, известного под названием актуализма.

Актуализм возник стихийно в борьбе против религиозных представлений о сотворении мира в XVI и XVII вв., но был оформлен лишь в 30-х годах XIX в. крупнейшим английским геологом Ч. Лайелем. Сущность этого метода заключается в определении решающей роли связи настоящего с прошедшим для понимания геологических процессов. Как писал Ч. Лайель, «настоящее – ключ к познанию прошлого», т. е. только тщательное изучение современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию сущности последних. Принцип актуализма оказал огромное положительное влияние на развитие современной геологии, и с ним справедливо связывают начало ее зарождения.

В настоящее время идея актуализма претерпела серьезные изменения. Советские геологи придали ей новую, качественно более высокую форму сравнительно-исторического метода. Сравнение образований прошлых геологических эпох с современными производится не механически, а с учетом изменений физико-географических условий и процессов породообразования, предопределивших современную нам геологическую обстановку. Основным методом геологии является геологическая съемка – совокупность геологических исследований, необходимых для всестороннего изучения геологического строения и полезных ископаемых местности. Геологическую съемку называют также геологическим картированием, поскольку она всегда или сопровождается составлением геологической карты, или опирается на геологическую карту и вносит в нее те или иные дополнения и уточнения. При геологическом картировании широко используются многочисленные и разнообразные геофизические, геохимические методы, аэрофотосъемка, а также мощная современная техника, позволяющая создавать искусственные обнажения на разных глубинах.

Правильная интерпретация всех этих методов возможна лишь на хорошей геологической основе, и до последнего времени они имели вспомогательное значение при геологической съемке. Однако в настоящее время, когда для большей части материков имеются геологические карты, роль этих методов растет, и часто они становятся ведущими. Особенно велико значение геофизических методов для изучения геологического строения дна морей и океанов, а также глубоких недр и Земли в целом. Наконец, в последнее время выявляется положительное значение «космических» методов, позволяющих рассматривать Землю с огромных высот и сравнивать ее с другими планетами Солнечной системы.

↑Система геологических методов исследований

Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.), таким образом проводятся полевые исследования. Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений.

Методы непосредственного изучения недр не дают возможности познать строение Земли глубже, чем на несколько км (иногда до 20) от её поверхности. Поэтому даже для изучения земной коры, а тем более нижележащих геосфер, геология не обходится без помощи косвенных методов, разработанных другими науками, особенно без геохимических и геофизических методов. Очень часто применяется комплекс геологических, геофизических и геохимических методов.

↑Основные направления исследований

В геологических исследованиях можно различить три основных направления. Задачей первого из них (описательная геология) служит описание минералов, горных пород и их типов; изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и всех прочих вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.). Второе направление (динамическая геология) заключается в изучении геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления). Геологические процессы изучаются не только в естественных условиях, но и экспериментально. Восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция) составляет сущность третьего направления геологических исследований (историческая геология). Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и др. геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковый и т.д. Все три направления геология неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.