Изучение горных пород Атюхтинского карьера

24

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение …………...…………………………...………………………..……….…3

Глава 1………………………….…………...………………………...…………..…5

1. Рельефные особенности западной части Ростовской области.…………..5

2. Геологическое развитие территории Донецкого кряжа…………………....5

3. Растения каменноугольного периода……………………………………….7

4. Геология песчаников……………...…………………………………………..8

Глава 2……………………………….……………………………………….……...8

1. Описание Атюхтинского карьера…………………………………….……...9

Глава 3………………….…………………………………….………………...…..10

1. Свойства и особенности песчаников……………….....……………………10

2. Применение песчаников………….…………………………………………10

Заключение…………...………………………………………………...………….12

Список литературы..……………………………………………...………………13

Приложения…………………………………………………………..………...….14

«...напрасно многие думают, что все как видим, с начала творцом создано; будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом; и потому де не надобно исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением мест разнятся»

М.В. Ломоносов

ВВЕДЕНИЕ

Каждый участок поверхности земли имеет свои геологические особенности, созданные природой за время своего существования. Эти территории, имеющие живописный и причудливый рельеф, геологические обнажения, места нахождения окаменелостей древней флоры и фауны, являются единственными в своем роде и содержат уникальную информацию о длительной и многоплановой истории развития Земли, информацию огромной научной ценности.

Исследования в области геологии я веду третий год. В своих предыдущих работах затрагивал проблемы сохранения геологических памятников природы Ростовской области, рассматривал образование известняков-ракушечников на юго-западной территории Ростовской области.

Теперь хочу познакомить со своим новым исследованием, направленным на изучение горных пород (песчаников) Атюхтинского карьера в городе Шахты Ростовской области. Вопросы, связанные с образованием данного вида горных пород, с их использованием в хозяйственной деятельности человека считаю весьма актуальными, так как в наш бурный век, несмотря на развитие современных технологий, применяемых в промышленности для изготовления искусственных строительных материалов, все же большее распространение получают природные камни. Это связано с увеличением частного строительства, декорированием жилых и производственных помещений. Выросшие доходы населения и фантазия архитекторов и дизайнеров дают возможность, используя природный камень, создавать индивидуальные интерьеры квартир и фасады зданий.

Таким образом, объектом исследования работы являются горные породы Атюхтинского карьера (песчаники), а предметом исследования - их образование и применение в хозяйственной деятельности человека.

Гипотеза: природные камни, обладают уникальными свойствами, благодаря которым широко применяются и составляют конкуренцию искусственным камням.

Цель исследования: изучение образования осадочных обломочных горных пород (песчаников) на территории города Шахты Ростовской области и их применение в хозяйственной деятельности человека.

Задачи:

• Собрать и систематизировать теоретический материал по теме.

• Отобрать образцы горных пород с отпечатками древних растений;

• Проанализировать полученные результаты.

Методы исследования:

• Сравнительный анализ;

• Метод обработки результатов;

• Фотосъемка.

ГЛАВА 1

1. Рельефные особенности западной части Ростовской области

Для изучения образования определенных видов полезных ископаемых, в частности, песчаников Атюхтинского карьера, необходимо знать историю геологического развития данной территории. А территория города Шахты действительно заслуживает особого внимания, так как в этих местах Ростовской области простирается юго-восточная окраина Донецкого кряжа.

Среди окружающих пространств Донецкий кряж выделяется как возвышенность, протягивающаяся с востока-юго-востока на запад-северо-запад более чем на 300 км, при ширине от 50 км на востоке до 120 км на западе. Наиболее приподнятой частью кряжа является участок водораздела рек Северского Донца и рек, непосредственно текущих в Азовское море, между станциями Никитовская и Должанская, где высоты нередко превышают 300 м. [9]

2. Геологическое развитие территории Донецкого кряжа

В конце девонского периода (385-360 миллионов лет назад) на юге Восточно-Европейской платформы, имевшей в то время характер щита на том месте, где сейчас расположен Донецкий кряж, возникает своеобразный внутриплатформенный прогиб, в котором накапливается толща континентальных обломочных пород. Бассейн начал опускаться, и сюда приходит море, не занимая, однако, всю территорию. На обводненных приморских равнинах, стоя в воде, произрастали древние псилофиты. Как раз во второй половине девона суша стала покрываться растительностью. К югу расстилался огромный океан - Палеотетис, который, по разному трансформируясь, примыкал со стороны нынешнего юга к Восточно-Европейской платформе (Приложение 1, 2).

В период карбона (каменноугольная эпоха 360-299 миллионов лет назад) область Донецкого бассейна вместе со всей Русской плитой испытывает погружение и покрывается морем, заливом океана Палеотетис. В то же время обособленное прогибание территории Донецкого бассейна прекращается и в течение почти всего нижнего карбона она ничем существенным не отличается по условиям осадконакопления от остальной площади плиты: за это время в области Донецкого бассейна накапливается около 300 метров известковых органогенных осадков.

В конце нижнекаменноугольной эпохи, около 330 миллионов лет назад, в ходе этого развития наступает резкий перелом. В области Донецкого бассейна возобновляется интенсивное, непрерывное и пульсирующее прогибание и начинается накопление в прибрежно-морских условиях чрезвычайно мощной (до 10000 - 12000 метров) песчано-глинистой угленосной толщи среднего и верхнего карбона. Угленосная толща состоит из многократно переслаивающихся, циклически повторяющихся слоев песчаников, алевролитов, аргиллитов, углей и известняков. Образовавшиеся тогда известняки содержат остатки фораминифер, кораллов, иглокожих, моллюсков. Накапливался очередной слой толщи, затем он уходил на дно моря, спрессовываясь и спрессовывая предшествующий, на его месте накапливался новый слой. Так происходило не менее двухсот раз.

Разрез каменноугольной системы в Донецком бассейне непрерывен и представлен не только морскими отложениями с соответствующей фауной, но и континентальными, с обильными растительными остатками, где отложения системы подстилаются и перекрываются породами, возраст которых хорошо известен. Такого сочетания нет ни в одном бассейне мира.

Процесс накопления угленосной толщи в карбоне не закончился и продолжался в нижнепермское время. Но приближался очередной этап, вновь изменивший облик региона. Уже в нижнепермское время начали возникать пологие складчатые структуры, соответствующие основным современным тектоническим элементам. С конца нижней перми и на протяжении верхней перми и триаса (триасовый период занимает отрезок 250-200 миллионов лет назад) область Донецкого бассейна, подвергается интенсивной складчатости, поднимается, и превращается в складчатое сооружение - кряж. На этой территории, в результате, не образовались ни высокие горы, ни глубокий и широкий океан. Таким образом, одна из геологических особенностей Донецкого кряжа заключается в том, что, как у настоящего горного сооружения, недра этой холмисто-грядовой возвышенности складчаты, хотя в рельефе никакого хребта нет.

В нижнем мелу (меловой период длился 145-65 миллионов лет назад) Донецкий кряж испытал еще один слабый этап складчатости и роста, когда были смяты в складки отложения юры и триаса. Донецкий кряж значительно разрушился к моменту, когда его покрыло море в позднем меловом периоде около 90 миллионов лет назад.

В верхнем мелу Донецкий кряж представлял собой морскую банку с высотой наиболее возвышенных частей 20-30 метров. Среди мелководий возвышались острова, рифы, мели. В конце мела, около 65 миллионов лет назад, и это море отступило. Оно оставило меловые отложения, охватывающие кряж кольцом. После этого Донецкий кряж вступил в континентальный период развития. Моря впоследствии только подходили к его границам, не заливая полностью. Кряж с тех пор продолжал и продолжает до сегодняшних дней разрушаться вследствие выветривания и размыва. При этом он продолжает медленно расти. [4]

1.3 Растения каменноугольного периода

Одной из задач экспедиции в Атюхтинский карьер был сбор горных пород с отпечатками древних растений. Какие именно растения произрастали в каменноугольном периоде на данной территории, можно узнать из исследований ученых геологов и палеонтологов, которые изучая пласты залегающих пород, постепенно восстанавливали картину древнего леса. Для этого им пришлось внимательно пересмотреть сотни тысяч образцов каменного угля, изготовить и потом изучить под микроскопом тысячи тонких срезов камня - шлифов. В одном месте геологи встречали в породах отпечатки листьев, в другом - остатки обугленной коры, в третьем - окаменевшие слепки застрявшего когда-то в вязкой смоле насекомого.

Так выяснили, что древний лес выглядел следующим образом: донецкий прогиб в карбоне представлял собой огромную заболоченную лагунную область. Вдоль берегов росли древесные формы хвощей - каламитов, которые в то время всегда были связаны с водой. В болотах росли могучие деревья, основные углеобразователи того времени - плауновидные лепидодендроны, перевитые канатами лиан. На слабо увлажненной возвышенной суше группировались примитивные голосеменные, а самые высокие участки заселяли предки современных хвойных. Вот как описывается Донецкий бассейн в книге Шера С. Д. «По страницам каменных летописей» (Приложение 3):

«Жаркий, сырой, удушливый воздух. Из низко нависших, затягивающих все небо туч идет дождь. Крупные капли его падают в желтую гнилую воду огромного болота. На болоте растут необычные высокие деревья. Вот заросли каламитов. Безлистные зеленые ветки этих деревьев - такие же, как маленькие веточки их далеких родственников, современных хвощей. Только размеры каламитов в несколько десятков раз больше.

Чем дальше от воды, тем выше становятся деревья. До тридцати метров возвышаются над болотистой низиной кроны могучих лепидодендронов и сигиллярий. Больше двух метров в поперечнике достигает толщина их стволов.

Деревья каменноугольного леса увивали ветвящиеся папоротники, подобных которым давно уже нет на земном шаре. Росли разнообразные по виду и размерам папоротники и у подножия стволов». [2]

1.4 Геология песчаников

Песчаники - осадочные обломочные горные породы, образуются в течение длительного времени в результате разрушения горных пород, переноса обломков водой или ветром и отложения с последующей цементацией. Фактически, его основу составляют песчинки различного происхождения - мелкий и крупный песок. Среди минералов, входящих в состав песчаников, можно назвать полевой шпат и слюду. Часто в состав песчаников входит железо, которое придает породе красноватый или буроватый оттенок. Большая часть песчаников образуется в результате накопления речных отложений на дне моря. Затем они уплотняются и выходят на поверхность, образуя новые участки суши.

В результате получается устойчивый и прочный натуральный камень с высокими декоративными свойствами.

Песчаник залегает под Украинско-Ростовскими степями, поэтому в России этот природный камень и получил название - песчаник Ростовский. [8]

ГЛАВА 2

2.1 Описание Атюхтинского карьера

В полевой экспедиции по изучению горных пород Атюхтинского карьера я участвовал в мае 2013 года в составе группы обучающихся объединения юных геологов под руководством кандидата геолого-минералогических наук, методиста Центра детско-юношеского туризма Щирова Валентина Тимофеевича.

Атюхтинский карьер расположен в 1 километре на северо-запад от станции Шахтная. (Приложение 4).

На протяжении нескольких лет, когда карьер был заброшен и в нем прекратили работы по добыче природного камня, в его центре находилось озеро глубиной около 3-4 м. В этот период карьер был доступен для изучения горных пород студентами ВУЗов и являлся какое-то время их учебной площадкой. Но в 2012 году карьер стал действующим, так как был выкуплен несколькими частными организациями, которые ограничили доступ на территорию учебных экспедиций (одной из причин является соблюдение правил Техники безопасности). Водоем практически весь спустили.

Пройти на дальнюю окраину карьера нашей группе все же удалось. Там мы смогли отобрать интересные образцы горных пород с четкими отпечатками листьев и стволов древних папоротникообразных растений, возраст которых около 300 миллионов лет. Искать такие образцы было очень увлекательно. (Приложение 5).

Во время экспедиции я впервые увидел, как добывают открытым способом, т.е. в карьере, песчаники, представляющие собой довольно хрупкие коричневого, желтоватого цвета горные породы. Песчаники Атюхтинского карьера по скрепляющим цементам относятся к известняковым и глинистым, текстура пород слоистая.

Литолого-стратиграфический разрез Атюхтинского карьера (приложение 6):

• В нижней части разреза залегают песчаники мощностью 8,0 м.

• Выше по разрезу - углистые аргиллиты. Их мощность до 2,5 м.

• Далее по разрезу находится угольный пласт мощностью всего 0,3 м.

• Венчает разрез толща алевролитов с отпечатками растений мощностью до 2,0 м.

ГЛАВА 3

3.1 Свойства и особенности песчаников

О некоторых свойствах песчаников с точки зрения его практического использования можно сказать следующее:

Свойства

Песчаник

Влияние осадков и морозов

Не подвержен осадкам и морозостоек, не требует дополнительных пропиток и ухода (экономия)

Долговечность и истирание.

Высокая прочность и долговечность. Подходит для мощения, часто используют в качестве брусчатки.

Разнообразие и однородность расцветок

Цвета разнообразные, у наклонных пластов часто образуются неповторимые узоры меняющиеся по всей ширине выработки, в зависимости от залегающих рядом пород.

Обработка

Обработка и распил на станках, долго сохраняет форму. Дополнительная обработка в виде скола, обжига

Радиационный фон

Минимальный. Экологически чистый материал

Песчаник - практичный и многофункциональный материал. Песчаник славится своей красотой и прочностью. При условии правильного монтажа песчаник не требует специального ухода, долгие годы сохраняет свою элегантность и поэтому может считаться хорошим вложением средств и украшением любого интерьера и экстерьера.

2. Применение песчаников Атюхтинского карьера

Песчаники встречаются во многих местах на всех континентах, и были использованы в качестве строительного камня с первых дней записанных в человеческой истории (Приложение 7).

В Атюхтинском карьере добывают песчаник с целью получения из него щебня различных фракций. По своим практическим свойствам это один из самых лучших щебней, добываемых на территории Ростовской области.

Основное применение щебня-песчаника - это дорожное строительство. Также данный вид щебня применяется при промышленном и жилищном строительстве. Щебень-песчаник в строительной отрасли применяется для производства бетона, изготовления тротуарной плитки, строительстве парков, животноводческих комплексов, производства железно-бетонных изделий, а также для фундаментных работ.

В дорожной отрасли применение щебня песчаника имеет неограниченные возможности, например, устройство оснований автодорог, строительство железнодорожного полотна, обсыпки территорий, устройства оснований, строительство временных дорог.

Щебень мелкой фракции, так называемый отсев применяют в декоративных целях, для отсыпки детских и спортивных площадок, строительства взлетно-посадочных полос, строительстве газо- и нефтепроводов, строительстве спортивных стадионов и футбольных полей. [5]

Самыми крупными фракциями щебня песчаника является бутовый камень имеющий размеры 70-150, 100-300, 150-300 мм, который применяется при берегоукреплении, а также для облицовки вертикальных поверхностей стен, цоколей, каминов, лестниц и др.

Дикий песчаник широко применяется в ландшафтном дизайне. Композиции из камней используют для создания малых архитектурных форм. Выполненные из натурального камня и по индивидуальным эскизам, они подчеркивают неповторимость и изысканность загородного дома или городского строения.

В отличие от искусственного камня песчаник не теряет, со временем, при воздействии внешних факторов, свой декоративный вид, сохраняя красоту и форму. Сделанные из этого природного камня или облицованные им здания, выглядят выразительно и величественно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, занимаясь исследованием, я пришел к следующим выводам:

1. Качественный и количественный состав полезных ископаемых на территории Ростовской области определён геологической историей развития данной части Земной поверхности.

2. Геологическое развитие территории определило характер горных пород осадочного чехла.

3. Собранные образцы алевролитов, содержащих отпечатки древних растений, служат доказательством произрастания каламитов, хвощей и папоротникообразных на данной территории в каменноугольном периоде.

4. Из песчаников, добываемых в Атюхтинском карьере, производят щебень высокого качества.

5. Области применения щебня-песчаника весьма разнообразны.

Также считаю, что на данном этапе поставленные мною цель и задачи достигнуты. Гипотеза, выдвинутая мной, подтвердилась: природные камни обладают уникальными свойствами, связанными с особенностями их образования и территориального расположения, благодаря которым составляют конкуренцию искусственным камням. Доказательством могут служить факты широкого применения в хозяйственной деятельности человека.

Таким образом, проделанная мной работа позволяет углубить знания по истории и геологии Ростовской области. Собранный и изученный материал представляет практический интерес, так как дает возможность использовать его на уроках географии, при подготовке внеклассных мероприятий, посвященных историческому прошлому родного края. Также он будет полезен всем, кто интересуется краеведением. Ведь каждая новая экспедиция приоткрывает страницы прошлого Земли, позволяет разобраться в процессах ушедших эпох, найти новые интересные объекты для изучения, лучше узнать свою малую Родину.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов С.В., Аметьев М.А. и др. Палеогеография и биогеография бассейнов Паратетиса. - М., 2009.

2. Преображенский В.С. Очерки природы Донецкого кряжа. - М., 1959.

3. Природные ресурсы РО. /под ред. Остроуховой В.М. - Ростов-на-Дону, 2002.

4. stepnoy-sledopyt.narod.ru/dkryazh/dkryazh.htm

5. rosstone.ru/catalog

6. m.slovari.yandex.ua/article.xml?book=bse&title=Донецкий%20угольный%20бассейн&ncrnd=9774

7. donlandru.ru

8. stone-world.ru

9. slovare.coolreferat.com/словарь/словарь=Большая_советская_энциклопедия_слово=Донецкий_кряж

Приложение 1

Приложение 2

Схема тектоники

(видна Скифская плита, переходящая в поднятые структуры Донецкого кряжа, внедренные в древнюю Восточно-Европейскую платформу)

Приложение 3

Растения каменноугольного периода

Приложение 4

Карта маршрута на ст. Шахтная

Масштаб 1: 200000

в 1 см - 2 км

Масштаб 1: 200

в 1 см - 200 м

Приложение 5

Атюхтинский карьер

Приложение 6

Литолого-стратиграфический разрез (Атюхтинский карьер)

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

Алевролиты с отпечатками растений

Угольный пласт

Углистые аргиллиты

Песчаники

Масштаб 1: 100

в 1 см - 1 м

Приложение 7

Атюхтинский карьер (щебень - песчаник)

Приложение 8

Глоссарий работы

Алевролит - сцементированная осадочная горная порода, состоящая из зерен алеврита (рыхлой осадочной горной породы, промежуточной между песчаными и глинистыми породами).

Алеврит (от греч. aleuron - мука), рыхлая осадочная горная порода, по составу промежуточная между песчаными и глинистыми породами, размер основной массы зерен 0, 01 - 0,1 мм; сцементированный алеврит называется алевролитом.

Аргиллит - это осадочная порода, образуется в результате уплотнения и обезвоживания глин, известный также как глинистый сланец.

Кряж - возвышенность, сложенная дислоцированными, то есть складчатыми, плотными породами. Оси складок располагались в направлении, соответствующем современному направлению с северо-запада на юго-восток.

Осадочные горные породы образовались в результате осаждения и цементации минеральных продуктов выветривания изверженных пород или осаждения продуктов жизнедеятельности и отмирания живых организмов, населяющих моря и океаны. Эти продукты осаждались и уплотнялись послойно, покрывая изверженные горные породы прерывистыми многослойными пластами.

Песчаник - осадочная обломочная сцементированная горная порода, возникшая в результате цементации песка.

Щит (в геологии) - поднятая относительно рельефа структура, на поверхности щита выступают породы складчатого фундамента платформы, а платформенный чехол из осадочных пород развит слабо.