Однако глаза человека на это не способны. Впрочем, зрение человеку здесь и не требуется, поскольку наш разум имеет возможность всегда и при любых обстоятельствах видеть гораздо дальше и больше, чем любой глаз. О глубинном строении земной коры могут многое рассказать хотя бы выходящие на поверхность слои горных пород. Но, конечно же, открыто это было не сразу.
Датский ученый Н. Стенон первым пришел к мысли о том, что слои в земной коре образуются поэтапно, причем каждый новый перекрывает последующий. Таким образом, самые молодые породы лежат на поверхности, а самые древние залегают глубже всех остальных в недрах. В идеале древнейшие породы никогда не показываются на дневной поверхности, ведь поверх них лежат более молодые слои. На самом же деле пласты пород крайне редко залегают упорядоченно. Обычно они сильно смещены.
Отличить дислокацию нетрудно, достаточно пройтись по геологическим обнажениям (крупным выходам пород) и внимательно присмотреться к минеральному составу пород. Если в одной и той же местности появляются пласты совершенно разных отложений, то перед нами определенно имеется дислокация. Но какую она имеет природу, каковы ее структура и происхождение? Как можно проследить смещение слоев, заметное на поверхности, далее — в глубь земли?
Увы, по одному только минеральному составу пород определить все это никак нельзя, а значит, нельзя и оценить перспективность дислокации на наличие каких-нибудь ископаемых. А главное, нельзя определить относительный возраст слоев: трудно сказать, какой слой образовался раньше, а какой позже. Потребовалось еще сто лет после открытия Стенона, чтобы разобраться в этой проблеме.
В конце XVIII столетия англичанин В. Смит исследовал окаменелости Британии и обнаружил интересную закономерность. Всем известно, что фауны разных стран на земном шаре разнятся между собой. В Африке обитают такие звери, которых не встретишь в Европе. Смит много поездил по Британии и изучал окаменелости одного возраста в самых разных местах. Оказалось, что они тоже отличаются. Но гораздо сильнее выражены различия между животными из отложений разного возраста.
Чем глубже и древнее отложения, тем более причудливым существам принадлежали найденные в них окаменелости. Эти животные резко отличаются от современных зверей. Сначала попадаются кости мамонтов, потом еще более причудливых млекопитающих, затем гигантских ящеров, необычных рыб. И все это нередко удается найти на одном обнажении.
Позднее геологи, в первую очередь великий англичанин Ч. Лайель, нашли объяснение загадке Смита: за всю историю Земли фауны сменяли друг друга — вымирали одни животные, и на их место приходили другие. Поэтому в каждом слое встречаются окаменелые останки совершенно отличных друг от друга созданий. Окаменелости указывают на точный возраст слоя, позволяя четко определить его расположение относительно окружающих пластов.
Метод такого определения возраста и, следовательно, точного положения слоя относительно других в разрезе земной коры получил название стратиграфического. Гораздо чаще его называют биостратиграфическим, поскольку он опирается преимущественно на палеобиологию (палеонтологию) — науку о древних организмах, чьи останки удается отыскать в слоях горных пород. Каждому слою присуща собственная фауна, которую специалист не спутает с фауной других отложений.
Стратиграфия значительно облегчает поиск месторождений. Причиной тому служит не единственно то, что она указывает на глубинные геологические структуры в недрах. Оказывается, разные виды полезных ископаемых образовались в различные эпохи земной истории. Все эти знания имеют огромное практическое значение, потому что именно благодаря им определяют места поиска тех или иных залежей. На базисе этих теоретических разработок были созданы технологии разведки и поиска месторождений.
Изобретена техника поиска полезных ископаемых
Самый простой способ изучения земных недр с использованием богатого теоретического материала заключается в тщательном обследовании всех обнажений пород, встречающихся на поверхности. Но данный метод является лишь началом трудоемкой работы по проведению геологических изысканий. Ярким примером, иллюстрирующим работу геологов-поисковиков, служит разведка и обнаружение нефти в Поволжье. Поволжские месторождения оказались столь богатыми, что их некогда называли «Вторым Баку».
А ведь первоначально геологи посчитали, что Поволжье совершенно бесперспективно в отношении «черного золота». Это мнение установилось после исследований, проведенных во второй половине XIX столетия. Уже тогда ученые догадались, что нефть активно движется в земной коре и образует месторождения лишь в том случае, когда что-то препятствует ее продвижению. В недрах должны находиться особые геологические структуры, являющиеся ловушками для этой маслянистой жидкости. Позже удалось составить представление об устройстве такой ловушки.
Она представляет собой слой породы-коллектора, перекрытый сверху породой-покрышкой. В качестве коллектора выступает песок, энергично вбирающий в себя нефть. Покрышку образуют плотные известняки, сквозь которые нефть не просачивается. В целом ловушка представляет собой крупную дислокацию в виде внушительной складки. Эта складка образует под землей купол, в верхней части которого и скапливается нефть. Она под давлением стремится покинуть толщу пород, но покрышка не дает жидкости такой возможности.
Когда во второй половине XIX в. геологи обследовали Жигули и Нижнее Поволжье, то они не нашли здесь серьезных дислокаций. Выходящие на поверхность слои известняков они приняли за отложения возрастом 100 млн лет и ошиблись при этом почти в 3 раза. Только в 1880-х гг. ошибка была исправлена. А. П. Павлов провел повторное обследование пород, слагающих недра Поволжья. Изучив известняки Самарской луки, ученый обнаружил там останки организмов, обитавших на нашей планете примерно 300 млн лет назад.
Следовательно, возраст известняков сильно приуменьшили, а это говорит о том, что Жигулевские горы возникли в результате крупной дислокации земных пластов. Слои оказались сильно сжаты в складки, оттого на поверхность были «выдавлены» отложения столь значительного возраста. Подобные смещения содержащих известняк слоев могут таить в себе ловушки нефти. В 1930-х гг. в местах, которые Павлов счел перспективными, провели пробное бурение, в результате чего удалось найти месторождения нефти и связанные с ними скопления природного горючего газа.
Разведочное бурение является еще одним из способов увидеть глубинные структуры. Одним из его приемов является радиоактивный каротаж. «Атомный» XX век подарил геологам ядерно-физические методы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Геологи в своем выборе опять-таки исходили из представлений о строении, составе и механизме образований залежей ископаемых.
Что же представляет собой каждое месторождение с физической точки зрения? Оказывается, это особое тело в земной коре, обладающее явно выраженными аномальными свойствами.
Месторождение является комплексом разнообразных отклонений, поскольку в процессе своего формирования под действием специфических физико-химических процессов оно подвергло влиянию окружающие породы и изменило их свойства. Месторождение выглядит иначе, чем окружающее вещество, если принимать в расчет магнитные поля, электропроводность, плотность, гравитационные свойства. Аномалии, связанные с месторождениями, отчетливо проявляются при изучении недр с помощью методов ядерной физики.
Радиоактивные излучения и ядерные частицы совершенно иначе взаимодействуют с такими телами в земной коре. Излучение как бы просвечивает недра, делает их рентгеновский снимок. На самом деле, конечно же, просветить толщу камня невозможно. Просто активные лучи приводят к ядерным реакциям в облученном веществе.
Современная разведка применяет для подобного ложного просвечивания несколько родов частиц. Во-первых, это нейтроны, во-вторых, гамма-кванты (кванты жесткого гамма-излучения), в-третьих, электроны. Последние используются нечасто. Из всех ядерно-физических методов разведки наиболее широко применяется и дает замечательные результаты радиоактивный каротаж скважин, в т. ч. гамма-каротаж.
Термин «каротаж» происходит от французского слова, означающего «морковка». На морковки похожи керны — столбики породы, выдолбленные в стволе проходки режущим инструментом буровой установки. Эти столбики поднимаются на поверхность и тщательно исследуются в физических и химических лабораториях. Иногда внутри таких образцов удается обнаружить интересные минералы или окаменелости, но чаще всего длительные исследования столбиков оказываются безрезультатными.
