Путеводитель по ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЕ ИЛЛИНОЙСА
Геологическая служба штата Иллинойс Образовательная серия 7
ШТАТ ИЛЛИНОЙС Отто Кернер, губернатор
ДЕПАРТАМЕНТ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАЗОВАНИЯ Уильям Сильвестр Уайт, директор
1961
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА ШТАТА ИЛЛИНОЙС Джон К. Фрай, руководитель УРБАНА, ИЛЛИНОЙС
ОПУБЛИКОВАНО ПО УПОЛНОМОЧИЮ ШТАТА ИЛЛИНОЙС 42517-20M 2 (78783)
Путеводитель по ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЕ ИЛЛИНОЙСА
ЛЕДНИКОВАЯ ГЕОЛОГИЯ
Although the age of the Earth is measured in billions of years, the face of Illinois is young—a mere 15,000 years old.
Во время ледникового периода большая часть Иллинойса неоднократно подвергалась нашествию огромных ледников, порой достигавших высоты в милю и более, которые несли в себе раздробленные горные породы, вырванные ими из коренных пород на севере по мере их медленного продвижения на юг.
Когда около 15 000 лет назад последний ледник растаял, местность, которая открылась взору, выглядела совсем иначе, чем доледниковый ландшафт. Старые холмы и долины исчезли, сформировались новые, и большую часть региона покрыл слой рыхлых горных пород — груз, который лед нес с собой и оставил после таяния.
Большая часть этого материала, называемого ледниковыми отложениями, была принесена льдом в течение двух последних из четырех основных периодов оледенения — иллинойского (от 100 000 до 150 000 лет назад) и висконсинского (от 5 000 до 50 000 лет назад). Более древние отложения, принесенные в канзасский и небрасский ледниковые периоды, почти полностью погребены под более поздними слоями.
Ледники покрывали весь Иллинойс, за исключением северо-западного угла, юго-западной окраины вдоль реки Миссисипи и крайнего юга Иллинойса, как показано на рисунке 1. В этих районах местность осталась почти такой же, какой была до прихода ледников. Однако в оледенелой части штата коренные породы, как правило, покрыты обломками горных пород, которые лед принес издалека, даже из Канады. По мере таяния краев ледника эти массы обломочного материала местами откладывались в виде гряд (морен), которые представляют собой холмы и возвышенности на плоских прериях современного ландшафта. Такой материал также заполнил древние речные долины, но новые долины были прорезаны потоками воды, высвободившимися при таянии льда.
Рисунок 1 — Слой ледниковых отложений покрывает коренные породы на большей части Иллинойса.
WISCONSINAN GLACIAL DRIFT KANSAN GLACIAL DRIFT ILLINOIAN GLACIAL DRIFT Ледниковые отложения относятся к самому молодому (верхнему) слою основных подразделений наших горных пород, который геологи назвали плейстоценом (научное название отложений ледникового периода).
Большая часть отложений представляет собой несортированную смесь глины, гальки и валунов, называемую «тиллом», но некоторые ледниковые отложения состоят из отсортированных водой песка и гравия, перенесенных и отложенных талыми водами ледников. Другие материалы были отложены ветром — песок насыпался в подвижные дюны, а мелкие пылеватые частицы покрыли землю словно одеялом. Этот слой пылеватых частиц называется лёссом.
Ледниковые отложения содержат большое разнообразие горных пород: одни были принесены из северных регионов, другие были соскоблены со слоев местных пород Иллинойса.
Границы иллинойского, висконсинского и канзасского оледенений показаны на рисунке 1. Некоторые из наиболее заметных морен нанесены темно-серыми линиями на листе 1. В пределах этой области ледниковые отложения покрывают коренные породы, за исключением долин, где водотоки прорезали их и удалили.
ГЕОЛОГИЯ КОРЕННЫХ ПОРОД
Под ледниковыми отложениями Иллинойса залегают многочисленные слои горных пород, перекрывающие основание из древних кристаллических пород, которые в Иллинойсе встречаются на глубине от 2000 до 15 000 футов. Геологическая карта (лист 1, в кармане) составлена так, как если бы слой ледниковых отложений был удален, обнажая слои коренных пород, которые в основном представлены известняком, сланцем и песчаником.
Условные обозначения на карте показывают возрастную последовательность горных пород, расположенных от самых молодых вверху до самых древних, и приводят названия, которые геологи присвоили различным системам горных пород. Каждая система состоит из пород, отложившихся в течение длительного периода времени. Всю последовательность горных пород можно сравнить с книгой по истории Земли, а каждую систему — с главой. Системы делятся на формации, которые можно рассматривать как страницы в этой книге.
Как показано на обобщенной стратиграфической колонке на рисунке 2, породы, которые древнее ледниковых отложений (плейстоцена), — это пески, гравий и глины третичного и мелового периодов, по большей части рыхлые. Они встречаются только на самом южном краю Иллинойса и отложились, когда эта территория была покрыта северным выступом Мексиканского залива. Третичные породы показаны на карте серовато-розовым цветом (T), а меловые — красно-фиолетовым (K).
Следующими по древности после меловых являются породы Пенсильванской системы, названной в честь штата Пенсильвания, где они хорошо обнажены и были впервые изучены.
Пенсильванская система разделена на карте на две области (P¹ и P²). Породы, показанные самым светлым серым цветом (P²), залегают выше угольного пласта № 6 в последовательности, а породы, показанные средним серым цветом (P¹), — ниже него. Угольный пласт № 6 является одним из самых мощных и ценных угольных пластов в штате. Породы Пенсильванской системы залегают под ледниковыми отложениями, и их мощность варьируется от нескольких футов до 3000 футов.
Рисунок 2 — Схема слоев горных пород в Иллинойсе. Самые древние породы находятся внизу, самые молодые — вверху. Названия являются стандартными, применяемыми геологами для подразделений геологических эр.
Era General Types of Rocks Period or System and Thickness Epoch CENOZOIC “Recent Life” Age of Mammals Quaternary
0-500′ Pleistocene or Glacial Age Recent—alluvium in river valleys Glacial till, glacial outwash, gravel, sand, silt lake deposits of clay and silt, loess and sand dunes; covers nearly all of state except northwest corner and southern tip Tertiary
0-500′ Pliocene Chert gravel; present in northern, southern, and western Illinois Eocene Mostly micaceous sand with some silt and clay; present only in southern Illinois Paleocene Mostly clay, little sand; present only in southern Illinois MESOZOIC “Middle Life” Age of Reptiles Cretaceous
0-300’ Mostly sand, some thin beds of clay and, locally, gravel; present only in southern Illinois PALEOZOIC “Ancient Life” Age of Amphibians and Early Plants Pennsylvanian
0-3,000′
(“Coal Measures”) Largely shale and sandstone with beds of coal, limestone, and clay Mississippian
0-3,500’ Black and gray shale at base; middle zone of thick limestone that grades to siltstone, chert, and shale; upper zone of interbedded sandstone, shale and limestone Age of Fishes Devonian
0-1,500’ Thick limestone, minor sandstones and shales; largely chert and cherty limestone in southern Illinois Age of Invertebrates Silurian
0-1,000’ Principally dolomite and limestone Ordovician
500-2,000’ Largely dolomite and limestone but contains sandstone, shale, and siltstone formations Cambrian
1,500-3,000’ Chiefly sandstones with some dolomite and shale; exposed only in small areas in north-central Illinois ARCHEOZOIC and PROTEROZOIC Igneous and metamorphic rocks; known in Illinois only from deep wells
Пенсильванская система содержит много различных видов горных пород, включая все наши промышленные угли. Она также содержит важные месторождения известняка, сланца и глины, а местами — нефти и газа.
Ниже Пенсильванской системы залегают породы Миссисипской системы, показанные на карте синим цветом (M¹ и M²). Нижние и средние миссисипские породы (M¹) в основном представлены известняком в районах, нанесенных на карту, и вблизи них, но в центральной и восточной части штата, где они погребены под породами Пенсильванской системы, они содержат много алевролита и окремненного известняка. Верхние миссисипские породы (M²) состоят из чередующихся формаций песчаника, сланца и известняка.
Эта система горных пород получила свое название от реки Миссисипи, поскольку вдоль долины Миссисипи в западном Иллинойсе, юго-восточной Айове и восточном Миссури имеются отличные обнажения этих пластов.
Миссисипские породы являются источником известняка, флюорита, цинка и ганистера и имеют наибольшее экономическое значение на юго-востоке Иллинойса, где они являются нашими важнейшими нефтеносными породами.
Девонские (D, темно-серый цвет на карте), силурийские (S, фиолетовый), ордовикские (O, светло-розовый) и кембрийские (C, темно-розовый) породы в указанном порядке древнее миссисипских пластов. В целом они включают доломит, известняк, сланец и песчаник. За исключением небольших участков вдоль долин рек Миссисипи и Иллинойс, эти более древние породы встречаются на поверхности только в северной четверти штата и локально в округах Александер, Хардин, Джексон, Монро, Пайк и Юнион. Тем не менее, они экономически важны, поскольку дают известняк, доломит, кварцевый песок, нефть, цинк и свинец, триполи, новакулит и новакулитовый гравий.
Породы от кембрийской до Пенсильванской систем относятся к палеозойской эре. Палеозойские породы перекрывают кристаллические породы, такие как граниты, которые уходят на неизвестную глубину в земную кору. Кристаллические породы не обнажаются в Иллинойсе, но встречаются при бурении некоторых глубоких скважин, а также их можно увидеть в близлежащих горах Озарк в Миссури и в центральном Висконсине.
СТРУКТУРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
На большей части территории Иллинойса пласты горных пород залегают горизонтально, но в большинстве мест они слегка наклонены. В некоторых районах они прогнуты в бассейны и мульды (синклинали), изогнуты вверх в купола и своды (антиклинали) или разбиты разломами.
Крупнейшей структурной особенностью Иллинойса является огромный чашеобразный бассейн — Иллинойский бассейн, который простирается на юго-восток в Индиану и Кентукки. Самая глубокая часть бассейна находится на юго-востоке Иллинойса.
Рисунок 3 — Когда породы прогибаются, а поверхность выравнивается эрозией, самые молодые породы сохраняются в центре, а более древние породы обнажаются по краям.
Поскольку весь регион, включая бассейн, подвергся эрозии под воздействием дождя, льда, ветра и множества рек и ручьев, самые молодые палеозойские породы (верхние слои) сохранились только в середине бассейна, как показано на рисунках 3, 6 и 7. Именно поэтому на карте показано, что угленосные породы Пенсильванского возраста находятся в центре штата, а более древние породы выходят на поверхность последовательными полосами вокруг краев бассейна на юге, западе и севере Иллинойса.
Распространение коренных пород в северном Иллинойсе определяется широким поднятием или сводом (см. рисунки 4, 6 и 7). Карта (лист 1) показывает, что более древние породы (кембрийские и ордовикские) обнажаются в центре свода и окружены более молодыми силурийскими и девонскими породами. Другое вытянутое поднятие (антиклинальный пояс) простирается от окрестностей Диксона на юго-восток в Индиану. Гребень этого поднятия обозначен на карте участками силурийских и девонских пород в округах Шампейн и Дуглас.
Рисунок 4 — Когда породы изгибаются вверх, а поверхность подвергается эрозии, более древние породы обнажаются на гребне купола или антиклинали.
На крайнем юге Иллинойса и в северо-центральной части Иллинойса слои горных пород разбиты крупными разломами (см. рисунки 5 и 6), которые смещают слои пород на расстояние от нескольких дюймов до 3000 футов.
Структурная карта Иллинойса (рисунок 6) показывает положение основных геологических структур. Большой бассейн обозначен штриховкой, причем самый темный узор показывает места, где бассейн наиболее глубок. Те же самые пласты, которые на внешнем крае бассейна находятся на уровне моря, в его самой глубокой части прогнуты на 6000 футов ниже уровня моря. Также показаны оси некоторых небольших антиклиналей и расположение основных зон разломов.
Рисунок 5 — Когда породы подвергаются разломам из-за земных напряжений, слои горных пород смещаются или сдвигаются.
Рисунок 6 — Основные структурные особенности Иллинойса — Иллинойский бассейн, антиклинали и разломы. Увеличение глубины бассейна показано постепенно темнеющими узорами.
KANKAKEE ARCH MISSISSIPPI R. ARCH LA SALLE ANTICLINAL BELT OZARK UPLIFT KEY Position of major anticline Major faults
Рисунок 7 — Поперечный разрез с севера на юг через Иллинойс показывает пласты, прогнутые в бассейн.
ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
Чтение истории земной коры подобно чтению детективной истории. Геолог должен изучить, или «прочитать», каждый слой породы, от самого молодого вверху до самого древнего внизу, в поисках ключей к его происхождению, возрасту и развитию, с помощью которых он может реконструировать прошлое.
Одним из ключей к прошлому являются ископаемые остатки растений и животных, найденные в горных породах. Например, если известно, что определенный коралл жил только в течение одного промежутка времени, то все породы, содержащие ископаемые остатки этого коралла, должны были сформироваться в пределах этого промежутка.
Журналы скважин (каротажные диаграммы) и керны или образцы горных пород, собранные при бурении разведочных скважин в коренных породах, также многое раскрывают о последовательности пластов горных пород под поверхностью. Виды встреченных пород, кроме того, рассказывают кое-что о древней географии, поскольку некоторые из них сформировались на суше, а другие отложились в давно исчезнувших морях.
Такие знания чрезвычайно важны при поиске и освоении минеральных ресурсов, таких как уголь и нефть.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
Минералы, добываемые в Иллинойсе в промышленных масштабах, включают сырую нефть, уголь, известняк, доломит, глину, песок, гравий, флюорит, триполи, ганистер, новакулитовый гравий, кварцевый песок, а также металлы — цинк и свинец. Распределение минерально-сырьевой промышленности, показанное на нескольких картах на рисунках с 8 по 12, конечно, связано с распределением горных пород (лист 1). Например, угольные шахты разбросаны вдоль края области распространения пород Пенсильванской системы, где уголь залегает на относительно небольшой глубине.
Минеральное топливо — уголь и нефть — являются ведущими минеральными продуктами Иллинойса, составляя около 70 процентов годовой стоимости всех минералов, добываемых в штате. В течение многих лет уголь занимал первое место в списке, но сейчас нефть занимает первое место.
Нефть
В последние годы добыча нефти составляла в среднем около 78 миллионов баррелей в год, что делает Иллинойс восьмым по величине нефтедобывающим штатом. Основной нефтяной район — это глубокая часть Иллинойского бассейна в центрально-южной и юго-восточной частях штата, но значительные открытия были сделаны недавно в центральном и западном Иллинойсе. В Иллинойсе насчитывается около 490 нефтяных месторождений площадью от нескольких до нескольких тысяч акров.
Нефть была обнаружена в породах Пенсильванской, Миссисипской, Девонской, Силурийской и Ордовикской систем, но Миссисипская система является наиболее продуктивной и на ее долю приходится около 76 процентов нашей общей добычи нефти.
Рисунок 8 — Нефтяные месторождения в Иллинойсе по состоянию на 1 января 1961 года. Месторождения сосредоточены в основном в Иллинойском бассейне и вдоль антиклинального пояса Ла-Салль.
Рисунок 9 — Действующие угольные шахты разбросаны вокруг края бассейна, где уголь залегает на относительно небольшой глубине.
KEY SHIPPING MINES Underground Strip Slope LOCAL MINES OVER 25,000 TONS Underground Strip
Уголь
Иллинойс занимает четвертое место в стране среди штатов, добывающих битуминозный уголь — тип угля, наиболее широко добываемый в Соединенных Штатах. Уголь используется многими производственными предприятиями, коммунальными компаниями, которые сжигают уголь для выработки электроэнергии, а также частными лицами для отопления домов.
Все месторождения угля в Иллинойсе находятся в Пенсильванской системе. Из множества угольных пластов лишь немногие достаточно мощные, чтобы их можно было добывать с прибылью. Уголь относится к битуминозному рангу, но различается по качеству. Запасы угля в Иллинойсе в пластах мощностью более 28 дюймов оцениваются в 137 миллиардов тонн и являются крупнейшими среди всех других штатов.
Вокруг края угольного бассейна, где уголь залегает на небольшой глубине, его обычно добывают открытым способом (карьерная добыча). Однако в прошлом большая часть угля добывалась подземным способом, и более половины угля Иллинойса до сих пор добывается на таких шахтах.
Известняк и доломит
В Иллинойсе существуют два типа карбонатных пород: известняк и доломит. По внешнему виду они почти неразличимы, хотя химически они различны. Известняк состоит в основном из карбоната кальция (минерал кальцит), тогда как доломит — это карбонат кальция и магния (минерал доломит).
Месторождения известняка встречаются во многих местах в западной, юго-западной и южной окраинных частях штата. Они в основном миссисипского и ордовикского возраста. Меньшие месторождения известняка Пенсильванской системы встречаются в центральной части штата. В северной пятой части штата доломиты силурийского и ордовикского возраста обнажаются во многих местах.
Известняк и доломит добываются для различных целей, включая заполнитель для бетона, известняковую муку для сельского хозяйства, балласт для железных дорог, щебень для битумных дорог, а также для использования в металлургических и химических процессах. В некоторых местах их также добывают как строительный камень, а на юге Иллинойса производится мрамор.
Рисунок 10 — Известняк и доломит добываются во многих местах, но флюорит, цинк и свинец добываются в ограниченных минерализованных районах.
KEY Quarry, Limestone or Dolomite Cement or Lime Fluorspar Zinc and Lead
Известняк и сланец или глина обжигаются вместе в печах для производства портландцемента. Портландцемент производится из известняка Пенсильванской системы в округе Ла-Салль и из известняка ордовикского возраста в округе Ли.
Известняк или доломит также обжигаются в печах для получения извести. Миссисипский известняк используется в округе Адамс, а силурийский доломит — в округе Кук для производства извести.