На севере Белорусского Полесья геологи открыли на полукилометровой глубине залежи калийных солей. Это соли плодородия. Удобряя почву, они повышают урожаи многих ценных культур. Получается так, будто мы изпод земли добываем прибавочный урожай картофеля, пшеницы, ржи, свеклы.
Калийную руду надо извлечь из недр, поднять на поверхность, обработать, отделить от вредных или лишних примесей (пустой породы). Для этого строятся рудники и химические комбинаты. Чтобы все сооружения стояли надежно, требуется хорошо знать геологическое строение данного района.
Начинать приходится с истории геологических исследований. Только тогда поймешь, как геологи выработали свои идеи. Ведь среди этих идей могут быть и верные, и ложные, и непонятые. Иногда даже верную идею забывают, а увлекаются ошибочной. Поэтому самое лучшее - побольше узнать о том, что думали ученые прошлого, к каким они приходили выводам.
Полесье сто лет назад считали дном недавнего моря.
По словам местных жителей, на полях находили якоря и остатки кораблей, а вода в колодцах бывает соленой.
Значит, тут было недавно море.
Самая оригинальная мысль была высказана уже в натем веке украинским академиком П. А. Тутковским. Он долго изучал рельеф Полесья. По его мнению, полесские песчаные холмы и гряды - это остатки пустынь. Он так и заявил: "Полесские барханы являются детьми пустыни!"
Тутковский видел и валуны и гряды конечных морен.
Он не спорил: это - следы великих ледников. Однако на южной окраине ледников находились пустыни.
Совсем другую мысль высказал молодой ученый Б. Л. Личков. Он работал в Полесье недолго, но высказался решительно: пустынь здесь не было. Наоборот, было много воды: крупных озер, болот и рек. А песок совсем не обязательно бывает в пустыне. Откуда ему там взяться?
Песок обычно приносят речные воды, и в Полесье больше всего поработали реки.
Мне понравилась мысль Личкова. Но поверить - только начало. Надо еще проверить. А это можно сделать на практике, во время работы. Теорий бывает множество.
Они проверяются практикой.
До места работы я добирался автобусом: от Минска прямо на юг. Проезжали поля и перелески. Холмы на вид были похожи на ледниковые. Но они были пологие, сглаженные. Пожалуй, ледник тут побывал давно и следы его успели порядком стереться. Только валуны на полях в изобилии.
Чем дальше на юг, тем: ниже становились холмы. Они словно старались спрятать свои макушки в землю. Между ними появились низины с болотами. Начиналось Полесье.
У Солигорска холмы широкие, хотя и не очень высокие.
Здесь стоят высоченные шахтные постройки - копры, на которых крутятся огромные колеса. С их помощью двигаются вверх и вниз лифты, которые перевозят людей и грузы.
Так выглядел этот район. Для геолога вроде бы нет ничего интересного. А в действительности совсем иначе.
Я уже знал, что в районе Солигорска сверху до глубины не менее 50 метров залегают рыхлые отложения ледниковых и межледниковых анох. Встречаются пески, глины, торфяники. Нам оставалось уточнить, как они располагаются в земле и каковы их свойства. Непрочные слои могут сильно уплотняться под тяжестью сооружений. От этого бывают неприятности: стены трескаются, а то и разрушаются, происходят аварии.
Нам надо было обследовать большой холм, на котором наметили строить третий Солигорскпй рудник: шахты, фабрику. Работа несложная. У нас имелись машины с буровыми станками. Мотор вращает стальные стержни, на которых укреплены буровые инструменты: труба с зубьями (коронка) или подобие штопора (змеевик). Инструменты крупные, прочные, тяжелые. Они врезаются в землю. С их помощью можно доставать образцы грунтов с разпых глубин.
Стали мы бурить на холме.
Одна скважина, вторая... пятая... десятая... Все, как предполагалось: сверху пески с валунчиками. Они остались от растаявшего льда. Ниже - на десять, а то и двадцать метров - основная морена: грубая супесь с валунами. След подошвы ледника. Еще ниже - песок, судя по промытым окатанным зернам, речной.
Все прекрасно. Здесь будут устойчиво стоять здания шахт и комбината,
И вдруг - новость. В одной скважине встречен... писчий мел! Тот самый мел, которым пишут на школьной доске. И на малой глубине встречен - три метра!
Представьте себе, идете вы по лесу, ягоды собираете, и вдруг навстречу - динозавр, звероящер, живое ископаемое. Если он не хищный, то, возможно, вы не испугаетесь.
Но уж удивитесь непременно.
Так и тут. Такое же чудо. Потому что писчий мел накапливался только в один период. Его так и назвали - меловой. Был он около ста миллионов лет назад. А донная морена - совсем недавнее создание, ей "всего лишь" около ста тысячелетии. Она в тысячу раз моложе мела! Как они могли оказаться рядом в одном слое?
Разбираться в этом надо было мне, геологу. Такая наша обязанность. Рабочие бурят скважину под руководством мастера. Техник или коллектор отбирает образцы, записывает в журнал их внешний вид, влажность, глубину залегания. Часть образцов направляется в лабораторию.
Там их изучают с помощью разных приборов, определяют их плотность, прочность и другие свойства.
А геолог должен указать расположение скважин, глубину, места отбора образцов. Геолог должен назначить виды анализов. И в конце концов именно геолог обязан осмыслить все добытые сведения и дать рекомендации строителям: как лучше расположить сооружения, какие выбрать фундаменты.
Писчий мел оказался на этой площадке первым сюрпризом. За ним последовали другие. Рядом в скважине на той же примерно глубине встретились зеленые глауконитовые пески. Они образуются на мелководьях теплых морей. Последнее такое море покинуло Полесье несколько миллионов лет назад.
И уж совсем неприятную новость преподнесла скважина, где на девятиметровой глубине встретился торф.
Эта горная порода может сжиматься в два-три раза. Если под зданием будет находиться в одном месте прочная морена, а в другом податливый торфяник, то сооружение будет наклоняться.
В итальянском городе Пизе стоит наклонная башня - на удивление туристам. Она показывает, что может получиться, если не учитывать особенности грунтов, лежащих под сооружением. Понятно, мы не можем допустить, чтобы в Солигорске торчали падающие башни наподобие пизанской.
Тут еще один сюрприз. Как будто специально получилось. Пробурили три скважины под фундамент будущей высокой трубы. В одной скважине оказался писчий мел, в другой - глауконитовый песок, в третьей - донная морена. А скважины-то находятся рядом, через двадцать метров по треугольнику.
Такая возникла головоломка. Правда, мне не пришлось ее долго разгадывать. Я догадался, каков ответ, и вот почему.
Однажды нам дали срочное задание: найти месторождение глины. Она была нужна строителям. Где ее искать?
Глины обычно накапливаются в понижениях. Мне казалось, надо пробурить скважины в некоторых низинах.
Главный геолог, мой начальник, решил иначе. Он здесь работал не первый год, хорошо знал район.
- Будем на холме бурить, - сказал он.
- Ерунда, - заупрямился я. - Глина понижения любит.
- А у нас тут глина ненормальная!
Я ему не поверил. Но вынужден был подчиниться. Он предложил пробурить скважины на холме у деревни со смешным названием Прусики. С буровиками я приехал на холм. Увидел большую яму - карьер. Отсюда, видимо, некогда брали песок или глину.
Спустился я в карьер, взглянул на его стену и замер от удивления. Стена была белая, как мел, а снизу зеленая. Писчий мел и глауконитовый песок это я сразу понял.
Слой писчего мела лежит и этих краях на глубине сто метров. Слой глауконитового песка - чуть выше. Как же они попали с такой глубины прямо на макушку холма?
Сделать это могла только одна геологическая сила: великий ледник.
Такие сдвинутые ледником большие глыбы, целые холмы, называют отторженцами.
У Пpycиков был отторженец. Значит, на площадке третьего рудника - тоже отторженец. Только не такой крупный.
С отторженцами я встретился впервые в жизни. Надо было спросить совета у знающих специалистов. Но в нашей экспедиции никто геологическими теориями: не увлекался и не знал об отторженцах. Пришлось поискать, что написано о них в книгах.
О наших солигорских отторженцах ничего и книгах не сообщалось. Однако удалось узнать, как могут образоваться отторженцы. Нижние слои ледника содержат особенно много обломков, песка, глины. Они медленно движутся, сдирая с поверхности земли верхние слои. А иногда срезают небольшие холмы. Даже если холм высотой в двадцать метров - это не очень много для слоя льда, в сто раз более толстого.
В общем, отторженец - это часть донной морены. Только часть необычная. Она целиком состоит из глыб древних пород. Если так, то и прочность, плотность отторженца не должна быть меньше, чем у донной морепы. Надежное основание для сооружений!
Если рассечь край ледника, он может выглядеть примерно так.
У его дна формируется слой морены, а на толщи нижележащих пород срезаются или выжимаются отторженцы.
Конечно, одних предположений, догадок еще недостаточно для того, чтобы уверенно рекомендовать конструкцию фундаментов. Нужны более точные сведения. Поэтому мы испытали образцы отторженцев в лаборатории.
Узнали, как они ведут себя, если их сдавливать, разрушать. Оказалось, образцы прочные. Значит, на отторженцы можно положиться: они выдержат тяжелые сооружения.
Сложнее была загадка торфа. Откуда он здесь взялся?
Может быть, это тоже отторженец? А если он образовался после оледенения, а сверху прикрыт песком? Получилась ловушка. Можно ли строить здесь крупные сооружения?
Самое лучшее - избегать подобных опасных или сомнительных участков. Для этого надо хорошо знать условия залегания слабого слоя. Бывает, что торф лежит небольшими линзами, полосками, "лепешками" размером с волейбольную площадку или даже меньше. Если бурить скважины наудачу, можно не встретить торфяник или обнаружить его в одном месте. А между скважинами будут залегать слабые, податливые слои.
Как узнать, где и на каких глубинах можно встретить слоечки торфа? Для этого проще всего пробурить скважины через десять - пятнадцать метров. Но тогда изучение грунтов обойдется слишком дорого. Когда скважинами истыкана вся площадка, а слабых грунтов не встречено, то и геолог не нужен.
С торфяником пришлось повозиться. Отобрали из него множество образцов и отправили в Институт геофизики и геохимии Академии паук Белоруссии. Там в специальной лаборатории определяют состав спор и пыльцы в образцах.
По этим сведениям можно судить, какой это торфяник - древний или молодой. По составу растений можно еще узнать, где торфяник образовался: в речной старице, на окраине озера, в болоте, близ ледника.
Мне надо было изучать отторженцы и торфяники вследствие производственной необходимости. Строителей и проектировщиков не интересовали геологические премудрости. О ледниковой теории они имели смутное представление. Они требовали от нас, геологов, практических рекомендаций, для того чтобы сооружения стояли надежно.
Изучаешь следы древних ледников, уточняешь историю прошедших тысячелетий - и чувствуешь себя геологическим Шерлоком Холмсом. От тебя требуются практические сведения. Но ведь без теоретической подготовки их не добудешь.
ПОДЗЕМНЫЕ ДОЛИНЫ
Полученные из лаборатории результаты спорово-пыльцевых анализов торфяника, встреченного на площадке третьего комбината, были утешительными, по мнению специалиста, этот слой был древним межледниковым.
В нижней его части сохранились остатки тундровых растений. Выше, в песках, спор и пыльцы почти не было.
Похоже, что этот слой оставил ледник.
Еще в одной скважине встретился погребенный торфяник. Буровики и коллектор отметили, что торф был прочным и плотным, как будто спрессованным. И понятно: под давлением ледника мягкий слой либо выдавится, либо сплющится.
Меня занимал вопрос: почему великий ледник не стер начисто, не выдавил этот небольшой прослой торфа? Ведь в то время торф лежал у самой поверхности земли.
Когда идешь по торфянику, он под ногами глубоко продавливается, колышется, как огромный мягкий тюфяк.
А ведь ступня человека давит на торф в сотни раз слабее, чем подошва ледника!
Было над чем поразмыслить.
А тут еще одна загадка. На площадке мы пробурили двести скважин. Из них десять встретили "блюдца" погребенного торфяника. Самое странное, что все десять скважин находились в понижениях, где и теперь находились болотца.
Казалось бы, так и должно быть. Торфяники образуются в низинах.
Так-то оно так. Но ведь эти торфяники погребенные.
А над ними десятиметровый слой донной морены. Значит, после того, как образовались в низинах торфяники, над ними проползли ледяные потоки толщиной в один - два километра. Они тащили с собой массу земли. Оставили ее, отложили в виде толстого слоя. Все мелкие неровности рельефа должны были сгладиться. Вообще рельеф мог совершенно измениться. Ледники нередко на месте низин нагромождают холмы, а холмики срезают напрочь.
А тут на поверхности земли имеются понижения точно там, где были низинки до прихода ледника!
Я сделал расчет. Определил, могло ли быть случайно такое совпадение. Есть для этого несложные математические формулы. У меня получилось, что случайное совпадение маловероятно.
В двух местах на площадке имелись небольшие впадины, возле которых отсутствовали скважины. Я пометил скважины прямо во впадинах. Обе скважины встретили погребенные торфяники.
О том, что они должны встретиться, я заранее предупредил буровиков. Они работали с интересом, старались не пропустить слоечки торфа. Когда прогноз оправдался, коллектор, мастер и рабочие стали допытываться: как же удалось точно угадать, что находится под слоем грунта.
Разгадка была проста. Ледник наползал на мерзлую землю. Торфяники превратились в ледяные "блюдца".
Они стали достаточно прочными, чтобы выдержать давление великого ледника. Ведь это давление распределялось равномерно (ледник лежит как гигантская плита). В таком случае льдистые торфяники вполне могли сохраниться.
И еще одно обстоятельство. У подошвы ледника нередко образуется слой, содержащий воду. Эта вода является прекрасной смазкой, облегчающей движение льда. Поэтому под пятой ледника могут сохраняться отдельные мелкие неровности рельефа.
Итак, торфяник был скован мерзлотой и смог уцелеть под ледником.
Наступила межледниковая эпоха. Ледник растаял. От него остался слой морены. Затем стал таять подземный лед.
Растаял лед и в погребенном под мореной торфянике.
От этого прочность торфяника резко снизилась. Тяжелая морена придавила, сжала его. Если торфяники сначала имели трехметровую толщину, то под давлением морены они могли сократить мощность, предположим, втрое. Слой морены, залегающий под ними, должен был прогнуться на два метра. Вот и получились впадины точно там, где находятся погребенные торфяники, а до прихода ледника тоже имелись понижения.
После того, как все это выяснились и подтвердились, можно было но опасаться торфяников. Они древние, уплотненные. Вдобавок, с поверхности заметно, где они находятся. Можно рекомендовать в таких местах строить не очень тяжелые сооружения.
После этого случая мне еще не раз приходилось сталкиваться в Солигорском районе с межледниковыми отложениями.
Для строительства надо изучать землю на глубине сравнительно небольшой - до двадцати - тридцати метров. Бывают исключения, но только для особо выдающихся сооружений. В наших краях такие строения не проектировались. Однако кроме инженерной геологии экспедиции надо было заниматься поисками цопцейшего полезного ископаемого - подземной пресной воды.
Расширялось строительство рудников и обогатительных фабрик, многолюднее становился город Солигорск. Все больше требовалось питьевой воды. Забирать ее из речки Случь было нельзя: грязновата вода. Строить очистительные сооружения - слишком дорого. Поначалу пробурили шесть скважин глубиной в несколько десятков метров.
В них оказалась хорошая подземная вода. Начали воду откачивать. Ее хватало для нужд города и фабрик.
Однако увеличивалась мощь предприятий, рос город, и с водой начались перебои. По утрам из водопроводных кранов текла бурая жидкость. Это скапливались окись железа, ржавчина. Значит, в подземную воду стали проникать с поверхности болотные ожелезпенные воды. И но количеству и по качеству вода уже по удовлетворяла Солигорск.
Пашей экспедиции дали срочное задание: найти новый участок, где можно добыть в десять раз больше воды, чем па старом. Трудное задание.
Мы привезли солидные буровые станки. Стали долбить скважины глубиной в сто метров и таким диаметром, что в пое мог влезть человек. Так было надо для проведения опытных работ - откачки подземных вод.
В земле воды очень много. Она насыщает горные породы почти сплошь. Но среди слоев встречаются плотные, без трещин и пор. Они почти совсем не пропускают воду.
Их называют водоупорными.
Иногда водоупорные слои как бы запирают подземную воду в ловушку. Проткнешь сверху такой слой - в скважину хлынет подземная вода, нередко даже выбьется фонтаном над землей. Такую воду называют артезианской.
Подземная вода содержится в пустотах, трещинах, порах горных пород. Слои, насыщенный водой, называются водоносными. Такие слои надо было нам отыскать...
Говорят, в старые времена для этой цели использовали немудреный прибор: ореховый прутик, лозу. Идет водоискатель и держит перед собой прутик. Там, где близко залегают подземные воды, прутик, вроде бы, начинает вздрагивать, а то и крутиться.
Так ли, нет ли - я не проверял. Только вряд ли нам помогли бы подобные приборы. Требовалось отыскать водоносный горизонт на немалой глубине. Так, чтобы над ним находился водоупорный слой. В таком случае подземная вода будет предохранена от верхней, наземной. Это очень важно. Ведь с поверхности она в наше время сильно загрязняется промышленными и бытовыми стоками, нефтепродуктами, химикалиями...
Мы определяли химический состав и загрязнение воды в колодцах вокруг Солигорска. Почти везде качество воды было плохое. Рекомендовать такую воду для снабжения города недопустимо.
Найти подземную воду нетрудно. А вот обнаружить хороший по качеству, надежный и обильный водоносный горизонт - сложно даже в Полесье. Ведь этот край не беден водой. Ее очень много и под землей и на земле. Повсюду попадаются ручьи, речки, озера, болота. Вода не успевает стекать, просачиваться в землю. Бери ее, пожалуйста...
Так мне показалось сначала. Когда начались поиски месторождения подземных вод, оказалось все иначе. Пробурили одну скважину, другую. Вода начинается почти от поверхности, водоупорных слоев мало, а во время откачки из скважин течет тонкая струйка.
Однажды к нашей буровой подъехала машина. Из кабины вышел человек с полевой сумкой и подошел ко мне.
Крикнул:
- Бурим помаленьку?
Нам приходилось говорить громко: слишком сильно тарахтел мотор на буровой установке.
Этот человек оказался геологом. Поинтересовался, для каких целей мы бурим.
- Воду ищем, - ответил я. - Для города. А вы?
- И нас вода интересует.
- Для чего?
- Для осушения!
Вот как случилось. В одном и том же месте работают два геологических отряда. Одни стараются найти побольше воды. А другие ищут способ избавиться от излишка воды. Выходит, в Белорусском Полесье и мало воды, и много.
Много подземной воды в Полесье именно потому, что извлечь ее из горных пород тяжело.
Вспомним, где находится подземная вода. Если породы рыхлые - то в порах между частичками грунта. Частички могут быть крупные - гравии, галька, крупный песок. Или мелкие - пыль, глина (глинистые частички такие мелкие, что их не во всякий микроскоп разглядишь).
Теперь вопрос: где больше имеется пор - среди крупных зерен или мелких? Ученые подсчитали, сделали опыты. Оказалось, чем мельче частички, тем больше между ними воздуха (или воды). В глинистых породах объем пустот бывает примерно такой же, как и объем частиц, а то и больше. В галечниках, крупных песках поры большие, зато общий объем их меньше, чем твердых частиц.
У воды есть свойство: прилипать тонким слоем к предметам. Камень бывает влажный, но вода с него не стекает. Она остается в виде пленки. Пленочная вода сама по себе не капает.
Вода в мелких порах именно такова. Ее трудно извлечь. Она рассеяна в порах.
Так бывает и с другими полезными ископаемыми: вроде бы и много ценных веществ и горной породе, да находятся они в рассеянном состоянии. Мы человека называем рассеянным, если он не умеет сосредоточиться, сконцентрировать внимание. А рассоянное вещество в горных породах - не собрано, рассредоточено, не концентрировано. Его полезным ископаемым не назовешь. Слишком трудно его добывать.
Почему в Полесье осадки ледникового периода плохо отдают воду? Потому что здесь преобладают мелкие пески с тонкими порами. Накопились такие пески - с прослойками ила, глины, торфяников - потому, что откладывались медленно текущей водой. А почему медленно текли реки и было много озер? Потому что Полесье - это пизменпое место. Геологи могут сказать точнее: здесь земная кора прогнулась. Так и называют: Припятский прогиб. Сейчас здесь самая крупная река - Припять. Воды свои опа несет степенно, медлеппо, и на дне ее накапливаются преимущественно иловатые осадки. Прогиб - место застойное.
Существует Припятский прогиб долго - многие миллионы лет. В ледниковый период он затапливался водами ледников, крупных рек. Вот и накопилась здесь солидная толща песков - мелких, иловатых. Водой они наполнены, а отдают ее неохотно.
Искали мы подходящий водоносный горизонт год, другой - без особых успехов. Воды в земле немало, по то добывать ее сложно, то качество ее не отвечает санитарным нормам, то объемы ограничены.
Рядом с долинок реки Случь, впадающей в Припять, ястретплн глубокую подземную ложоитту. Ледниковые отложенпя здесь встречались до глуоиньт сто двадцать метров. Среди них имелись слои крупных песков. Отсюда вполне можно было брать много воды.
Я был рад. Наконец-то попалась подземная ложбина с крупными песками. Однако мой начальник, главный геолог, сказал:
- Эту ложбину выпахал ледник. Выдавил отсюда отторженцы и сгрудил их по краям впадины. Здесь хорошего водоносного горизонта не должно быть.
- По-моему, - возразил я, - это древняя речная долина. Она была еще до ледникового времени.
- Возможно, была, - сказал начальник. - По затем ледник здесь основательно поработал. Он перемешал все слои, перемял, разорвал и нагромоздил в беспорядке. А если так, то надежного водоносного горизонта нет и быть не может. Только затратим время и средства на лишние поиски. Скважины надо бурить глубокие, больше ста метров.
А результат сомнительный. Разумнее искать воду в другом районе, где нет отторженцов.
Я не смог его убедить. Оп был старше меня по возрасту и по должности. И опыта у него было больше. И знаний - тоже.
Искать месторождение подземных вод мы стали в других местах. Обследовали обширную территорию. Пробурили сотни скважип - и мелких и глубоких. Затратили на поиски три года. Успеха не было.
Работая в Полесье, я год от году учился лучше читать рельеф. Узнавал гряды конечных морен, поля донных морен, протяженные насыпи озов. У нас накопилось много сведений о ледниковых и межледниковых отложениях.
Спорово-пыльцевые анализы были очень интересными.
Оказалось, что имеются осадки трех межледниковий. Есть и торфяники, образовавшиеся после ледников.
Судя по всему, в межледниковые эпохи Полесье было примерно таким, как теперь: низменным, заболоченным, с озерами и медленными реками. Хорошего водоносного горизонта в таких осадках по найдешь. Следовало ориентироваться на глубокие подземные ложбины. Мы этого но сделали. Поиски наши оказались бесполезными.
Впрочем, не совсем так. Польза от них все-таки была.
Мы лучше узнали район. Мы ошиблись, зато избавили других от ошибки.
Наши работы продолжали сотрудники другой экспедиции. Они решили не обследовать больше окрестности Солигорска. Перешли севернее - туда, где заканчивается Припятский прогиб и неглубоко от поверхности земли залегают скальные массивы древнего возраста, разбитые трещинами. В трещинах было много подземной воды.
Когда я познакомился с материалами их разведки, то узнал интересные сведения. Оказывается, севернее наших мест очень мал слой ледниковых отложепий. Неглубоко от поверхности залегают зеленые глаукопитовые пески и писчий мел.
Вот откуда ледник срезал и перетаскивал на юг отторженцы!
Не выдавливал он глубокую ложбину, а спокойно тек по земной поверхности. Ему встретились холмики мела и глаукопитового песка. Он их срезал и передвинул на тридцать километров. Вот почему у нас писчий мел лежит на вершинах холмов.
Глава 8. ЗНАТЬ, ЧТОБЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ
ПОЛЕЗНЫЕ ЛЕДНИКИ
Великие ледники очень усложнили работу нашей Солигорской экспедиции.
С точки зрения геологических теорий все было очень интересно. Изучали разные отложепия ледников, следы былых тундр и широколиственных лесов, бывших рек и озер. Отторжеицы - чудо природы! Удивительный район для геолога.
Но как вспомнишь наши практические исследования - впечатление совсем другое. Великие ледники перемяли и переместили массы горных пород, нагромоздили холмы.
С межледниковыми осадками разобраться было очень трудно: молодые долины врезались в более древние. Оказались близкими соседями слои плотные, возрастом в сотни тысячелетий, и рыхлые, молодые, которым было немногим более десяти тысяч лет.
Калийную руду надо извлечь из недр, поднять на поверхность, обработать, отделить от вредных или лишних примесей (пустой породы). Для этого строятся рудники и химические комбинаты. Чтобы все сооружения стояли надежно, требуется хорошо знать геологическое строение данного района.
Начинать приходится с истории геологических исследований. Только тогда поймешь, как геологи выработали свои идеи. Ведь среди этих идей могут быть и верные, и ложные, и непонятые. Иногда даже верную идею забывают, а увлекаются ошибочной. Поэтому самое лучшее - побольше узнать о том, что думали ученые прошлого, к каким они приходили выводам.
Полесье сто лет назад считали дном недавнего моря.
По словам местных жителей, на полях находили якоря и остатки кораблей, а вода в колодцах бывает соленой.
Значит, тут было недавно море.
Самая оригинальная мысль была высказана уже в натем веке украинским академиком П. А. Тутковским. Он долго изучал рельеф Полесья. По его мнению, полесские песчаные холмы и гряды - это остатки пустынь. Он так и заявил: "Полесские барханы являются детьми пустыни!"
Тутковский видел и валуны и гряды конечных морен.
Он не спорил: это - следы великих ледников. Однако на южной окраине ледников находились пустыни.
Совсем другую мысль высказал молодой ученый Б. Л. Личков. Он работал в Полесье недолго, но высказался решительно: пустынь здесь не было. Наоборот, было много воды: крупных озер, болот и рек. А песок совсем не обязательно бывает в пустыне. Откуда ему там взяться?
Песок обычно приносят речные воды, и в Полесье больше всего поработали реки.
Мне понравилась мысль Личкова. Но поверить - только начало. Надо еще проверить. А это можно сделать на практике, во время работы. Теорий бывает множество.
Они проверяются практикой.
До места работы я добирался автобусом: от Минска прямо на юг. Проезжали поля и перелески. Холмы на вид были похожи на ледниковые. Но они были пологие, сглаженные. Пожалуй, ледник тут побывал давно и следы его успели порядком стереться. Только валуны на полях в изобилии.
Чем дальше на юг, тем: ниже становились холмы. Они словно старались спрятать свои макушки в землю. Между ними появились низины с болотами. Начиналось Полесье.
У Солигорска холмы широкие, хотя и не очень высокие.
Здесь стоят высоченные шахтные постройки - копры, на которых крутятся огромные колеса. С их помощью двигаются вверх и вниз лифты, которые перевозят людей и грузы.
Так выглядел этот район. Для геолога вроде бы нет ничего интересного. А в действительности совсем иначе.
Я уже знал, что в районе Солигорска сверху до глубины не менее 50 метров залегают рыхлые отложения ледниковых и межледниковых анох. Встречаются пески, глины, торфяники. Нам оставалось уточнить, как они располагаются в земле и каковы их свойства. Непрочные слои могут сильно уплотняться под тяжестью сооружений. От этого бывают неприятности: стены трескаются, а то и разрушаются, происходят аварии.
Нам надо было обследовать большой холм, на котором наметили строить третий Солигорскпй рудник: шахты, фабрику. Работа несложная. У нас имелись машины с буровыми станками. Мотор вращает стальные стержни, на которых укреплены буровые инструменты: труба с зубьями (коронка) или подобие штопора (змеевик). Инструменты крупные, прочные, тяжелые. Они врезаются в землю. С их помощью можно доставать образцы грунтов с разпых глубин.
Стали мы бурить на холме.
Одна скважина, вторая... пятая... десятая... Все, как предполагалось: сверху пески с валунчиками. Они остались от растаявшего льда. Ниже - на десять, а то и двадцать метров - основная морена: грубая супесь с валунами. След подошвы ледника. Еще ниже - песок, судя по промытым окатанным зернам, речной.
Все прекрасно. Здесь будут устойчиво стоять здания шахт и комбината,
И вдруг - новость. В одной скважине встречен... писчий мел! Тот самый мел, которым пишут на школьной доске. И на малой глубине встречен - три метра!
Представьте себе, идете вы по лесу, ягоды собираете, и вдруг навстречу - динозавр, звероящер, живое ископаемое. Если он не хищный, то, возможно, вы не испугаетесь.
Но уж удивитесь непременно.
Так и тут. Такое же чудо. Потому что писчий мел накапливался только в один период. Его так и назвали - меловой. Был он около ста миллионов лет назад. А донная морена - совсем недавнее создание, ей "всего лишь" около ста тысячелетии. Она в тысячу раз моложе мела! Как они могли оказаться рядом в одном слое?
Разбираться в этом надо было мне, геологу. Такая наша обязанность. Рабочие бурят скважину под руководством мастера. Техник или коллектор отбирает образцы, записывает в журнал их внешний вид, влажность, глубину залегания. Часть образцов направляется в лабораторию.
Там их изучают с помощью разных приборов, определяют их плотность, прочность и другие свойства.
А геолог должен указать расположение скважин, глубину, места отбора образцов. Геолог должен назначить виды анализов. И в конце концов именно геолог обязан осмыслить все добытые сведения и дать рекомендации строителям: как лучше расположить сооружения, какие выбрать фундаменты.
Писчий мел оказался на этой площадке первым сюрпризом. За ним последовали другие. Рядом в скважине на той же примерно глубине встретились зеленые глауконитовые пески. Они образуются на мелководьях теплых морей. Последнее такое море покинуло Полесье несколько миллионов лет назад.
И уж совсем неприятную новость преподнесла скважина, где на девятиметровой глубине встретился торф.
Эта горная порода может сжиматься в два-три раза. Если под зданием будет находиться в одном месте прочная морена, а в другом податливый торфяник, то сооружение будет наклоняться.
В итальянском городе Пизе стоит наклонная башня - на удивление туристам. Она показывает, что может получиться, если не учитывать особенности грунтов, лежащих под сооружением. Понятно, мы не можем допустить, чтобы в Солигорске торчали падающие башни наподобие пизанской.
Тут еще один сюрприз. Как будто специально получилось. Пробурили три скважины под фундамент будущей высокой трубы. В одной скважине оказался писчий мел, в другой - глауконитовый песок, в третьей - донная морена. А скважины-то находятся рядом, через двадцать метров по треугольнику.
Такая возникла головоломка. Правда, мне не пришлось ее долго разгадывать. Я догадался, каков ответ, и вот почему.
Однажды нам дали срочное задание: найти месторождение глины. Она была нужна строителям. Где ее искать?
Глины обычно накапливаются в понижениях. Мне казалось, надо пробурить скважины в некоторых низинах.
Главный геолог, мой начальник, решил иначе. Он здесь работал не первый год, хорошо знал район.
- Будем на холме бурить, - сказал он.
- Ерунда, - заупрямился я. - Глина понижения любит.
- А у нас тут глина ненормальная!
Я ему не поверил. Но вынужден был подчиниться. Он предложил пробурить скважины на холме у деревни со смешным названием Прусики. С буровиками я приехал на холм. Увидел большую яму - карьер. Отсюда, видимо, некогда брали песок или глину.
Спустился я в карьер, взглянул на его стену и замер от удивления. Стена была белая, как мел, а снизу зеленая. Писчий мел и глауконитовый песок это я сразу понял.
Слой писчего мела лежит и этих краях на глубине сто метров. Слой глауконитового песка - чуть выше. Как же они попали с такой глубины прямо на макушку холма?
Сделать это могла только одна геологическая сила: великий ледник.
Такие сдвинутые ледником большие глыбы, целые холмы, называют отторженцами.
У Пpycиков был отторженец. Значит, на площадке третьего рудника - тоже отторженец. Только не такой крупный.
С отторженцами я встретился впервые в жизни. Надо было спросить совета у знающих специалистов. Но в нашей экспедиции никто геологическими теориями: не увлекался и не знал об отторженцах. Пришлось поискать, что написано о них в книгах.
О наших солигорских отторженцах ничего и книгах не сообщалось. Однако удалось узнать, как могут образоваться отторженцы. Нижние слои ледника содержат особенно много обломков, песка, глины. Они медленно движутся, сдирая с поверхности земли верхние слои. А иногда срезают небольшие холмы. Даже если холм высотой в двадцать метров - это не очень много для слоя льда, в сто раз более толстого.
В общем, отторженец - это часть донной морены. Только часть необычная. Она целиком состоит из глыб древних пород. Если так, то и прочность, плотность отторженца не должна быть меньше, чем у донной морепы. Надежное основание для сооружений!
Если рассечь край ледника, он может выглядеть примерно так.
У его дна формируется слой морены, а на толщи нижележащих пород срезаются или выжимаются отторженцы.
Конечно, одних предположений, догадок еще недостаточно для того, чтобы уверенно рекомендовать конструкцию фундаментов. Нужны более точные сведения. Поэтому мы испытали образцы отторженцев в лаборатории.
Узнали, как они ведут себя, если их сдавливать, разрушать. Оказалось, образцы прочные. Значит, на отторженцы можно положиться: они выдержат тяжелые сооружения.
Сложнее была загадка торфа. Откуда он здесь взялся?
Может быть, это тоже отторженец? А если он образовался после оледенения, а сверху прикрыт песком? Получилась ловушка. Можно ли строить здесь крупные сооружения?
Самое лучшее - избегать подобных опасных или сомнительных участков. Для этого надо хорошо знать условия залегания слабого слоя. Бывает, что торф лежит небольшими линзами, полосками, "лепешками" размером с волейбольную площадку или даже меньше. Если бурить скважины наудачу, можно не встретить торфяник или обнаружить его в одном месте. А между скважинами будут залегать слабые, податливые слои.
Как узнать, где и на каких глубинах можно встретить слоечки торфа? Для этого проще всего пробурить скважины через десять - пятнадцать метров. Но тогда изучение грунтов обойдется слишком дорого. Когда скважинами истыкана вся площадка, а слабых грунтов не встречено, то и геолог не нужен.
С торфяником пришлось повозиться. Отобрали из него множество образцов и отправили в Институт геофизики и геохимии Академии паук Белоруссии. Там в специальной лаборатории определяют состав спор и пыльцы в образцах.
По этим сведениям можно судить, какой это торфяник - древний или молодой. По составу растений можно еще узнать, где торфяник образовался: в речной старице, на окраине озера, в болоте, близ ледника.
Мне надо было изучать отторженцы и торфяники вследствие производственной необходимости. Строителей и проектировщиков не интересовали геологические премудрости. О ледниковой теории они имели смутное представление. Они требовали от нас, геологов, практических рекомендаций, для того чтобы сооружения стояли надежно.
Изучаешь следы древних ледников, уточняешь историю прошедших тысячелетий - и чувствуешь себя геологическим Шерлоком Холмсом. От тебя требуются практические сведения. Но ведь без теоретической подготовки их не добудешь.
ПОДЗЕМНЫЕ ДОЛИНЫ
Полученные из лаборатории результаты спорово-пыльцевых анализов торфяника, встреченного на площадке третьего комбината, были утешительными, по мнению специалиста, этот слой был древним межледниковым.
В нижней его части сохранились остатки тундровых растений. Выше, в песках, спор и пыльцы почти не было.
Похоже, что этот слой оставил ледник.
Еще в одной скважине встретился погребенный торфяник. Буровики и коллектор отметили, что торф был прочным и плотным, как будто спрессованным. И понятно: под давлением ледника мягкий слой либо выдавится, либо сплющится.
Меня занимал вопрос: почему великий ледник не стер начисто, не выдавил этот небольшой прослой торфа? Ведь в то время торф лежал у самой поверхности земли.
Когда идешь по торфянику, он под ногами глубоко продавливается, колышется, как огромный мягкий тюфяк.
А ведь ступня человека давит на торф в сотни раз слабее, чем подошва ледника!
Было над чем поразмыслить.
А тут еще одна загадка. На площадке мы пробурили двести скважин. Из них десять встретили "блюдца" погребенного торфяника. Самое странное, что все десять скважин находились в понижениях, где и теперь находились болотца.
Казалось бы, так и должно быть. Торфяники образуются в низинах.
Так-то оно так. Но ведь эти торфяники погребенные.
А над ними десятиметровый слой донной морены. Значит, после того, как образовались в низинах торфяники, над ними проползли ледяные потоки толщиной в один - два километра. Они тащили с собой массу земли. Оставили ее, отложили в виде толстого слоя. Все мелкие неровности рельефа должны были сгладиться. Вообще рельеф мог совершенно измениться. Ледники нередко на месте низин нагромождают холмы, а холмики срезают напрочь.
А тут на поверхности земли имеются понижения точно там, где были низинки до прихода ледника!
Я сделал расчет. Определил, могло ли быть случайно такое совпадение. Есть для этого несложные математические формулы. У меня получилось, что случайное совпадение маловероятно.
В двух местах на площадке имелись небольшие впадины, возле которых отсутствовали скважины. Я пометил скважины прямо во впадинах. Обе скважины встретили погребенные торфяники.
О том, что они должны встретиться, я заранее предупредил буровиков. Они работали с интересом, старались не пропустить слоечки торфа. Когда прогноз оправдался, коллектор, мастер и рабочие стали допытываться: как же удалось точно угадать, что находится под слоем грунта.
Разгадка была проста. Ледник наползал на мерзлую землю. Торфяники превратились в ледяные "блюдца".
Они стали достаточно прочными, чтобы выдержать давление великого ледника. Ведь это давление распределялось равномерно (ледник лежит как гигантская плита). В таком случае льдистые торфяники вполне могли сохраниться.
И еще одно обстоятельство. У подошвы ледника нередко образуется слой, содержащий воду. Эта вода является прекрасной смазкой, облегчающей движение льда. Поэтому под пятой ледника могут сохраняться отдельные мелкие неровности рельефа.
Итак, торфяник был скован мерзлотой и смог уцелеть под ледником.
Наступила межледниковая эпоха. Ледник растаял. От него остался слой морены. Затем стал таять подземный лед.
Растаял лед и в погребенном под мореной торфянике.
От этого прочность торфяника резко снизилась. Тяжелая морена придавила, сжала его. Если торфяники сначала имели трехметровую толщину, то под давлением морены они могли сократить мощность, предположим, втрое. Слой морены, залегающий под ними, должен был прогнуться на два метра. Вот и получились впадины точно там, где находятся погребенные торфяники, а до прихода ледника тоже имелись понижения.
После того, как все это выяснились и подтвердились, можно было но опасаться торфяников. Они древние, уплотненные. Вдобавок, с поверхности заметно, где они находятся. Можно рекомендовать в таких местах строить не очень тяжелые сооружения.
После этого случая мне еще не раз приходилось сталкиваться в Солигорском районе с межледниковыми отложениями.
Для строительства надо изучать землю на глубине сравнительно небольшой - до двадцати - тридцати метров. Бывают исключения, но только для особо выдающихся сооружений. В наших краях такие строения не проектировались. Однако кроме инженерной геологии экспедиции надо было заниматься поисками цопцейшего полезного ископаемого - подземной пресной воды.
Расширялось строительство рудников и обогатительных фабрик, многолюднее становился город Солигорск. Все больше требовалось питьевой воды. Забирать ее из речки Случь было нельзя: грязновата вода. Строить очистительные сооружения - слишком дорого. Поначалу пробурили шесть скважин глубиной в несколько десятков метров.
В них оказалась хорошая подземная вода. Начали воду откачивать. Ее хватало для нужд города и фабрик.
Однако увеличивалась мощь предприятий, рос город, и с водой начались перебои. По утрам из водопроводных кранов текла бурая жидкость. Это скапливались окись железа, ржавчина. Значит, в подземную воду стали проникать с поверхности болотные ожелезпенные воды. И но количеству и по качеству вода уже по удовлетворяла Солигорск.
Пашей экспедиции дали срочное задание: найти новый участок, где можно добыть в десять раз больше воды, чем па старом. Трудное задание.
Мы привезли солидные буровые станки. Стали долбить скважины глубиной в сто метров и таким диаметром, что в пое мог влезть человек. Так было надо для проведения опытных работ - откачки подземных вод.
В земле воды очень много. Она насыщает горные породы почти сплошь. Но среди слоев встречаются плотные, без трещин и пор. Они почти совсем не пропускают воду.
Их называют водоупорными.
Иногда водоупорные слои как бы запирают подземную воду в ловушку. Проткнешь сверху такой слой - в скважину хлынет подземная вода, нередко даже выбьется фонтаном над землей. Такую воду называют артезианской.
Подземная вода содержится в пустотах, трещинах, порах горных пород. Слои, насыщенный водой, называются водоносными. Такие слои надо было нам отыскать...
Говорят, в старые времена для этой цели использовали немудреный прибор: ореховый прутик, лозу. Идет водоискатель и держит перед собой прутик. Там, где близко залегают подземные воды, прутик, вроде бы, начинает вздрагивать, а то и крутиться.
Так ли, нет ли - я не проверял. Только вряд ли нам помогли бы подобные приборы. Требовалось отыскать водоносный горизонт на немалой глубине. Так, чтобы над ним находился водоупорный слой. В таком случае подземная вода будет предохранена от верхней, наземной. Это очень важно. Ведь с поверхности она в наше время сильно загрязняется промышленными и бытовыми стоками, нефтепродуктами, химикалиями...
Мы определяли химический состав и загрязнение воды в колодцах вокруг Солигорска. Почти везде качество воды было плохое. Рекомендовать такую воду для снабжения города недопустимо.
Найти подземную воду нетрудно. А вот обнаружить хороший по качеству, надежный и обильный водоносный горизонт - сложно даже в Полесье. Ведь этот край не беден водой. Ее очень много и под землей и на земле. Повсюду попадаются ручьи, речки, озера, болота. Вода не успевает стекать, просачиваться в землю. Бери ее, пожалуйста...
Так мне показалось сначала. Когда начались поиски месторождения подземных вод, оказалось все иначе. Пробурили одну скважину, другую. Вода начинается почти от поверхности, водоупорных слоев мало, а во время откачки из скважин течет тонкая струйка.
Однажды к нашей буровой подъехала машина. Из кабины вышел человек с полевой сумкой и подошел ко мне.
Крикнул:
- Бурим помаленьку?
Нам приходилось говорить громко: слишком сильно тарахтел мотор на буровой установке.
Этот человек оказался геологом. Поинтересовался, для каких целей мы бурим.
- Воду ищем, - ответил я. - Для города. А вы?
- И нас вода интересует.
- Для чего?
- Для осушения!
Вот как случилось. В одном и том же месте работают два геологических отряда. Одни стараются найти побольше воды. А другие ищут способ избавиться от излишка воды. Выходит, в Белорусском Полесье и мало воды, и много.
Много подземной воды в Полесье именно потому, что извлечь ее из горных пород тяжело.
Вспомним, где находится подземная вода. Если породы рыхлые - то в порах между частичками грунта. Частички могут быть крупные - гравии, галька, крупный песок. Или мелкие - пыль, глина (глинистые частички такие мелкие, что их не во всякий микроскоп разглядишь).
Теперь вопрос: где больше имеется пор - среди крупных зерен или мелких? Ученые подсчитали, сделали опыты. Оказалось, чем мельче частички, тем больше между ними воздуха (или воды). В глинистых породах объем пустот бывает примерно такой же, как и объем частиц, а то и больше. В галечниках, крупных песках поры большие, зато общий объем их меньше, чем твердых частиц.
У воды есть свойство: прилипать тонким слоем к предметам. Камень бывает влажный, но вода с него не стекает. Она остается в виде пленки. Пленочная вода сама по себе не капает.
Вода в мелких порах именно такова. Ее трудно извлечь. Она рассеяна в порах.
Так бывает и с другими полезными ископаемыми: вроде бы и много ценных веществ и горной породе, да находятся они в рассеянном состоянии. Мы человека называем рассеянным, если он не умеет сосредоточиться, сконцентрировать внимание. А рассоянное вещество в горных породах - не собрано, рассредоточено, не концентрировано. Его полезным ископаемым не назовешь. Слишком трудно его добывать.
Почему в Полесье осадки ледникового периода плохо отдают воду? Потому что здесь преобладают мелкие пески с тонкими порами. Накопились такие пески - с прослойками ила, глины, торфяников - потому, что откладывались медленно текущей водой. А почему медленно текли реки и было много озер? Потому что Полесье - это пизменпое место. Геологи могут сказать точнее: здесь земная кора прогнулась. Так и называют: Припятский прогиб. Сейчас здесь самая крупная река - Припять. Воды свои опа несет степенно, медлеппо, и на дне ее накапливаются преимущественно иловатые осадки. Прогиб - место застойное.
Существует Припятский прогиб долго - многие миллионы лет. В ледниковый период он затапливался водами ледников, крупных рек. Вот и накопилась здесь солидная толща песков - мелких, иловатых. Водой они наполнены, а отдают ее неохотно.
Искали мы подходящий водоносный горизонт год, другой - без особых успехов. Воды в земле немало, по то добывать ее сложно, то качество ее не отвечает санитарным нормам, то объемы ограничены.
Рядом с долинок реки Случь, впадающей в Припять, ястретплн глубокую подземную ложоитту. Ледниковые отложенпя здесь встречались до глуоиньт сто двадцать метров. Среди них имелись слои крупных песков. Отсюда вполне можно было брать много воды.
Я был рад. Наконец-то попалась подземная ложбина с крупными песками. Однако мой начальник, главный геолог, сказал:
- Эту ложбину выпахал ледник. Выдавил отсюда отторженцы и сгрудил их по краям впадины. Здесь хорошего водоносного горизонта не должно быть.
- По-моему, - возразил я, - это древняя речная долина. Она была еще до ледникового времени.
- Возможно, была, - сказал начальник. - По затем ледник здесь основательно поработал. Он перемешал все слои, перемял, разорвал и нагромоздил в беспорядке. А если так, то надежного водоносного горизонта нет и быть не может. Только затратим время и средства на лишние поиски. Скважины надо бурить глубокие, больше ста метров.
А результат сомнительный. Разумнее искать воду в другом районе, где нет отторженцов.
Я не смог его убедить. Оп был старше меня по возрасту и по должности. И опыта у него было больше. И знаний - тоже.
Искать месторождение подземных вод мы стали в других местах. Обследовали обширную территорию. Пробурили сотни скважип - и мелких и глубоких. Затратили на поиски три года. Успеха не было.
Работая в Полесье, я год от году учился лучше читать рельеф. Узнавал гряды конечных морен, поля донных морен, протяженные насыпи озов. У нас накопилось много сведений о ледниковых и межледниковых отложениях.
Спорово-пыльцевые анализы были очень интересными.
Оказалось, что имеются осадки трех межледниковий. Есть и торфяники, образовавшиеся после ледников.
Судя по всему, в межледниковые эпохи Полесье было примерно таким, как теперь: низменным, заболоченным, с озерами и медленными реками. Хорошего водоносного горизонта в таких осадках по найдешь. Следовало ориентироваться на глубокие подземные ложбины. Мы этого но сделали. Поиски наши оказались бесполезными.
Впрочем, не совсем так. Польза от них все-таки была.
Мы лучше узнали район. Мы ошиблись, зато избавили других от ошибки.
Наши работы продолжали сотрудники другой экспедиции. Они решили не обследовать больше окрестности Солигорска. Перешли севернее - туда, где заканчивается Припятский прогиб и неглубоко от поверхности земли залегают скальные массивы древнего возраста, разбитые трещинами. В трещинах было много подземной воды.
Когда я познакомился с материалами их разведки, то узнал интересные сведения. Оказывается, севернее наших мест очень мал слой ледниковых отложепий. Неглубоко от поверхности залегают зеленые глаукопитовые пески и писчий мел.
Вот откуда ледник срезал и перетаскивал на юг отторженцы!
Не выдавливал он глубокую ложбину, а спокойно тек по земной поверхности. Ему встретились холмики мела и глаукопитового песка. Он их срезал и передвинул на тридцать километров. Вот почему у нас писчий мел лежит на вершинах холмов.
Глава 8. ЗНАТЬ, ЧТОБЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ
ПОЛЕЗНЫЕ ЛЕДНИКИ
Великие ледники очень усложнили работу нашей Солигорской экспедиции.
С точки зрения геологических теорий все было очень интересно. Изучали разные отложепия ледников, следы былых тундр и широколиственных лесов, бывших рек и озер. Отторжеицы - чудо природы! Удивительный район для геолога.
Но как вспомнишь наши практические исследования - впечатление совсем другое. Великие ледники перемяли и переместили массы горных пород, нагромоздили холмы.
С межледниковыми осадками разобраться было очень трудно: молодые долины врезались в более древние. Оказались близкими соседями слои плотные, возрастом в сотни тысячелетий, и рыхлые, молодые, которым было немногим более десяти тысяч лет.