Тектоника. В тектоническом плане территория Республики Марий Эл расположена на востоке Русской платформы, в северо-западной части Волжско-Камской антеклизы, вблизи её сочленения с Московской синеклизой. В строении платформы выделяется её фундамент, сложенный складчатыми метаморфическими образованиями архейского возраста, прорванными позднеархейскими и раннепротерозойскими интрузиями кислого и основного состава и платформенный покров (чехол), сложенный осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя.
Особенностью тектонического строения республики является её межсводовое положение. Западную половину площади почти полностью охватывает Марийская седловина, разделяющая Котельничский и Токмовский своды. Восточные районы большей частью расположены в пределах южного окончания Казанско-Кажимского прогиба, продолжающегося в Казанской седловине, разделяющей Токмовский и Северо-Татарский своды. На крайнем юго-востоке прослеживается Мари-Турекский прогиб, отделяющий выступ фундамента в Казанско-Кажимском прогибе от Северо-Татарского свода. Данные тектонические структуры выделяются по поверхности кристаллического фундамента и относятся к структурам I порядка.
Тектонические структуры фундамента
По данным глубокого бурения поверхность кристаллического фундамента погружается от -1570 м на Токмовском своде до -1900 … -2000 в пределах Марийской седловины и -2225 м в наиболее погруженных участках Казанско-Кажимского прогиба.
Породы фундамента разбиты серией разрывных нарушений северо-западного и северо-восточного направлений раннепротерозойского – позднепротерозойского времени заложения.
На месте Казанско-Кажимского прогиба с конца герцинского этапа (татарский век) по неоген включительно развивается инверсионная структура – Вятский мегавал, представляющий собой систему структур II порядка – валов, преимущественно субмеридиональной ориентировки. На территории республики выделяются следующие валы: Самарсовский, Шургинский, Новоторъяльский, Ронгинский, Куженерский, Юрдурский, Аринский. Амплитуда поднятий составляет 150-220 м. Центральной и наиболее крупной структурой является Шургинский вал. На севере его продолжает смещенный по разлому Куженерский вал с локальной Большеключевской структурой. В западной части прогиба в системе Шургинской инверсионной зоны выделяются Ронгинское, Коркатовское и Новоторъяльское поднятия. В восточной бортовой зоне прогиба по оперяющим субширотным разломам сформировались Меркушинское, Хлебниковское, Пиштанское, Илетское и другие поднятия. Все валы тектонического типа, резко асимметричного строения, с крутыми крыльями, обращенными, как правило, к границам прогиба. Обычно они представляют собой цепочки малоамплитудных поднятий, осложненных большим количеством мелких складок над гипсовыми куполами пучения. Валы ограничиваются неглубокими прогибами.
Неотектонический этап развития характеризуется неустойчивым тектоническим режимом, выраженным неоднократным чередованием поднятий и опусканий. Поднятия происходили на границе миоцена и плиоцена, в начале плейстоцена, в среднем неоплейстоцене – голоцене. Для этих процессов характерно глубокое врезание речной сети и усиленное расчленение рельефа. На последней стадии была сформирована лестница речных террас.
В позднем плиоцене – начале эоплейстоцена, а также в раннем неоплейстоцене осуществлялись опускания, сопровождавшиеся заполнением врезов аллювиальными, озерными, а в ледниковой зоне и флювиогляциальными осадками.
Суммарная амплитуда неотектонических движений в неогене – плейстоцене составляет плюс 150-200 м. Наибольшие значения присущи Вятскому Увалу (Мари-Турекское плато), несколько меньше – Приволжской возвышенности (Чувашское плато). Район Марийской низменности в целом испытал относительное опускание. В настоящее время тенденция к поднятию территории сохраняется.
Стратиграфия. В основании геологического разреза залегают глубоко метаморфизованные породы кристаллического фундамента архейско-нижнепротерозойского возраста, перекрытые слабо дислоцированными, субгоризонтально залегающими осадочными отложениями девонского, каменноугольного, пермского, юрского, неогенового и четвертичного возрастов. Из них на современную денудационную поверхность выступают пермские, юрские, неогеновые и четвертичные отложения.
Стратиграфическая колонка к листу O-38-XXXV Государственной геологической карты России (http://www.geolkarta.ru)
Геологический разрез дочетвертичных отложений к листу O-38-XXXV Государственной геологической карты России (предволжская часть Республики Марий Эл) (http://www.geolkarta.ru)
Геологический разрез дочетвертичных отложений к листу O-38-XXXVI Государственной геологической карты России (Марийская низменность – предволжская часть Республики Чувашии) (http://www.geolkarta.ru)
Архейско-нижнепротерозойские образования представляют собой сложный комплекс метаморфических и интрузивных пород различного генезиса, составляющих кристаллический фундамент территории республики. В составе их преимущественно распространены гнейсы и амфиболиты, прорванными интрузиями гранитоидов и габбро-норитов.
Палеозойская эратема (эра). Длительный нижнепалеозойский континентальный перерыв, предшествовавший среднедевонской эпохе, привёл к уничтожению всех более ранних осадочных отложений. Начинающие геологический разрез палеозойского возраста отложения девона залегают на породах кристаллического фундамента с угловым и стратиграфическим несогласием.
Девонская система (период) – это образования среднего и верхнего девона, в основании которых залегают терригенные разности горных пород – песчаники, аргиллиты, алевролиты, сменяющиеся вверх по разрезу мергелями, известняками и доломитами. В верхней части разреза известняки и доломиты часто загипсованы. Общая мощность отложений от 600 м в правобережной части республики до 1100 м в восточной её части, в осевой зоне Казанско-Кажимского авлакогена.
Каменноугольная система (период) представлена мощной толщей карбонатных пород в составе нижнего, среднего и верхнего отделов. В разрезе доминируют известняки, доломиты и их переходные разности, в основании которых присутствуют песчаники, алевролиты, аргиллиты, сланцы углисто-глинистые, известняки органогенные, органогенно-обломочные. Глубина залегания кровли каменноугольных отложений по скважинам глубокого бурения колеблется от 235 до 453 м, мощность от 633 до 795 м.
Дочетвертичные отложения
Пермская система (период). Отложения распространены на территории повсеместно, полностью перекрывая каменноугольные образования толщей мощностью до 560 м, состоящей из образований нижнего, среднего и верхнего отделов. В восточной части республики пермские отложения залегают под маломощным (до 2 м) чехлом четвертичных отложений, обнажаясь на дневной поверхности по руслам отдельных рек и тальвегам оврагов. Нижний отдел – толща горных пород, образовавшихся в период постепенного усыхания и обмеления морского бассейна. В основании залегают доломиты с прослоями доломитизированных известняков ассельского яруса, сменяющиеся карбонатно-сульфатными образованиями сакмарского яруса мощностью до 169,8 м и выше по разрезу – красноцветными глинами, песчаниками и алевролитами уфимского яруса суммарной мощностью до 44 м. Средний (Биармийский) отдел представлен сложным чередованием карбонатных и терригенных пород, образовавшихся в морских и прибрежно-морских условиях. Сероцветные, существенно карбонатные образования среднего отдела, представленные известняками, доломитами и их переходными разностями, образовавшихся в условиях морского режима со всё возрастающей солёностью и магнезиальностью, сменяются вверх по разрезу пестроцветными карбонатно-терригенными отложениями, образовавшимися в прибрежно-морских и континентальных условиях и представленными алевритами, алевролитами, мергелями, известняками и доломитами. Мощность отложений среднего отдела – 90-320 м. Верхний (татарский) отдел сложен толщей красноцветных карбонатно-терригенных пород, распространённых к западу и востоку от центральных поднятий Вятского вала и образовавшихся преимущественно в условиях континентального режима в течение нескольких циклов осадконакопления, в основании которых залегают песчаники разнозернистые с линзами конгломератов, сменяющиеся вверх по разрезу глинами с прослоями алевролитов, редко мергелей и известняков. Мощность отложений колеблется от 100 до 200 м.
Пермские отложения – Чукшинский карьер
Мезозойская эратема (эра). Представлена образованиями среднего и верхнего отделов юрской системы (периода), сохранившимися от размыва на правобережье республики, где они обнажаются в нижних частях склонов речных долин и оврагов. В основании юрских отложений залегают пески тонкозернистые мощностью 0,5-2,5 м, сменяющиеся выше по разрезу глинами светло-серого, серого до тёмно-серого цветов, сильно известковистыми и слабо пластичными, с обломками раковин и углефицированными и пиритизированными растительными остатками, в верхней части которых появляются конкреционные стяжения и прослои серого мергеля, желваки фосфоритов и стяжения пирита. Суммарная мощность отложений юрской системы (периода) достигает 50 м.
Кайнозойская эратема (эра) представлена песчано-глинистыми отложениями неогеновой и четвертичной систем (периодов).
Неогеновые отложения присутствуют в составе мощной (до 215 м) песчано-глинистой толщи, образование которой происходило в условиях практически непрерывного цикла осадконакопления с миоцена по плиоцен включительно. В разрезе её выделяется нижняя аллювиальная часть, представленная двумя ритмами песчаных накоплений и верхняя аллювиально-озёрная, сложенная в нижней части песками, постепенно сменяющимися вверх по разрезу на алевритово-глинистые разности.
На территории республики неогеновые отложения сохранились от воздействия эрозионно-денудационных процессов в четвертичный период только в погребенных долинах палео-Волги и ее притоков, прослеживаясь полосой с северо-запада на юго-восток почти через всю территорию республики.
Четвертичные отложения на территории Республики Марий Эл залегают сплошным чехлом, перекрывая пермские, юрские и неогеновые отложения. Представлены сложным комплексом аллювиальных, водно-ледниковых, элювиальных, делювиальных, проблематичных, озёрных и болотных образований песчано-глинистого состава, входящих в состав эоплейстоцена, неоплейстоцена и голоцена, мощности и условия залегания которых определяются рельефом эрозионной поверхности нижележащих отложений, их литологией. Минимальные мощности (0,2-1,5 м) приурочены к вершинам и верхним частям склонов водоразделов. В нижних частях склонов и на выположенных участках водоразделов мощности четвертичных образований увеличиваются до 19-23 м, в долинах крупных рек достигают 82 м. Максимальная мощность четвертичных отложений достигает 84,9 м.
Четвертичные отложения
Разрез четвертичных отложений к листу O-38-XXXV Государственной геологической карты России (http://www.geolkarta.ru)
Разрез четвертичных отложений к листу O-38-XXXVI Государственной геологической карты России (http://www.geolkarta.ru)
Эоплейстоценовые отложения распространены на небольших площадях в междуречьях Волги и Ветлуги, Ветлуги и Рутки, Малой Кокшаги и Илети и представлены песками, глинами и суглинками аллювиального генезиса мощностью до 23 м. На земную поверхность выходят только близ д. Бизюргуб у южной границы с Республикой Татарстан.
Нижний неоплейстоцен в составе петропавловского, покровского, ильинского, донского, мучкапского и окского горизонтов характеризуется чередованием ледниковых и межледниковых эпох, во время которых образован комплекс аллювиальных, озёрно-аллювиальных и ледниковых образований различного генезиса – озёрно-ледниковых (гляциолимнических) времени максимального распространения ледника и водноледниковых (флювиогляциальных) стадии отступания ледника.
Наиболее широким площадным развитием характеризуются гляцилимнические и флювиогляциальные отложения донского оледенения, представленные кварцевыми песками с сильно изменчивой мощностью, с линзами и прослоями суглинков и глин, часто загрязнёнными глинистыми и органическими примесями, распространёнными в восточной части республики и аллювиальные отложения мучкапского-окского горизонтов, представленные довольно однородной толщей песков мощностью до 25 м, распространённые в центральной и восточной частях республики.
Средний неоплейстоцен включает лихвинское межледниковье и днепровское (московское) оледенение. Осадконакопление в это время начинается с образования аллювиальных отложений лихвинского горизонта, представленных песками разнозернистыми, кварцевыми, содержащими гравий, гальку кварца, кремня, местных осадочных пород и заканчивается образованием третьей надпойменной террасы, сложенной песками мощностью до 25 м, включающими в верхней своей части прослои глин и суглинков.
В это же время по левобережью долины р. Волга на поверхности плиоценовых и ранненеоплейстоценовых (ильинский горизонт) отложений формируются гляциофлювиогляциально-аллювиальные отложения калужского горизонта, представленные песками с редкими и маломощными (до 1 м) прослоями и линзами суглинков, суммарной мощностью до 8 м, а на водоразделах начинается образование элювиальных и делювиальных образований.
Верхний неоплейстоцен начинается образованием нового эрозионного вреза. В результате колебаний базиса эрозии сформированы первая и вторая надпойменные террасы, сложенные, соответственно, отложениями ленинградского-осташковского горизонтов и микулинского-калининского горизонтов. Литологически террасовые образования представлены песками с прослоями глин и суглинков в верхней части песчаных толщ. В основании террасовых отложений повсеместно прослеживается базальный горизонт мощностью 0,5-2,5 м, сложенный песками кварцевыми, разнозернистыми, с включением хорошо окатанной гальки и гравия кремней, кварцитов, карбонатов, песчаников.
Голоцен – последний межледниковый период, период формирования пойменных террас, озёрных, болотных образований, эоловых, делювиальных и аллювиальных отложений.