Дудергофские высоты расположены у северной границы Ижорского плато и резко контрастируют с окружающей однообразной равниной, представляя собой исключительное для района Ленинграда образование в геоморфологическом и геологическом отношении. Условия залегания, мощность и облик пород, слагающих Дудергофские высоты, аномальны для окружающей местности. Так, обычно падение слоев в районе Ленинграда моноклинально и измеряется минутами, здесь же породы кембрия и ордовика падают под углами, доходящими до 70°, азимут падения весьма изменчив; амплитуда поднятия кровли лонтоваских глин кембрия и вышележащих пород доходит до 100 м . Обращает на себя внимание сильная выветренность глин и раздробленность известняков. Мощность четвертичных отложений в данном районе обычно не превышает нескольких метров, в то время как на Дудергофских высотах она достигает 80 м .

Дудергофские высоты издавна вызывают интерес у геологов и геоморфологов, привлекают многочисленные научные и учебные экскурсии. Первые публикации, посвященные происхождению этого феномена, появились еще в начале XIX в. Однако до недавнего времени суждения о его строении и генезисе обычно основывались лишь на наблюдениях в нескольких небольших карьерах и данных неглубоких буровых скважин. За последние тридцать лет в районе Дудергофских высот в связи с поисками и разведкой фосфоритов, подземных вод и структур для создания газохранилищ пробурено более двухсот скважин. Для этой территории составлен комплекс средне- и крупномасштабных карт.

Геолого-геоморфологическое строение района Дудергофских высот показано на схеме (рис. 1) и разрезах (рис. 2). Кристаллический фундамент вскрыт на глубине 344 м . Его поверхность полого снижается на юг под углом 12' (3 м/км). Мощность перекрывающих его верхнепротерозойских песчаников и глин гдовского и котлинского горизонтов составляет 200- 240 м , а мощность глин и алевролитов нижнего кембрия (ломоносовская и лонтоваская свиты) достигает 70- 120 м . На рис. 2 показана кровля лонтоваских, так называемых «синих» глин. Их литологическая характеристика и инженерно-геологические свойства достаточно подробно описаны в специальной литературе [Ломтадзе, 1958; 1970]. Разрез кембрия завершается кварцевыми песками и песчаниками ижорской свиты, которые без видимого перерыва переходят в песчаники пакерортского горизонта нижнего ордовика, мощностью несколько метров, для которых характерно обилие раковин беззамковых брахиопод оболюс. Створки оболид содержат большое количество фосфора, в связи с чем этот горизонт являлся объектом разведки на фосфатное сырье. Общая мощность песчаной толщи - до 10 м . Выше залегают диктионемовые сланцы, имеющие обычно мощность 0.3- 1.0 м (в районе Дудергофа до 3- 5 м ), относящиеся к этому же горизонту; глинистые глауконитовые песчаники и известняки леэтского горизонта, мощностью от 0.5 до 3- 4 м ; доломитизированные известняки и доломиты волховского и кундского горизонтов, общая мощность которых составляет 15- 18 м . Таллинский горизонт, относящийся к среднему ордовику, сложен однообразной толщей известняков, имеющих мощность 12- 15 м .

Девонские отложения, залегающие со стратиграфическим и угловым несогласием на известняках ордовика, представлены пестроокрашенными мергелями и аргиллитоподобными глинами наровского горизонта. Их мощность непостоянна и колеблется от нескольких до 40 м .

Четвертичные отложения в этом районе, как правило, представлены валунными суглинками, мощностью около 2- 3 м . В пределах же Дудергофских высот мощность ледниковых образований, слагающих как положительные формы рельефа, так и выполняющих впадины, возрастает до 65- 80 м . Здесь морена переполнена обломками коренных пород различного размера.

Дудергофские высоты находятся вблизи верхней бровки глинта - уступа древнего денудационного плато, сложенного ордовикскими известняками; его относительная высота 60- 65 м при ширине около 4.5 км . С запада и востока высоты ограничены ложбинами ледникового выпахивания, прорезающими глинт. Западная ложбина хорошо выражена в современном рельефе и имеет глубину около 20- 25 м при ширине 0.8- 1.0 км . Восточная ложбина имеет вид широкого залива, южная часть ее в современном рельефе не выражена, а в доледниковом рельефе имеет глубину до 30- 40 м . Сравнение гипсометрии современной и дочетвертичной поверхности показывает, что современная бровка глинта в восточной части рассматриваемой территории выработана не в известняках ордовика, а в глинах лонтоваского горизонта (рис. 1).

Дудергофские высоты - две возвышенности, объединенные общим цоколем, располагающимся на абсолютных отметках 90- 100 м . Наиболее четко выражена западная - собственно Дудергофская возвышенность (площадью около 1.5 км²), разделенная сквозной ложбиной на два крупных холма - северный, с абсолютной отметкой 147 м (г. Воронья), и южный, достигающий максимальной в этом районе высоты 176 м (г. Ореховая, или Петра I). Подобные абсолютные высоты не встречаются к северу от Ленинграда на расстоянии ближе 40 км , а к югу - 240 км . Отдельные холмы на других, ближайших к Ленинграду возвышенностях (Лемболовской, Ижорской, Лужской, Валдайской) хоть и имеют подобные и даже большие абсолютные высоты, однако не являются столь изолированными и контрастными. Дудергофские высоты характеризуются резким контрастным рельефом, имеющим свежий облик. Так, восточный склон имеет крутизну до 30°, свойственную на Северо-Западе лишь свежим эрозионным формам рельефа. Кирхгофская возвышенность имеет более плавные массивные очертания и значительно превосходит по размерам Дудергофскую, ее длина составляет около 5 км , ширина 2.5 км . Склоны пологие, особенно в нижней части (10-12°), вершина уплощенная. Максимальная абсолютная отметка около 170 м находится вблизи ее юго-западной оконечности. У дер. Кавелахти в юго-западном направлении от Дудергофской возвышенности на расстоянии 2.5 км протягивается гряда с волнистой поверхностью. Она имеет ширину 0.5 км и относительную высоту до 10 м . На фоне окружающей равнины в рельефе четко выделяется еще одна гряда аналогичной ориентировки - Перекюльская, протяженностью до 1 км при ширине 100 м и относительной высоте 4- 6 м . Мелкие скульптурные формы, осложняющие поверхность возвышенности и окружающей ее равнины, связаны с карстовыми процессами. Обращает на себя внимание большое количество глыб и крупных валунов гранита-рапакиви на вершинах возвышенностей.

На высотах естественные обнажения отсутствуют; имеются лишь несколько большей частью заброшенных карьеров глубиной до 3- 4 м . Вдоль обочины шоссейной дороги, проходящей у южного подножья Кирхгофской возвышенности, обнажен участок склона на глубину около 1.5 м . В большинстве выработок выходят известняки, раздробленные до состояния дресвы. Там, где известняки более монолитны, видно их крутое падение. Кроме того, в разных местах встречаются небольшие разрозненные выходы оболовых песков, диктионемовых сланцев и синих кембрийских глин. Плохая обнаженность в сочетании со сложными условиями залегания слоев открывает широкие возможности для разнообразных трактовок природы Дудергофских дислокаций. Для объяснения их происхождения были выдвинуты следующие основные гипотезы.

Тектоническая гипотеза [Ржонсницкий и Тетяев, 1919; Свитальский, 1921], согласно которой причиной дислокаций является каледонский орогенез, активно проявившийся в соседней Скандинавии. Этой гипотезе противоречит не свойственный платформенным образованиям весьма интенсивный и узко локальный характер дислокаций, проявившийся, однако, лишь на небольшой глубине, и аномально четкая выраженность столь древних дислокаций в современном рельефе.

Некоторые соображения о возможности объяснения Дудергофских дислокаций за счет глиняного диапиризма высказывались в работах М.И. Алтухова и М.Б. Фейгина [Алтухов и Фейгин, 1896], М.М. Тетяева [Тетяев, 1941] и других исследователей. А.В. Волин [Волин, 1974] и И.Н. Лобанов [Лобанов, 1976; 1979], основываясь главным образом на наблюдениях в карьере на вершине Кирхгофской возвышенности (рис. 2, врезка) и исходя из ряда умозрительных положений, высказали мысль о том, что высокая пластичность синих глин, перекрытых жестким пластом известняков, приводит под действием вертикальной нагрузки к образованию складок нагнетания, протрузии, интенсивно дислоцирующих и даже протыкающих вышележащие породы; при этом амплитуда смещения кровли глин достигает 200 м на протяжении 1- 1.5 км при соответствующем увеличении мощности глин на куполах и уменьшении ее в депрессиях. Все это находит прямое и непосредственное выражение в современном рельефе (каждому куполу соответствует возвышенность, а депрессии - впадина). Несмотря на интенсивный характер дислокаций, здесь сохраняется нормальная последовательность залегания горизонтов. Четвертичные отложения имеют незначительную мощность, при этом на возвышенностях широко распространена кора выветривания, развитая на палеозойских породах.

Согласно воззрениям А.В. Волина, возраст дислокаций современный, голоценовый. Причину диапиризма он видит в «палеоводонасыщенности» синих глин, унаследованной от периода существования так называемых «древнеледникового» и «Рыбного» озер. Следует отметить, что этот район, расположенный на столь высоких абсолютных отметках, в поздне- и послеледниковое время не покрывался водами озерных бассейнов [Квасов, 1975]. Увеличение в объеме лонтоваских глин при «насыщении их влагой» столь ничтожно, что нет никаких оснований говорить об образовании диапировых структур упомянутой амплитуды. Наблюдения в многочисленных старых, ныне затопленных карьерах лонтоваских глин говорят о том, что размокание их идет на глубину нескольких десятков сантиметров Влажность глин в естественном залегании уже с глубины 3- 4 м постоянна и составляет 14-16% [Ломтадзе, 1958], так что утверждение о «палеоводонасыщенности», сохраняющейся в течение нескольких тысяч лет вообще ничем не оправдано. Кроме того, А.В. Волин никак не объясняет локального характера проявлений диапиризма в глинах, развитых на значительной территории.

В отличие от указанного автора И.H. Лобанов полагает, что дислокации возникли во время деградации валдайского ледникового покрова, при разности мощностей мертвого или пассивного льда, измеряющейся 230- 250 м . Им приводится расчет высоты подъема кровли глин, при этом ошибочно величина давления, развивающегося за счет выдавливания глин под нагрузкой льда, приравнивается к самой нагрузке льда. Обычно при решении подобной задачи в механике грунтов пользуются теорией предельного равновесия, которая позволяет рассчитать величину критического давления, определяющего выпор пород под действием вертикальной нагрузки по формуле

где γt - величина пригрузки, препятствующая возможному выдавливанию, С и φ - параметры прочности пород основания и е - основание натурального логарифма.

При оценке величины критического давления особое значение приобретает правильное определение характеристик сопротивления сдвигу глинистых пород. Лонтоваские глины являются породами предельно высокой степени литификации, их прочность сопоставима с прочностью полускальных пород; в них почти так же хорошо, как в известняках ордовика, выражена система трещин [Азбукина и др., 1973].

Для моделирования процесса выпора глин из-под толщи льда на кафедре инженерной геологии Ленинградского горного института образцы кембрийских глин были испытаны в стабилометре при значениях всестороннего давления, достигающих 10-20 кг/см². Выяснилось, что в этих условиях глины ведут себя как пластичные тела. Однако полученные характеристики прочности достаточно высоки и составляют С = 76 т/м², φ = 10°. Следует отметить, что плотность исследованных глин была равна 2.05 т/м³ при естественной влажности W=16%. Такие показатели физических свойств лонтоваских глин характерны для всего района их распространения [Ломтадзе, 1958]. И.Н. Лобанов почему-то считает плотность их равной всего 1.6 т/м³. Расчеты по приведенной выше формуле были выполнены для двух условий: 1) отсутствие пригрузки от перекрывающих синие глины толщи пород, 2) с учетом пригрузки от веса известняков ордовика, принимая во внимание, что их плотность равна 2.5 т/м³ и средняя мощность составляет 20 м , т.е. при величине пригрузки γt =50 т/м². Для первого случая подстановка параметров прочности (С = 76 т/м² и φ = 10°) дает возможность получать критическое давление, равное 588 т/м², что соответствует мощности льда 653 м . Введение в расчет величины пригрузки γt = 50 т/м² позволяет увеличить давление до 711 т/м²,. при этом разница в мощности льда должна составить 790 м . Вместе с тем И.Н. Лобанов полагает, что мощность ледникового покрова составляла лишь 230- 250 м . Если предположить, что выдавливание глин шло на высоту 130 м и более, то при соблюдении баланса объемов рядом с Дудергофскими высотами должна была образоваться огромная компенсационная котловина глубиной 90- 100 м , на дне которой мощность глин составила бы около 20- 30 м , чего, однако, в природе не наблюдается. Исходя из представлений И.Н. Лобанова, явления диапиризма должны были бы иметь место в крупных карьерах синих глин, имеющихся в районе Ленинграда, таких, например, как карьер у с. Никольское на правобережье р. Тосны, параметры которого сопоставимы с параметрами Дудергофских высот. Между тем, как показали наблюдения в многочисленных глубоких глиняных карьерах и котлованах, подъем глин на каждые 10 т/м² составляет всего 4 см .

Гляциотектоническая гипотеза наиболее полно была впервые обоснована в 1932 г . М.Э. Янишевским [Янишевский, 1932], обратившим внимание на значительную изменчивость элементов залегания на коротких расстояниях, сильную раздробленность известняков, приуроченность нарушений к бровке глинта, тесную связь их с мореной, содержащей большое количество отторженцев. В настоящее время эта точка зрения поддерживается большинством исследователей, работавших в этом районе.

Рассматривая геоморфологическое и геологическое строение Дудергофских высот, авторы помимо упомянутых выше выработок используют описания около 250 разведочных, картировочных и эксплуатационных на воду скважин, пробуренных на глубину от 30 до 100 м ; при этом некоторые из скважин пройдены на расстоянии 200- 350 м от упомянутых карьеров. Изучение и сопоставление между собой разрезов скважин, пройденных даже на небольших расстояниях друг от друга, свидетельствует о сложности строения Дудергофских высот (рис. 2). При этом отмечаются значительные различия в гипсометрическом положении одних и тех же горизонтов, более того, - нарушение нормальной последовательности их залегания и наличие морены под палеозойскими осадками. Сами ледниковые отложения обладают значительной мощностью, очень часто представляют собой локальную морену или ледниковые брекчии. Разрушенные брекчированные палеозойские породы вскрыты не только с поверхности, но и на значительной глубине. Отсутствует прямое и непосредственное выражение структур в рельефе.

Анализируя геологические профили, дислокации Дудергофа можно подразделить на две категории: древние, имеющие место лишь в восточной части территории, и молодые, развитые повсеместно. Выражением первых является общее увеличение мощностей горизонтов ордовика и наличие отложений наровского горизонта девона, размытого в ближайших окрестностях Дудергофа (рис. 1). Уместным будет напомнить, что в этом районе проходит так называемая Гатчинская зона нарушений, имеющая субмеридиональную ориентировку [Зандер и Саломон, 1971].

Молодые, значительно более интенсивные дислокации связаны с фронтальным давлением ледника на глинт в месте пересечения его упомянутой выше Гатчинской зоной нарушений. Дудергофские высоты представляют собой классический пример единого парагенетического комплекса форм, образовавшихся у активного ледникового края. Характерными чертами этого комплекса, по Г.И. Горецкому [Горецкий, 1972], являются резкое возрастание мощности ледниковых отложений, наличие локальной морены и ледниковых брекчий, отторженцев и гляциодислокаций, а также ложбин ледникового выпахивания. Опыт изучения разреза подобного рода образований, вскрытых крупными карьерами и обнажениями, говорит о том, что приводимые геологические профили (рис. 2), построенные на основании даже столь значительного количества буровых скважин, по-видимому, не отражают истинной сложности соотношения геологических тел. Значительная свежесть и контрастность форм рельефа свидетельствует о том, что этот район с момента образования дислокаций не покрывался больше ледником, который, согласно существующим воззрениям, покинул эту территорию около 12-13 тысяч лет назад.

Приведенный выше фактический материал показывает, что в пределах Дудергофских высот нет диапировых структур, нет структур, связанных с так называемой «палеоводонасыщенностью», а развиты гляциодислокации, изученные бурением настолько детально, что данный район может служить эталоном и учебным полигоном для исследования геологических образований такого рода.

В настоящее время данный памятник природы находится под угрозой разрушения. Последние годы на Перекюльской гряде ведется интенсивная разработка известнякового щебня для подсыпки дорог, старые карьеры засоряются свалками мусора. На Дудергофских высотах намечено строительство санаторно-курортного комплекса. Ущерб, наносимый горнодобывающими и строительными работами на данной территории, невосполним.

Литература

1. Азбукина Е.И., Селиванов Г.Д., Федоров Н.П. О планетарной трещиноватости горных пород в районе Саблинской учебно-научиой базы ЛГУ. - В сб.: Планетарная трещиноватость. Изд. ЛГУ, 1973, с. 152-156.

2. Алтухов М.И., Фейгин М.Б. Отчет об изысканиях ключевой воды для водоснабжения С.-Петербурга. СПб., 1896, с. 2-28.

3. Волин А.В. Диапировые структуры окрестностей Ленинграда. Природная обстановка и фауны прошлого. № 8. Киев. «Наукова думка», 1974, с. 142-150.

4. Горецкий Г.И. Об изучения генетических связей краевых ледниковых образований, ложбин ледникового выпахивания и размыва, гляциодислокаций и отторженцев. Краевые образования материковых оледенений. М., «Наука», 1972, с. 64-69.

5. Зандер В.Е., Саломон А.П. Тектоника. Геология СССР. Т. I. M., «Недра», 1971, с. 361-407.

6. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л., «Наука», 1975, с. 122-135.

7. Лобанов И.Н. О природе дислокаций Дудергофских высот в окрестностях Ленинграда. – Геотектоника. № 6, 1976, с. 89-98.

8. Лобанов И.Н. О природе дислокаций Дудергофских высот и района г. Павловска. - Изв. ВГО, т. 111, вып. 4, 1979, с. 334-342.

9. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства нижнекембрийских глин северо-западной окраины Русской платформы. - Зап. Ленинградского горного ин-та, т. XXXIV, вып. 2, 1958, с. 154-189.

10. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л., «Недра», 1970, с. 246-249.

11. Ржонсницкий А.П., Тетяев М.М. Геологические исследования в восточной части Петербургской губернии. Изд. геол. ком., т. 38, № 2, 1919.

12. Свитальский Н.И. Залегание горных пород в районе г. Павловска и нарушения в нем. Экскурсионное дело № 1, геологич. экскурсия в окрестн. г. Павловска, 1921 г .

13. Тетяев М.М. Формы структуры южной части Ленинградской области в связи с ее нефтеносностью. - Советская геология, № 1, 1941.

14. Янишевский М.Э. Геологическая карта окрестностей Ленинграда. Описание геологического строения окрестностей г. Слуцка (Павловска). - Тр. ВЧРО, вып. 126, 1932.

Ссылка на статью:

Грейсер Е.Л., Дашко Р.Э., Котлукова И.В., Малаховский Д.Б. Строение и происхождение Дудергофских высот (окрестности Ленинграда) // Известия ВГО, 1980, том 112, № 2, с. 138-146.