Наиболее полное представление о геологическом строении Беломорско-Кулойского региона появилось после проведения геологической съёмки масштаба 1:200000 в 1974-1980 гг. (Станковский и др., 1980), по материалам которой в 1984 году изданы геологические карты масштаба 1:200000 на листы Q-38-XXV, XXVI, XXXI, XXXII. Уточнение геологического строения проводилось при геолого-карстологических работах (Малков, Гуркало, 1995).

В среднем и нижнем течении реки Пинеги под покровом рыхлых четвертичных отложений залегает мощная толща осадочных пород. Залегание пород субгоризонтальное, с пологим наклоном (1-2°) в восточном и юго-восточном направлениях. По литологическому составу и условиям образования в толще осадочных пород выделяются формации: карбонатные (С_2-3, P₁a-s, P₂kz₂), сульфатно-карбонатные (P₁s), сульфатно-терригенные (P₂u), карбонатно-терригенные (P₂kz₁).

Самые древние отложения выходят на дневную поверхность в нижнем течении р. Пинеги. Они представлены толщей переслаивания карбонатных пород общей мощностью 75-150 м. Разрез толщи подразделяется на 2 формации: нижняя – карбонатная формация среднего и верхнего карбона, верхняя – карбонатная формация нижней перми. Они перекрываются толщей сульфатных пород.

Карбонатная формация верхнего и среднего карбона (С_2-3) включает морские и лагунно-морские отложения московского, касимовского, гжельского ярусов и представлена толщей переслаивания известняков и доломитов светло-серого и жёлто-белого цвета с редкими прослоями и линзами песчаников, глин, гипсов и ангидритов. Обнажения этих пород встречаются в низовьях р. Пинеги и по её притокам ниже устья р. Угзеньги. Отложения формации тянутся полосой в северном направлении через оз. Келдозеро (Телдозеро). А под покровом вышележащих формаций они прослеживаются на территории Пинежья на глубинах до 200-300 м. Мощность отложений формации 40-120 м.

Карбонатная формация нижней перми (P₁a-s) включает морские и лагунно-морские отложения сокольегорского и шиханского горизонтов ассельского яруса и полтинской свиты сакмарского яруса. В составе формации преобладают доломиты с подчинёнными прослоями известняков. Очень редко встречаются прослои и линзы гипсов, ангидритов, песчаников, глин. Гипсы часто встречаются в виде гнёзд и включений. Отложения формации сформировались в прибрежно-морских условиях. Мощность формации варьирует от 40 до 110 м. Под четвертичным покровом карбонатные отложения распространены в виде полосы шириной 15-25 км от низовьев р. Пинеги на север в верховья рек Сотка, Келда, Полта (рис.1.3.1). Обнажения пород встречаются в верховьях рек Сотка, Полта, Вель, Точилиха, в нижнем течении р. Чуги и на р. Чуплеге.

Рис. 1.3.1. Карта геологических формаций.

Карбонатные породы трещиноватые, в приповерхностных горизонтах интенсивно закарстованы, участками до состояния карбонатной муки.

Карбонатно-сульфатная формация (P₁s) включает отложения тастубского горизонта сакмарского яруса нижней перми, которые залегают на отложениях карбонатной формации нижней перми (P₁a-s). Она подразделяется на две толщи: нижняя – сульфатная субформация (P₁sot), верхняя – сульфатно-карбонатная (P₁kl). Восточнее пос. Пинега сульфатная субформация фациально переходит в карбонатно-сульфатную, а севернее реки Келда фациально переходит в сульфатно-терригенную субформацию (P₁tr).

Рис. 1.3.2. Гипс с цепочечными кристаллами вторичного гипса.

Коллекция Е.И. Гуркало Фото Ю.И. Николаева

Сульфатная субформация (P₁sot) включает лагунные отложения соткинской свиты сакмарского яруса нижней перми и представлена толщей гипсов и ангидритов с редкими маломощными прослоями (до 0,5 м) доломитов, алевролитов, глин и песчаников на карбонатно-гипсовом цементе. В верхней части разреза преобладают гипсы, в нижней – переслаивание гипсов и ангидритов. Мощность слоев и линз ангидритов от 0,1 до 6 м и более. Встречаются переходные разности – гипсо-ангидриты. Мощность отложений формации от 40 до 70 м. Выходы гипсовой толщи в виде полосы шириной от 6 до 30 км протягиваются от верховья реки Угзеньга в северо-восточном направлении охватывая нижнее течение рек: Чуга, Портюга, Летний Гбач, Сия, Гбач, Белая, Сотка, Келда, Полта. Большинство долин рек, ручьёв, карстовых логов глубоко врезаны в эту толщу, иногда до 30-40 м. В полосе развития гипсовой толщи в бортах рек, карстовых логов и в карстовых формах часто встречаются скальные выходы гипсов и ангидритов (рис. 1.3.10). Очень живописна река Сотка в среднем и нижнем течении, где имеет каньонообразную долину глубиной от 30 до 70 м с многочисленными гипсовыми скалами.

Гипс белого, светло-серого, розового, светло-жёлтого цвета, иногда полупрозрачный, коричневый, зеленовато-серый. Чаще всего гипс массивной или пятнистой текстуры, тонко-мелкозернистый (рис. 1.3.4), иногда крупнозернистый. Структура порфиробластовая, гетеробластовая, гранобластовая, тонкочешуйчатая. Гипс часто с крупными радиально-лучистыми, (звёздчатыми) кристаллами гипса второй генерации или с цепочками крупных кристаллов гипса (рис. 1.3.2). В шлифах в монокристаллах гипса часто видны мелкие кристаллы ангидрита, иногда единичные кристаллы флюорита. В гипсе часто встречаются пятна микрозернистого карбоната. Для верхней части разреза характерны крупнозернистые гипсы, часто шестоватой текстуры. По текстурным особенностям выделяются массивные, звёздчатые, цепочечные, вкрапленниковые гипсы. Скрытокристаллическая и тонкозернистая разновидность гипса называется алебастр. В зонах дробления и в глинистых прослоях встречается тонковолокнистая разновидность гипса – селенит, обычно розового или белого цвета (рис.1.3.7). Он залегает в виде прожилков мощностью 0,5-3 см, иногда до 7 см. В гипсах встречаются тонкие линзовидные прослойки и стяжения доломита мощностью от 1 мм до 2-3 см. Иногда встречаются прожилки и прослои гипса с большим содержанием глинистого материала коричневых и зеленоватых оттенков (рис. 1.3.3). Редко встречаются сцементированные терригенно-гипсовые породы в виде палеозаполнителя древних карстовых полостей.

Рис. 1.3.3. Гипс массивный с прожилками глинистого материала.

Фото Е.И. Гуркало

Ангидриты микро-мелкозернистые, среднезернистые, светло-голубого, голубовато-серого, редко серого и интенсивно-голубого цвета (рис. 1.3.5), участками полупрозрачные. Текстура пятнистая, массивная, линзовидно-волнистая. Структура микро-мелкозернистая, спутанноволокнистая. В шлифах в ангидрите видны пятна и прослои тонковолокнистого гипса и пятна микрозернистого карбонатного материала. В ангидритах часто встречаются звёздчатые и цепочечные включения крупных кристаллов вторичного гипса. Прослоями встречаются ангидриты с линзочками и прожилками доломита и глинистого материала (рис. 1.3.6).

Довольно часто встречаются переходные разности – гипсо-ангидриты. В шлифах видно, что основная масса представлена тонковолокнистым гипсом и кристаллически-зернистым ангидритом. Встречаются участки замещения ангидрита гипсом в результате гидратации, где гипс имеет текстуру характерную для ангидрита.

Рис. 1.3.4. Гипс мелкозернистый с пятнистой текстурой.

Коллекция Е.И. Гуркало Фото Ю.И. Николаева

Богатое разнообразие текстур гипса и ангидрита можно использовать для поделок и в качестве облицовочного материала, но слабая прочность пород и высокая растворимость не позволяет их использовать для наружной облицовки зданий. Высокие декоративные свойства гипсовых пород в настоящее время не используются.

В разрезе сульфатной субформации редко встречаются прослои доломитов мощностью до 0,5 м. Доломиты серые, светло-серые, желтовато-серые, скрытокристаллические, пелитоморфные, часто огипсованные. Текстура пород массивная, пятнистая, слоистая. Структура пород микрозернистая, пойкилобластовая. В шлифах встречаются органические обломки, замещённые гипсом. В доломитах часто имеются стяжения тонковолокнистого гипса, до 20-25% объёма породы. Прослои доломитов в толще гипсов можно использовать как маркирующие горизонты. В подошве доломитов, как правило, залегают аргиллитоподобные глины мощностью от 0,1 до 0,5 м. Часто они имеют брекчированную текстуру.

Толщу сульфатной субформации можно разделить на 3 пачки. Нижняя пачка – гипсы массивные, цепочечные, с прослоями ангидритов мощностью до 3-6 м. В пачке выделяется 1 слой доломита мощностью 0,2-0,5 м. Под доломитом залегает прослой глин. Мощность пачки 10-12 м. Средняя пачка сложена гипсами мелкозернистыми и тонкозернистыми, в середине разреза с вкрапленниками вторичного гипса. В подошве залегают цепочечные гипсы. В пачке выделяются 2 прослоя доломитов и 3 прослоя глин. Мощность пачки 15-19 м. Верхняя пачка мощностью 20-22 м сложена разнозернистыми гипсами, преимущественно крупнозернистыми, звёздчатыми, шестоватыми и сахаровидными.

Рис. 1.3.5. Ангидрит с прожилками доломита.

Коллекция Е.И. Гуркало Фото Ю.И. Николаева

Рис. 1.3.6. Андгидрит с прожилками карбонатно-глинистого материала и кристаллами вторичного гипса.

Коллекция Е.И. Гуркало Фото Ю.И. Николаева

В толще сульфатных пород развиты несколько систем вертикальных тектонических трещин (рис. 1.3.9). В зонах растяжения по этим трещинам развиваются карстовые процессы. Трещины в зонах сжатия залечиваются вторичным гипсом или ангидритом. Карстовым отрядом были проведены исследования трещиноватости в пещерах. Были выделены следующие основные направления систем трещин: 340-350°, 70-80°. 40-50° (Малков и др. 1983). Но в разных спелеомассивах направления трещин могут меняться. Иногда встречаются зеркала скольжения (пещеры Кумичёвка, Братыня. Провидение). Направления пещерных ходов не всегда совпадают с трещиноватостью, так как прорабатываются только системы открытых трещин, в том числе и горизонтальные трещины напластования.

Гипсы и ангидриты относительно пластичные породы. В пещерах, в толще гипсовых пород иногда наблюдаются мелкие складки – флексуры (рис. 1.3.8). Вероятно, они связаны с внутрипластовыми деформациями в пределах гипсовой толщи. При внутрипластовых деформациях по плоскостям напластования и по глинистым прослоям образуются зоны дробления, а в сводовой части флексур иногда образуется межпластовое зияние, по которому формируются пещеры. При изучении пещер фиксируются малоамплитудные дизъюнктивные нарушения (разломы) в виде зон повышенной трещиноватости и дробления, потери структурности гипсов, буддинажа, смещения пластов, крупных флексур. Так в пещере Олимпийской развиты флексуры вдоль стены магистрального хода, в пещере Ленинградской – флексуры, зоны дробления и смещение пластов; в пещере Кумичёвке – флексуры и зеркала скольжения; в пещере Карьяловский Провал – флексурные перегибы, дробление и смещение пластов. В пещерах Пехоровская и Юбилейная отмечаются зоны разрывных нарушений.

Скорость растворения сульфатных пород на порядок выше карбонатных. Поэтому, отложения сульфатной субформации интенсивно закарстованы. Особенно интенсивно закарстованы верхние горизонты с маломощным четвертичным покровом, где наблюдается большое разнообразие поверхностных и подземных карстовых форм.

Сульфатно-терригенная субформация (P₁tr) включает дельтовые отложения турьинской свиты сакмарского яруса нижней перми, которые развиты в среднем течении рек Полта и Келда и тянутся в северном направлении, в верхнее течение р. Сояны. В юго-восточном направлении она фациально переходит в сульфатную субформацию (P₁sot). Отложения свиты вскрыты скважиной в районе оз. Полтозеро, где их мощность составляет 25 м. Они представлены слабосцементированными песчаниками, в подошве разреза с прослоями алевролитов. В толще формации встречаются прослои гипса (Константинов, Станковский, 2000). На площадях развития турьинской свиты встречаются проявления карста, что также свидетельствует о наличии прослоев или линз гипсов в разрезе субформации.

Рис. 1.3.7. Прослой селенита в глинистом палеозаполнителе (п. Ледяная Волна).

Фото Е.В. Шавриной

Рис. 1.3.8. Мелкие складки в гипсах соткинской свиты.

Фото Е.И. Гуркало

Сульфатно-карбонатная субформация (P₁kl) включает лагунно-морские отложения кулогорской свиты сакмарского яруса нижней перми и представлена толщей переслаивания доломитов, гипсов, реже мергелей, иногда с прослоями известняков. В западном направлении количество прослоев гипсов увеличивается до 30-40%. Отложения субформации развиты в центральной части территории, на водоразделах рек Келды, Сотки, Пинеги, а также на левом берегу р. Пинеги от р. Утопелки до д. Пильегоры и по восточному борту р. Кулой. Отложения свиты часто залегают в виде "нашлёпок", которые бронируют толщу гипсов и прорезаны системой карстовых логов и долинами ручьёв.

Мощность субформации от 3 до 12 м. В западном направлении мощность свиты уменьшается, до выклинивания. В последние годы геолого-карстологическими работами подтверждено распространение отложений этой формации значительно западнее, чем предполагалось по результатам геологической съёмки масштаба 1:200000 (Станковский и др., 1980).

Доломиты желтовато-серые, светло-серые, известковистые, огипсованные, прослоями окремнённые, с редкими желваками кремня, микро-тонкозернистые, с примесью терригенного материала до 5-7%. В доломитах встречаются гнёзда гипса.

Гипсы розовато-белые, белые, светло-серые, мелко- и крупнозернистые. Мощность прослоев от 0,2 до 7 м.

Отложения сульфатно-карбонатной субформации с трансгрессивным несогласием залегают на отложениях сульфатной субформации (P₁sot). В основании разрезов породы как правило брекчированы и содержат прослои глин и алевролитов мощностью 0,1-0,6 м. Глины зеленовато-серые, коричневато-серые, известковистые. Алевролиты желтовато-серые, светло-серые, серо-коричневые, на карбонатно-гипсово-глинистом цементе. Кровля кулогорской свиты подверглась существенному размыву в артинско-кунгурское время, там же отмечаются погребённые формы древнего карста.

С отложениями субформации связаны проявления карбонатного карста и провальные формы.

Рис. 1.3.9. Отсевшие по тектоническим трещинам гипсовые блоки (П. Кумичевка).

Фото В.Н. Малкова

Сульфатно-терригенная формация (Р₂u) включает лагунно-континентальные отложения вихтовской свиты уфимского яруса верхней перми. В нижней части разреза выделяется терригенно-сульфатная субформация (P₂u₁), сложенная карстующимися породами. Средняя и верхняя части разреза относятся к сульфатно-терригенной субформации (Р₂u₂).

Терригенно-сульфатная субформация (Р₂u₁) развита в виде останцовых нашлёпок на водоразделе р. Сотки и р. Пинеги, а также на левом берегу р. Пинеги и полосой прослеживается по правому берегу р. Кулой. Мощность субформации не выдержана и колеблется от 3-10 м в районе Голубино и до 20-25 м по р. Сотке. В нижней части разреза залегают красноцветные песчано-алевритистые гипсы или гипсовые песчаники, которые выше по разрезу переходят в интенсивно огипсованные алевролиты. Встречаются линзы и гнёзда гипса. В основании разреза отмечаются прослои гравелитов, конгломератов, брекчий. Верхняя граница субформации нерезкая, проводится по окончанию загипсованности пород.

С отложениями этой субформации связаны современные карстопроявления и свежие провальные формы.

Сульфатно-терригенная субформация (Р₂u₂) развита на левом берегу реки Пинега и фрагментарно на водоразделе рек Сотка и Пинега. Мощность её до 45-60 м. Отложения представлены красноцветными песчаниками, алевролитами, с прослоями песков, алевритов, гипсов, мергелей. На юге территории породы загипсованы, к северу увеличивается карбонатность разреза. Отложения субформации некарстующиеся, но возможны проявления карста, наведённые из нижележащих закарстованных горизонтов.

Карбонатно-терригенная формация нижнеказанского подъяруса верхней Перми (P₂kz₁) (долгощельская свита) распространена на юго-востоке описываемой территории, в верховьях рек Сия, Тырас, Шуной и фрагментами на вершинах холмов на водоразделе рек Сотка и Пинега. Мощность формации до 16 м. Отложения представлены толщей переслаивания сероцветных мергелей, глин, песчаников, известняков, сформировавшихся в прибрежно-морских условиях.

Карбонатная формация верхнеказанского подъяруса верхней перми (P₂kz₂) (ковальская свита) распространена только на юго-востоке описываемой территории в верховьях реки Сия. Мощность формации до 16 м. Отложения представлены известняками органогенно-обломочными, доломитами, мергелями, с прослоями глин, песчаников. Отложения залегают под четвертичным покровом значительной мощности, слабо изучены.

Рис. 1.3.10. Обнажение гипсовой толщи на р. Пинеге в 1,3 км ниже Голубино. Высота стенки 30 м.

Фото В.Н. Малкова

Покров четвертичных отложений развит повсеместно. Мощность его не выдержана. Преобладает покров рыхлых отложений мощностью от 2 до 10 м, представленный преимущественно ледниковыми и озёрно-ледниковыми суглинками, глинами, песками (g III os, lg III-IV). Ледниковые моренные суглинки обычно содержат до 10-15% гальки и щебня. На водоразделах довольно часто встречаются водно-ледниковые песчаные отложения с галькой и гравием до 20% (f III os) мощностью 4-6 м, участками до 10-15 м.

Наибольшая мощность четвертичного покрова приурочена к древней погребённой долине реки Пинеги, где она достигает 20-50 м. Древняя долина выполнена морскими песками ленинградского горизонта (m III ln) и морскими песками и глинами микулинского горизонта (m III mk). На Беломорско-Кулойском плато встречаются понижения коренного рельефа, выполненные озёрными и озёрно-ледниковыми глинами, суглинками, песками (lg II ms – lg III vd) мощностью до 34 м. Довольно часто встречаются участки с мощностью четвертичного покрова менее 2 м. В долинах рек залегают аллювиальные пески, супеси и галечники мощностью до 2-7 м. В озёрных котловинах залегают современные суглинки, супеси, пески, илы, иногда встречается гажа и сапропели. Болотные массивы сложены торфами мощностью до 2-5 м. В карстовых логах и котловинах залегают обвальные и элювиально-делювиальные отложения в виде глыб и щебня коренных пород, мощность которых достигает 5-10 м, участками до 20 м.

История изучения карста

Гидрогеология карста