Геологическая карта Урала отчетливо показывает зональность его структур. На огромном протяжении полосами меридионально протягиваются породы разного возраста, состава и происхождения. С запада на восток выделяют шесть сменяющих одна другую полос, причем западные полосы прослеживаются на всем протяжении хребта, восточные наблюдаются лишь в средних и южных областях Восточного склона, так как в северных районах палеозойские породы перекрыты мезозойскими, палеогеновыми и неогеновыми осадками Западно-Сибирской низменности.
В сложении первой полосы участвуют нормально осадочные пермские, каменноугольные и девонские отложения, прослеживающиеся на всем протяжении Урала и равномерно сменяющие друг друга с запада на восток. Весьма резко по характеру расположения пород выделяется часть Западного склона на широте Уфимского плато. Здесь из разреза нередко выпадает частично или полностью вся толща каменноугольных отложений, а местами и девонских; в таких случаях пермские породы приведены в непосредственный контакт то с нижнекаменноугольными, то с девонскими, то с силурийскими отложениями.
Вторая полоса морфологически составляет осевую часть хребта и сложена кварцитами, кристаллическими сланцами, вообще сильно метаморфизованными нижнепалеозойскими и докембрийскими формациями. Против Уфимского плато породы второй полосы выклиниваются на довольно значительном протяжении.
Третья полоса принадлежит уже Восточному склону и нацело состоит из измененных вулканогенных накоплений, в которые внедрены крупные тела габбро-пироксенито-дунитовых интрузий. Они лежат вдоль восточной границы кристаллических сланцев второй полосы на Северном и Среднем Урале; на Южном Урале имеются многочисленные, но мелкие массивы змеевиков иногда с сохранившимися среди них перидотитами. Петрографически, однако, эти образования не являются тождественными габбро-перидотито-дунитовым интрузиям. Четвертичная полоса лежит в пределах эффузивных пород и туфов преимущественно основной магмы от силура до нижнего карбона включительно. Среди них в резко подчиненном количестве залегают осадочные морские накопления. Все эти образования сильно дислоцированы и превращены в сланцы и зеленокаменные толщи.
Пятая полоса представлена гранито-гнейсовыми массивами верхнепалеозойских интрузий, в восточных частях перекрываемых третичными отложениями.
Шестая полоса сложена сильно метаморфизованными, дислоцированными средне- и верхнепалеозойскими образованиями, в нижней части вулканогенными, в верхней — нормально осадочными. Их прорезают интрузивные породы разнообразного состава. Обнажения по речным долинам Восточного склона Южного Урала показывают, что породы шестой полосы постепенно погружаются в направлении с запада на восток в область современной Западно-Сибирской низменности.
По границам полос развиты большие надвиги.
А. Д. Архангельский в свое время сделал заключение, что первая полоса — моноклиналь; вторая, третья и пятая полосы структурно представляют огромные антиклинории; четвертая и, возможно, шестая имеют вид крупных синклинальных прогибов.
В настоящее время предлагается такое тектоническое строение Урала. К востоку от Предуральского краевого прогиба следуют: Башкирский антиклинорий, Зилаир-ский синклинорий, Центрально-Уральский антиклинорий, Магнитогорский синклинорий и продолжающий его к северу Нижнетагильский синклинорий, антиклинальная зона гранитных интрузий, Восточно-Уральский синклинорий, Зауральский антиклинорий. Восточнее складчатые структуры Урала погружаются под мезозойские и кайнозойские отложения Западно-Сибирской низменности.
Общее простирание структур Урала меридиональное или близкое ему. Башкирский антиклинорий слагают породы нижнего палеозоя; силур и нижний девон отсутствуют. Несмотря на высокий возраст пород, для них характерен слабый метаморфизм. Простирание складок в южных частях почти меридиональное, в северных отклоняется к востоку. Здесь направление складок зависит от конфигурации восточного края Русской платформы.
Между Башкирским и Центрально-Уральским антиклинориями лежит Зилаирский синклинорий. На юге Западного Урала он обходит Башкирский антиклинорий и становится там западной окраиной Урала. Подобно этому на севере около 51° с. ш. замыкается Зилаирский синклинорий и там краевой зоной Урала делается Центрально-Уральский антиклинорий. Зилаирский синклинорий сложен породами от нижнего палеозоя до турнейских включительно. Явно видно различие напряжений и размытой складчатости нижнего комплекса и спокойной верхнего, начиная от верхнедевонских отложений.
Резкое тектоническое различие Западного и Восточного Урала намечено еще Ф. Н. Чернышевым и А. П. Карпинским.
Тип покровных структур реально существует, вероятно, только на широте Уфимского плато. Геологическое изучение Урала, проведенное Е. А. Кузнецовым, в поперечном направлении по хорошо обнаженной местности вдоль р. Чусовой, с запада от станции Кузино к Билимбаю, вскрыло здесь явления крупных надвиговых структур.
На всем протяжении Урала прослеживается огромная структура — Центрально-Уральский антиклинорий, который от Среднего Урала и до Полярного включительно является краевой складчатой зоной. Слагают антиклинорий осадочные, магматические и метаморфические докембрийские и нижнепалеозойские породы. В западной части на их размытых интенсивных складках несогласно лежат более молодые толщи вплоть до пермских.
Магнитогорский и Нижнетагильский синклинорий принадлежат уже Восточному склону Урала и построены они в основном среднепалеозойскими, особенно вулканогенными накоплениями, претерпевшими в связи с дислоцированностью зеленокаменное перерождение. Установлено три вулканических цикла: 1) силур— нижнедевонский; 2) среднедевон-ский — верхнедевонский; 3) нижнекаменноугольный.
Восточнее лишь в южной части Урала расположена антиклинальная зона гранитных интрузий (от 59° с. ш. и кончая Мугоджа-рами). Это зона громадных гранитоидных массивов, таких, как Салдинский, Мурзинский, Верх-Исетский, Челябинский, Троицкий, Джебык-Карагайский. Основные и ультраосновные породы здесь имеют резко подчиненное значение. Теперь считают, что в пределах данной структуры широко распространены сильно дислоцированные нижнепалеозойские и допалеозойские породы.
К северу от 58° до 51° с. ш. находится Восточно-Уральский синклинорий с преобладающими среднепалеозойскими образованиями при наличии среднекаменноугольных, возможно и моложе, и верхнетриасовых угленосных накоплений Челябинского типа. Складки опрокинуты на восток. Много интрузивных залежей. Зауральский антиклинорий в Южном Урале является краевой восточной структурой, образованной древними породами. Соотношения между северными частями Урала и складчатыми областями Пай-Хой и Вайгач — Новая Земля пока не выяснены. Указывают, что севернее Константинова Камня по западному берегу оз. Большой Осовей почти до берега Карского моря протягивается надвиг. Лежащие вдоль него в основании силура спилиты и диабазы соприкасаются с породами верхнего палеозоя Пай-Хоя. Есть сведения о тесной структурной и фациальной связи Пай-Хоя и Вайгача, Новой Земли и Печорского бассейна. Предполагают также, что прямым продолжением складчатой полосы Северного Урала на восток являются северная часть п-ова Таймыр и о. Северная Земля. Геологический профиль по линии Бисерть — Богданович на широте Уфимского плато может хорошо показать значение последнего в формировании структур Урала. Здесь толщи обоих склонов сильно редуцированы. Западная полоса характеризуется чешуйчатой складчатостью с резкими крутыми надвигами, особенно между палеозоем и метаморфической свитой. Северо-западный сдвиг сузил зеленокаменную полосу до ничтожно малых размеров. Как и в предыдущем профиле, между зеленокаменной полосой и Свердловском расположен большой Верх-Исет-ский массив. Первыми интрудировали здесь основные породы; по их следам внедрялись плагиограниты и граниты нормального состава.
Для характеристики тектоники Южного Урала воспользуемся данными А. А. Богданова. На Западном склоне он выделяет следующие основные структурные элементы: антиклинорий Урал-Тау и Башкирский, разделенные Зилаирский синклинорием, южная часть которого осложнена Сакмарским антиклинорием; зону глыбовых нарушений, обрамляющую Башкирский антиклинорий; ряд линейных складок Оренбургско-Актюбинского Приуралья, расположенных на Сакмарской флексуре; зону сложных складчатых структур Восточного склона Урала, примыкающих с востока к антиклинорию Урал-Тау.
Построенные А. А. Богдановым схематизированные разрезы отчетливо показывают два структурных яруса. Нижний состоит из сложно-складчатых додевонских толщ и представляет геосинклинальные каледониды; верхний построен породами девона, карбона и перми, несогласно перекрывающими каледониды; здесь породы собраны в спокойные пологие складки, а на западе, в области Русской платформы, они принимают горизонтальное залегание. Подобное двухъярусное строение прослеживается по всему Западному склону Урала, представляющему, следовательно, каледонское сооружение, несогласно перекрытое герцинскими структурами постгеосинклинальной природы.
Восточный склон на всем протяжении является типичной эвгеосинклинальной структурой герцинского тектогенеза, разбитой сбросами на горсты и грабены. В последних на размытой поверхности герцинид лежат мезозойские и кайнозойские континентальные накопления, создающие второй структурный ярус из слабо нарушенных пластов.
К востоку от Златоуста выделяются: 1) западная зеленокаменная зона, протягивающаяся к западу от г. Миасса; 2) центральная зона змеевиков, гранитов и кремнистых сланцев карбона — от Миасса до ст. Полетаево и 3) восточная зона зеленокаменных пород и гранитов — от ст. Полетаево до г. Челябинска.
В пределах западной зеленокаменной полосы на Восточном склоне Южного Урала развиты складки, опрокинутые и надвинутые на запад на докембрийские кристаллические сланцы окрестностей Златоуста. В ядрах складок лежат змеевики, иитрудированные габбро и диоритами. Наиболее древними породами складок являются силурийские и нижнедевонские диабазы и пироксенитовые порфириты, сопровождающиеся туфами, кремнистыми сланцами и яшмами. Выше их сменяют среднедевонские эффузивные альбитофиры, кварцево-плагиоклазовые и пироксеновые порфириты и конгломераты с гальками предыдущих габбро и диоритов. Еще выше в разрезе наблюдается мощная верхнедевонская толща кремнистых сланцев, перекрытых граувакками. Их покрывают визейские известняки. Центральная зона змеевиков на всем протяжении интенсивно дислоцирована; в ней наблюдаются сохранившиеся полосы пироксеновых порфиритов и их туфов девонского возраста. К этой зоне принадлежит герцинский гранито-гнейсовый массив Ильменских гор, с которыми связаны миаскиты — щелочные граниты.
Восточная зеленокаменная зона слагает широкие площади к западу от г. Челябинска. Здесь интенсивно дислоцированы диабазы, пироксен-плагиоклазовые порфириты, туфы, туффиты с подчиненными им кремнистыми сланцами и красными яшмами. Эти породы в период от силура до среднего девона были прорваны габбро, позже гранодиоритами и гранитами. Последние катаклазированы и превращены в гранито-гнейсы. С внедрением гранитной магмы были связаны гидротермальные растворы, вызвавшие образование мышьяковых, вольфрамовых и золотых месторождений.
Выполненные за последние годы разносторонние геолого-геофизические исследования на территории Южного Урала и прилежащей восточной окраины Русской платформы по-новому осветили строение глубоких областей земной коры. Оказалось возможным в пределах Уральской складчатой области выделить две зоны: внешнюю и внутреннюю.
Внешняя занимает большую часть западного склона Южного и Среднего Урала и характеризуется такими же магнитными и гравита-циоными аномалиями, какие обнаружены на прилежащих частях Русской платформы и в Предуральском краевом прогибе.
Внутренняя зона охватывает весь склон Урала со своими магнитными и гравитационными свойствами, отражающими особенности глубинного строения.
Магнитные и гравитационные аномалии во внешней зоне могут быть истолкованы в том смысле, что кристаллический фундамент в области западного склона Урала резко погружается до 11 —16 км вместо 4—6 км под Русской платформой. Сейсмические данные обнаружили в этом же Западном склоне меньшее погружение базальтового и перидотитового «слоев». Это противоречие объясняется уменьшением до 7—10 км мощности гранитного «слоя» в пределах Западного склона и Предуральского прогиба.
Переход от внешней к внутренней зоне, как указывает Ф. И. Хатьянов (1963), выражен полосой высоких градиентов осредненных аномалий силы тяжести. Она как бы разделяет Западно-Уральский гравитационный минимум от Восточно-Уральского максимума. Здесь базальтовый «слой» поднимается на 6—10 км, а гранитный — значительно утончается, так что земная кора приближается к океаническому типу. В этой полосе возможно ожидать глубинный разлом, являющийся восточной границей кристаллического субстрата Русской платформы, которая, следовательно, лежит в основании Западного склона Урала (внешняя зона). Ф. И. Хатьянов высказывает предположение, что, вследствие такого строения Западного склона, он структурно ближе к платформе. Он предлагает даже название — складчатая платформенная зона. Подлинной геосинклиналью является Восточный Урал с его мощным магматизмом, напряженной складчатостью и сильным метаморфизмом.
Циклы и фазы тектогенеза. Строение Урала складывалось в течение чрезвычайно большого отрезка времени под воздействием салаирского, каледонского, герцинского, киммерийского и альпийского циклов тектогенеза. Важнейшими при этом оказались палеозойские циклы, создавшие огромное сложноскладчатое Уральское сооружение; мезозойские и кайнозойские циклы проявились в виде разломов и многократных глыбовых движений; они не изменили основного складчатого строения и формировали лишь внешний геоморфологический облик Урала. Резкое различие в степени метаморфизма нижнепалеозойских толщ и лежащих под ними кристаллических сланцев и кварцитов указывает на существование в разных частях Урала изолированных полей докембрийских пород. Постепенный переход этих пород к породам нижнего палеозоя теперь отрицается большинством исследователей.
Салаирский тектогенез наиболее надежно устанавливается для района Белорецкого завода, где на кварцитах, сланцах и известняках с водорослями и, возможно, со среднекембрийскими археоциатами несогласно с базальным конгломератом в основании лежит ордовик. Выпадение верхнего кембрия наблюдалось и в бассейне р. Сакмары. Отсутствие его поедставляет, по Д. В. Наливкину, широко распространенное явление: верхний кембрий выпадает из разреза в Прибалтике, на Новой Земле, на Урале, в Тянь-Шане, в Казахской степи, на Алтае, в Кузнецком бассейне, в ряде мест Сибирской платформы. Это результат салаирской складчатости, которую некоторые геологи присоединяют к каледонскому циклу. Каледонский тектогенез проявился по всей области Западного Урала; доказан он и для Мугоджар. Он сопровождался не только образованием складок, но и внедрением магмы: граниты Троицкого месторождения на Западном склоне Среднего Урала и на юге Мугоджар, на Южном Урале считают каледонскими. Начиная от Мугоджар до самых северных оконечностей Урала, конгломераты и песчаники среднего и верхнего девона обычно содержат обломки и гальки разнообразных нижнепалеозойских и докембрийских осадочных и магматических пород. Это показывает, что девонское море трансгрессировало на поверхность рельефа, разработанную на складчатом нижнем палеозое, в структурах которого участвовали каледонские граниты и докембрийские породы. Для Мугоджар и Тимана вполне установлено, что каледонский тектогенез проявился складчатостью, интрузиями магмы и поднятиями с возникновением суши, на которой стал вырабатываться рельеф. В некоторых районах Южного и Северного Урала о каледонском тектогенезе судят по налеганию континентального нижнего девона на морской верхний силур; местами нижний девон полностью отсутствует.
Герцинский тектогенез установлен на Урале наиболее давно. С большой силой и напряженностью этот цикл выразился на Восточном склоне Урала; на Западном же он проявился с умеренной интенсивностью, нередко на больших пространствах даже слабо.
Полный стратиграфический разрез от верхнего девона до нижнего карбона на Урале свидетельствует об отсутствии бретонской фазы. На Западном склоне наблюдается фауна этреньского типа, представляющая смесь девонских и каменноугольных форм.
О судетской фазе на Восточном склоне Урала можно судить по резкому изменению литологического состава в основании среднего карбона, где установлены мощные грубообломочные конгломераты и песчаники; Д. В. Наливкин справедливо замечает, что это изменение указывает на начавшееся тогда поднятие не в пределах Восточного склона Урала, а где-то к востоку от него; горная страна здесь поднималась и, вступая в условия денудационного режима, быстро разрушалась; продуктами разрушения и явились конгломераты и песчаники, отлагавшиеся в среднекаменноугольном море Восточного склона Урала. На Западном склоне известняки нижнего карбона обычно постепенно переходят в известняки среднего карбона, последние без перерыва и несогласия переходят в верхнекаменноугольные; это указывает на отсутствие проявлений здесь судетской и астурийской фаз.
Астурийская фаза проявилась на Восточном склоне Урала, где из разреза полностью выпадают верхнекаменноугольные отложения в связи с поднятиями, охватившими к началу верхнего карбона территорию Восточного склона. С этих пор область Восточного склона Урала становится местом напряженных тектонических движений, создавших исключительно сложные структуры. С начала пермского периода восточная и центральная зона (полосы) Урала превращаются в мощный горный кряж; одновременно с процессами образования он тотчас же начал разрушаться, давая огромное количество обломочного материала, который сносился на территорию Западного склона, где в возникшем прогибе продолжал удерживаться морской режим; поэтому-то так трудно провести границу между карбоном и пермью.
Киммерийский тектогенез выразился дислокацией мезозойских угленосных отложений в районе Челябинска. По остаткам флоры удалось определить, что значительная часть этих отложений относится к верхнему триасу; складки угленосной толщи несогласно перекрыты ненарушенными верхнемеловыми и палеогеновыми накоплениями. При изучении морфологического строения Челябинского бассейна в нем обнаруживаются микроскладки — плойчатые, опрокинутые, заостренно-клювовидные; они придают структуре характер измятости; наибольшая дислоцированность наблюдается у бортов, где мезозойские слои прилегают к палеозойским массивам; с удалением от бортов массивов складчатость затухает. Мезозойские отложения, как говорилось ранее, сосредоточены в глубоких грабенах среди массивов палеозойских пород.
Характер киммерийских структур показывает, что породившая их киммерийская складчатость является пассивной, возникшей вследствие смятия палеозойскими глыбами рыхлых мезозойских отложений в мелкие опрокинутые, изоклинальные, местами разорванные складки. Вероятность такого объяснения подтверждается и локальностью мезозойской складчатости.
В Челябинском бассейне является результатом оползней мезозойского возраста, одновременных с отложением осадков и происходивших по берегам или на дне соответствующих водных бассейнов. Альпийский тектогенез на Урале проявлялся глыбовыми движениями палеозойских массивов. Изредка встречающиеся локальные складки в Челябинском и Лозьвинском районах вызваны именно этими движениями. Они же создали следующие, наблюдаемые теперь, геоморфологические особенности Урала: этажное расположение поверхностей выравнивания; перепланировка параллельно-линейной речной сети на коленчато-составную; образование двух водоразделов; резкое различие древней и современной речных систем; висячие долины; высокие террасы на акчагыльских песчано-глинистых отложениях; омоложение речных долин. Вследствие молодых сбросов неогеновые породы Урала лежат на разной высоте, а на севере Уфимского плато происходят слабые землетрясения, отмечаемые Свердловской геофизической обсерваторией.
Формирование рельефа. Изучение древних платформ обнаружило замечательную устойчивость тектонических структур. Большинство из них, будучи заложенными в конце докембрия — начале палеозоя, существуют до сих пор, изменяясь лишь в своих очертаниях и размерах. Такой же устойчивостью обладают и крупные геоморфологические элементы, обычно являющиеся тектоно-морфными. Вместе с тем современная тектоническая структура и современный рельеф обеих платформ сформированы начавшимися с неогена неотектоническими движениями. Они проявились главным образом радиально в поднятиях и опусканиях, что раньше называлось эпирогенезом. Однако все чаще стало обнаруживаться наличие складчатых, тангенциальных образований большого радиуса кривизны.
Обратившись теперь к исследованию крупной уральской складчатой системы палеозоя, находим те же характернейшие тектонические и геоморфологические черты, выраженные еще более отчетливо. Особенно с большой эффективностью наблюдаются в последокембрийских складчатых областях проявления неотектогенеза. Именно ему обязаны эти области возрождением после пенепленизации горного рельефа. Однако в разных складчатых областях неодинаковой оказалась степень подвижности, в связи с чем восстановленные (регенерированные) горы разделяются на: а) слабо подвижные — уральского типа; б) горы тяныпанско-бай-кальского типа очень большой подвижности, восстановленные на месте эпидокембрийской, эпикале-донской, эпигерцинской платформ; в) горы верхоянско-колым-ского типа, тоже значительной подвижности, но поднявшиеся на месте мезозойской складчатости; г) горы кавказско-памирского типа в поясе мезозойско-кайнозой-ского орогенеза. Во всех этих типах при очень разной гипсометрии структурно-геоморфологические особенности оказываются общими.
Неотектогенез унаследовал все основные структуры, созданные в геосинклинальные стадии, их региональный план оживил разломы, в том числе глубинные, которые ограничивали блоки, сделав их отчетливыми в современном рельефе.
Структуры Урала, разработанные на месте каледонской и герцинской геосинклинальных борозд, после орогенеза являлись и орографическими элементами: хребты приурочивались к антиклинориям, впадины — синклинориям, резкие перепады рельефа — уступы— к линиям больших разломов. В мезозойские времена эти структуры и тектономорфный рельеф испытывали пенепленизацию, причем синклинальные впадины заполнялись пролювиальными, аллювиальными и озерно-болотными отложениями, материалом для которых являлись продукты разрушения соседних поднятий. Весьма значительная мощность этих накоплений говорит о продолжающих развиваться постумно структурах уже в платформенной обстановке. К концу мезозоя денудация свела Урал к почти равнине с хорошо разработанным рельефом и широкими долинами, ориентированными меридионально, т. е. по простиранию основных структур. Но в неогене проявились неотектонические движения дифференцированного характера с поднятиями и опусканиями значительной амплитуды. Унаследованный мезозойский рельеф с продольной гидрографической сетью начал перестраиваться; рельеф получил общее омоложение. Продольная параллельно-линейная речная сеть превращалась в коленчато-составную, так как новые долины получались от соединения двух или нескольких самостоятельных путем образования поперечных, эпигенических колен Тектонические трещины играли при этом заметную роль. Но, несмотря на эти перестройки рельефа, тектономорфность и унаследованность его сохранились до современности, что с такой наглядностью выражено в меридиональном простирании хребтов, подчиненном простиранию структур.
Наряду с отчетливо выраженными глыбовыми вертикальными движениями наблюдения все достовернее указывают и на волновые сводовые поднятия, т. е. большого радиуса складчатость дислоцированного основания.
О величине поднятия Уральских гор под воздействием неотектогенеза, иначе говоря за время с неогена, можно судить приближенно: для Южного Урала допускаются поднятия в 700—800 м, Среднего (бассейн р. Чусовой)—200—300 м, Северного — 500—800 м. Замечательно, что положительные структуры (антиклинорий, горсты) поднимаются больше, чем отрицательные (синклинорий, грабены).
На юг уральские палеозойские структуры погружаются, проявляясь на поверхности Чушкакульским поднятием.
В общем неотектонические движения на Урале не велики, что обусловило его среднегорный рельеф и слабую сейсмичность, приуроченную к Среднему Уралу и по силе не превышающую 6 баллов. Для землетрясения 17 августа 1914 г. составлена карта изосейст, которые дают северо-запад— юго-восточную ориентировку под углом к меридиональному простиранию структур.