Знаменитые Одесские катакомбы, как известно, большей частью представляют собой подземные каменоломни, где прежде добывали строительный камень. В них разрабатывали широко распространенный в центральной части Одесской области пласт известняка-ракушечника. Поэтому знание геологического строения района Одессы и прилегающей к нему территории области является совершенно необходимым условием для грамотного изучения лабиринта катакомб. Без элементарных знаний по этому вопросу невозможен правильный и эффективный поиск новых неизвестных каменоломен, минных ходов, старинных дренажных тоннелей и т. д. Незнание геологических условий заложения выработок приводит к возникновению нелепых слухов о катакомбах, мешающих поиску входов в них и создающих значительные помехи для изучения каменоломен. Человек, обладающий достаточными знаниями в области региональной геологии легко отличает правду от вымыслов, когда дело касается сбора сведений по поиску новых входов в неизестные подземные полости.

Рассмотрим вкратце геологическое строение местности в районе Одессы и ближайших ее окрестностях. Вся эта территория расположена в зоне Причерноморской впадины. На площади впадины наблюдается падение всех пород к оси впадины, т. е. в сторону моря. Основание впадины — так называемый кристаллический фундамент — сложен серыми и темно-серыми мелкозернистыми гранитами архейского возраста (т.е. им примерно 2,6 млрд. лет). Эта порода вскрыта скважиной в районе Одессы (с. Мирное) на глубине 1612 м. Выше залегают разнообразные осадочные породы —песчаники, глинистые сланцы, известняки, глины, конгломераты (породы, состоящие из галек) и т. д. Все они залегают на больших глубинах и интереса для нас не представляют.

Еще выше залегают сарматские отложения представленные песками, глинами и известняками. Так, как уже говорилось, что все отложения Причерноморской впадины залегают с наклоном в сторону моря, то получается, что сарматские отложения в районе Одессы залегают на глубине 80- 90 м (верхняя граница), а на севере области выходят на дневную поверхность. Сарматские известняки разрабатываются у нас в области карьерами и подземными каменоломнями, в них найдены пещеры и даже древние Храмы и монастыри. Известняки (им примерно 10 млн. лет) представляют собой белый либо светло-серые плотные породы состящие из раковин и солитов (известняковых шариков). Мощность известняков (толщина) достигает 20 м. Всем известный строительный камень катилей, добываемый в Молдавии, и есть сарматский известняк. От одесского известняка он отличается, кроме цвета, гораздо большей прочностью, что позволяет (учитывая большую мощность пласта) разрабатывать его штольнями высотой  до 6-7 м и шириной до 8 м.

Выходы сарматских известняков на поверхность известны на берегах Куяльницкого и Хаджибейского лиманов (село Морозов-ка) находятся они почти у самого уреза воды. В наших местах эти известняки не разрабатываются, так как находятся на сравнительно большой глубине и сильно обводнены.

Выше над сарматскими отложениями залегают меотические серо-зеленые глины и пески общей мощностью 40-55 м. Эти всем известные глины часто встречаются на берегу моря и лиманов в глубоких балках. Глины залегают по всей площади Одессы и ее окрестностей. В южной части на берегу моря они находятся почти у самой воды, а километрах в 50 от города поднимаются на высоту 50—60 м над уровнем моря, всюду они подстилают из-вестняки, в которых встречаются каменоломни и поэтому являются естественной нижней границей распространения катакомб.

Они же являются водоупором, на котором скапливаются подземные воды насыщающие наши известняки и подтопляющие каменоломни.

Над глинами залегают понтические отложения, представленные в основном известняками и реже глинами и песками. Называются эти отложения по названию моря, на дне которого они образовались Понтическим.

По последним данным море это образовалось 6 млн. 550 тыс. лет назад. 650 тыс. лет плескались волны Понтического, моря, до тех пор пока 5,9 млн. лет назад в результате геологических процессов суша снова была поднята и морские воды отступили. Понтическое море располагалось на местности занимаемой ныне южными районами Украины и Черным морем. Оно было мелководным опресненным бассейном наподобие современного Каспийского моря. Во время своего максимального продвижения к северу (трансгрессии, как говорят геологи) Понтическое море покрывало большую часть Одесской области, за исключением северной ее части и небольшого участка в районе Измаила. Северный берег моря проходит по линии, где сейчас расположены села и поселки Зализничне на реке Ялпуг, Тарутино, Петропавловка на реке Сарата, Раздельная, Ширяево на р. Большой Куяльник, Покровка на р. Тилигул и дальше к северо-востоку.

Фауна Понтического моря не отличались разнообразием. Здесь жили пресноводные рыбы, тюлени, дельфины. Но особенно многочисленными были моллюски. И хотя, количество видов было не

велико, численность их была колоссальна. Недаром понтические известняки, залегающие в районе Одессы, называют еще ракушечниками. Называются они так потому, что почти нацело состоят из раковин моллюсков и их обломков. В основном встречаются 4 вида моллюсков. Это два вида кардиид и два вида дрейсензий. Кардииды или сердцевидки свое название получили потому, что если рассматривать их раковины в профиль, они напоминают сердце, таким каким его изображают на рисунках. Подобные раковины и сейчас встречаются в большом количестве на берегу Черного моря. Раковины овальны, состоят из двух створок, на каждой створке четко видны радиальные ребра. Размеры раковин достигают 2,5 см. Дрейсензии похожи на небольшие мидии, а еще больше на зерна миндаля. Размеры их не превышают 1,5 см. Все остальные раковины, а их известно около 40 видов, встречаются редко и в единичных экземплярах. Интересно, что в некоторых местах ракушечники сложены полностью из раковин редко встречающихся в других местах, Так один из забоев шахты «Дофиновка» пройден в известняке целиком сложенном раковинами вивипор, похожих на обычных сухопутных улиток. Интересная находка сделана при исследовании Нерубайских катакомб в 1973 году. Здесь в верхней части выработок вскрыты зеленовато-серые пресноводные известняки, образовавшиеся в самом конце существования Понтического моря, когда оно совсем обмелело и опреснилось. Так вот в этих известняках были обнаружены отпечатки раковин лимноскар, напоминающих речные перловицы, размерами до 24х10 см.

Когда море отступило, миллиарды скопившихся на дне раковин моллюсков оказались на суше. Со временем, под действием тяжести вышележащих отложений, они спресовались и превратились в известняки-ракушечники, Прошло еще время и под действием последующих процессов ракушечники утратили свое первоначальное строение , превратившись в ту породу, которую мы сейчас видим. В настоящее время понтические известняки-ракушечники покрывают всю центральную часть одесской области за исключением долин, рек, где они размыты поледующими процессами. Напримет, известняков нет в районе Пересыли, пос. Котовокого, в Водяной балке, Кривой, Усатовской, Нерубайской балках и т. д.

Максимольная мощность слоя известняка в районе Одессы 15,7 м наблюдаетея на Слободке, в среднем же мощность известняка колеблется от 5 до 12 м.

Толща известняков имеет довольно сложное и изменчивое строение как в вертикальном направлении, так и по горизонтали. В общих чертах строение известняковой толщи следующее: нижняя часть представлена равномерно-сцементированными ракушечниками — пильным известняком. И, наконец, верхняя часть сложена сильно перекристаллизованными плотными известняками – плитой, либо плитчато-обломочными известняками — жерствой.

Эти прослои могут встречаться в любых комбинациях в зависимости от района. Так к востоку от Одессы наблюдается 1 и 2 слой, а вместо 3 слоя идут зеленоватые глины и пески (Дофиновка, Булдынка). К югу от города (Татарка, Сухой лиман) встречаются только известняки 1 и 3 слоя, а пильные известняки 2 слоя отсутствуют. К северу от Одессы часто отсутствует 1 нижний слой. Неоднородность пласта известняка объясняется условиями отложений морских осадков в мелководной части моря и последующими процессами выветривания. Остановимся коротко на непильных разновидностях известняка. Самый нижний —1 слой — представлен в одних случаях плотной тяжелой породой, в других — рыхлой, обломочной. Цвет этих известняков от светло-бурого до светло серого. Мощность слоя до 1,5 м, обычно 0,5—0,7 м. Старое название этих известняков — исподняя джерства или исподняя плита (кремница) в зависимости от плотности породы. В этих известняках пройдены старинные и современные дренажные тоннели и нижней части колодцев.

Верхний слой — 3 — может иметь разный облик. В основном можно выделить 4 разновидности известняка:

а) плотные тонкосцементированные кирпично-красные и розовые без раковин моллюсков. Встречаются эти известняки довольно редко на самом контакте с верхней красной глиной. Мощность слоя 10—50 см. Старое название — красный трескун.

б) Порода, состоящая из очень плотных сцементированных между собой плиток светло-бурого цвета. Между ними наблюдаются крупные пустоты — ковер-ны размерами до 10 см. Мощность этого слоя до 1 метра. Старинное название — дикарь. Эти камни часто использовались как декоративные украшения в парках.

в) Плотные, массивные, сильно перекристаллизованные известняки светло-бурого, темно-бурого, иногда даже темно-серого цвета мощностью до 1,5 м. Старое название дикарь или плита.

г) Порода, состоящая из известняковых плиток и их обломков разных размеров с большой примесью известнякового песка и глины. Цвет различный в Основном это разные оттенки бурого, иногда красноватого цвета, реже темноватые, серые, зеленоватые оттенки.

Прежде чем подробно остановиться на «пильном слое», называемым так благодаря способности легко распиливаться на блоки, даже обычными ручными пилами, хочется коротко сказать о всем пласте известняка в общем. Пласт известняка залегает с уклоном к юго-западу (2 град.), кроме того пласт известняка повсеместно образует небольшие пологие склоны (поднятия или опуская напоминающие волны), имеющие в плане вид овалов с размерами от десятков метров до нескольких километров. Все это еще больше осложняет картину строения пласта понтических известняков.

Слой пильных известняков имеет мощность до 7, 5 м, чаще 2-3,5 м. Старое название этого известняка «беляк» или штучный камень.

Все выше изложенные сведения об общем строении пласта известняка имеют большое практическое значение. Там, где нет известняков, а места эти хорошо известны, не может быть и каменоломен. Значит севернее 50—80 км от Одессы их нет. Нет и в некоторых местах ближе к городу. Это значит, что невозможно пройти под глубокими балками, лиманами и т. д. Для наличия подземных выработок необходим не просто известняк, а его пильная разновидность, и с непременным условием, чтобы его мощность была не менее 2 м. Отсюда, зная участки, где отсутствуют либо мощность их меньше 2-2,5 м, мы можем не тратить время на поиски входов в катакомбы в этих местах. Например, в районе Сухого лимана, Таирово, Юго-Западного массива мощность пласта 2—3,5 м, то выработка может идти только в один ярус. Редко там, где мощность достигает 4—7 м, в 2 яруса (Нерубайское, Кривая Балка, Ковалевка) и совсем уникальный случай — 3 яруса (Усатово, но высота ходов по 1,5 м да и размеры 40 погонных метров).

Обводненные участки каменоломен обычно находятся в местах прогибания известняка, там, где пласт его образует пологие складки, направленные вниз — синклинальные складки. Так как выработки следуют всем изгибам пласта, то чем глубже подземная выработка, тем сильнее затоплена выработка.

Зная форму складок в плане можно попытаться обойти эти затопленные участки по краю. Наоборот, приподнятые участки известняка — складки, направленные вверх, (антиклинальные складки) всегда сухие, но зато известняк в них часто трещиноватый, В этих местах обычно стречаются карстовые пещеры.

Каменоломни служили местом добычи строительного камня, поэтому наличие выработок, их размеры и густота сети зависят так же от качества пильного известняка. Где оно лучше, там » выработок больше. Где известняк прочный, плотный, легкий там следует ожидать наличия многих каменоломен, осматривать все, даже небольшие тупики, ибо в них возможны сбойки с другими шахтами, как например, в районе Пролетарского бульвара. Там же где известняк рыхлый глинистый, сильно трещиноватый или встречаются завал на ходе, пройденном в хорошем камне, завал, есть смысл, пройти. Если же видно, что ходы пройдены в пильном известняке плохого качества (обычно он более темный) и при приближении к забоям качество камня ещё ухудшается, то скорее всего впереди граница шахты, и все ходы, идущие вперед в этом месте — тупики. Тратить силы на проходку завалов в этом направлении не следует. Примером могут служить сильные обвалы в выработках, подходящих к берегу моря (известняки становятся сильно трещиноватые) или в выработках Кривой Балки, подходящих к закарстованому участку в районе ул. Юбилейной (известняки становятся рыхлыми и приобретают красноватый оттенок).

Теперь рассмотрим влияние вышележащих слоев на выработки.

В местах, где над пильным известняком залегают плотные, монолитные перекристаллизованные известняки (плита) кровля у выработок прочная, они стоят по 100 и более лет. Обвалы в них редкие и единичны, небольшие по длине, состоят из больших каменных глыб, Там, где в кровле плиты нет, старые выработки обычно низкие, они сильно задавлены.

На участках, где в кровле близко жерства, часты сильные обвалы, состоящие из мелких обломков известняка. Обвалы занимают большую площадь выработок, иногда весь район бывает сплошь покрыт обвалами, как например Куяльницкие катакомбы. Часто эти обвали не доходят до кровли и там остается низкий, доступный для человека лаз.

В местах, где сразу над пильным известняком залегают глины, обвалы наблюдаются еще чаще. Они полностью заваливают ход не оставляя ни малейшей щели. Раскопкам эти завалы почти не поддаются. Эти очень опасные обвалы особенно часты в выработках, Расположенных к востоку от Одессы. И наконец, в случае если над известняками залегают пески, обвалы происходят обычно сразу после проходки выработок, реже через несколько лет.

А теперь подробнее ознакомимся с пильным известняком.

Равномерно сцементированные пильные известняки представляют собой довольно легкую горную породу. Удельный вес пильного известняка 2,67 г/см куб., Объемный вес 1150- 1560 кг/м куб. Пильный известняк имеет такой небольшой вес потому, что обладает большой пористостью, достигающей 57%. Из-за большой пористости он отличается сильным водопоглащением до 22%. Все вышеприведенные данные используются для определения веса глыб камня при разработке завалов и т. д. Несмотря на пористость и небольшую твердость, пильный известняк обладает значительной   прочностью на раздавливание. Кубики, вырезанные из него, выдерживают давление (в сухом состоянии) от 5 до 29 кг/см кв. В водонасыщенном состоянии прочность уменьшается.

Понтические ракушечники состоят из раковин моллюсков и их обломков, сцементированных известковистым и глинистым материалом. Раковины и их обломки составляют 60-70% всей массы ракушечников. Раковины и их обломки сложены кристаллами кальцита, слегка окрашенными гидроокислами железа в бурый цвет, либо совершенно прозрачными. Иногда, между зернами кальцита встречаются чешуйки слюды, песчинки кварца, полевого шпата, магнетита, красного железняка, пирита, гранита, циркона и т. д. Особенно много кварца (он и служит причиной тупящей пилы при распиловке известняка). По всей массе известняка сравнительно равномерно рассеяны мелкие зерна гидроокислов железа, придающих известнякам те или иные оттенки.

Вообще, понтические известняки имеют различную окраску: белую (где гидроокислов железа почти нет), светло-желтую, желтую, желто-бурую, буро-коричневую (гидроокислов железа много), буровато-красную (из-за примеси красных глин), бордово-красную и черную (из-за повышенного содержания гидроокислов марганца). Окраска известняков изменяется как в горизонтальном в правлении, так и вертикальном. Иногда окраска переходит одна в другую постепенно, иногда же граница между разноокрашенными слоями резкая. Так, в нескольких забоях и стенках старых катакомб под Пролетарским бульваром наблюдалась резкая по пестроте и сочетанию цветов окраска известняка. Прослои толщиной по 10-30 см, имея резкие контакты  чередовались между собой в следующей последовательности (снизу – вверх): — желтый,  белый, бурый, желтый, красноватый, светло-желтый, буро-красный, белый, желтый.   

В каменоломнях Живаховой горы в стенке выработки наблюдался прослой бордово-красного известняка, мощностью до 20 см, в желтом известняке. В старых шахтах села Фомина балка встречаются участки стен, где на светло-желтом фоне видны извилистые полосы темно-бурого цвета, создающие иногда довольно замысловатые рисунки в виде неправильных волн. Гораздо реже встречаются не полосы-прослои а звезчатые пятно и круги. Вопрос о возникновении окраски понтических известняков до настоящего времени не решен.

Основной составной частью понтического известняка является минерал кальцит (углекислый кальций Са(03), содержание которого в ракушечнике с среднем 91 %. В пересчете на окислы известняк содержит окиси кальция 53 %, окиси магния 0,3 %, окиси алюминия. 0,5 %, окиси железа 0,6 %, окиси кремния 2 %. В жерстве наблюдается большое количество окиси кремния, до 5,5 %.

Детальный химический анализ показывает, что в известняке содержатся и многие другие элементы, но в небольших количествах: мышьяк — 0,08 %, медь — 0,0005 %, свинец, никель, хром, ванадий, титан, марганец — 0,1%, стронций — 0,02 %, натрий — 0,06 % и т. д.

Знакомство с пильным известняком-ракушечником не может быть полным если мы не расскажем о включениях в известняке, встреченных при разработке каменоломен. В первую очередь надо назвать наиболее часто встречающиеся в толще ракушечников линзовидные прослои глин сине-зеленого, темно-голубоватого, темно-зеленого, розоватого, кофейного, черного и зеленого цвета.

Мощность глиняных прослоев колеблется от долей сантиметров до 2 м. Особенно многочисленны они ближе к северной границе распространения известняков.

Прослои глин имеют большое практическое значение. Они являются вредными для производства пильного камня включениями. Поэтому, где много линз глины, выработок меньше. Кроме того большинство обвалов кровли в каменоломнях происходит в том случае, если в кровле находится пропласток глины. Подрезанные снизу выработками толщи известняка отслаиваются по глиняным прослоям под действием тяжести и обрушиваясь, производят большие разрушения в шахтах.

Значительно реже в известняках встречаются прослои, образованные песками белого, желтого, светло-серого и красноватого цвета. Чаше всего пески встречаются в верхней части известняков, на месте древних русел рек, размывших ракушечники в те времена, когда эта местность уже стала сушей. Особенно часто пески встречаются в каменоломнях сел: Ильинка, Нерубайское, Фомина Балка. Пески всегда мало-зернистые, состоят почти полностью из кварца, которого всегда больше 99 %. Изредка в песках встречаются куски древесины, кости и т. д.

Большую редкость представляют собой валуны и гальки кристаллических пород — гранита, гнейса, кварцита, джеспилита, находимые иногда, при разработке известняков. Эти камни иногда достигающие размеров 0,6 м, были принесены в свое время плавающими льдами.

Среди других интересных особенностей в строении известняков следует упомянуть косослоистые ракушечники из района села Палиево. Угол наклона слоев здесь достигает 10 град., хотя сам пласт лежит горизонтально.

Интересны и складки в пласте пильного известняка. Они были вскрыты шахтами в селах: Фомина Балка и Нерубайское. Здесь в стенках некоторых штреков отчетливо просматриваются волнообразные складки, состоящие из ракушечника бурого цвета. Высота складок достигает 3-х при ширине 4-5 м. В старых выработках по подобным складках обычно происходит отслоение глыб ракушечника, ведущие к обвалам. Еще более редкая структура в известняке была также обнаружена в катакомбах Фоминой Балки. Это шарообразное образование диаметром 0,5 м по составу, цвету и плотности не отличающиеся от вмещающего известняка. Происхождение подобных структур не ясно.

Среди других не известных ранее включений в понтическом известняке, обнаруженных катакомб следует отметить округлые, величиной с кулак, мелоподобные образования розового цвета, обнаруженные в Усатовских катакомбах. В этих же катакомбах, а так же в селе Севериновка найдены участки темно-серого известняка с крупными черными кристаллами, обогащенного марганцем.

В старых катакомбах между селами Усатово и Нерубайское, в Кровле выработки обнаружены включения ярко красной глины, шахты напоминающие ветки деревьев, а в кровле одной из выработок шахты «Дафиновка» наблюдаются подобные образования, напоминающие корни деревьев. Только образован этот рисунок не глиной, а бурым известняком.

И на наконец, одной из интереснейших находок являются прослои гипса стекловидного облика, мощностью до 15 см, найденные в катакомбах Разделянского района. Кроме  неорганических Включений в пильном известняке иногда находят кости животных, причем не только рыб, но и сухопутных (остатки сухопутных животных находят в морских осадках, в том случае, если трупы этих животных были вынесены в море древними реками.

До настоящего времени в известняках найдены кости 10 видов рыб, 3 видов черепах, 7 видов птиц и 4 вида млекопитающих.  Более часто кости находят при разработке известняка, но известные находки и при изучении старых выработок. Так много рыбных костей найдено поисковцами в катакомбах Усатово и Куяльника.

Наше знакомство с геологией каменоломен было не полным, если бы мы не ознакомились с карстовыми явлениями. Хотя ранее считалось, что карст в районе Одессы не развит, исследования катакомб показало, что это не так.

В понтических известняках Одесской области обнаружено 6 типов карстовых пустот.

Карстовые воронки обнаружены в селах Усатово, Нерубайское, Фомина Балка. Воронки достигают 20 м в диаметре при глубине 10—12 м, хотя чаще размеры их меньше (диаметр 3-5 м и глубина 3-7 м). Все обнаруженные воронки полностью заполнены глиной.

Закарстованные трещины — это природные трещины в известняке, в последующем размытые и расширенные водой. Ширина их достигает 20 см. Стенки трещин часто волнистые, сглаженные.

Иногда покрытые красивыми кристаллами. Трещины встречаются как заполненные глиной, так и пустые.

Вертикальные каналы представляют собой колодцеобразные полости, диаметром 5—40 см. Стенки их сглаженные, иногда ребристые. В большинстве они заполнены глиной. Встречены каналы в районе Молдаванки и в селе Ильинка. Закарстованные трещины встречаются во многих выработках сел Усатово, Нерубайское, Фомина Балка, Ильинка и т.д. Горизонтальные каналы, более редкий тип полостей. Они представляют собой цилиндрические пустоты длиной до 3 м и диаметром до 15 см. Обнаружены в основном в шахте «Дофиновка». Карстовые каверны представляют собой линзообразные пустоты, осложненные выступами и каминами различной формы и размеров. Размеры каверн колеблются от первых миллиметров до первых метров.

Карстовые пещеры представляют собой коридоры, либо целые системы ходов и залов. Максимальные размеры ходов достигают 4 м в высоту и 5 м в ширину. Протяженность крупнейшей пещеры достигает 1136 м. Сечение ходов обычно треугольное. Пещеры встречаются как пустые, так и заполненные глиной.