Собрание уникальных книг, учебных материалов и пособий, курсов лекций и отчетов по геодезии, литологии, картированию, строительству, бурению, вулканологии и т.д.
Библиотека собрана и рассчитана на инженеров, студентов высших учебных заведений по соответствующим специальностям. Все материалы собраны из открытых источников.
Определение истинной мощности слоя при наклонном залегании
Как правило, в поле может быть измерена видимая ширина выхода наклонного слоя по склону, ширина выхода слоя в горизонтальном срезе, проекция видимой ширины выхода слоя по склону на горизонтальную поверхность и, иногда, вертикальная мощность.
Видимая ширина выхода слоя, также как и проекция видимой ширины выхода слоя зависит от крутизны склона, истинной мощности и угла падения слоя. Чем круче склон при одинаковом наклоне пласта, тем меньше видимая мощность. Чем больше истинная мощность при одной крутизне склона, тем больше видимая мощность (рис. 1.36). Истинная мощность – кратчайшее расстояние (по перпендикуляру) между подошвой и кровлей пласта.
|
|
|
Рис. 1.36. Изменение ширины выхода наклонно залегающего слоя в вертикальном разрезе (А) и в плане (Б) в зависимости от истинной мощности (I), угла наклона (II) и формы рельефа (III). α – истинная мощность; α’ – проекция ширины выхода слоя на горизонтальную плоскость; α – угол падения слоёв. |
![[image]](https://injzashita.com/images/geolcart/geolcart-38.jpg "geolcart-38.jpg")
1. Для определения истинной мощности необходимо определять видимую мощность, угол падения слоя и угол наклона склона. И тогда истинная мощность слоя может быть определена по формулам приведённым на рис. 1.37.
2. Если истинная мощность слоя определяется в сечении, ориентированном косо по отношению к линии простирания, то вычисления производится по формуле П.М. Леонтовского:
M = m (sin α cos β sin γ ± cos α sin β),
где: M – истинная мощность; m – видимая мощность; α – угол падения пласта; β – угол наклона рельефа; γ – угол между азимутами линий простирания и измерения. Знак ± употребляется в зависимости от соотношения направления наклонов поверхностей рельефа (или обнажения) и слоя: при наклоне их в одну сторону принимается знак минус, при наклоне в разные стороны – знак плюс.
Приведённая выше формула верна при условии, что угол падения пласта больше уклона склона. При погружении в одном направлении пласта и склона, но при большем значении уклона склона, чем угол падения пласта, нужно использовать формулу В.С. Милеева: M = m (cos α sin β – sin α cos β sin γ).
3. На геологических картах с горизонталями можно определить истинную мощность пласта после определения угла наклона и вертикальной мощности и равна вертикалоной мощности, умноженной на значение косинуса угла падения: Mи = mв (cos α).
Вертикальная мощность пласта определяется на геологической карте с горизонталями следующим способом.
|
|
|
Рис. 1.37. Различные случаи определения истинной мощности наклонно залегающих слоёв в сечениях, перпендикулярных к простиранию слоя. а – при горизонтальной поверхности рельефа; б – по керну буровой скважины; в, г, д – при наклонной поверхности рельефа и разном падении слоя. H – истинная мощность; h – видимая мощность; α – угол падения слоя; β – угол наклона поверхности рельефа. |
![[image]](https://injzashita.com/images/geolcart/geolcart-39.jpg "geolcart-39.jpg")
На карте проводят проекцию линии простирания кровли пласта, для чего соединяют прямой две точки пересечения проекции выхода кровли с одной и той же горизонталью карты. Проекцию линии простирания кровли продолжают до пересечения ею проекции выхода подошвы пласта. Путём интерполяции определяют отметку пересечения продолженной проекции выхода кровли с проекцией выхода подошвы пласта. Разность между этими отметками и будет равна вертикальной мощности изображенного на карте пласта.
4. На геологических разрезах, построенных вкрест простирания пород, мощность наклонного слоя измеряется по перпендикуляру между подошвой и кровлей слоя с учётом масштаба разреза. Если геологический разрез построен под косым углом к простиранию пород, то для пересчёта видимых мощностей в истинные можно использовать таблицу, либо геометрические методы.
Закрепленные
Понравившиеся
Впримере, изображенном на рис. 6, на карте масштаба 1:10000
сгоризонталями рельефа нанесены три точки выхода на поверхность кровли пласта известняков (А, В, С). Две точки (А и В) лежат на горизонтали 100 м, а третья (С) – на горизонтали 140 м. Требуется определить элементы залегания пласта.
Соединяем точки А и В прямой линией, которая и будет линией простирания, поскольку она соединяет две точки кровли пласта
содинаковыми отметками, т. е. является горизонтальной линией
в плоскости кровли. Замеряя ее азимут транспортиром, получаем ЮВ 105° или СЗ 285°. Из точки С, находящейся на более высокой отметке рельефа, опускаем перпендикуляр СО на линию простирания, который будет линией падения. Для замера азимута падения через точку С проводим линию север – юг. К этой линии прикладываем транспортир так, чтобы его центр совместился с точкой С,
анулевой градус совпал с северным концом линии С–Ю. Пересечение линии падения СО с градусной сеткой транспортира покажет
величину азимута падения слоя. Как видно на рис. 6, азимут падения выражается значением ЮЗ 195°.
Азимут падения слоя по карте можно замерить также с помощью компаса. Предварительно карта ориентируется относительно стран света. Затем компас прикладывается длинной стороной к линии падения. Север на лимбе должен быть направлен в сторону падения. Северный конец стрелки компаса укажет величину азимута падения. В этом случае необходимо учитывать поправку на магнитное склонение.
Чтобы определить угол падения слоя, нужно знать превышение точки С над линией А–В (точкой О). В данном случае оно равно
40 м. Превышение в масштабе карты откладывают на линии СЕ. В треугольнике А–В СЕ угол α будет углом падения слоя. Подобный треугольник можно построить в стороне от чертежа в произвольном масштабе (рис. 6). Горизонтальное проложение между точками
С и О (линией А–В) является заложением пласта b, а превышение между этими точками – сечением пласта h. Угол падения пласта α можно определить путем расчета, пользуясь формулой
tg α = hb .
21
2.2. Определение элементов залегания слоя по скважинам
Для определения элементов залегания слоя по данным перебуривших его скважин необходимо иметь данные о глубине его залегания как минимум в трех скважинах. Чтобы определить абсолютные отметки поверхности пласта (кровли или подошвы) в скважинах, кроме глубины пересечения этой поверхности необходимо знать отметку устья скважины, т. е. точки земной поверхности, с которой началось бурение скважины. Тогда абсолютная отметка поверхности пласта определяется вычитанием из абсолютной высоты устья скважины значения глубины от устья до поверхности пласта.
Допустим, что три скважины вскрыли пласт угля на различной глубине. В скважине 1, с абсолютной высотой устья 490 м, кровля пласта встречена на глубине 350 м. В скважине 2, имеющей абсолютную высоту устья 530 м, кровля того же пласта встречена на глубине 340 м, и в скважине 3, с высотой устья 520 м, кровля пласта угля встречена на глубине 410 м. Положение скважин нанесено на топографическую карту масштаба 1:5000 (рис. 7). Вычислим абсолютные отметки кровли пласта в каждой из скважин. Соответственно получаем: для скважины 1: 490 – 350 = = 140 м; для скважины 2: 530 – 340 = 190 м; для скважины 3: 520 –
– 410 = 110 м. Полученные цифры подписываем на карте у соответствующих скважин.
Скважины с максимальной и минимальной высотными отметками кровли пласта (скважины 2 и 3) соединяют прямой линией (рис. 7). Если на линии, соединяющей скважины 2 и 3, путем пропорционального ее деления, найти точку с отметкой, равной высоте пласта в скважине 1, и соединить точку скважины 1 с полученной точкой, получим линию простирания пласта, так как эта линия горизонтальна и лежит на поверхности пласта. Перпендикуляр, опущенный из точки Б (скважина 2 с максимальной отметкой) к линии простирания, будет указывать направление падения пласта. Слой падает в сторону точки А, как точки с меньшей отметкой. Линия БА будет представлять собой проекцию линии падения на горизонтальную плоскость, т. е. на карту.
Выполнив эти построения, легко измерить транспортиром азимут линии простирания (α) и падения (β).
22
С2 – 530
Б190
180
170 160 150 140
130 120
3 – 520
110
Рис. 7. Определение элементов залегания по трем вертикальным скважинам (объяснение в тексте)
Для определения угла падения необходимо найти угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость (карту). Для этого откладываем вдоль линии простирания от точки А отрезок, равный в масштабе карты превышению точки Б над точкой А (на рис. 6 отрезок АВ). Искомый угол падения (φ) будет равен углу АБВ. Замеряем его транспортиром.
2.3. Определение элементов залегания слоя по видимым падениям в двух косых разрезах
Применяется этот способ, когда в обнажениях или в горных выработках невозможно непосредственно замерить истинные элементы залегания слоя. В этом случае измеряются элементы залегания, видимые в плоскости обнажения или на стенках выработки, косо расположенных к истинному падению. Этот способ можно исполь-
23
зовать также при наличии ориентированных зарисовок обнажений и выработок.
На рис. 8, а изображен шурф, стенки которого косо рассекают слой. Для каждой стенки имеются измеренные в поле или по зарисовкам видимый угол падения и видимый азимут падения слоя.
Рис. 8. Определение элементов залегания слоя по двум видимым падениям
Чтобы определить истинные элементы залегания, на листе бумаги проводят линию север – юг (рис. 8, б). На линии С–Ю из произвольно выбранной точки О откладывают азимуты видимого падения слоя в правой и левой стенке шурфа (ОБ и ОА). К прямым ОБ и ОА из точки О восстанавливают произвольной длины, но равные перпендикуляры ОВ1 = ОВ2. Для видимых углов падения α1 и α2 определяют дополнительные к 90° углы и строят их соответственно в точках В1 и В2. Продолжая стороны углов до пересечения с
направлениями β и β (точки Б и А), получают треугольники ОВ Б
1 2 1
и ОВ2А, которые отражают элементы залегания слоя в стенках шурфа. Горизонтальная плоскость АОБ (рис. 8, а) рассекает слой по линии простирания АБ, поэтому линия АБ на рис. 7, б будет линией простирания. Перпендикуляр ОК, опущенный из точки О на линию простирания, является линией падения. Восстановив перпендикуляр ОВ3 = ОВ2 = ОВ1 из точки О к отрезку ОК и соединив точку В3 с точкой К, получают треугольник ОКВ3 с углом ОКВ3, равным истинному углу падения слоя α.
24
Геометрический смысл произведенных построений легко понять из рис. 8, а.
2.4. Определение элементов залегания слоя на геологической карте с помощью заложения
Это сравнительно широко применяемый метод определения элементов залегания слоев на картах.
Для этой цели находим на карте две точки пересечения линии выхода кровли или подошвы слоя на дневную поверхность с одной
итой же горизонталью рельефа (точки А и Б на рис. 9). Через эти точки проводим прямую линию, которая будет линией простирания пласта, так как она горизонтальна и лежит на поверхности пласта. Одновременно эта линия будет являться стратоизогипсой пласта с отметкой 90 м, поскольку высота этой линии равна отметкам точек А и Б. Далее находим две новые точки пересечения линии выхода поверхности пласта со следующей вышеили нижележащей горизонталью рельефа (В и Г на рис. 9), которые соединяем прямой линией и получаем, таким образом, новую линию простирания (стратоизогипсу) с высотой, равной отметке точек В
иГ, т. е. 80 м.
Масштаб 1:1000
Рис. 9. Определение элементов залегания по линии выхода пласта на поверхность с помощью заложения (объяснение в тексте)
25
Перпендикулярно к линии простирания с большей отметкой строится линия падения (линия mn), которая будет направлена от линии простирания с большей отметкой к линии простирания с меньшей отметкой. Проведя через точку m линию С–Ю, с помощью транспортира замеряем азимуты простирания (α) и падения (β).
Угол падения находится с помощью заложения следующим образом. Проводим две параллельные горизонтальные линии, расстояние между которыми соответствует значению сечения горизонталей рельефа (изогипс) в масштабе карты. Величина отрезка mn, соединяющего две соседние стратоизогипсы на карте, т. е. являющегося заложением пласта, переносится на верхнюю из параллельных линий. Затем точка n, лежащая на стратоизогипсе с более высокой отметкой, проектируется на нижнюю горизонтальную линию в точку n1. Точки m и n1 соединяем прямой линией, которая будет изображать собой пласт в вертикальном поперечном сечении. С помощью транспортира замеряем угол между этой линией и горизонтальной. Это будет искомый угол падения φ.
Чтобы научиться бегло читать геологическую карту, нужно уметь по конфигурации выхода слоя на дневную поверхность определять направления его простирания и падения, а также примерный угол наклона пород.
На картах, изображающих выровненный рельеф, или на мелкомасштабных картах, на которых влияние рельефа не сказывается в силу мелкого масштаба, выходы слоев независимо от величины углов падения представляют собой прямые или близкие к ним линии. Иначе обстоит дело на крупномасштабных картах, изображающих пересеченный рельеф.
Пересеченный рельеф на конфигурацию выхода вертикального пласта не оказывает никакого влияния, выход пласта будет ограничен прямыми линиями.
На рис. 10 видно, что линии выхода наклонного слоя при неровном рельефе образуют изгибы различной формы, зависящей как от угла падения слоя, так и от формы рельефа.
Изгибы линии выхода слоя на поверхность в плане (на карте) в зависимости от рельефа могут быть острыми, узкими, длинными, зубцеобразными, короткими, широкими, трапециевидными и др. Форма изгибов линий выходов слоев значительно изменяется и в зависимости от угла их падения. При крутом падении изгибы линии выхода слоя будут образовывать тупые и широкие углы, при пологом залегании линия выхода слоя будет образовывать более узкие, длинные углы.
26
Рис. 10. Различные формы пластовых треугольников в плане, зависящие от угла падения пластов (а) и форм рельефа (б).
По В. Н. Павлинову, 1979
Но в обоих случаях вершины этих углов в понижениях рельефа (в долинах рек, оврагах, балках и т. п.) будут направлены в сторону падения пластов, а на водоразделах – в сторону восстания. Подобные углы обычно называют пластовыми треугольниками.
Коротко вышеизложенные закономерности можно сформулировать так:
1.Слой падает в ту сторону, куда указывает угол, образуемый его выходом в понижениях рельефа (в долинах рек или в балках).
2.Чем острее угол, образующийся при изгибании выхода слоя, тем положе он падает. Чем ближе линия выхода слоя к прямой линии, тем круче он наклонен.
При падении слоя по склону положе рельефа это правило неприменимо. В этом случае изгибы линий выхода слоев будут обращены вершинами пластовых треугольников в сторону падения на водоразделах и в сторону восстания в разделяющих их понижениях. Конфигурация линий выходов слоев будет приближаться к очертаниям горизонталей рельефа. Часто в подобных случаях на водоразделах могут образовываться «останцы» частично размытых слоев овальной формы в плане.
27
2.5. Определение мощностей при наклонном залегании слоев
При наклонном залегании слоя для определения его истинной мощности М в поле (на местности) необходимо знать видимую, горизонтальную или вертикальную мощность, а также углы падения слоя и наклона рельефа. Все эти параметры легко замерить в поле горным компасом и рулеткой. При этом может возникнуть несколько вариантов (рис. 11).
1. Слой и рельеф наклонены в одну сторону, но пласт имеет более крутой угол наклона (α > β).
Истинная мощность определяется по формуле
M = m · sin (α–β).
2.Слой и рельеф наклонены в одну и ту же сторону, но наклон рельефа круче, чем угол падения пласта (β > α). В этом случае для расчета истинной мощности слоя используется формула
М= m · sin (β – α).
3.Рельеф и пласт наклонены в разные стороны.
М= m · sin (α + β).
4.Пласт обнажается в вертикальной стенке горной выработки или пересечен вертикальной скважиной. Видимая мощность (m) в данном случае является вертикальной мощностью. Истинная мощность определяется по формуле
М= m · cos α.
5.Слой, обнажающийся на склоне, залегает вертикально.
m
М = сos β .
6. На горизонтальной поверхности рельефа обнажается наклонно залегающий пласт. В этом случае видимая мощность является горизонтальной мощностью пласта. Истинная мощность определяется по формуле
М = m · sin α.
Все эти расчетные формулы употребляются в том случае, если видимая мощность измерена вкрест простирания пласта. Когда по каким-либо причинам эта величина замеряется в косом сечении, используют формулу П. М. Леонтовского:
М = m· (sin α · cos ß · sin γ ± cos α · sin ß),
28
где γ – угол между линией простирания и направлением косого сечения (т. е. направлением измерения видимой мощности); m– видимая мощность слоя по косому сечению.
При наклоне рельефа и слоя в одну сторону между членами в скобках ставится знак минус, в разные стороны – плюс.
Рис. 11. Различные случаи определения истинной мощности наклонных слоев в сечениях, перпендикулярных простиранию слоя.
По Г. Н. Сапфирову, 1974
29
На картах крупного масштаба истинную мощность слоя удобно определять графическим путем. Рассмотрим пример, изображенный на рис. 12.
Рис. 12. Определение истинной мощности пласта на карте
Слои 1–4 падают на запад. Возможно определение мощности пластов 2 и 3. Это можно сделать, определив сначала на карте вертикальную или горизонтальную мощность пласта, а затем использовать приведенные выше формулы для расчета истинной мощности. Через точки пересечения кровли и подошвы слоев 2 и 3 с одними и теми же изогипсами рельефа проводим стратоизогипсы (линии простирания).
Для определения вертикальной мощности пласта необходимо найти на карте такую линию, которая одновременно была бы стратоизогипсой для подошвы и кровли этого пласта, но с разными отметками. По разности отметок и определяется вертикальная мощность. Так, например, стратоизогипса с отметкой 300 м для подошвы пласта 3 (линия g – g1 на рис. 12) проектируется по вертикали, т. е. совпадает на карте со стратоизогипсой 600 м для кровли этого пласта (линия c – c1). Таким образом, вертикальная мощность пласта будет равна 600 – 300 = 300 м.
Чтобы найти истинную мощность, необходимо это значение умножить на cos α (где α – угол падения пласта).
Для того чтобы найти горизонтальную мощность этого пласта, необходимо замерить расстояние между стратоизогипсами для
30
Соседние файлы в папке Структурная геология
- #
29.03.20166.1 Кб485.jpg
- #
29.03.20165.69 Кб486.jpg
- #
29.03.20164.91 Кб467.jpg
- #
29.03.20166.02 Кб498.jpg
- #
29.03.20165.23 Кб469.jpg
- #
- #
- #
Текущая страница: 3 (всего у книги 5 страниц) [доступный отрывок для чтения: 1 страниц]
3.1.2 Определение истинной мощности слоя при наклонном залегании пород
Измерение мощности слоя можно производить многими способами. Наиболее наглядно истинная мощность слоя измеряется непосредственно в обнажении. Для этого измеряют расстояние между кровлей и подошвой слоя по перпендикуляру к поверхности наслоения. Однако, чаще оказывается возможность измерить лишь видимую мощность слоя. На рисунке 3.3 показаны различные случаи вычисления истинной мощности в сечениях ориентированных перпендикулярно линии простирания по измеренной видимой мощности, углу падения слоя и наклону поверхности рельефа.
Если истинная мощность слоя определяется в сечении, ориентированном косо по отношению к линии простирания, тогда вводят соответствующую поправку на отклонение линии разреза от направления падения. Эти поправки выражаются углом γ, представляющим собой разность между азимутами линий простирания и измерения. Вычисления производят по формуле П.М. Леонтовского:
H=h(sinα . cosβ . sinγ ± cosα . sinβ),
где H – истинная мощность (м);
h-видимая мощность (м);
α-угол наклона пласта в косом сечении;
β-угол наклона рельефа.
аа – линия простирания, bb – линия падения, α – угол падения.
Рисунок 3.1 – Элементы залегания [по 12]
Рисунок 3.2 – Измерение элементов залегания наклонного слоя горным компасом в обнажении [по 12]
а – горизонтальная поверхность рельефа, б – определение по керну буровой скважины, в,г,д – различное положение поверхности по отношению к наклонному слою, Н – истинная мощность, h – видимая мощность, α – угол наклона слоя, β – угол наклона поверхности рельефа.
Рисунок 3.3 – Различные случаи определения истинной мощности наклонно залегающих слоев, в сечениях перпендикулярных простиранию слоя [по 12]
Знаки плюс и минус употребляются в зависимости от соотношения направления наклонов поверхностей рельефа (или обнажения) и слоя; при наклоне их в одну сторону принимается знак минус, при наклоне в разные стороны – плюс.
3.2 Методика составления геологической карты и разреза с наклонным залеганием пород в процессе выполнения лабораторной работы
Для проведения лабораторной работы необходимо иметь: миллиметровую бумагу, линейку – деревянную или металлическую, длиной 25-30 см; циркуль, простые и цветные карандаши, ластик и точилку для карандашей.
3.2.1 Исходные данные для проведения лабораторной работы
Студентам выдаются задания (несколько вариантов), характеризующиеся близкими по типу решениями, но заметно отличающимися исходными параметрами: мощностями пластов, слагающих разрез на рассматриваемом участке, их элементами залегания, расположением буровых скважин, их глубиной и т.д. Один из наиболее интересных вариантов и методика его решения приводится ниже.
Задание:
Дана карта масштаба 1:1000 (рисунок 3.4). Показан выход одного пласта, полого наклоненного к юго-западу. Имеются также разрезы двух буровых скважин, местоположение которых обозначено на карте. Требуется определить элементы залегания пласта и, используя данные буровых скважин, построить геологическую карту всего участка, а также составить разрез, стратиграфическую колонку и легенду. Возраст породам можно придать произвольно [по 6].
3.2.2 Методика и последовательность проведения лабораторной работы
Определяем гипсометрический уровень подошвы и кровли пластов, слагающих участок, для чего нулевую отметку устья скважин привязываем к соответствующим горизонталям. Если устье скважины 1 находится на горизонтали +340, то и нулевая отметка кровли верхнего пласта будет соответствовать этой же величине (+340). Так как подошва этого слоя (и кровля его подстилающего) залегает на 30 м ниже, то она будет отвечать уровню +310, и так далее для всех слоев на скважинах. Истинные отметки этих уровней выносим на карту против границ слоев этих горных выработок (рисунок 3.4). Затем по разности высотных отметок подошвы и кровли вычисляем истинные мощности каждого слоя.
После этого приступаем к составлению литолого-стратиграфического разреза А-Б, линия которого проводится через скважины 1 и 2 (рисунок 3.4). Вначале строим топографический профиль*. На него выносим данные буровых скважин (рисунок 3.4). Соединив линией подошву пласта известняка, вскрытой на обеих скважинах и отложив на перпендикуляре к ней его мощность, получаем полную картину расположения этого слоя в разрезе А-Б данной карты. Отложив вверх и вниз от этого слоя все остальные подстилающие и перекрывающие его пласты, получим искомый разрез (рисунок 3.5).
Вычисляем теперь элементы залегания пород. Соединив точки пересечения подошвы или кровли пласта с одной и той же горизонталью, в нашем случае эта кровля известняка, получаем линию простирания В-Г (рисунок 3.5). Сориентировав карту по странам света и приложив к этой линии длинной стороной компас (а в простейшем случае просто замерив его транспортиром), получаем его выражение в градусах, которое соответствует – 25°(в северных румбах). Перпендикуляр к линии простирания, направленный в сторону распространения молодых пород отвечает линии падения и равняется 115°. Теперь необходимо вычислить истинный угол падения. На составленном разрезе транспортиром определяем видимый угол падения равный 12°.
1 – мелкозернистые песчаники, 2 – конгломераты, 3 – разнозернистые песчаники с галькой, 4 – известняки, 5 – алевролиты, 6 – базальты, 7 – лины, 8 – грубозернистые песчаники.
Масштаб 1:1000 [по 1].
Рисунок 3.4 – Топографическая карта участка с выходом пласта известняков
Условные обозначения на рисунках 3.7 и 3.8.
Масштаб 1:750.
Рисунок 3.5 – Разрез по линии А-Б [по 7]
Условные обозначения на рисунках 3.7 и 3.8.
Масштаб 1:750.
Рисунок 3.6 – Геологическая карта участка [по 7]
Видимым он является потому, что линия разреза проведена не вкрест простирания пластов, а под некоторым углом к ней (угол γ), который вычисляется при помощи транспортира и соответствует – 60°(рисунок 3.4). По таблице 3.1 с помощью этой поправки находим искомый угол падения, который равен – 15°.
Рисунок 3.7 – Литолого-стратиграфическая колонка [по 7]
1 – песчаники мелкозернистые, 2 – конгломераты, 3 – песчаники разнозернистые с галькой, 4 – известняки, 5 – алевролиты, 6 – базальты, 7 – глины, 8 – грубозернистые песчаники.
Рисунок 3.8 – Легенда [по 7]
Приступаем к составлению геологической карты. Для этого границы пластов с разреза А-Б выносим на топографическую карту и получаем ряд точек. Затем к северо-западу и юго-востоку от линии А-Б, проводим еще ряд параллельных линий. Составив по ним топографические профили и, определив (зная истинную мощность пластов) по формуле Леонтовского (раздел 3.1.2) точки выхода кровли и почвы пластов на поверхность и, соединив их линиями, получим геологическую карту участка (рисунок 2.3).
Придав, определенный возраст породам, составляем к карте литологостратиграфическую колонку и легенду (рисунки 3.7 и 3.8).
3.3 Контрольные вопросы
1. Что такое наклонное залегание и чем оно вызвано?
2. Дать характеристику моноклинали?
3. К каким участкам земной коры приурочены моноклинали?
4. Наиболее характерные полезные ископаемые, связанные с наклонно залегающими породами?
5. Охарактеризовать понятия – простирание, падение, угол падения и как они определяются в поле и на карте?
6. Что такое видимая и истинная мощность пласта?
7. Расшифровать формулу Леонтовского?
8. Рассказать о методике построения геологических карт с наклонно залегающими отложениями?
Таблица 3.1 – Поправки углов падения при пересечениях не перпендикулярных к простиранию пластов (по В.А. Обручеву)
Примечание – Углы, промежуточные между указанными в таблице, определяют путем интерполяции. Цифры после градусов обозначают минуты.
4 Лабораторная работа № 4. Расшифровка геологического строения территорий, сложенных складчатыми и разрывными дислокациями и прорванных интрузивными телами
Складками называются изгибы слоев. Они могут иметь любое положение в земной коре. Каждая складка в отдельности, то есть один изгиб слоя, пласта, тела магматической породы может быть направлена изгибом вверх или вниз или в любую сторону по отношению к странам света и иметь различные формы. Складки встречаются в виде изолированных структур или группы структур, а обычно – обширными поясами, так называемыми зонами складчатости.
При образовании складчатости большую роль играют процессы перераспределения материала горных пород внутри слоистых масс и изменение мощности слоев. Складчатые формы возникают в процессе формирования слоев, непосредственно вслед за осадкообразованием, как в моменты отрицательных и положительных вертикальных движений, так и при горизонтальных передвижениях масс земной коры. Складчатые формы обладают различными размерами, или порядками. Нередко крупные формы первого порядка осложняются более мелкими. Складка всегда обладает определенными морфологическими элементами, по анализу которых можно восстановить первичную форму залегания породы или магматического тела.
Целью данной работы является освоение методов составления и чтения геологических карт, литолого-стратиграфических и формационных колонок, и геологических разрезов со складчатым залеганием пород.
Основными задачами студентов, изучающих данную тему, является овладение навыками и методами составления подобных карт и разрезов на основе представленных в задании геологических данных по определенному участку земной коры.
Настоящее методическое руководство состоит из 3-х разделов. В первом них описаны особенности развития складчатых комплексов, их типы и формы; во втором разрывные дислокации и механизм их образования; в третьем геологическое задание студенту и методика его выполнения.
4.1 Складчатые формы залегания горных пород (пликативные дислокации)
Смятые в складки породы имеют самый разнообразный возраст и встречаются чрезвычайно широко. Они повсеместно наблюдаются в Средней Азии, на Урале, Восточной Сибири и в других горных областях.
Складки и их элементы Складками называются волнообразные изгибы в слоистых толщах, образующиеся при пластических деформациях горных пород. Совокупность складок образует складчатость. Среди складок выделяются две основных разновидности: антиклинальные и синклинальные складки. Антиклинальными складками (антиклиналями) называются изгибы в центральных частях которых располагаются наиболее древние породы относительно их краевых периферических частей. Наоборот в синклинальных складках центральные части сложены породами наиболее молодыми по сравнению с таковыми их краевых частей (рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 – Антиклинальная (А) и синклинальная (В) складки [по 12]
В складке выделяются следующие элементы (рисунок 4.2). Часть складки в месте перегиба слоев называется замком или сводом. Боковые части (а) примыкающие к своду называются крыльями складки. Плоскость (АВСД), проходящая через точки перегиба слоев является осевой поверхностью складки. Линия пересечения осевой поверхности с поверхностью рельефа (СД) представляет собой осевую линию складки или ось. Линия, образуемая в месте пресечения осевой поверхности с поверхностью перегиба одного из слоев, составляющих складку называется шарниром (АВ). Расстояние вдоль осевой линии между пунктами однозначных перегибов шарнира является длиной складки; ширина складки – расстояние между осевыми линиями двух соседних антиклиналей или синклиналей; высотой – длина по вертикали между замком антиклинали и замком смежной с ним синклинали, измеренные по одному и тому же слою.
Рисунок 4.2 – Элементы складки [по 12]
Изменение угла наклона шарнира в пространстве является ундуляцией шарнира, которая приводит к образованию брахиформных куполовидных складчатых структур [4].
По положению осевой поверхности выделяют симметричные, наклонные, опрокинутые и лежачие складки (рисунок 4.3). По форме замка различаются: острые складки с углом меньше 90 градусов, тупые складки с углом более 90 градусов, сундучные (или коробчатые) складки с плоскими замками и крутыми крыльями.
1 – симметричные складки; 2 – ассиметричные складки; 3 – наклонные складки; 4 – опрокинутые складки в вертикальном разрезе; 5 – опрокинутые складки (на блокдиаграмме); 6 – опрокинутые складки в плане; 7 – лежачие складки; 8 – ныряющие складки (изображены разрезы).
Рисунок 4.3 – Деление складок по положению осевой поверхности [по 4]
По соотношению пород между крыльями выделяются складки: простые, прямые изоклинальные, опрокинутые изоклинальные, веерообразные и веерообразные складки с пережатым ядром (рисунок 4.4).
1 – простые складки, 2 – складки прямые изоклинальные, 3 – опрокинутые изоклинальные, 4 – веерообразные, 5– веерообразные складки с пережатым ядром.
Рисунок 4.4 – Деление складок по соотношению пород между крыльями [по 4]
Коленообразный изгиб складки называется флексурой (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 – Флексура [по 12]
На положение складок в земной коре оказывают большое влияние их шарниры. На поверхности земли при горизонтальных шарнирах их крылья параллельны осевой линии. Там где шарнир погружается или воздымается слои огибают осевую линию. Участки антиклинальных складок, на которых шарнир наклонен, носят название периклинального замыкания, а сиклинальных складок – центриклинального замыкания.
4.2 Разрывы со смещением (дизъюнктивные дислокации)
В природе выделяются многочисленные типы разрывных дислокаций, таких как сбросы, взбросы, сдвиги, надвиги и т.д. Ниже приводится краткая характеристика их основных типов.
Сбросы. Сбросами называются нарушения, в которых поверхность разрыва наклонена в сторону расположения опущенных пород (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Схема сброса в разрезе [по 7]
В сбросах различаются следующие элементы: опущенное или висячее крыло (А), приподнятое или лежачее крыло (Б), смеситель (В); амплитуды смещения: а – истинная, в – вертикальная, с – горизонтальная.
По углу наклона смесителя выделяются: пологие сбросы с углом наклона смесителя до 30 градусов; крутые – с углом наклона 30-80 градусов и вертикальные – с углом 80-90 градусов.
По отношению к простиранию нарушенных пород различаются: продольные сбросы, у которых общее простирание смесителя совпадает с простиранием нарушенных пород; косые (диагональные) сбросы, смеситель которых ориентирован под углом к простиранию пород, и поперечные сбросы, направленные вкрест простирания пород.
Взбросы. Взбросами называются нарушения, в которых поверхность разрыва наклонена в сторону расположения приподнятых пород. В сбросах различаются следующие элементы (рисунок 4.7): опущенное или лежачее крыло (А), приподнятое или висячее крыло (В), плоскость смесителя (В).
А – опущенный блок; Б – взброшенный блок; В – плоскость смесителя; а – истинная амплитуда смещения, в – вертикальная, с – горизонтальная.
Рисунок 4.7 – Схема взброса в разрезе
Классификация взбросов аналогична таковой сбросов. Выделяются пологие взбросы с углом наклона до 30 градусов, крутые о 30 до 80 градусов и вертикальные с углом наклона смесителя 80-90 градусов. По отношению направления смесителя к простиранию пород различаются согласные, косые (диагональные) и поперечные взбросы. Очень пологие взбросы носят название надвигов. Сбросы и взбросы нередко развиваются группами, охватывающими большие территории. Широко распространенные группы сбросов носят название грабенов, а взбросов – горстов.
Сдвиги. Сдвигами называются разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении. В сдвигах различаются крылья, смеситель, угол наклона смесителя и амплитуда смещения. По углу наклона смесителя (рисунок 4.8) сдвиги делятся на горизонтальные (от 0 до 10 градусов), пологие (от 10 до 45 градусов), крутые (от 45 до 80 градусов) и вертикальные (от 80 до 90 градусов).
Рисунок 4.8 – Вертикальный (1), наклонный (П) и горизонтальный (Ш) сдвиги [по 3]
Сдвиги как и взбросы бывают продольные, косые и поперечные. В плане различия между ними выглядят следующим образом (рисунок 4.9).
Рисунок 4.9 – Схемы, иллюстрирующие различие в плане между сбросом (1) и сдвигом (П) [по 4]
4.3 Методика проведения лабораторной работы
4.3.1 Исходные данные для проведения занятия
Студентам выдается несколько вариантов заданий характеризующихся сходными решениями, но значительно отличающихся исходными параметрами.
Ниже приводится один из таких вариантов (рисунок 4.10).
На геологической карте масштаба 1:10000 отображено сочетание ряда складчатых структур в породах карбона и перми с горизонтально залегающими породами миоцена. Комплекс нарушен вертикальным сбросом и сдвигом. Геофизическими исследованиями установлено на юго-западе территории в 200-250 м от поверхности наличие гранитоидного интрузива предположительно верхнепалеозойского возраста. Требуется расшифровать особенности геологического строения участка, определить условия залегания слоев, тип и геологический возраст и величину смещения по ним. Составить геологические разрезы и литостратиграфическую колонку. Дать краткую характеристику стратиграфии, тектоники и магматизма района.
4.3.2 Методика расшифровки геологического строения участка
Согласно методическому руководству [6,8] составляем топографический профиль по линии А-Б. На линию профиля выносим границы стратиграфических подразделений. Левая (западная) часть участка, в которой преобладают наиболее древние нижнекаменноугольные отложения представляет собой антиклиналь. А правая где превалируют верхнепермские образования – синклиналь, имеющую общее крыло с вышерассмотренной антиклиналью (рисунок 4.11). Замерив графически по составленному геологическому разрезу мощности пород, слагающих каждую возрастную единицу, строим по методике [1,3] литостратиграфическую колонку объекта (рисунок 4.12).
1 – аргиллиты известковистые, 2 – конгломераты, 3 – песчаники, 4 – туфы кислого состава, 5 – сланцы глинистые, 6 – известняки, 7 – ороговикование пород на контакте с гранитоидным интрузивом, 8 – границы стратиграфических подразделений , 9 – тектонические разрывы, 10 – линия разреза.
Рисунок 4.10 – Учебная геологическая карта участка [по М.М. Москвину, 1976]
Условные обозначения на рисунке 4.10.
Рисунок 4.11 – Геологический разрез по линии А–Б [по 9]
Рисунок 4.12 – Литостратиграфическая колонка [по 9]
На юге площади отмечается сброс запад-юго-западного простирания и вертикального падения, представляющий собой в плане структуру аналогичную изображенной на рисунке 4.9 (1). Графически определяем по методике [4] его величину, которая составляет от 70 до 80 м. В центральной части объекта фиксируется горизонтальный правосторонний сдвиг восток-северо-восточного направления, величина которого легко определяется по карте и составляет от 50 до 60 м.
4.3.3 Текстовая часть работы (краткая характеристика стратиграфии, тектоники и магматизма объекта)
Стратиграфия Отложения, слагающие рассматриваемую территорию представлены двумя структурными этажами – палеозойским (карбон, пермь) и мезозойским (неоген), разделенными между собой региональным стратиграфическим несогласием. Нижний этаж сложен терригенно-карбонатными породами и туфами кислого состава, а верхний – глинисто-известковыми образованиями.
Нижний структурный этаж
Каменноугольная система С
Представлена всеми тремя отделами, слагающими данную систему.
Нижнекаменноугольные отложения слагаются среднеслоистыми (мощности слоев от 0.4 до 0.6 м) светло-серыми мелкозернистыми известняками. Размер зерен породы от 0.1 до 0.2 мм. Порода состоит из зерен кальцита (от 85 % до 90 %), в подчиненном количестве присутствуют доломит и тонкообломочный кварц.
Мощность отложений от 300 до 350 м.
Среднекаменноугольные образования согласно перекрывают нижнекаменноугольные. Представлены тонкослоистыми глинистыми сланцами с мощностью слойков от 0.2 до 1.0 см, а отдельных пачек от 3 до 5 м. Состоят из тонкочешуйчатых каолинита и серицита. Отмечаются отдельные зернышки мелко зернистого кварца. Структура лепидобластическая, текстура сланцеватая. Общая мощность подразделения от 120 до 140 м.
Верхнекаменноугольные породы – слоистые туфы кислого состава. Мощность осадков от 75 до 90 м.
Пермская система Р Ранняя пермь. Слагается ритмично переслаивающимися мелкозернистыми олигомиктовыми песчаниками. Мощности отдельных пачек от 5 до 10 м. Состоят из угловатых и полуокатанных обломков кварца (от 75 % до 80 %), полевых шпатов (от 5 % до 10 %), обломков кремнистых пород (до 1,0 мм), единичных зерен циркона и турмалина. Цемент поровый. Состав его глинисто-карбонатный. Текстура псаммитовая. Текстура слабо выраженная слоистая. Общая мощность пород от 150 до 200 м.
Поздняя пермь. Характеризуется грубообломочными отложениями представленными мелкогалечными конгломератами и крупнозернистыми гравелитами. Конгломераты состоят из окатанных галек (от 1 до 2 см) различных пород: кремней, карбонатов, вулканогенных образований и кварца. Цемент составляет от 40 % до 50 % от массы породы Состав карбонатный. Гравелиты имеют аналогичный состав, но отличаются более мелким размером обломков (от 0.5 до 0.8 см). Мощность отложений достигает 50 м.
Верхний структурный этаж Сложен осадками миоцена (N1), состоящих из переслаивающихся тонкозернистых серых и темно-серых известняков и доломитов, общей мощностью от 30 до 40 м, которые с размывом и угловым несогласием ложатся на породы верхней перми. Характеризуются горизонтальным залеганием (рисунок 4.12).
Тектоника Изучаемый комплекс в структурном плане представляет собой полную складку север-северо-западного направления, представленную на западе участка антиклиналью, переходящей в синклиналь на востоке территории. Обе складки обладают симметричным строением. Западное крыло антиклинали довольно крутое (до 70 градусов), а восточное (общее с синклиналью) постепенно выполаживается до 30-40 градусов. Аналогичный наклон имеет и восточное крыло синклинали (рисунок 4.11).
Сбросом запад-северо-западного направления донеогенового возраста антиклиналь (в южной части площади) по нормали к ее оси разорвана на 2 части. Слагающий ее северный блок по отношению к южному опущен по плоскости вертикального смесителя по отношению к южному на 70-80 м, что четко проявлено в увеличении размаха крыльев антиклинали (рисунок 4.10) на крайнем юге площади [4]. Одновременно с этим северная часть территории правосторонним горизонтальным сдвигом смещена к восток-юго-востоку на 50-60 м (рисунок 4.10).
Изучаемая площадь в целом характеризуется обращенным рельефом.
Интрузивный магматизм
Нижнекаменноугольные отложения на глубине от 200 до 250 м в югозападной части участка прорваны гранитоидами верхнепалеозойского возраста. Интрузивное тело представляет собой шток, диаметр которого достигает нескольких сотен метров. На контакте с ним карбонатные породы ороговикованы и участками скарнированы. Ожидается наличие вольфрамового оруденения (рисунок 4.11).
Примечание – Необходимые данные для абстрактного описания пород и минералов можно почерпнуть из лекций, геологического словаря, учебников по минералогии и петрографии.
Истинная мощность горизонтально залегающего слоя – кратчайшее расстояние между подошвой и кровлей пласта. На геологической карте она определяется по разности высот между кровлей и подошвой слоя, путем интерполяции высотных отметок границ кровли и подошвы по горизонталям рельефа. Ширина полосы (выхода) пласта на карте представляет собой проекцию видимой мощности на горизонтальную поверхность и зависит от истинной мощности пласта и крутизны склона. Чем круче склон, тем меньше ширина выхода. Чем больше истинная мощность при одной крутизне склона, тем шире полоса.
В поле обычно определяется видимая мощность – расстояние от подошвы слоя до кровли по уклону склона в перпендикулярном направлении. Истинная мощность горизонтального слоя устанавливается либо с помощью вертикальных горных выработок (шурфов, буровых скважин), либо по видимой мощности по формуле: m = M (sin β),
где m – истинная мощность, M – видимая мощность, β – угол наклона линии измерения (склона, дна канавы или расчистки).
Истинную мощность также легко определить по видимой мощности графическим путём. Необходимо построить прямоугольный треугольник, в котором: угол между горизонтальным катетом и гипотенузой (угол наклона склона) – β; гипотенуза (видимая мощность слоя, отложенная в масштабе) – М; горизонтальный катет – проекция гипотенузы на горизонтальную плоскость; вертикальный катет (истинная мощность слоя в масштабе) – m.
Для определения мощностей горизонтально залегающих слоёв, толщ, серий комплексов широко используются геофизические методы исследований, например, вертикальное электрозондирование (ВЭЗ) или сейсморазведочный. При бескерновом бурении применяются различные виды каротажа скважин.
