Текст книги "Структурная геология и геологическое картирование"

Галянина Н. П., Лощинин В. П.
Структурная геология и геологическое картирование

Введение

Настоящее пособие представляет собой сборник наиболее представительных задач и упражнений по структурной геологии и геологическому картированию, выполняемых студентами очного, вечернего и заочного обучения на втором (3 семестр) и третьем (5семестр) курсах по направлению 130101.65 «Прикладная геология»: специальностей – «Геологическая съемка, поиски и разведка твердых полезных ископаемых», «Геология нефти и газа», «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания».

Представляемое пособие составлено на основе требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Задачей лабораторных занятий является закрепление теоретических знаний по структурной геологии и геологическому картированию для решения с их помощью практических вопросов. В процессе их решения студенты приобретают необходимые навыки в чтении геологических карт, разрезов и стратиграфических колонок, карт фактического материала, структурных карт и описании геологического строения сложно построенных районов. Студенты должны освоить различные геометрические построения, с помощью которых определяются элементы залегания пластов и любых структурных поверхностей, мощности слоев, амплитуды смещения по тектоническим разрывам, формы и размеры магматических тел; уметь анализировать геологическую обстановку с целью обнаружения участков с возможными признаками нахождения полезных ископаемых.

В качестве картографической основы для проведения занятий используются «Атлас схематических и бланковых карт» [1] и другие геологические материалы из учебников и учебно-методических пособий [5, 10, 12].

Описание каждой лабораторной работы состоит из двух частей. В первой из них приводится обстоятельное теоретическое обоснование раздела, которому посвящено предлагаемое задание, а во втором исходные данные к работе и методика ее выполнения. Первое задание посвящено «Условным обозначениями правилам оформления геологических карт». В ней рассматриваются основные геохронологические этапы формирования земной коры, варианты условных обозначений, номенклатура карт, дается понятие о геологических картах и разрезах и методике их построения. Задания приводятся в порядке от простого к сложному. Вначале студенты выполняют построение геологических карт, разрезов и стратиграфических колонок с горизонтальным залеганием пород, где они учатся составлению топографических профилей и простейших геологических карт и разрезов. Следующее задание является более сложным и посвящено особенностям отложений с наклонным залеганием пород. Здесь учащиеся определяют по карте элементы залегания пластов, их видимую и истинную мощность, выделяют структурные этажи и строят стратиграфические колонки. Наиболее сложной является работа, направленная на изучение участков, где отложения разбиты на тектонические блоки тектоническими разрывами и прорваны магматическими телами. Одновременно в процессе выполнения заданий студенты осваивают описание геологического строения территории, ее стратиграфии, тектоники, магматизма и палеогеографии.

Наиболее приближенным к полевым исследованиям является задание, посвященное «Составлению геологической карты по материалам маршрутной геологической съемки», представляющее собой по сути краткий геологический отчет.

В заключение данного пособия приводится методика составления курсового проекта, по своим особенностям максимально приближенно к производственным работам по геологической съемке, поискам и разведке полезных ископаемых.

При работе над пособием авторами были написаны:

– введение и разделы 1,4,5 – написаны В.П. Лощининым;

– разделы 2,3,6 – Н.П. Галяниной.

1 Лабораторная работа № 1. Условные обозначения и правила оформления геологических карт

Структурная геология, являясь самостоятельной дисциплиной, наряду с другими дисциплинами, служит научной основой геологической съемки. Многие методы и приемы структурной геологии – способы наблюдения и интерпретации, измерения и графического изображения различных по возрасту и петрогенезису структурных форм в зависимости от их морфологических типов составляет основное содержание и методы геологического картирования. Важнейшую роль при этом играет выработанная многими поколениями геологов система условных обозначений. Она позволяет получить наглядное представление на карте о геологическом строении, условиях образования и полезных ископаемых любого участка земной коры или месторождения [12].

Представленная лабораторная работа составлена по следующему принципу.

Первый раздел «Условные обозначения и правила оформления геологических карт» состоит из трех подразделов. В первом из них рассматриваются основные геохронологические этапы (группы и системы) формирования земной коры, их индексация и окраска. Второй подраздел посвящен характеристике интрузивных и вулканогенных образований. В третьем приводится вариант условных обозначений, применяемый как при проведении лабораторных работ, так и на практике во время геологической съемки площадей разного масштаба.

Во втором разделе рассматривается номенклатура карт в ее буквенноцифровой индексации, а третий раздел включает понятия о геологических картах и разрезах и методике их построения.

1.1 Условные обозначения и правила оформления геологических карт

Для обозначения возраста, состава, происхождения и условий залегания пород, границ между геологическими образованиями, разрывных нарушений, их морфологических разновидностей и прочих структурных элементов, а также для изображения полезных ископаемых, главнейших палеонтологических находок и разведочных выработок на геологических картах и разрезах пользуются условными знаками и индексами [1,3,4].

Условные обозначения (знаки) отличаются друг от друга цветом, штриховкой и крапом (специальными графическими знаками) и помещаются на листе справа от геологической карты.

Возраст стратифицированных осадочных, вулканогенных, вулканогенноосадочных и метаморфических образований выделяется на карте посредством различных красок и индексов. Окраска используется для указания их возраста, а индексы для состава и возраста одновременно.

Индексы представляют собой сочетание букв преимущественно латинского (реже русского) алфавита, арабских и римских цифр, используемых для обозначения возраста, и строчных букв греческого алфавита – для указания петрографического состава пород. Возраст всех пород независимо от происхождения обозначается индексами, которые применяются для обозначения основных стратифицированных подразделений.

Цветовые обозначения стратифицированных образований должны соответствовать цветам раскраски, принятых для групп и систем – подразделений единой стратиграфической шкалы (таблица 1.1). Выделяются следующие (снизу вверх) основные подразделения – группы (эратемы): AR – архей, PR – протерозой, PZ – палеозой, МZ – мезозой, КZ – кайнозой. Индекс подгруппы образуется путем прибавления к индексу группы (эратемы) арабских цифр (РZ₁ – нижний палеозой, РZ₂– верхний палеозой; индекс отдела состоит из буквенного индекса и системы и арабских цифр (Р₂ – верхний отдел пермской системы, С₂ – средний отдел каменноугольной системы и т.д.).

Таблица 1.1 – Цвета раскраски и индексы основных стратиграфических подразделений на геологических картах [по 12]

Отделы и ярусы обозначаются оттенками цветов соответствующих групп и систем, при этом существует традиционное правило: чем моложе возраст образований, тем светлее их оттенок на геологических картах и разрезах. Это правило распространяется на интрузивные и нестратифицированные вулкаогенные и метаморфические образования одинакового состава, но различного возраста.

Основные подразделения четвертичной системы в отличии от отделов других систем обозначаются римскими цифрами (от древних к молодым): Q_I – нижнечетвертичные , Q_{II -} среднечетвертичные, Q_{III -} верхнечетвертичные и Q₁v – современные отложения.

Интрузивные и вулканогенные образования обозначаются на геологической карте цветом, индексом и крапом. Каждая петрографическая группа раскрашивается своим цветом и имеет свой буквенный индекс (таблица 1.2).

Таблица 1.2 – Условные знаки магматических пород [по Г.Н.Сапфирову]

Внемасштабными или линейными знаками на карте обозначаются маркирующие горизонты (пласты, слои), дайки, силы, жилы, геологические границы, разрывные нарушения и их морфологические разновидности, условия залегания слоев, ориентировка шарниров складок, главнейшие палеонтологические находки, пункты определения абсолютного возраста пород, минералов, геологоразведочные выработки – скважины, шурфы, канавы, расчистки (рисунок 1.1).

В расположении условных знаков соблюдается строгий порядок. В первой вертикальной колонке сначала идут условные обозначения, характеризующие стратифицированные образования (осадочные, вулканогенные и метаморфические), располагаемые сверху вниз от более молодых к более древним, затем условные обозначения интрузивных и нестратифицированных вулканогенных образований (также от поздних к ранним).

Во второй колонке, которая располагается правее первой, находятся условные обозначения, объясняющие специальные знаки (крап), используемые при составлении геологической карты. К низу от них в этой же колонке даются обозначения геологических границ, разрывных нарушений и их морфологических разновидностей. Далее следуют условные обозначения элементов залегания слоев, мест находок ископаем ой фауны и флоры, горных выработок и буровых скважин, геофизических кривых (сопровождающих геологические разрезы и пунктов определения абсолютного возраста горных пород).

Условные обозначения помещаются справа о карты и заключаются в прямоугольники размером 8 х 15 мм. Прямоугольник окрашивается соответствующим цветом и внутри его проставляется индекс. Справа дается словесное объяснение условного знака.

Линейные знаки на геологических картах. Геологические границы: 1 – между разновозрастными образованиями, достоверные – сплошная линия, пунктирная линия – предполагаемые; 2 – фациальных и литологических подразделений одного и того же возраста; 3 – разрывные нарушения, достоверные – сплошная линия, предполагаемые – пунктирная; 4 – разрывные нарушения, с указанием направления падения смесителя (бергштрихами); 5 – разрывы без смещения блоков (трещины); 6 – линии долгоживущих разломов.

Залегание: 7 – вертикальное, 8 – наклонное, 9 – опрокинутое, 10 – пологое, 11 – горизонтальное, 12 – преобладающее наклонное.

Геолого-разведочные выработки: 13 – буровые скважины, 14 – шурфы.

Геологические границы на стратиграфических колонках – при характере залегания слоев: 15 – согласном, 16 – параллельном (стратиграфическом) несогласии; 17 – угловом несогласии, 18 – несогласии с резко неровной поверхностью нижнего комплекса («карманом»).

Рисунок 1.1 – Линейные условные знаки [по 12]

Условные обозначения на геологических картах и разрезах представлены окраской, индексами и крапом. Наиболее из них представлены на рисунке 1.2 [по3].

Осадочные породы (1-26): 1 – глины, 2 – алевриты, 3 – пески, 4 – дресва, 5 – гравий, 6 – обломки, щебень, 7 – галечники, 8 – глыбы, 9 –аргиллиты, 10 – алевролиты, 11 – песчаники, 12 – дресвяная брекчия, 13 – гравелиты, 14 – брекчии, 15 – конгломераты, 16 – глыбовые брекчии; карбонатные породы (17 – 19): 17 – известняки, 18 – доломиты, 19 – мергели; кремнистые породы (20-22): 20 – трепелы, 21 – опоки, спонголиты, 22 – радиоляриты, яшмы; Осадочные руды (23-26): 23 – алюминия (бокситы), 24 – железа, 25 – марганца, 26 – фосфора.

Метаморфические породы (27-32): 27 – микрокристаллические сланцы, 28 – кристаллические сланцы, 29 – амфиболиты, 30 – гнейсы, гранито-гнейсы, 31 – эклогиты, 32 – кварциты.

Интрузивные породы (33-40): 33 – дуниты, перидотиты, пироксениты, 34 – габбро, 35 – диориты, 36 – граниты, 37 – сиениты, 38 – нефелиновые сиениты, 39 – йолит-уртиты, 40 – анортозиты.

Эффузивные породы (41-48): 41 – базальты, 42 – андезиты, 43 – дациты, 44 – липариты, 45 – трахиты, 46 – фонолиты, 47 – то же щелочно-ультраосновного и щелочно-базальтоидного состава, 48 – пикриты.

Рисунок 1.2 – Условные обозначения (штриховые знаки, крап) [по 3]

1.2 Номенклатура карт

Топографические карты подразделяются на государственные и местные. Государственные топографические карты составляются в масштабах 1:1000000, 1:500000, 1:200000, 1:100000, 1:50000, 1:25000 и 1:10000. Карты местного значения, являющиеся по существу топографическими планами, составляются в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500 и крупнее.

Вся территория земного шара в первую очередь делится на отдельные листы – карты миллионного масштаба. Эта карта и принята за основу международной системы разграфки и номенклатуры. Карту в масштабе 1:1000000 получают путем деления северного (а также южного) полушария на 60 меридиональных частей (колонн) с расстояниями между ними в 6 градусов (от меридиана180°) и на 23 широтные части через 4 градуса от А до W (рисунок 1.3). Такой лист обозначают номенклатурным знаком, который включает латинскую заглавную букву ряда, номер колонны и (в скобках) название крупного города, расположенного на площади данного листа. Например, N – 37 (Москва).

Экватор 180°

Рисунок 1.3 – Схема разграфки северной полусферы земного шара на листы карт миллионного масштаба [по 6]

Листы карт более крупных масштабов получают путем деления (разграфки) листа миллионной карты (рисунок 1.4). Номенклатура сама по себе указывает на масштаб карты.

I – Разграфка листа миллионной карты и номенклатура отдельных листов карт (штриховка) более крупных масштабов; II – то же для стотысячной карты.

Рисунок 1.4 – Схема разграфки и номенклатуры топографических карт [по 12]

Основой разграфки карт масштаба 1:500000, 1:200000 и 1:100000 является лист масштаба 1:1000000, который для получения листов указанных масштабов делится соответственно на 4, 36 и 144 части (рисунок 1.4 верхняя часть). Номенклатура листов этих масштабов получается путем прибавления к номенклатуре миллионного листа заглавных букв русского алфавита – А, Б, В и Г для масштаба 1:500000 (например N-36-В), римских цифр от 1 до ХХХVдля масштаба 1:200000 (например N-36 –ХХ) и арабских цифр от 1 до 144 для масштаба 1: 100000 (например N-36-3).

Для получения листов карт масштабов 1:50000, 1:25000 и 1:10000 используется номенклатура и размер территории листа масштаба 1:100000 (например базовый лист N-36-3 рисунок 1.4 – верхняя часть).

При делении карт масштабов 1:100000, 1:50000 и 1:25000 получают соответственно планшеты карт масштаба 1:50000, 1:25000 и 1:10000. Номенклатура карт масштаба 1:50000 образуется путем прибавления к трехзначному обозначению карты масштаба 1:100000 заглавных букв русского алфавита – А, Б, В, Г (например N-36-3-А), масштаба 1:25000 – путем прибавления к номенклатуре карты масштаба 1:50000 строчных букв русского алфавита – а, б, в, г (например N-36-3-Г-г), масштаба 1:10000 – из номенклатуры листа 1:25000 и арабских цифр 1, 2, 3 и 4 (например N-36-3-Г-а-1).

В основу разграфки планов 1:5000 (рисунок 2.2 нижняя часть -1) и 1:2000, создаваемых на участках площадью свыше 20 кв. км, как правило, принимается лист карты масштаба 1:100000, который делится на 256 частей для съемок масштаба 1:5000, а каждый лист масштаба 1:5000 делится на 9 частей для съемки масштаба 1:2000.

Номенклатура листа масштаба 1:5000 складывается из номенклатуры листа масштаба 1:100000 и взятого в скобки номера листа масштаба 1:5000 (например N36-3-(188), а номенклатура листа масштаба 1:2000 – из номенклатуры листа масштаба 1:5000 и одной из первых девяти строчных букв русского алфавита (а, б, в, г, д, е, ж, з, и). Например N-36-3-(188-ж) и т.д. (рисунок 1.4).

1.3 Геологические карты и разрезы

Геологической картой называется графическое изображение на топографической основе геологического строения какой-либо территории. С помощью геологических символов геологическая карта показывает распространение на дневной поверхности выходов горных пород, которые различаются по возрасту, происхождению, составу и условиям залегания. Карта служит научной основой для прогнозирования и проведения более детальных геолого-съемочных и поисковых работ с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Среди геологических карт выделяются обязательные и специальные карты. К обязательным относятся карта фактического материала, геологическая карта, карта полезных ископаемых, карта закономерностей размещения полезных ископаемых и прогноза, а к специальным – тектоническая, геоморфологическая, гидрогеологическая, литохимическая и др.

Основной картой в серии обязательных карт является геологическая, которая наиболее полно, по сравнению с другими, воспроизводит геологию того или иного участка земной коры и служит общим типом геологических карт. В основу ее построения положен стратиграфический принцип, то есть на карте показаны, в первую очередь, возраст, стратиграфические соотношения (последовательность залегания), площадь распространения различных по происхождению, возрасту и составу горных пород, а также характер и тип контактов между ними. При этом карта должна быть «структурной» и отражать условия залегания и взаимоотношения развитых в пределах данного района комплексов горных пород не только по площади, но и на глубину.

Несмотря на то, что геологическая карта изображает лишь те отложения, которые выходят на поверхность, показывая границы их распространения в плане, чтение карты дает возможность представить объемное строение всей толщи отложений, позволяет делать прогноз распределения и условий залегания полезных ископаемых и выбирать правильное направление их поисков. Простейший вид геологической карты приведен на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Геологическая карта

Рисунок 1.6 – Разрез по линии А-Б

Рисунок 1.7 – Стратиграфическая колонка

1 – глина, 2 – песчаник, 3 – известняк, 4 – кремнистый сланец.

Рисунок 1.8 – Условные знаки к рисункам 1.5,1.6,1.7 [по 6]

На карте изображена простая симметричная синклинальная складка с падениями крыльев 25-30 градусов. Наиболее древние породы силура представлены массивно-слоистыми кремнистыми сланцами. Выше согласно залегают плитчатые темно-серые известняки девона. Их также согласно перекрывают розовато-серые рассланцованные средне– и мелкозернистые песчаники нижне-каменноугольного возраста. Венчают разрез палеозойских отложений серые массивные глины перми [4]. На карте вкрест простирания пластов или по другому выбранному направлению проводится линия геологического разреза, на концах которой проставляются буквы, например А – Б. Линию разрезов на геологической карте всегда проводят от рамки до рамки планшета. При этом вначале строится топографический профиль по [3]. На нем показывается уровень моря (нулевая отметка). Справа (а иногда и слева) строится вертикальная шкала, на которой через один сантиметр делаются отметки в соответствующем масштабе и проставляется цифра в метрах. Через 0,5 см проставляются штрихи без числового выражения. Затем на линию топографического профиля по вертикали сносятся границы соответствующих стратиграфических подразделений. В нашем случае отчетливо видно, что в ядре синклинальной складки залегают наиболее молодые породы перми, а на крыльях сменяя друг друга отложения карбона, девона и силура (рисунок 1.6).

В заключении строится стратиграфическая колонка. В ее левой части показывают возраст стратиграфических подразделений, в центре в соответствующем масштабе литологический состав исследуемых отложений, а справа их мощности (рисунок 1.7).

1.4 Контрольные вопросы

1. Какие Вам известны системы палеозоя?

2. Сколько эратем (групп) включает геологическая история Земли?

3. Перечислите группы магматических пород в зависимости от содержания в них кремнезема?

4. Какие породы относятся к щелочным и ультращелочным образованиям.

5. На каком принципе построена номенклатура карт?

6. Как изображаются на картах основные породы осадочных и магматических образований?

7. Что собой представляют геологические карты и разрезы, что положено в основу их составления?

8. Какие типы обязательных и специальных геологических карт Вы знаете?