Текст книги "Структурная геология и геологическое картирование"

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.

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].

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

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.

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.

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.