3. Элементы залегания геологических тел

Элементы залегания служат для определения пространственной ориентировки поверхностей кровли, подошвы, сместителя. Линия простирания (а-а на рис.7) – любая горизонтальная линия (в том числе стратоизогипса), принадлежащая поверхности. Линия падения (б-б) – перпендикулярный к линии простирания вектор, принадлежащий поверхности и опущенный вниз по падению пласта. Вектор, направленный в противоположную сторону, называется линией восстания. Угол падения (α) – угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

Рис. 7. Элементы залегания (Михайлов, 1984)

Рис. 8. Азимуты простирания (α₁ и α₂) и азимут падения (β) (Шершуков и др.,1988)

Азимут простирания (α₁ и α₂на рис. 8) – это угол между северным направлением истинного меридиана и линией простирания, отсчитанный по часовой стрелке. Линия простирания имеет два противоположных направления, поэтому таких углов два и отличаются они друг от друга на 180^о. Азимут падения (β на рис. 8) – это угол между северным направлением истинного меридиана и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость, отсчитанный по часовой стрелке.

Для определения пространственной ориентировки наклонно залегающего пласта достаточно знать величину угла падения и азимут падения. Положение вертикально падающего пласта задается азимутом простирания. На геологических картах элементы залегания показывают в виде условных знаков (рис.9).

Рис. 9. Условные знаки для изображения элементов залегания ( Михайлов, 1984).

а - для вертикального; б - наклонного нормального; в - наклонного опрокинутого; г - пологого (до 2°) наклонного; д - горизонтального; е - преобладающего наклонного

Для определения элементов залегания в полевых условиях служит горных компас (рис. 10) . От географического компаса он отличается градуировкой лимба против часовой стрелки (это облегчает измерение азимутов) и наличием клинометра (отвеса для измерения углов падения).

Рис. 10. Горный компас и работа с ним (Михайлов, 1984).

1 - пластинка (основание компаса); 2 - коробка компаса с лимбом; 3 - клинометр (отвес); 4 - тормозное приспособление для клинометра; 5 - магнитная стрелка; 6 - пружина, удерживающая покровное стекло; 7 - тормозное приспособление для магнитной стрелки

4. Первичные формы залегания горных пород

4.1. Осадочные горные породы

4.1.1. Слоистое залегание

Наиболее распространенной первичной формой залегания осадочных горных пород является горизонтально залегающий слой или пласт (рис.11), т.е. плоское геологическое тело, у которого площадь распространения намного превышает его толщину (мощность). Строго говоря, форма пласта в первичном залегании определяется тем палеорельефом (рис.12), на котором он образовался и еще рядом факторов – скоростью осадконакопления и прогибания, активностью осаждающей среды и др. Кроме осадочных горных пород, слоистое строение характерно для части пирокластических (туфы и др.) горных пород и сохранивших слоистость метаморфических пород. Структуру последних правильнее считать вторичной.

Рис. 11. Модель горизонтального залегание слоев (Stephen J. Reynolds)

Рис. 12. Пример первичного наклонного залегания слоев. Рифовый массив в штате Нью-Мексико (Белоусов, 1986).

Нижний карбон: 1-10 — горизонты сверху вниз

Термин «пласт» содержит дополнительные смысловые значения, которые не позволяют рассматривать его в качестве полного аналога термина «слой»:

пласт – слой, содержащий полезное ископаемое или являющийся им. Например, пласт угля;
пласт – это несколько слоев, объединенных общим признаком (цвет, состав и т.д.).

Рис.13. Схематический разрез наклонно залегающего пласта.

Виды мощности: АС – истинная, АВ – вертикальная, АD –горизонтальная, а-а –неполная, б-б – видимая

Слой (пласт) ограничивается поверхностями наслоения (напластования). Нижняя поверхность напластования называется подошвой, а верхняя – кровлей. При этом кровля данного пласта играет роль подошвы для вышележащего пласта. Истинная мощность (толщина) – это кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой пласта. Если пласт залегает наклонно (рис. 13), то можно говорить о вертикальной (АВ на рис. 13) и горизонтальной (АD на рис.13) его мощностях. Визуально наблюдаемое расстояние между кровлей и подошвой пласта следует называть видимой мощностью (б-б на рис. 13). Неполная мощность (а-а на рис. 13) – расстояние по перпендикуляру от кровли (или подошвы) до любой точки пласта. Этот вид мощности используют, если невозможно определить истинную мощность, например, подошва перекрыта рыхлыми отложениями. В нефтяной геологии выделяют эффективную мощность – суммарную мощность проницаемых прослоев пласта. Слои мощностью менее 3 мм принято называть прослойками. Выдержанный по мощности пласт имеет постоянную мощность. Если мощность пласта постепенно уменьшается в одном направлении вплоть до его исчезновения, то такой пласт определяют как выклинивающийся (рис.14, 15). Линия выклинивания (рис.15) – это линия, за пределами которой отсутствует выкликивающийся пласт.

Рис. 14. Разрез антиклинали (вторичное залегание) с выклинивающимся слоем песчаника (abc), в верхней части которого сконцентрировались нефть и газ (ab),

а нижняя часть (bс) содержит воду (Лахи, 1966)

Слоистость изучается литологией (в описательной ее части) как текстура осадочной горной породы, т.е. на горнопородном уровне организации материи. При таком подходе пласт, сложенный однородной горной породой и обладающий мощностью более какого-то значения (обычно более 1 м), имеет массивную текстуру (массивнослоистые). Структурная геология рассматривает слоистость как на уровне горной породы, так и геологического тела.

а б

Рис. 15. Новопортовское месторождение (Баженова и др.,2000).

Газонефтяные залежи в песчаниках новопортовской свиты: а – в плане, б – в разрезе:

1 – песчаники, 2 – глины, 3 – нефть, 4 – газ, 5 – линия выклинивания

Исследование текстур осадочных горных пород помогает решать задачи структурной геологии, например, выявление нормального и опрокинутого (перевернутого) залегания пластов (рис. 16). В опрокинутом крыле последовательность залегания горных пород обратная, т.е. более молодой пласт перекрывается более древним (на пласте позднепермского возраста залегает пласт, образовавшийся в раннюю эпоху пермского периода и т.д.). Когда относительный возраст пород не известен и форма складки не установлена (на рис. 16 крыло с нормальным залеганием горных пород перекрыто рыхлыми отложениями), определить опрокинутое залегание можно по особенностям строения осадочной толщи (корни окаменелых деревьев, внутриформационные размывы (рис.17), трещины усыхания (рис.18, 19) и др.).