§ 26. Определение элементов залегания наклонного (моноклинально залегающего) слоя косвенными методами

В тех случаях, когда элементы залегания непосредственно измерить нельзя, их определяют косвенными методами - путем графических построений. Таких методов разработано много. Здесь будут рассмотрены два из них: 1) способ определения по трем точкам, лежащим не на одной прямой (в плоскости кровли или подошвы пласта); 2) способ измерения по двум смежным вертикальным стенкам в шурфе или естественном обнажении.

Определение элементов залегания по трем точкам, лежащим не на одной прямой, производится в следующих случаях. 1. Если положение наклонно залегающего пласта (или поверхности на­пластования) зафиксировано на местности в трех обнажениях, но элементы залегания, ни в одном из них не удается замерить ­при неполной обнаженности (рис. 38).

Рис. 38. Три обнажения, располагающиеся не на одной прямой. По В. А. Апродову. В точках А, Б и В обнажается кровля маркирующего слоя, но измерить его элементы залегания невозможно

2. Если интересующий нас наклонный пласт не выходит на поверхность, но вскрыт тремя скважинами на тех или иных глубинах (рис. 39, 1).

Рис. 39. Определение элементов залегания наклонного слоя по трем буровым скважинам, лежащим не на одной прямой.

1 - разрез, показывающий глубины скважин, абсолютные отметки их устьев и вы­численные абсолютные высоты подошвы маркирующего слоя (заштрихован); буровая скважина 2 показана пунктиром, так как располагается в другом, параллельном разрезе; II и III - построения в плане при решении задачи по первому (II) и второму (III) вариантам

3. Если пласт в одних точках отмечен в обнажениях, а в других подсечен буро­выми скважинами. Во всех этих случаях поступают следующим образом. Точки на местности (обнажения, скважины), в которых зафиксирован пласт, наносят на геологическую карту (или же в заданном масштабе на лист бумаги, ориентированный по стра­нам света), вычисляют абсолютные отметки кровли или подошвы· измеряемого слоя (как разности между абсолютными отметками устьев скважин и глубиной до кровли ИЛИ подошвы слоя) и путем несложного построения определяют элементы залегания.

Пусть отметки кровли слоя в двух скважинах из трех оказа­лись одинаковыми (рис. 39, 1 и 11). Тогда, соединив точки с рав­ными абсолютными высотами, получим линию простирания, а перпендикуляр из точки 1 на эту линию укажет падение слоя, которое направлено в сторону меньшей отметки, т. е. точки 4. Азимуты простирания или падения определяем по карте или на листе бумаги транспортиром (или горным компасом, используе­мым как транспортир) от северного направления.

Угол падения определяют так: откладывают в масштабе карты на линии простирания в любую сторону от пересечения ее линией падения отрезок, равный разности высотных отметок кровли слоя в скважинах 1 и 2 (или 3), и полученную точку 5 соединяют с точ­кой 1. Угол между линиями, соединяющими точки 1 и 5 и точки 1 и 4, будет углом падения (его измеряют транспортиром). В при­веденном на рис. 39 примере 11 разность абсолютных отметок между точками 1 и 4 составляет 100 - 80 = 20 м. При масштабе карты 1 : 1000 на чертеже это составит 2 см. Отложив 2 см на ли­нии 2-3 в любую сторону от перпендикуляра (на рисунке ­вправо), находим точку 5 и угол 4-1-5 (α), который измеряем транспортиром.

Если во всех трех скважинах отметки кровли слоя различные, то задача сводится к нахождению четвертой точки с отметкой, равной отметке средней по высоте скважины. Точку 4 находят на прямой, соединяющей скважины с минимальной (точка 2) и максимальной (точка 1) отметками кровли слоя, делением пря­мой на пропорциональные отрезки. Это достигается разными ма­тематическими приемами, например, так, как показано на рис, 39, 111. Здесь из точек 1 и 2 восстанавливаем в разные сто­роны перпендикуляры к линии 1-2 и откладываем на них в про­извольных единицах, например в сантиметрах, отрезки 1-1' и 2-2', соответствующие относительным разностям высотных отметок между точками 1 и 3 и 3 и 2. В нашем примере разности составляют 110 - 70 = 40 м и 70 - 50 = 20 м. Так как при деле­нии прямой на пропорциональные отрезки абсолютные числа не играют роли (нужно знать лишь соотношение между отрезками), то полученные значения разностей можно сократить на 20; тогда для отрезка 1-1' разность составит две единицы, а для отрезка 2-2' - одну единицу, т, е. на чертеже нужно отложить отрезки, равные 2 см и 1 см. Соединив точки 1 и 2 прямой, получим на пере­сечении с линией 1-2 искомую точку 4. Дальше поступают так, как и в предыдущем случае (прямая между точками 3 и 4 составит простирание, перпендикуляр к ней - линия 1-5 - дает падение слоя в направлении к точ­ке 5; угол, а определится величиной отрезка 5-б, равного здесь 110 - 70 = = 40 м, а в масштабе карты - 4 см).

При определении эле­ментов пласта в шурфе по двум смежным стенкам используются видимые или кажущиеся углы падения (а₁ и а₂) и азимуты паде­ния этих углов. Видимыми они называются по­тому, что их непосредственно наблюдают в стенках шурфа или обнажения, тогда как истинный угол падения проследить невозможно. Как видно на рис. 40, они образуются в плоскостях, пересекающих пласт под острым углом к простиранию (от точки А к точкам В и С). В этих плоскостях, т. е. в косых по отношению к пласту разрезах, кажущиеся углы падения всегда будут меньше истинного а, образующегося только в плоскости, перпендику­лярной к простиранию слоя (от А к К).

с

Рис. 40. Блок-диаграмма прикровлевой части нак­лонного слоя, pacceченнoro вкрест простирания (штриховка) и под острыми углами к простиранию (стрелки). Но Н. И. Буялову, с изменениями

Как определяются истинные элементы залегания слоя по види­мым углам и видимым азимутам падения в двух смежных стенках шурфа или в двух поверхностях обнажения, показано на рис. 41,1 (для случая, когда кажущееся падение слоев на стенках шурфа или обнажения направлено в разные стороны).

с

Рис. 41. Определение элементов залегания наклонного, слоя в шурфе по двум смежным стенкам. По В. Н. Веберу.

1- перспективное изображение; II – геометрическое построение

На ориентированном по странам света листе бумаги из произ­вольной точки а (рис. 41, I I) откладывают линии аЬ и ас по на­правлениям, соответствующим простиранию стенок шурфа. В точке а восстанавливают к этим линиям перпендикуляры и на них откладывают равные отрезки произвольной длины ad и ае, при точках d и е строят углы, дополнительные к видимым углам наклона слоя, и получают точки f и g. В нашем примере видимые углы составляют α₁ (СЗ стенка шурфа) = 45°, α₂ (СВ стенка) = 60°, следовательно, дополнительные углы будут равны: 90°- 45° = 45° и 90° - 60° = 30°.

Линия fg будет простиранием, а перпендикуляр к ней ah ­проекцией линии падения на горизонтальную плоскость (азимут определяют транспортиром или компасом; здесь он равен (ЮВ 178°). На линии ah как катете строят треугольник аhi, в котором ai = ad = ае. Угол аhi = а, т. е. истинному углу падения (здесь 68°).

В практике полевой работы и при построении разрезов очень часто приходится иметь дело не с истинным, а с видимым паде­нием. Всегда в таких случаях нужно учитывать, что видимый угол падения будет меньше истинного. При этом, чем меньше горизон­тальный угол, образуемый простиранием слоя и линией пересечения, тем соответственно будет меньше и видимый угол падения (равен нулю, если линия разреза проходит параллельно прости­ранию слоя).

Зависимость между истинными и видимыми углами падения можно определить математическим путем по формуле), но удобнее пользоваться специальной расчетной таблицей поправок (см. приложение 2).

План

Рис. 42. Различие в углах падения на разре­зах, построенных при пересечении наклон­ного слоя окрест (АБ) и под острым углом к простиранию (ВГ)

На рис. 42 показаны разрезы, пересекающие слой под разными углами к его простиранию. Разрез по линии АВ построен вкрест простирания слоя, т. е. отображает истинный угол падения, который, судя по карте, равен 45°. Разрез по ли­нии ВТ проходит под углом (горизонтальным) в 30° к простиранию слоя (этот угол на карте измеряют транспортиром), следовательно, на разрезе уже нельзя откладывать истинный угол паде­ния (45°), а нужно найти значение видимого угла. Находим его по таблице (приложение 2). В первой колонке находим угол 45 (истинный угол падения) и по горизонтальному ряду ищем значе­ние видимого угла против колонки в 30° (угол между направлением простирания и линией разреза). В нашем примере этот угол равен 26° 33'. Значит, на разрезе по линии ВТ нужно отложить угол в 26° 33'. При этом, как видно на рисунке, ширина выхода слоя резко возрастает по сравнению с выходом этого же слоя на раз­резе АВ. При построении «косых» разрезов или при измерении элементов залегания наклонного слоя в разведочной канаве, пересекающей слой под острым углом, эту поправку нужно учитывать.

В поле в качестве косвенных широко применяются геофизи­ческие методы для отбивки контактов между слоями и определе­ния элементов залегания наклонных поверхностей, скрытых под «наносами». При малых углах падения (15-20°) чаще применяется ВЭЗ и метод отраженных сейсмических волн (МОВ), при крутом падении - магнитный, электрический и гравиметрический.