1.6.3.8. Графическое моделирование участков земной коры

На оглавление

Горизонтальное залегание горных пород. При горизон­тальном залегании слоев различного возраста и литологического состава рисунок геологической карты зависит от расчлененно­сти рельефа и мощности слоев, образующих соответствующий участок земной коры. Границы (контакты) пластов следуют из­гибам рельефа, так как в силу горизонтального залегания по­дошва и кровля каждого пласта имеют определенную и посто­янную высотную отметку. В этом случае выходы пластов на по­верхность будут изображаться в виде полос, вытягивающихся параллельно горизонталям местности. Ширина этих полос зависит от мощности пластов и величины укло­на поверхности. Очевидно, чем мощнее пласт и положе склон, тем шире будут полосы выходов пластов и наоборот.

Признак горизонтального залегания пород на геологи­ческой карте - постоянство отметок поверхностей разделов геологических тел и подобие геологических границ горизон­талям рельефа поверхности.

По геологической карте можно не только установить, какие породы выходят на поверхность Земли (или под покров четвер­тичных отложений), но также получить представление о геоло­гическом строении участка. Для этого составляется геологиче­ский разрез. Построение геологического разреза при горизон­тальном залегании пород состоит в следующем:

По топографической основе геологической карты по заданному направлению АБ составляется то­пографический профиль. Если местность равнинная или слабо­пересеченная, а масштаб геологической карты мелкий, то топо­графический профиль будет иметь волнистый характер, мало отличающийся от прямой. В таких случаях профиль местности без ущерба для точности разреза может быть принят прямоли­нейным.

Рис.1.76. Определение элементов залегания пласта выходящего на поверхность

Наносятся с геологической карты на топографический профиль границы толщ пород, пересекаемые заданным направ­лением разреза.

Изображаются границы распространения толщ на глубину путём проведения горизонтальных ли­ний исходя из стратиграфического положения слоев (более мо­лодые отложения перекрывают более древние).

Моноклинальное залегание пластов. Моноклинальным на­зывается залегание, когда слои или толщи пород в пределах участка наклонены в одном направлении и под одним углом. Соответственно признаком моноклинального залегания пород на участке является постоянство элементов залегания, к кото­рым относят азимут простирания, азимут падения и угол паде­ния. Выходы одинаково (моноклинально) наклоненных пластов в условиях равнинной местности будут иметь вид параллельных друг другу полос. Если местность неровная, то полосы выходов пластов будут пересекать горизонтали местности. Ширина полос выходов зависит от мощности, угла наклона и уклона на поверхности местности.

Признак моноклинального залегания пород на геологиче­ской карте - закономерное пересечение границами пород го­ризонталей рельефа в направлении, перпендикулярном про­стиранию пород (вкрест простирания возраст пород сменяется в соответствии со стратиграфической шкалой).

Рассмотрим варианты определения элементов залегания графическим способом по плану или геологической карте. На­пример, на поверхность выходит пласт угля (рис. 1.76); посколь­ку линия выхода пласта пересекает горизонтали рельефа, пласт залегает наклонно. Обозначим буквами точки пересечения пла­ста с горизонталями: точки А и А' лежат на горизонтали 130 м, В и В' — на горизонтали 120 м. Прямая, соединяющая точки А и А', есть линия простирания с абсолютной отметкой 130 м. Ана­логично, линия ВВ' — линия простирания с отметкой 120 м. Следовательно, пласт наклонен и имеет падение на юго-запад от линии АА' к линии ВВ'. Нанесем значок элементов залегания рядом с линией выхода пласта (около точки А) и определим (компасом или транспортиром) азимуты падения и простирания, которые соответственно равны: аз.пад. 220 ЮЗ; аз. пр. 130 ЮВ (310 СЗ).

Для определения угла падения пласта необходимо постро­ить треугольник заложения АВ"А". В этом треугольнике АА" — величина сечения между горизонталями (10 м); А"В" = I —рас­стояние между линиями простирания АА' иВВ' в горизонталь­ной плоскости, т.е. проекция линии падения на горизонтальную плоскость. Соединив точки А и В", получим угол наклона пла­ста А"В"А = 30°.

Рис. 1.77. Построение линии выхода пласта на поверхность по заданным (измеренным) элементам залегания

Если для наклонного пласта известны элементы залега­ния и точка его выхода на поверхность, то по этим данным можно построить линии выхода пласта на поверхность. На рис. 1.77. приведен топографический план участка, в точке А ко­торого выходит пласт с аз.пад. 240 и углом падения 40°.

Чтобы построить линию выхода, надо найти серию точек, в которых отметка пласта и отметка поверхности рельефа одинаковы. Одна точка известна, это точка А. В этой точке отметка поверхности пласта равна 250 м, т.е. линия простирания, прове­денная через эту точку, будет иметь отметку 250; так как пласт падает на ЮЗ, то на СВ от этой линии отметки поверхности пласта увеличиваются, а на ЮЗ — уменьшаются. Проведем линии простирания с отметками, соответствую­щими горизонталям рельефа. Для определения расстояния меж­ду ними построим треугольник заложения. Величину заложения (проекцию линии падения) определим по формуле: I= к /а (к- величина сечения между двумя линиями простирания, а — угол падения пласта). Затем необходимо найти точки пересече­ния линий простирания и горизонталей местности, имеющие одинаковые отметки, и соединить их плавной линией, которая и будет линией выхода пласта. Если наклонная плоскость не выходит непосредственно на поверхность, то определить ее элементы залегания графически можно при условии, что она на глубине пересечена тремя горными выработками.

На рис.1.78. изображен участок, в точках А, Б и В которого пройдены скважины, встретившие пласт угля на глубинах соответственно 290, 280 и 310 м. На поверхность этот пласт не выходит. Определив отметки устьев скважин (точек А, Б и В), найдем отметки кровли пласта в скважинах (вычитаем из отметки устья глубину подсечения кровли пласта соответствующей скважиной).Они будут равны 210 м (т.А), 140 м (т.Б) и 150м (т.В). Соединим прямой линией точки с наивысшей и наименьшей отметками (для рис. 7.6 - т. А и т. Б) и найдем на этой прямойточку В' с отметкой, равной отметке кровли

Рис. 1.78. Определение элементов за­легания пласта, вскрытого горными выработками

пласта в т.В. Линия ВВ' является линией простирания пласта. Если теперь из т. А опустить на линию простирания перпендикуляр, то получим горизонтальную проекцию (заложение) линии падения. Обозначим пересечение на рис. 1.78. точкой Г. Теперь можно определить азимуты линий простирания и падения.

Для определения угла падения следует построить треугольник заложения, катетами которого будут горизонтальная проекция линии падения АГ и превышение т. А над т. Г (для нашего случая превышение составит 210 - 150 = 60 м). Угол этого треугольника и будет углом падения пласта (рис.1.79).

Рис.1.79. Определение угла падения пласта по мощности слоя и ширине полосы выхода слоя породы

Складчатое залегание. Все складчатые образования могли бы четко прослеживаться и в рельефе, и на поверхности, если бы не было процессов денудации. Однако, эти процессы, кото­рые протекают почти одновременно с образованием складок, разрушали («срезали») возвышенные участки рельефа, т.е. замковые части антиклинальных и крылья синклинальных складок. В результате на дневной поверхности обнажаются более древ­ние образования, залегающие в ядрах антиклинальных складок, и более молодые породы, сохраняющиеся в ядрах синклиналь­ных складок.

На геологических картах районов, характеризующихся складчатым строением земной коры с сильно денудированной поверхностью, разновозрастные слои пород имеют различное расположение: это могут быть вытянутые параллельные, сходя­щиеся и расходящиеся, зигзаго- и дугообразные, а также кон­центрические полосы, которые сужаются, расширяются, а ино­гда и выклиниваются. На геологической карте основным при­знаком складчатого залегания является симметрично повторяю­щееся расположение полос (слоев) горных пород относительно центральной непарной полосы или участка, соответствующего внутренней части складки - ядру структуры.

Антиклинальные складки на геологической карте устанав­ливаются по симметричному расположению полос более моло­дых пород относительно центрального, непарного участка с бо­лее древними породами, слагающими ядро складки. У синкли­нальных складок в ядре находятся более молодые породы, вокруг которых симметрично по обе стороны располагаются бо­лее древние образования.

Разберем пример, когда шарнир складки параллелен ее оси, а местность плоская, равнинная (рис. 1.80).

Рис. 1.80. Блок-диаграмма линейных складок с горизонтальными шарнира­ми /- / иII - II

В этом случае выходы пластов будут вытянуты в виде полос, параллельных осям складки. Наиболее молодые отложения, расположенные в осевой части синклинали, по обе стороны от нее будут сме­няться полосами выходов все более и более древних (подсти­лающих) слоев. Обратная картина будет наблюдаться у анти­клинальной складки: в осевой части будут выходить на днев­ную поверхность наиболее древние слои, а по обе стороны от нее последовательно вытянутся полосы все более и более мо­лодых (перекрывающих) слоев. Ширина полос выходов слоев, как и в предыдущих случаях, зависит от мощности пластов и угла их наклона.

Если местность пересеченная, то контуры выходов пластов будут уже не параллельными, а извивающимися и тем в боль­шей степени, чем сложнее поверхность местности.

Брахискладки, как известно, характеризуются куполообраз­ным (брахиантиклиналь) или мульдообразным (брахисинкли- наль) залеганием слоев. При пересечении таких складок поверх­ностью Земли получатся системы концентрически замыкаю­щихся слоев. При этом в ядре (в центре) брахиантиклинали бу­дут выходить наиболее древние, а по краям — более молодые наслоения. В центральной части брахисинклинали, наоборот, будут наиболее молодые, а по периферии — более древние на­слоения.

Складки, нарушенные разрывами. Контуры выходов пла­стов значительно усложняются, если мы имеем дело со склад­кой, разорванной сбросом или сдвигом. На рис. 1.81. показаны наиболее типичные случаи такого рода нарушений, цифрами показаны номера слоев в последовательности от более древних к более молодым.

Чтобы определить опущенную по сбросу часть складки, не­обходимо сначала установить, синклиналь это или антиклиналь, а затем проследить за изменением раствора крыльев складки. У ан­тиклинали в сброшенной части раствор крыльев уменьшается, у синклинали, наоборот, возрастает (под раствором крыльев скла­док понимают ширину складки в сечении, нормальном к осевой плоскости).

а

1

а б

11

111 а

Рис. 1.81.Характерные случаи нарушений:

I- антиклиналь, разорванная сдвигом; II- то же, сбросом;Ш- синкли­наль, разорванная сбросом; а- опущено северо-восточное крыло; б- опу­щено юго-западное крыло; отложения; стрелками показаны направления смещения по горизонтали; «плюс» и «минус» - соответственно поднятые и опущенные блоки

Разрывные нарушения. Большое значение имеет правиль­ное изображение разрывных нарушении. Разрывы в горных по­родах бывают весьма разнообразными по характеру и масшта­бам. Они могут быть одиночными и многочисленными, а пере­мещения блоков - незначительными и сравнительно сильными относительно друг друга. В нарушениях важно выделить глав­ные элементы: поверхность разрыва (сместитель), сместившие­ся блоки и величину (амплитуду) смещения.

При составлении геологических карт необходимо знать, как обозначаются разрывные нарушения на картах и разрезах. Это особенно важно для наиболее распространенных разрывных на­рушений со смещением - сбросов, взбросов, горстов, грабенов, сдвигов и надвигов.

Для определения характера разрывного нарушения и его элементов необходимо знать важнейшие признаки нарушений. К ним относятся:внезапное исчезновение горизонтов и пачек пород при их прослеживании в поле или по карте, а также «утыкание» гори­зонтов одних пород в другие; это свидетельствует о несогласном залегании пород (что не имеет отношения к разрывам), тектони­ческих контактах или оползневых явлениях; наличие зон брекчий, залегающих согласно со слоисто­стью пород; резкое изменение элементов залегания пород; прямолинейность долин рек, резкие ограничения озер, коленообразные изменения речных долин; линейное расположение блюдцевидных понижений, бо­лот, озер и др.; выступающие в рельефе гряды, гребни или отрицатель­ные формы рельефа, отражающие нарушения, выполненные жильными дайковыми образованиями, или фиксирующие вул­канические постройки;

наличие сравнительно узких и протяженных полос с бо­лее обильной растительностью на фоне бедной растительностью территории.