5 Горизонтальне і нахилене залягання шарів

Горизонтальне залягання шарів характеризується загальним горизонтальним, або близьким до нього розташуванням поверхонь нашарування. Ідеально горизонтального залягання шарів у земній корі не зустрічається, оскільки вже в процесі осадконакопичення шари дістають певний нахил. Частіше він є незначний і вимірюється хвилинами, іноді може сягати 1-2^о.

Первинні кути нахилу з’являються у результаті нерівномірних вертикальних рухів, одночасних з осадконакопиченням, за рахунок відмінностей у швидкості рухів і кількості осадку, який накопичується на окремих ділянках дна водойм. Товщини шарів при цьому будуть різні, а отже з’являться певні нахили поверхонь. Первинні нахили можуть бути викликані і нерівномірним ущільненням осадків при діагенезі і нерівностями поверхонь неузгоджень.

Горизонтальне залягання відкладів типове для верхніх частин осадової оболонки Землі. Четвертинні і в меншій ступені неогенові утворення в багатьох регіонах залягають горизонтально. Також горизонтальне залягання властиве більш древнім породам, які складають осадовий чохол платформ.

Товщі осадових порід, які мають залягання горизонтальне чи близьке до нього, широко розвинуті в чохлах Східно-Європейської і Сибірської древніх платформ, Західно-Сибірської, Скіфської та Туранської плит та ін. При горизонтальному заляганні абсолютні висоти границь між шарами приблизно однакові. На геологічних картах з топоосновою границі шарів або співпадають з горизонталями, або будуть розташовані між горизонталями у відповідності до абсолютної висоти; тобто співпадають з однією із проміжних горизонталей. При вивченні даних бурових свердловин горизонтальне залягання шарів визначається за співпаданням абсолютних відміток обраної границі між шарами не менше ніж в трьох вертикальних свердловин.

При горизонтальному заляганні кожний нижчезалягаючий шар є більш древнім ніж вищезалягаючий; співвідношення різновікових шарів з елементами рельєфу характеризується розташуванням древніх шарів у понижених ділянках, а найбільш молодих – на припіднятих ділянках рельєфу (наприклад на вододілах). При рівнинному рельєфі і горизонтальному заляганні один і той самий шар може складати великі площі на поверхні Землі.

Рисунок 5.1 - Визначення дійсної товщини шару, що залягає горизонтально за допомогою кутоміра

Визначення товщини горизонтального шару на місцевосці проводиться декількома способами:

1 За допомогою анероїда. Різниця у відмітках підошви і покрівлі шару дасть його дійсну товщину;

2 За допомогою кутоміра (клінометр на компасі). Кут нахилу рельєфу () і відстань по схилу від покрівлі до підошви (L) і визначають дійсну товщину за формулою:

H = L∙sin . (5.1)

3 По геологічній карті, на якій рельєф зображений за допомогою горизонталей, дійсну товщину легко визначити, знаючи січення горизонталей;

4 За допомогою геофізичних методів (для встановлення положення поверхонь, які залягають на значних глибинах);

5 За даними буріння свердловин.

Ширина виходу шару на поверхню і видима товщина залежить від ряду факторів: дійсної товщини шару, рельєфу. При крутих схилах (кут нахилу ~90^о) видима товщина близька до дійсної, а ширина виходу (на геологічній карті) наближується до нуля.

Нахилене залягання шарів

Первинним заляганням шарів є горизонтальне і слабонахилене; таке залягання в осадових товщах формується в процесі осадконакопичення на дні водойм.

Під впливом ендогенних процесів первинні форми залягання гірських порід можуть порушуватись. Всяке порушення первинного горизонтального залягання шарів називається дислокацією. Дислокації є: плікативні і диз’юктивні. Плікативні – це дислокації, які відбуваються без розриву пластів: нахилене залягання, монокліналі, складки, флексури. Диз’юктивні – це дислокації, які супроводжуються розривами пластів.

Нахилене залягання є найпростішою і разом з тим найбільш розповсюдженою загальною формою тектонічних дислокацій. Всі складчасті структури можна звести до комбінацій нахиленого залягання під різними кутами шарів, які мають відмінні азимути падіння і простягання. Якщо потужна товща шарів на великій площі має нахил в один бік під постійним кутом, говорять про моноклінальне залягання.

Структурна форма, яка характеризується моноклінальним заляганням в межах більш чи менш значного об’єму земної кори, називається монокліналлю, або моноклінальною структурою (рис. 5.2).

Монокліналі являють собою досить широко розповсюджений тип тектонічної структури. Монокліналями часто називають і крила крупних складок великого родовища (наприклад, кам’яного вугілля), поле якого не виходить за межі площі розповсюдження одного крила зрізаної складки.

Рисунок 5.2 - Монокліналь, куести (К) і моноклінальні долини (Д);а,б,в – більш стійкі породи товщі

Крупні моноклінальні структури характерні для районів, які облямовують деякі платформенні западини (Паризький і Лондонський басейни), або для деяких зон межування гірських складчастих систем з платформами.

З монокліналями Гірського Криму, Північного Кавказу, Паризького басейну та інших районів пов’язане утворення особливих форм рельєфу – куест (рис. 5.2). Куести – це відносно крупні підняття, один схил яких крутий, уривчастий, другий – похилий, нахил якого співпадає з кутом падіння структури. Формування куест відбувається в процесі денудації за умови чергування м’ягких і міцних шарів, що складають моноклінальну товщу. Куестовий ландшафт відрізняється розвитком моноклінальних гряд і моноклінальних долин.

Елементи залягання

При нахиленому заляганні для визначення положення поверхонь нашарування у просторі користуються елементами залягання: лінією простягання, лінією падіння і кутом падіння (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 - Елементи залягання нахиленого шару

Лінія простягання – лінія перетину поверхонь шару з горизонтальною площиною, або будь-яка горизонтальна лінія на поверхні пласта. В межах покрівлі чи підошви шару ліній простягання є безліч. В загальному випадку простягання шару плавно змінює свій напрям, але в межах одного відслонення лінія простягання є прямою.

Лінія падіння – вектор, перпендикулярний до лінії простягання, який лежить на поверхні шару і спрямований в сторону його найбільшого нахилу. Лінія, спрямована догори, називається лінією повстання шару.

Кут падіння – кут між лінією падіння і її проекцією на горизонтальну площину. Величина кута падіння змінюється від 0 до 90^о.

Орієнтування ліній простягання і падіння в просторі визначається їх азимутами. Азимут любого напрямку – це правий векторіальний кут, який рахується за годинниковою стрілкою від північного напрямку дійсного (географічного) меридіану до заданого напрямку. Таким чином:

Азимут простягання – правий векторіальний кут між північним напрямком географічного меридіану і лінією простягання. Лінія простягання має два напрямки, а отже існує і два азимути лінії простягання, які відрізняються між собою на 180^о.

Азимут падіння – правий векторіальний кут між північним напрямком географічного меридіану і проекцією лінії падіння на горизонтальну площину. Лінія падіння має лише один напрямок, і для неї може бути заміряний лише один азимут, який відрізняється на 90^о від азимута лінії простягання.

Елементи залягання нахиленого шару заміряються за допомогою гірського компасу або різними побічними засобами. На практиці при нахиленому заляганні шарів вимірюють лише азимут падіння та кут падіння. Азимут лінії простягання легко обчислюється додаванням до азимуту падіння послідовно 90^о і 180^о.

При вертикальному падінні азимут падіння заміряти неможливо, тому що в цьому випадку лінія падіння на горизонтальну площину проеціюється у вигляді точки. Для вертикального падіння заміряють і записують тільки азимут лінії простягання і кут падіння.

Нормальне і перекинуте залягання

При нахиленому заляганні шарів можливі два варіанти їх залягання: нормальне і перекинуте. При нормальному заляганні покрівля шару розташовується вище його підошви.

При повороті шарів до того моменту, поки кут їх нахилу стане рівним 90^о, вони будуть залягати нормально, тобто не їх покрівля буде розташована вище підошви, а молоді шари будуть лежати на більш древніх. При повороті на більший кут шари опиняться в перевернутому або перекинутому заляганні, тобто їх підошва опиниться вище покрівлі, а древні шари – вище молодих (рис. 5.4). При цьому кут падіння по величині стане рівним 90^о, вони будуть залягати нормально, тобто їх покрівля буде розташована вище підошви, а молоді шари будуть лежати на більш древніх. При повороті на більший кут шари опиняться в перевернутому або перекинутому заляганні, тобто їх підошва опиниться вище покрівлі, а древні шари – вище молодих (рис. 5.4). При цьому

Рисунок 5.4 - Нормальне і перекинуте залягання

При спостереженні шарів із нахиленим заляганням дуже важливим є виявлення характеру їх залягання, щоб правильно визначити розташування підошви і покрівлі стратиграфічного горизонту, вірно охарактеризувати стратиграфічну послідовність шарів у розрізі, підрахувати товщини.

Перекинуте залягання від нормального відрізняється за рядом ознак:

- за допомогою фауністичної характеристики визначається відносне розташування стратиграфічних горизонтів, коли більш молоді стратиграфічні горизонти перекриваються більш древніми (рис.5.5.1).

- на положення покрівлі і підошви часто вказує розподіл уламкового матеріалу в шаруватих товщах. У водному середовищі різка зміна спокійних умов рухомими фіксується в розрізі накопиченням грубоуламкових осадків пісків чи галечників. Якщо ці осадки відкладаються на поверхні тонкозернистого осадку, на границі між грубо і тонкозернистими породами з’являються сліди внутрішньоформаційного (сингенетичного) розмиву, оскільки виникаючий при цьому рух водного середовища приведе до розмиву раніше утворених тонких осадків. Таким чином, при

нормальному заляганні порід вище поверхні внутрішньоформаційного розмиву розташовуються шари грубозернистих пісків і конгломератів. Вище по розрізу ці породи можуть змінюватись більш тонкозернистими.

Рисунок 5.5 - Нормальне (А) і перекинуте (Б) залягання

При перекинутому заляганні вище поверхні внутрішньоінформаційного розмиву розташовуються більш дрібнозернисті породи порівняно з породами , які залягають нижче поверхні розмиву.

Описані особливості найбільш характерні для флішових товщ, які характеризуються ритмічним чергуванням пісковиків, алевролітів і аргілітів (рис. 5.5.ІІ). Пісковики, з яких починається кожний окремий ритм, відокремлені від підстеляючих їх аргілітів попереднього ритму внутрішньоінформаційним розмивом. Для флішових товщ характерна також наявність ієрогліфів на нижніх поверхнях нашарування піщаних шарів. При нормальному заляганні ієрогліфи зустрічаються на підошві пісковиків, тобто на нижній стороні шару, а при перекинутому заляганні ієрогліфи розташовуються на верхній стороні шару.

В шарі, розташованому вище поверхні внутрішньоформаційного розмиву, часто спостерігаються лінзи і неправильної форми скупчення крупноуламкових порід, наприклад конгломерати серед пісковиків, приурочені до вимоїн і кишень в поверхні неузгодження. При перекинутому заляганні лінзи і скупчення крупноуламкового матеріалу розташовуються нижче поверхні розмиву (рис. 5.5.ІІІ).

Визначити залягання шарів можна за допомогою косої шаруватості. Її властивістю є те, що косонахилені прошарки плавно прилягають до основи шару і різко зникають або розмиваються біля покрівлі (рис. 5.5.IV).

Вивчення контактів між шарами часто дає можливість виявити проникнення породи вищезалягаючого шару у підстеляючий. Це пояснюється появою тріщин в нижньому шарі, викликаних ущільненням чи висиханням осадку, в які пізніше привноситься осадок іншого складу (рис. 5.5.V).

На поверхні лавових потоків розвивається особлива форма окремості – будінаж (рис. 5.5.VI). Для визначення верхньої і нижньої поверхонь покриву лав можуть бути використані скупчення біля покрівлі бульбашок газу, або порожнин які залишилися після видалення газу..

Контрольні запитання

1 Які ознаки горизонтального залягання шарів?

2 Як визначається дійсна товщина горизонтально залягаючого шару на геологічній карті, в буровій свердловині, на місцевості?

3 Від чого залежить ширина виходу горизонтального шару на денну поверхню?

4 Правила побудови розрізів через ділянки з горизонтальним заляганням шарів.

5 Що таке елементи залягання?

6 Як виражається оріентованість нахиленого шару у просторі?

7 Гірський компас, його будова і робота з ним.

8 Як визначаються елементи залягання за трьома точками, за двома видимими нахилами, за геологічною картою?

9 Методика побудови виходу нахиленого шару на поверхню.

10 Визначення дійсної товщини нахиленого шару.

11 Нормальне і перекинуте залягання шарів.

12 Правила побудови розрізів через ділянки з нахиленим заляганням.