Геологическое картирование

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава I: Геологическое изучение и картирование осадочных пород

Осадочные породы слагают верхние уровни ~ 75% площади земной коры. Мощность их варьирует в широких пределах – от первых метров до 15-20 км. Общий объём

осадочных (неметаморфизованных и метаморфизованных) пород составляет около 5% от объёма земной коры, и формировались они на всём протяжении геологической истории Земли – около 3.5 млрд. лет.

Основная часть осадков на земной поверхности накапливалась в морских или континентальных водоёмах или на прибрежных равнинах. Значительное количество разнообразных терригенных пород образовывались также и в наземных условиях.

Наиболее характерной особенностью осадочных пород является их залегание в виде слоёв. Слой представляет собой основной элемент осадочной оболочки земной коры. В геологическом картировании и структурной геологии применяется синоним слоя – пласт.

1.1.Слой и слоистые комплексы

Слоем или пластом называется геологическое тело плитообразной формы сравнительно небольшой толщины и значительной протяженности в двух других измерениях, которое сложено осадочной породой, отличающейся от других слоёв по каким-то признакам (по составу, окраске, текстуре, содержанию включений, возрасту и

т.д.).

Однако в природе признаки слоя чаще всего не постоянны и не выдержаны, и могут, в той или иной мере, меняться в трех направлениях. Поэтому при выделении слоя берётся один или несколько наиболее ярко выраженных признаков (например, литологический состав и окраска) при наличии в слое меняющихся других признаков (например, зернистости, наличия включений и др.). И названия слоёв даются по основному литологическому и дополнительному (окраске, зернистости, текстуре и др.) признакам. Например, слой сине-зелёной глины, слой битуминозного известняка, слой

красноцветного песчаника и т.д. Слои небольшой мощности (от долей до нескольких сантиметров), близкого гранулометрического или литологического состава, но

различающиеся по окраске или другим признакам, залегающие внутри или на границе однородного пласта и играющие подчинённую роль в строении слоистого комплекса,

называются прослоями (прослойками или пропластками).

Слой ограничен поверхностями наслоения (или напластования). При нормальном залегании нижняя (более древняя) поверхность называется подошвой слоя, а верхняя (более молодая) – кровлей (рис. 1.1). Кратчайшее (по перпендикуляру) расстояние между подошвой и кровлей слоя называется истинной мощностью пласта. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой называется видимой мощностью. Кроме того, различают полную мощность, измеренную от подошвы до кровли, и неполную мощность, характеризующую только часть слоя.

Любой слой не беспределен – имеет ограничения в трёх измерениях. Мощность слоя по простиранию может меняться. Постепенное уменьшение мощности слоя до его полного исчезновения называется выклиниванием, а резкое – исчезновением. Выклинивание может быть первичным, и обусловлено прекращением

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

образования осадка (стратиграфическое выклинивание), либо изменением фациальных условий осадконакопления (фациальное выклинивание), либо – вторичным, являющимся результатом последующего размыва (денудационное выклинивание) или горизонтального

растяжения и разрыва слоя при складчатости (тектоническое выклинивание). Слой, выклинивающийся во всех направлениях, называется линзой. Неполное выклинивание или уменьшение мощности слоя на небольшом промежутке называется пережимом. Резкое исчезновение слоя, в большинстве случаев, обусловлено проявлением разрывных нарушений и смещением слоя вдоль плоскости сместителя разлома (тектоническое исчезновение) (рис. 1.1).

В природе осадочные отложения представлены многочисленными слоями. Исходя из принципа последовательности образования геологических тел или принципа Н. Стенона

(1669 год) – «при ненарушенном залегании каждый нижележащий слой древнее покрывающего слоя», можно определять относительную временную последовательность образования пород и составлять геологические разрезы и стратиграфические колонки.

1.1.1.Слоистость:

Чередование различающихся по каким-либо признакам слоёв в разрезе называется

слоистостью. Различия эти указывают на изменения условий отложения осадков, поэтому слоистость является одним из самых характерных и важных свойств осадочных пород. На ней основано изучение вопросов литологии, стратиграфии, тектоники, инженерной геологии, гидрогеологии. Она позволяет сопоставлять стратиграфические разрезы, определять направление и амплитуду тектонических движений, прослеживать рудные тела, выявлять пликативные деформации, скопления воды, нефти и газа, и т.д.

При изучении слоистости, прежде всего, следует обращать внимание на форму, текстуру, состав и мощность слоёв и на характеристики поверхности напластования.

Формы слоистости.

Форма слоистости отражает характер движения той среды, в которой происходило накопление осадков. Выделяются четыре основных формы слоистости: параллельная,

линзовидная, волнистая и косая (рис. 1.3).

Параллельная слоистость может быть полосовидной, прерывистой и ленточной. При параллельной слоистости поверхности наслоения субпараллельны и близки по форме к плоскостям. Формируется она при осадконакоплении в относительно спокойной и неподвижной среде в озёрных и морских бассейнах ниже уровня действия волн (рис. 1.3).

Линзовидная слоистость характеризуется разнообразием форм и резкой изменчивостью мощностей отдельных слоев вплоть до полного выклинивания (рис. 1.2).

Она образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды (например, в речных потоках или в приливно-

отливной зоне моря), может быть обусловлена периодическим привносом в спокойную часть водоёма более грубозернистого материала или размывом ранее отложенного материала и неровностями дна.

Рис. 1.2. Линзовидная слоистость. Волнистая слоистость имеет волнисто-

1 – песок; 2 – песок нефтеносный; 3 - слоистая глина. изогнутые поверхности наслоения и образуется при движении среды в двух различных направлениях, например, в приливно-отливной полосе мелководного моря (рис. 1.3).

Косая слоистость характеризуется прямолинейными и криволинейными разно- или

однонаправленными поверхностями наслоения. При движении среды в одном направлении (например, речного потока, морского течения) образуется однонаправленная косая слоистость, а при смене направлений движении среды (например, движении воздушных потоков, морских течений) – разнонаправленная. К типу косой слоистости относятся ряд разновидностей – дельтовая, речная, эоловая, перекрёстная (рис. 1.3).

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Косые слойки во всех случаях будут наклонены в направлении движения среды (водной или воздушной), из которой выпадает осадок.

В геологических разрезах могут быть сочетания разных типов слоистости и тогда нужно говорить о сложной слоистости.

Мощности слоёв нередко могут указывать на интенсивность и относительную продолжительность отложения этих слоев. Осадочные горные породы по мощности слоёв подразделяются на: массивнослоистые (> 100

см), крупнослоистые (100-50 см), среднеслоистые (50-10 см), тонкослоистые (10-2 см), листоватослоистые (2-0.2 см) и

микрослоистые (< 0.2 см).

По относительной мощности отдельных слоёв можно выделять равномернослоистые (соотношения слоёв не превышает 2:1),

умеренно неравномернослоистые (отношение до 5:1) и весьма неравномернослоистые

(отношение больше 5:1) горные породы.

Генетические типы слоистости.

Образование слоистости осадочных толщ обусловлено многими причинами, которые могут проявляться на разных по площади пространствах и меняться во времени и пространстве. Основными являются: среда (водная, воздушная); динамика и кинематика

движения среды (спокойное состояние, направленное или вихревое движение и др.); воздействие сил гравитации; пространственно положение поверхности осадконакопления; химическое состояние среды; климатические, тектонические и некоторые другие факторы. При преобладании одного из факторов образуются следующие генетические типы слоистости: градационная, седиментационная, косая, турбидитная, подводных оползней, взламывания, миграционная, мутационная и волнистая (рис. 1.4).

Градационная слоистость (рис. 1.4) выражается в последовательной смене в

вертикальном разрезе слоёв с уменьшающейся или увеличивающейся зернистостью (например, от гравелита до аргиллита или – наоборот). Она образуется в водной среде и может отражать динамику движения воды или условия изменений физических условий в области отложения или области питания (разрушения и сноса обломочного материала).

Седиментационная слоистость (рис. 1.4) характеризуется параллельным

расположением поверхностей наслоения и формируется при спокойном состоянии водной среды, при накоплении осадков ниже уровня действия волн (накопление тонко и мелкообломочного материала, хемогенных отложений).

Косая слоистость (рис. 1.3, 1.4, 1.5), как указывалось ранее, характеризуется прямолинейными и криволинейными разно- или однонаправленными поверхностями

наслоения. Она образуется при направленном движении среды, в которой накапливается осадок, в руслах (мелкая косая) и дельтах (крупная диагональная) речных потоков, в морских отложениях, в мелководье в зоне действия волн (тонкая, разнонаправленная). Нередко верхние части косых слойков бывают размыты и перекрыты параллельными слоями или новым косослоистым слоем. Наклон косых слойков в морских отложениях более пологий, чем в речных. Особенной сложностью отличается косая слоистость эолового происхождения. Она, как обычно, направлена в различные стороны и характеризуется очень изменчивой мощностью косых слойков.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

образовании основную роль играют вертикальные тектонические движения, вызывающие смещение береговых линий и фациальных зон накопления осадков.

Мутационная слоистость возникает тогда, когда при образовании слоистых толщ происходят химические изменения в составе вод озёрных и морских бассейнов, которые вызывают выпадение или, наоборот, прекращение образования тех или иных хемогенных минералов, изменения в окраске осадков и т.д. Она может проявляться даже при отложении пород одинакового гранулометрического состава.

Взаимоотношения слоистых толщ

Совокупность (или ряд) слоёв (пластов), налегающих один на другой и подстилающих друг друга на сравнительно небольшом участке и объединяющихся по возрасту, происхождению или сходству петрографического или литологического состава, называется толщей, свитой или серией. В геологии этими терминами пользуются для

обозначения местных (региональных) стратиграфических подразделений.

При анализе слоистых толщ важным признаком является последовательность напластования и фациальные соотношения слагающих слои пород. По характеру последовательности напластования разнофациальных осадочных пород можно выделить четыре типа залегания: трансгрессивное, ингрессивное, регрессивное и миграционное.

Трансгрессивное залегание является наиболее распространённым (рис. 1.24). Оно

характеризуется последовательной сменой (снизу вверх по разрезу) грубозернистых пород (псефитов, псаммитов) тонкозернистыми (пелитами), либо континентальных озёрных и прибрежных мелководных глубоководными породами. Образуется в результате трансгрессии моря на фоне медленного повышения уровня моря или опускания и, затем, относительно быстрого поднятия дна бассейна осадконакопления. При трансгрессии происходит расширение области осадконакопления, поэтому более древние слои всегда занимают меньшие площади, чем более молодые слои.

Ингрессивное залегание нередко рассматривается как начальная стадия или как частный случай трансгрессивного типа залегания. Образуется в результате затопления морем низменных участков суши и долин рек, превращая их в эстуарии. При этом аллювиальные отложения могут быть «вложены» в морские, а морские отложения, подобно аллювиальным отложениям, оказываются «вложенными» в эрозионную речную долину и образуют на её склонах контакты прилегания или прислонения (рис. 1.6).

Регрессивное залегание характеризуется закономерным изменением фаций снизу вверх – от глубоководных фаций к мелководным фациям (рис. 1.24). Регрессивно

залегающие толщи формируются после быстрого опускания при последующем медленном поднятии дна бассейна. При регрессии происходит постепенное сокращение площади осадконакопления, и регрессивно залегающие толщи сохраняются в разрезах хуже, чем трансгрессивные, так как при отступлении моря происходит размыв осадков.

В разрезах осадочных толщ довольно часто встречаются сложные сочетания трансгрессивных и регрессивных типов залегания. Детальный анализ фаций таких разрезов позволяет восстановить динамику и кинематику вертикальных движений, и

геологическую историю развития изучаемого участка земной коры.

Миграционный (смещённый) тип залегания осадочных пород характеризуется последовательным смещением области накопления осадков в одном направлении (рис.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.7). В одном из крыльев бассейна происходит опускание, вызывающее трансгрессивное

залегание слоёв, а в другом в результате поднятия наблюдается обратное соотношение – регрессивное залегание слоёв.

Закономерности сочетания слоёв

В слоистых осадочных толщах нередко наблюдается многократная закономерная повторяемость характерных слоёв или комплексов слоёв. Это явление называется цикличностью и ритмичностью осадочных толщ. Отдельные повторения, взятые

ритмичность обусловлена не столь фациальными различиями, сколько крупными этапами

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

сочетания по одному принципу: каждый ритм, сложенный слоями флишевых толщ, имеет небольшую мощность (от нескольких см до десятков сантиметров и реже нескольких метров), но количество ритмов может исчисляться многими сотнями (рис. 1.10).

Внизу ритма обычно грубозернистые породы, затем – пелитоморфные, карбонатные и вверху – глины. Границы между ритмами (многослоями) четкие, а внутри ритма между слоями слабо выраженные. Флишевые толщи формируются в глубоководных условиях при наличии донных течений либо периодически возникающих суспензионных потоков.

Во флишевых толщах может наблюдаться течение всего более пластичного слоя и сложные структуры смятия и закручивания – конволютные складки.

Мелкая ритмичность (типа варв) присуща ленточным

вфлишевых толщах глинам, сформированным в континентальных водных бассейнах,

иобусловлена сезонными колебаниями климата (зима – лето, сухой сезон – дождливый сезон). Границы между ритмами выражены чётче, чем внутри ритма. Ритмы двучленные – годичные. Количественный анализ таких ритмов позволяет определить продолжительность накопления осадков в годах

Строение поверхностей наслоения. Определение кровли и подошвы слоёв

При изучении осадочных отложений одной из основных задач является определение кровли и подошвы пласта и установление относительной последовательности пород (слоёв) разреза и их происхождения. Для этого используется большое количество внешних признаков: фациальные признаки, цвет породы, наличие конкреций и включений, характер строения несогласованных слоёв и особенности строения поверхностей наслоения или приграничных участков слоёв.

К признакам, которые можно выявить на поверхности наслоения или в приграничной части, относятся: знаки ряби; линии и знаки прибоя; следы периодических потоков или знаки струй; трещины высыхания; следы падения капель дождя и града, иероглифы механического происхождения; иероглифы биогенного происхождения и прочие следы, оставляемые организмами; отпечатки кристаллов; следы выхода пузырьков газа; наличие конкреций, обломков туфов; стилолиты и фунтиковые («конус в конус) текстуры; и т.д.

Знаки ряби. Рябью называют грядки, образуемые на поверхности рыхлого осадка движениями воды или ветра. Они позволяют определять кровлю, подошву и условия образования слоя. Основными типами ряби являются: 1 – рябь эоловая; 2 – рябь течений; 3 – волновая рябь; 4 – перекрёстная рябь (рис. 1.11, 1.14).

Эоловая рябь несимметрична (рис. 1 14).

Более крутой склон грядки расположен с подветренной стороны. Гребень слега заострён и указывает на положение кровли слоя, а ложбинка более пологая. На гребнях песчинки часто грубее, чем в желобках. Рябь характеризуется небольшой амплитудой колебания – отношение высоты к длине волны от 1:20 до 1:50. Обычно длина не больше

нескольких сантиметров и лишь в грубых песках может достигать 25 см. Расположение грядок субпараллельное.

Рябь течений – речных и морских – обычно похожа на эоловую рябь, но отличается большей амплитудой (от 1:4 до

Крутой склон грядки направлен в сторону течения. В

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

отличие от эоловой ряби, более крупные песчинки накапливаются в желобках. Длина волны от нескольких мм. до нескольких см. и очень редко до нескольких метров.

Образуется на разных глубинах – вплоть до 800 м.

Для валиков ряби течений типичной внутренней структурой является особый род косой слоистости (рис. 1.12), которая обычно

наклонена вниз по течению и грубо параллельна склону

валика, также обращенного вниз по течению. Крупная рябь образуется в условиях сильных течений, мелкая – в мелкой воде, а мелкая «рябь язычками» с «раздавленными» гребнями – в мелкой воде на поймах, в приливной полосе и в заливах.

Волновая рябь симметрична (рис. 1.13, 1.14). Ряды острых гряд, разделены

широкими ложбинами, в средине которых иногда бывают более низкие острые гребни. Острый гребень указывает на положение кровли. Длина волн колеблется в зависимости от глубины и силы течения. Чем глубже и сильнее волнение, тем больше длина волны и амплитуда. Короткие и мелкие волны образуются в мелкой воде при слабом волнении.

Перекрёстная рябь (рис. 1 11)

возникает при наложении на ранее образованную рябь новой ряби другого направления или в результате разложения волны на две системы перекрещивающихся колебаний. Обычно образуется в мелкой воде, где движение воды ограничено угловатым границами берега, и представляет собой неправильные ряды многоугольных ямок, образованных пересекающимися системами гребней).

Волноприбойные знаки или знаки прибоя (рис. 1.17а) иногда путают со знаками

ряби. Они представляют систему мелких, перекрывающих друг друга кривых песчаных валиков, выпуклых в сторону суши, достигающих 2-3 мм высоты и сложенных из тонких

песчинок.

8