Изучение и описание условий залегания и взаимоотношений горных пород

Условия залегания горных пород характеризуются несколькими признаками - формой залегания геологических тел, элементами залегания поверхностей напластования, плоскостями контактов, структурными элементами складок, тектоническим нарушениями и их элементами.

Форма залегания горных пород может быть определена как в отдель­ном обнажении, так и по серии обнажений или только на основании дан­ных по большой территории и с привлечением массы дополнительных при­знаков.

Форма залегания интрузивных магматических тел определяется по соотношению их с вмещающими породами. Она может быть согласной (конкор­дантной) или секущей (дискордантной). Согласные контакты имеют чаще всего силлы, факолиты и лополиты. И залегают они в соответствии с положением вмещающих их осадочных, вулканогенных или метаморфических пород наклонно или складчато. Характер залегания секущих интрузий за­висит от расположения той полости или трещины, в которую внедрялся магматический расплав.

Форма залегания слоистых осадочных, вулканогенных и метаморфических образований может быть первичной (ненарушенной) и вторичной (нарушен­ной), горизонтальной, наклонной или складчатой. Горизонтальное положе­ние образований может наблюдаться при нормальном залегании, при опро­кинутом и в пакетах изоклинальных складок с горизонтальными осевыми поверхностями. При нормальном горизонтальном залегании в районах с пересеченной местностью наиболее древние пласты лежат в пониженных частях рельефа, а более молодые - в повышенных. При наклонном норма­льном залегании - возможны три варианта их положения:

1 - вверх по ск­лону располагаются более молодые пласты, если плоскости напластова­ния падают в сторону противоположную наклону склона;

2 - вверх по склону лежат более древние породы, если поверхность склона и поверх­ности напластования падают в одну сторону и падение пород круче,чем падение склона;

3 - если поверхности ск­лона и напластования совпадают, то вверх по склону будет простирать­ся один уровень пород.

Для выявления истинной последовательности напластования важное значение приобретает определение "низа-верха", т.е. подошвы и кровли слоев. При хорошей сохранности первичных текстурных признаков пород это можно сделать, изучая:

а) текстурные особенности поверхностей напластования (в породах осадочного происхождения выявление на них знаков ряби, иероглифов, трещин усыхания и других признаков, а в пирокластических отложениях - вмятин от бомб и крупных облом­ков);

б) градационную слоистость - т.е. распределение обломочного материала по степени сортированности в слоистых сериях аквального (в водных условиях) происхождения;

в) поведение косой слоистости, которая при нормальном залегании плавно причленяется в основании слоя и резко выклинивается у его кро­вли;

г) мощность зон закалки у застывших лав (в кровле она больше в несколко раз, чем у подошвы) и наличие миндалекаменных (амигдалоидных) текстур, которые концентрируются в основном у кровли потока;

д) комплексы ископаемых органических остатков.

Описание условий залегания пород должно сопровождаться замерами или определениями истинных мощностей пластовых тел. Истинная мощность горизонтально залегающих пластов в обрывах и на склонах холмов или гор определяется по следующей формуле:

М_ист.= М_вид. Sin,

где М_вид есть видимая замеренная мощность пласта от подошвы до кровли пласта по склону, а  есть угол крутизны склона или наклона линии измерения. Также истинную мощность можно определить графически - путем построения треугольника.

При неизменной истинной мощности слоя ширина его в обнажениях зависит от угла наклона слоя и формы земной поверхности (характера рельефа). Эти зависимости исчерпываются шестью вариантами и процедура вычисле­ния истинной мощности несколько сложнее, чем при горизонтальном зале­гании слоев. Она рассматривается на практических занятиях по курсу «Структурная геология и геологическое картирование» с приведением формул. На карте мощность слоя может быть определена с применением метода заложения по стратоизогипсам.

В обнажениях и участках, сложенных смятыми в складки образованиями, после характеристики пород нужно сделать описание складок, т.е. определить:

а) морфо­логический тип складок;

б) высоту и ширину (размах крыльев) складок;

в) наличие осложняющей дополнительной складчатости;

г) строение замка и крыльев складок с указанием углов и азимутов их наклона;

д) направ­ление и угол погружения или воздымания шарнира;

е) положение и прост­ранственную ориентировку осевой плоскости;

ж) кливаж и его соотноше­ние со структурными элементами складок;

з) сланцеватость, линейность и бороздчатость.

В тех случаях, когда невозможно сделать непосредственные замеры пространственного положения шарнира (Ш), осевой поверхности (ОП) или следа осевой поверхности (СОП) и линей­ности (Лин), их можно определить путем нанесения дополнительных за­меров на сетку Вульфа. Для определения положения шарнира нужно делать замеры положения крыльев складок, для определения ОП складки - замеры следов осевой поверхности (СОП) в двух проекциях, для определения положения линейности - замеры сланцеватости (СЦ) и полосчатости (ПС) и угла падения ли­нейности (Лин) и т.д. Процедура определения рассматривается на практичес­ких занятиях по курсу «Структурная геология и геологическое картирование».

Тектонические нарушения устанавливаются по геологическим и геоморфологическим признакам на местности и по аэрофотоснимку. Из геологи­ческих признаков наиболее надежные следующие:

1. зеркала и борозды скольжения на поверхностях срывов в горных породах;

2. зоны тектонических брекчий, катаклаза, милонитизации, интен­сивной трещиноватости и рассланцевания;

3. закрытые трещины, выполненные жильным материалом;

4. видимые смещения частей пластов, жил, даек, слоистости или иных структурно-текстурных элементов;

5. несоответствие в строении смежных участков обнажения либо соседних обнажений, расположенных на одном и том же гипсометрическом уровне в районах с простым строением,

6. присутствие крупных блоков аллохтонных пород;

7. выпадение отдельных интервалов разрезов или их повторение (в районах с простым горизонтальным, либо моноклинальным залеганием по­род);

8. резкий обрыв (окончание) структур по падению и простиранию.

Тектонические нарушения в той или иной мере проявляются в формах рельефа и поэтому неплохо дешифрируются на аэрофотоснимках местности. На наличие нарушений могут указывать линейно ориентированные депрес­сии или возвышенности, эскарпы (сбросовые уступы), фасеты (треуголь­ные грани отрогов) и др. Но необходимо помнить - прежде чем связать возникновение формы рельефа с проявлением нарушений, нужно проверить все возможные другие пути ее происхождения, так как эти признаки мо­гут обладать конвергентностью (многозначностью). При докумен­тации тектонических нарушений необходимо указывать:

Элементы залегания поверхностей напластования, плоскостей кон­тактов, структурных элементов слоистых толщ, складчатых сооружений и разрывных тектонических нарушений измеряются с помощью горного компаса. Горный компас (геологический компас) – специальный компас для определения элементов залегания слоев горных пород: азимута падения и простирания, угла падения. Компас имеет лимб, разделенный на 360^о, и магнитную стрелку, при помощи которых определяются азимуты, а также отвес для установления угла падения пласта. Для удобства работы запад и восток на лимбе переставлены, поэтому отсчет по северному концу магнитной стрелки дает азимут того направления, в каком стоит 0^о лимба. Элементы залегания, как правило, записываются в полевом дневнике в сокращенном виде (например, аз.пад. ПС 315°45°). При вертикальном положении плоскости записывается азимут простирания ее - аз.прост. 270° либо - аз.прост. 270 90°.

По возможности элементы залегания наносятся на карту фактического материала, на топокарту или на аэрофотоснимок.

Изучение взаимоотношений между геологическими телами подразумевает наблюдения над сочетаниями различимых типов пород, условиями их зале­гания в обнажениях и на территориях и пространственно-временным распо­ложением относительно друг друга (что выше, а что ниже; согласное или несогласное; что чего сечет; и др.). В конечном итоге, это приводит к выяснению относительной (исторической) последовательности формирова­ния и преобразования геологических образований на исследуемой террито­рии.

При изучении взаимоотношений между геологическими телами необходимо направлять внимание на выявление несогласий, что далеко не просто. Не­согласия определяют не только пространственное, но и историческое соот­ношение разновозрастных, преимущественно слоистых горных пород. Они могут возникать как при участии, так и без участия тектонических про­цессов (движений). При обнаружении несогласия нужно попытаться дать следующие характеристики:

1 - признаки, по которым выявлено несогласие (угловое перекрытие, контрастный переход, наличие конгломератов, резкое различие в степени метаморфизма и др.);

2 - строение поверхности несогласия (конфигурация, наличие ка­р­ма­нов или выступов, кор выветривания, ожелезненных зон и др.);

3 - состав и строение пород, залегающих выше и ниже по­верхности несогласия, а также структурные элементы залегания их;

4 - вид несогласия (первичное, вторичное, стратигра­фи­ческое, структурное, параллельное, облекающее, прилегающее, угловое, литологическое, конседиментационное, тектоническое, ло­кальное, региональное, ази­мутальное или картографическое и др.).

Несогласия фиксируют перерыв в осадконакоплении. Сравнительно лег­ко устанавливается несогласие:

1 - если во время перерыва была струк­турная перестройка, тогда последующие (молодые) комплексы налегают с угловым несогласием;

2 - при налегании осадочных или эффузивных толщ на размытую поверхность более древних кристаллических (интру­зивных или метаморфических) пород, и тогда можно видеть захороненный рельеф, карманы, сложенные корами выветривания или дезинтегрированными породами;

3 - при налегании лавовых покровов на осадочные, метамор­фические или интрузивные породы.

Очень трудно выявля­ются несогласия между слоями близкого литологического состава и, когда они параллельные или соглас­но прилегающие.

Описание искусственных обнажений.

В районах с недостаточной обнаженностью с целью получения дополнительной информации и фактических данных используются искусственные обнажения - наземные (шурфы, канавы, карьеры, дорожные выемки и др.) и подземные (штольни, штреки и др.) горные выработки и буровые сква­жины. Правила документации искусственных обнажений аналогичны докумен­тации естественных обнажений. В канавах и шурфах документируются сте­нки и дно выработки, в карьере - стенки и, по возможности, уровневые срезы, в подземных выработках - стенки, дно, кровля и забой, а в ск­важинах - керн.

Буровая скважина - это выработка цилиндрической формы с небольшим поперечным сечением. Она имеет устье, ствол и забой. Боковая поверх­ность ствола - стенки ствола (скважины). Виды бурения: ручное (удар­ное, ударно-вращательное и вращательное) и механическое (вращательное дробовое, твердосплавное и алмазное). В большинстве случаев бурение ведется с отбором керна. Керн - это горные породы, поднятые из сква­жины буровой ложкой, змеевиком или желонкой при бурении в мягких и рыхлых породах, либо буровой трубой при механическом бурении. Основной недостаток кернового материала в качестве источника информации - пере­мешивание при бурении, неполная извлекаемость за счет истирания и вы­мывания, трудности при ориентировке керна и др. Описание керна ведет­ся поинтервально с фиксацией всех наблюдаемых признаков, после чего составляется разрез по скважине. При возможности проведения каротажа скважины (геофизические методы исследования) разрез может быть уточнен.