Понятие о слое и слоистости
Слой — это геологическое тело, образованное осадочной горной породой, однородной по составу или структуре, цвету и т. д., ограниченное приблизительно параллельными поверхностями. Наряду с термином «слой», в том же понимании часто употребляется термин «пласт», особенно для обозначения слоев полезных ископаемых (уголь, известняк и т. д.).
Основные элементы слоя (пласта). Плоскости соприкосновения слоя с окружающими породами называются поверхностями напластования. Породы, покрывающие слой, называются кровлей, подстилающие — подошвой (рис. 36).
Кратчайшее расстояние между поверхностями напластования называется истинной мощностью. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой называется видимой мощностью. При неполном обнажении слоя замеряют неполную мощность — расстояние по перпендикуляру к поверхности наслоения
от кровли или почвы до любой точки слоя. Уменьшение мощности, наблюдаемое на небольшом расстоянии, называется пережимом. Если уменьшение мощности сопровождается исчезновением слоя, то такое явление называется выклиниванием. Пласт, выклинивающийся во все стороны на коротких расстояниях, называется линзой. Мощность линзы невелика по сравнению с ее протяженностью.
Тонкий пласт, залегающий в толще мощных пластов, называется пропластком, или прослойком.
Положение пласта в пространстве определяется его элементами залегания — азимутом падения, углом падения и азимутом простирания.
Рис. 36 Элементы слоя.
а – кровля; б – подошва;
в – пережим; г – выклинивание;
д - линза
Слоистость — это одно из важнейших свойств осадочных горных пород.
Под слоистостью понимают чередование слоев, тонких прослойков, отличающихся по своим свойствам (например, чередование глинистого материала с песком и др.). Переход одного слоя в другой может быть или резким или постепенным, незаметным. В последнем случае граница между слоями проводится условно. Характер слоистости позволяет судить о тех изменениях, которые происходили при формировании осадков.
Классификация слоистости. Слоистость осадочных горных пород классифицируют по мощности и условиям образования.
В зависимости от мощности часто выделяют следующие виды слоистости:
грубая - мощность слоев 50 см;
крупная - » » 50—10 см;
мелкая » » 10—1 см;
тонкая » » 1—0,1 см;
микрослоистая » » 1—0,1см.
Соответственно этому породы называются грубо-, крупно-, мелко-, тонко- и микрослоистыми или листоватыми.
По условиям образования выделяют четыре .основных типа слоистости (рис. 37):
параллельная — поверхности наслоения близки к плоскостям; формируется при отсутствии заметных движений воды;
волнистая — имеет волнисто-изогнутые поверхности наслоения; формируется при периодической смене движений — приливных и отливных течений и др.;
косая — характеризуется прямолинейными и криволинейными поверхностями наслоения; формируется при движении среды в одном направлении — реки, морского потока, воздуха и др.;
линзовидная — имеет разнообразные формы и изменчивые мощности отдельных слоев; формируется при быстром и изменчивом направлении движения водной или воздушной среды и др.
Рис 37. Различные типы
слоистости в разрезе.
а - горизонтальная (1, 3, 5 - глина, 2, 4 — пески);
б — волнистая; в - косая слоистость речных потоков; г - косая слоистость в морских отложениях; д - эоловая косая слоистость
Образование слоистых толщ. Характер слоистости и масштабы ее проявления в природе многообразны и обусловлены целым рядом факторов: вертикальными тектоническими движениями, климатом, динамическим режимом водной или воздушной среды, а также химическими изменениями состава вод озерных и морских бассейнов.
Формирование крупной слоистости происходит обычно в результате тектонических движений и вызванных ими изменений физико-географических условий отложения осадков.
При определенном положении береговой линии осадки в плане располагаются в строго определенном порядке. В общем случае вблизи берега накапливаются грубозернистые осадки, например галечники. Затем, с увеличением глубины, зона грубозернистых осадков сменяется более мелкозернистыми — песками, алевритами, глинистыми илами. Вертикальные тектонические движения приводят к передвижению береговой линии, которая в свою очередь приводит к миграции зон осадков. В случае наступления моря на сушу (трансгрессии) происходит углубление моря — на грубозернистых осадках будут накапливаться пески, на песках алевриты, на алевритах — глинистые илы
При отступлении моря (регрессии) происходит обмеление моря — осадки накапливаются в обратной последовательности: на глинистых илах — алевриты, на алевритах — песок, на песках — грубозернистые осадки.
Таким образом, по характеру взаимосвязи слоистых толщ по отношению к древнему основанию выделяют трансгрессивное и регрессивное взаимоотношение слоистых толщ (см. рис. 38).
Формирование мелкой, тонкой и микрослойчатости связано в большинстве случаев с изменением физико-географических условий в области сноса и накопления осадков (сезонные изменения климата, изменение уровня воды в реках, несущих терригенный материал, химическое изменение состава вод озерных и морских бассейнов).
При первичном ненарушенном залегании слои расположены горизонтально, относительно параллельны между собой и в них соблюдается строгая стратиграфическая последовательность наслоения.
При нарушенном вторичном залегании слои лежат наклонно, собраны в складки и могут быть разорваны и сдвинуты по разрывным тектоническим нарушениям.
Взаимоотношения между слоистыми толщами. Если смежные по вертикали слои связаны постепенным переходом, это говорит об их согласном взаимоотношении (залегании слоев). Согласное залегание образуется в том случае, если при изменении состава отложений осадконакопление в бассейне не прерывалось. Однако в отдельные моменты истории по тем или иным причинам осадконакопление может прерываться. За время
перерыва поверхность образованного слоя осадков подвергается выветриванию, размывается как на поверхности суши, так и под водой. Когда осадконакопление вновь возобновляется, в основании нового слоя нередко накапливается галька. Поверхности, которые образуются при перерывах в осадконакоплении, носят название поверхностей стратиграфических несогласий, поскольку с ними связано выпадение из разреза отдельных стратиграфических горизонтов.
Рис 38.
Если новый слой осадка ложится на горизонтально лежащие, ранее накопившиеся слои и у них нет различия в условиях залегания — говорят о параллельном несогласии. Если нижние слои перед накоплением нового слоя за время перерыва оказались смятыми в складки или приобрели наклон, то по характеру залегания они отличаются от вышележащих горизонтальных слоев. Такой тип взаимоотношения между слоистыми толщами называется угловым несогласием. Различие в величине наклона слоев носит название угла несогласия, который может меняться от 0 до 180°. В случае когда простирание нижних, более древних слоев не совпадает с верхними, более молодыми, говорят об азимутальном угловом несогласии.
Аналогичные соотношения между двумя контактирующими толщами могут возникнуть и тогда, когда на складчатую серию пород будет надвинут пакет пологозалегающих отложений. В этом случае они разграничены поверхностью тектонического разрыва, которая выражена зоной перетертых пород, наличием зеркал скольжения и т. п. Взаимоотношение между двумя этими толщами носит название тектонического несогласия.
При стратиграфических несогласиях сверху всегда залегает более молодая толща, при тектонических — в верхней части могут оказаться и более древние отложения.
По площади распространения несогласия могут быть региональными, т. е. проявляющимися на значительной территории, и локальными, или местными, т. е. приуроченными к небольшим участкам.
Горизонтальное залегание слоев. В условиях горизонтального залегания поверхности наслоения отдельных толщ горизонтальны или близки к ним, и каждый нижележащий пласт более древний, чем вышележащий.
Если пласты осадочных толщ имеют горизонтальное залегание в условиях идеально ровной, плоской местности (столовая равнина), то на поверхности будет обнажен только самый верхний пласт. Представим себе, что при том же горизонтальном залегании — рельеф местности пересеченный, расчлененный, т. е. прорезанный оврагами и речками, водоразделы между которыми плоские. В этом случае самые молодые пласты обнажаются на водоразделах, а более древние — на склонах оврагов и долин рек. Иногда в береговых обрывах отчетливо видна кровля и подошва отдельных слоев (пластов), имеющих одинаковые абсолютные отметки.
Ширина выхода пластов (а) на дневную поверхность зависит от мощности слоя и характера рельефа местности. Из рис. 39 видно, что чем положе рельеф, тем больше ширина выхода горизонтально лежащего слоя на поверхность и наоборот. Истинная мощность горизонтального слоя выходящего на склоне водораздела, если неизвестны отметки, равна
m = h * sin a,
где m - истинная мощность пласта; h — видимая мощность пласта; а — угол склона местности. Изображение горизонтально залегающих слоев на геологических картах показано на рис.40, где видно, что границы отдельных слоев либо совпадают с соответствующими горизонталями, либо проходят между ними.
При горизонтальном залегании слоев по карте можно вычислить мощность пластов, определив разность высотных отметок кровли и подошвы одного и того же пласта.
Если на геологической карте отсутствуют горизонтали и мощность слоев меньше относительного превышения рельефа, то по соотношению гидрографической сети и геологических границ можно установить наличие горизонтального залегания пород.
Рис 39. Взаимосвязь ширины выхода пласта с рельефом.
1 — зависимость проекции ширины выхода (а) горизонтального слоя от его истинной мощности (т) и характера местности; 2 — определение истинной мощности горизонтального слоя
Обычно границы между отдельными слоями в виде полос плавно окаймляют реки, овраги, водоразделы и никогда не наблюдается резкого пересечения геологических границ реками или оврагами. В равнинных частях водоразделов слои, лежащие горизонтально, занимают обширные пространства.
Горизонтальное залегание слоев широко распространено на Русской и Западно-Сибирской равнинах.
Наклонное залегание слоев. При наклонном, или моноклинальном, залегании поверхность каждого пласта представляет собой наклонную плоскость, причем породы имеют одинаковую ориентировку наклона и величину угла наклона.
Для ориентировки наклонного слоя в пространстве введено понятие об элементах залегания: линии простирания, линии падения, которые характеризуют положение слоя по отношению к странам света.
Линия простирания — это линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью. Линия падения — это направление наибольшего наклона пласта. Линия падения всегда перпендикулярна линии простирания.
Рис. 40. Изображение горизонтально залегающих пород на геологической
карте (а) и в разрезе (б).
1— песчаник; 2 —глина; 3 — известняк
При одном и том же направлении падения пласт может иметь, различный наклон. Поэтому введено понятие угла па-де ни я, под которым понимают угол наклона пласта к горизонту. Углы падения пород до 20° принято относить к пологим, до 50 —к средним, 50° и выше — к крутым. При угле падения близком к 90°, слои относят к вертикальному падению.
Положение линии простирания и линии падения в пространстве определяется их азимутами. Азимутом данного направления является угол, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана до заданного направления по ходу часовой стрелки.
Азимутом линии простирания называется правый векториальный угол между одним из направлений линии простирания и северным направлением истинного меридиана.
В связи с тем что линия простирания имеет два противоположных направления, у нее могут быть два замера, различающиеся между собой на 1800
Азимутом падения называется правый векториальный угол между проекцией линии падения на горизонтальную плоскость и северным направлением истинного меридиана.
Учитывая, что у наклонного пласта имеется одно определенное направление падения, может быть замерен только один азимут падения, который отличается от азимута линии простирания на 90°. Значение угла падения не может быть больше 90°.
Горный компас
Элементы залегания наклонного слоя определяются горным компасом (рис. 41).
Основание горного компаса имеет вид прямоугольника (8 – 11 * 7 – 8 см.), в середине которого прикреплена коробка с лимбом, разделенным против часовой стрелки на 360° Лимб установлен таким образом, что длинные ребра основания компаса параллельны линии север—юг, а короткие — линии восток—запад.
На острие шпиля в центре корпуса на агатовом или рубиновом подшипнике закреплена стальная магнитная стрелка; ее северный конец покрыт синей (вороненой) или белой краской Подшипник сообщает стрелке свободное вращение. В нерабочем положении стрелка закрепляется тормозным приспособлением один конец которого надет на шпиль, а другой — выведен в юго-западный конец корпуса и управляется винтом. Стрелка освобождается только на время работы.
Под стрелкой компаса на шпиль насажен отвес — клинометр который может свободно двигаться только при вертикальном положении компаса. На нижней расширенной части отвеса прорезано окошечко, в середине которого точно по центру отвеса прорезан зубец. В основании компаса, кроме лимба для замера азимутов, имеется полукруговая шкала клинометра для измерения углов наклона. Отсчет градусов по этой шкале идет от нулевого положения в две противоположные стороны. Лимб покрывается стеклом, закрепленным кольцевой пружиной. На круглую коробку компаса надевается крышка. Все части компаса, кроме стрелки, изготовляются из немагнитных материалов: алюминия, латуни, бронзы или пластмассы.
В отличие от обыкновенного компаса, в горном компасе восток и запад обменены своими местами. Это сделано для того, чтобы величину азимута можно было читать непосредственно по северному концу магнитной стрелки.
Рис 41. Горный компас.
1 - пластинка (основание компаса); 2 — коробка компаса с лимбом; 3 — клинометр (отвес); 4 — тормозное приспособление для клинометра; 5 — магнитная стрелка; 6 — пружина, удерживающая покровное стекло; 7 — тормозное приспособление для магнитной стрелки
Порядок работы с горным компасом. Для определения азимута любого направления компас устанавливают горизонтально так, чтобы короткая его сторона, на которой написано «север» и «О», была направлена в искомом направлении. Отпускают магнитную стрелку и берут показания по ее северному концу.
Для определения азимута простирания на расчищенный участок наклонного пласта устанавливают компас на длинное ребро так, чтобы отвес принял положение 0°. Линия соприкосновения поверхности слоя с ребром компаса будет линией простирания. Вдоль ребра компаса проводят карандашом или иглой линию простирания пласта. Затем компас приводят в горизонтальное положение, прикладывая длинное ребро к линии простирания, освобождают магнитную стрелку и по ее северному концу производят отсчет, который и дает азимут линии простирания.
При определении линии падения компас следует приложить к линии простирания короткой южной стороной, чтобы север «С», указанный на основании компаса, был направлен по направлению падения.
Рис 42. Измерение азимута.
я —измеряемый угол (стрелка С — направление па север, стрелка А — направление азимут которого определяется <а=150°); б — показание стрелки обычного компаса ЮЗ
2100; в — показание стрелки горного компаса ЮВ 150°
Порядок замеров элементов залегания слоя горным компасом
Затем компас приводят в горизонтальное положение. Отпустив зажим винта, закрепляющего стрелку, берут отсчет по ее северному концу (рис. 42, г). После этого закрывают зажим и, приложив компас длинной стороной по линии падения, по отвесу фиксируют угол наклона слоя (рис. 42, в). При записи простирания и падения записывается в буквенном выражении четверть, на которую падает этот угол (СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ). При цифровом выражении угла значок градусов не ставится, чтобы не смешать его с нулем. Полная запись эле ментов залегания такова: аз. прост. ЮЗ 215, аз. пад. 125<30, или аз. прост. 215, аз. пад. 125<30. Часто в практике запись сокращается: аз. пад. 125<30, так как простирание можно получить, прибавив (или отняв) к азимуту падения 90°.
Рис 43. Различные случаи определения истинной мощности наклонно залегающих слоев по видимой мощности, углу наклона слоя и углу наклона поверхности рельефа, по А. Е. Михайлову.
1 - поверхность рельефа горизонтальная; 2 - по буровой скважине; 3 — поверхность рельефа наклонная, слой падает в сторону наклона поверхности рельефа, но круче рельефа; 4 — поверхность рельефа наклонная, слой падает в сторону наклона рельефа, но положе рельефа; 5 — поверхность рельефа наклонная, слой падает в сторону, противоположную относительно наклона поверхности рельефа
Если замеры выполнены правильно, то разность отсчетов азимутов линии простирания и падения должна составить 90°. В случае значительного отклонения (2—3°) от этой величины замеры следует повторить.
Следует помнить, что замеры горным компасом дают углы между данным направлением и магнитным меридианом. Для получения истинных азимутов следует учитывать магнитное склонение.
Определение истинной мощности слоя при наклонном залегании. При наклонном залегании в полевых условиях не всегда удается замерить истинную мощность слоя, т. е. кратчайшее расстояние между его кровлей и почвой. В этом случае истинную мощность (Я) можно определить, пользуясь рядом формул (рис. 43), измерив видимую мощность (h), угол падения слоя (а) и наклон поверхности рельефа (р).
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 518;