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

Слоемили 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).

Рис.1.1. Элементы слоя и случаи его выклинивания. 1 – элементы слоя; 2 – неполное выклинивание слоя (пережим); 3 – быстрое выклинивание слоя. Первичное выклинивание (стратиграфическое): 4 и 5 – фациальное, 7 – исчезновение поверхностей напластования вследствие фациальных изменений. Вторичное выклинивание: 6 – денудационное, 8 – тектоническое.

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 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).

Рис. 1.2. Линзовидная слоистость. 1 – песок; 2 – песок нефтеносный; 3 - слоистая глина.

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.

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

Рис. 1.3. Типы и разновидности слоистости по Е.П.Брунс: 1 – параллельная; 2 – линзовидная; 3 - волнистая; 4–8 – косая: 4 - диагональная (отложения временных потоков); 5 – перекрёстная, образовавшаяся при морских течениях; 6 – клиновидная эоловых отложений; 7 – многоэтажная косая речных отложений; 8 – диагональная дельтовых отложений.

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.