Наклонное залегание слоев

При наклонном (или моноклинальном) залегании слои на обширных пространствах наклонены в одном направлении. Положение наклонных слоев в пространстве определяется элементами залегания: азимутом линии простирания, азимутом линии падения и углом падения. Линией простирания называется любая горизонтальная линия на поверхности (на кровле или подошве) слоя. Линия падения – это линия на поверхности слоя, перпендикулярная линии простирания и направленная в сторону погружения слоя. Линия с противоположным направлением по отношению к линии падения называется линией восстания.

Азимут линии простирания (азимут простирания) – это угол между северным концом меридиана и линией простирания, измеренный по направлению движения часовой стрелки. Азимут простирания принято указывать в «северных румбах» - в интервалах от 0º до 90º и от 270º до 360º.

Азимут линии падения (азимут падения) – это угол между северным концом меридиана и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Угол измеряется также по направлению движения часовой стрелки.

Угол падения – это угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

Элементы залегания определяют с помощью горного компаса или посредством графических построений.

Измерение мощности слоя при наклонном залегании можно производить многими способами. Чаще возможно измерить лишь видимую мощность слоя. На рис.1 показаны различные варианты вычисления истинной мощности в сечениях, ориентированных перпендикулярно к линии простирания.

Рис.1. Измерение мощности наклонно залегающего слоя: а – при его выходе на горизонтальную плоскость; б – в скважине; в – при выходе на склоне, наклон которого меньше угла падения слоя, а направление падения склона и пласта совпадают; г - при выходе слоя на склоне, наклон которого больше угла падения слоя, а направление падения склона и слоя совпадают; д - при выходе слоя на склоне, если направление падения склона и слоя не совпадают.

Если истинная мощность слоя определяется в сечении, ориентированном косо по отношению к линии простирания, то вводят соответствующие поправки, которые выражаются углом λ, представляющим собой разность между азимутами линий простирания и направлением измерения видимой мощности. Вычисления производят по формуле П. М. Леонтовского: Н =h (sinα·cosβ·sinλ ± cosα·sinβ), где Н — истинная мощность; h — видимая мощность; α — угол падения пласта; β — угол склона. Знаки плюс и минус употребляются в зависимости от соотношения направления наклонов поверхностей склона и слоя; при наклоне их в одну сторону принимается знак минус, при наклоне в разные стороны — плюс. Формула верна при условии, что угол падения пласта больше уклона склона. При погружении в одном направлении пласта и склона, но при большем значении уклона склона, нежели угол падения пласта, нужно использовать, как указывает В. С. Милеев, несколько измененную формулу: Н = h (cosα· sinβ - sinα·cosβ· sinλ). При наклонном положении слоев возможны два принципиально разных случая их залегания: нормальное и опрокинутое. При нормальном залегании кровля слоя располагается выше его подошвы, а при опрокинутом - ниже подошвы. При наклонном залегании видимая мощность слоя или ширина его выхода на земной поверхности зависит от мощности слоя, угла наклона и рельефа. Чем больше истинная мощность слоя, тем при прочих равных условиях шире его выход на поверхности. С увеличением угла падения ширина, выхода слоя на поверхности уменьшается и при вертикальном залеганий слоя его проекция на горизонтальную плоскость независимо от рельефа соответствует истинной мощности. Ширина выхода слоя на поверхности увеличивается при совпадении направления наклона слоя и наклона склона и уменьшается при падении слоя в сторону, обратную направлению уклона поверхности.

При крутом склоне и падении слоя в сторону, обратную этому уклону, ширина выхода может оказаться меньше истинной мощности (рис.2).

Рис.2. Изменение ширины выхода наклонно залегающего слоя в вертикальном разрезе (А) и в плане (Б) в звисимости от истинной мощности (I), угла наклона (II) и форм рельефа (III). ɑ - истинная мощность; ɑ' – проекция ширины выхода слоя на горизонтальную плосость; α – угол падения слоёв.

Для изображения выхода наклонно залегающего слоя на земную поверхность используют заложение. Заложение – это проекция отрезка линии падения на горизонтальную плоскость, заключенного между двумя линиями простирания, проведенными по подошве или кровле слоя на разных абсолютных отметках (рис.3).

Рис. 3. Изменение величины заложения в зависимости от угла падения слоя: mn, mn', mn'', - кровля или подошва пласта; α, α', α'' – соответствующие углы падения; ɑ, ɑ', ɑ'' – соответствующие величины заложения.

С помощью заложения (рис.4) легко определить элементы залегания пласта на карте по его выходу на поверхность.

Рис. 4. Определение элементов залегания по линии выхода пласта на поверхность с помощью заложения. α - азимут линии простирания; β- азимут линии падения; γ - угол падения пласта

При расчлененном рельефе границы наклонных выходов пластов изгибаются, и чем положе падают слои, тем большее влияние на конфигурацию границ оказывает рельеф, тем больше породы «слушаются» рельефа. Если наклонно залегающий пласт падает вкрест простирания долины крупной реки с многочисленными притоками, то очертания границ пластов напоминают пилообразную линию, с зубцами, направленными вкрест простирания. Эти треугольники – зубцы называют пластовыми треугольниками. Вершины пластовых треугольников расположены в тальвегах долин и на водоразделах (рис.5). Вершина угла, лежащего в самой низкой точке рельефа, направлена по падению пласта, а в самой высокой — в направлении его восстания.

Рис.5. Пластовые треугольники (блок-диаграмма).

Пластовые треугольники, таким образом, позволяют определить направление падения слоев, изображенных на геологической карте, на аэрофотоснимках или космических снимках (рис.6).

Рис.6 Аэрофотоснимок территории с наклонно залегающими слоями.

Качественно можно определить и величину угла падения слоя. Чем круче угол падения, тем больше угол пластового треугольника. При вертикальном залегании слоя этот угол достигает величины 180º (пластовые треугольники отсутствуют). Вместе с тем, следует учесть, что величина этого угла зависит от соотношений величины угла падения слоя и крутизны склонов.

При изображении наклонно залегающих слоев на разрезах необходимо учитывать ориентировку линии разреза относительно линии падения и линии простирания слоев, соотношения горизонтального и вертикального масштабов разреза. Если направить разрез по линии падения, угол наклона слоев и мощности на таком разрезе будут истинными. В разрезах, направление которых совпадает с направлением линии простирания, слои будут иметь горизонтальное положение, но мощность их не будет соответствовать истинной мощности (и тем больше, чем больше угол падения слоя). При косом расположении разреза относительно линии простирания угол наклона слоев на разрезе будет иметь промежуточное значение между 0° и истинным углом падения, а мощность слоев окажется больше истинной. Для нахождения углов падения слоя в косом разрезе используются специальные таблицы и номограммы. При изображении наклонно залегающих слоев вертикальный масштаб разрезов должен быть равен горизонтальному. Искажения углов падения и мощности наклонно залегающих слоев возникают и в случае несовпадения вертикального и горизонтального масштабов разреза. Здесь также необходимо вводить соответствующие поправки.