![logo1](../images/logo3.png)
Структурная геология
Р. А. Щеколдин
Конспект лекций
![кафедра ИДГ-лого](../images/HistGeol01.gif)
Геометрия пласта
Горная геометрия (геометрия пласта) – раздел структурной геологии – рассматривает геометрические характеристики геологических объектов.
Идеальный пласт
Основное понятие горной геометрии – идеальный пласт (слой) – часть пространства, ограниченная двумя параллельными плоскостями. Из них верхняя называется кровлей, нижняя – подошвой. Это понятие может быть применено к разным реальным геологическим объектам плоской формы:
- пластам осадочных пород,
- покровам вулканических пород,
- пластовым интрузиям и дайкам,
- контактовым зонам интрузий,
- жильным образованиям,
- разрывным нарушениям и др.
Мощность
Расстояние между подошвой и кровлей называется мощностью пласта (рис. 1).
Виды мощности (рис. 2):
- Кратчайшее расстояние от подошвы до кровли пласта – по перпендикуляру – называется истинной мощностью (Ми),
- расстояние в горизонтальной плоскости – горизонтальной мощностью (Мг),
- расстояние по вертикальной линии – вертикальной мощностью (Мв).
- Расстояние вдоль земной поверхности – видимая мощность (Мвид) – зависит от соотношения между падением пласта и уклоном земной поверхности. Расстояние между подошвой и кровлей на карте – проекция видимой мощности на горизонтальную плоскость – может принимать любые значения.
Неполная мощность наблюдается в том случае, когда отсутствует одна из поверхностей пласта (или обе):
- сохранившая мощность (Мсохр) – расстояние от земной поверхности до подошвы пласта, кровля которого разрушена;
- вскрытая мощность (Мвскр) – расстояние от земной поверхности до кровли пласта, подошва которого находится на глубине.
![мощность](../images/thickness1.png)
![виды мощности](../images/thickness.png)
Элементы залегания
Элементы залегания (рис. 3) – угловые величины, характеризующие положение пласта в пространстве – азимут простирания, азимут падения и угол падения.
Линия простирания (а-а) – линия пересечения
поверхности пласта горизонтальной плоскостью,
линия падения (б-б) перпендикулярна линии простирания и проходит по поверхности пласта сверху вниз.
Угол падения (α) – угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Лучшая модель горизонтальной плоскости – поверхность спокойной воды. Обнажение наклонного пласта на берегу озера наглядно
отображает элементы залегания (рис. 4).
Азимут простирания (рис. 5) – угол между направлением на север и линией простирания. Может иметь два значения, различающиеся на 180°. Однако принято записывать северо-восточное или северо-западное значение.
Азимут падения (рис. 6) – угол между направлением на север и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Азимуты измеряются по часовой стрелке.
![элементы залегания](../images/strik_dip.gif)
![элементы залегания 1](../images/attitud_1.png)
![азимут простирания](../images/strike.png)
![азимут падения](../images/dip.png)
Измерение элементов залегания, запись замеров и изображение их на карте
Для измерения элементов залегания используют горный компас.
Результаты замеров следует сразу же записать в полевом дневнике и отметить на карте. Форма записи элементов залегания стандартная и её следует придерживаться, чтобы избежать путаницы.
При горизонтальном залегании нет ни угла падения, ни азимутов простирания и падения. Поэтому записывается просто:
«Залегание горизонтальное». Изображение на карте:
При вертикальном залегании нет азимута падения. Поэтому записывается азимут простирания, например:
«Аз. пр. СВ 40 ∠ 90». Изображение на карте:
При наклонном залегании записываются азимут простирания, азимут и угол падения, например:
«Аз. пр. СВ 40, аз. пад. ЮВ 130 ∠ 20».
На практике обычно ограничиваются записью азимута и угла падения, т. к. азимут простирания легко вычислить Изображение на карте:
При опрокинутом залегании также записываются азимут и угол падения, но уточняется, что залегание опрокинутое, например:
«Аз. пад. ЮВ 130 ∠ 70 (опрокинутое)». Изображение на карте:
Обратите внимание на то, что знак "°" – "градус" – не пишется, чтобы избежать ошибок (наспех записанный знак "градус" можно принять за ноль).
Элементы залегания можно определить и косвенными методами – по трем обнажениям или скважинам, вскрывающим подошву или кровлю пласта и не лежащим на одной прямой, либо по двум произвольным (косым) сечениям поверхности пласта вертикальными поверхностями, например, стенками шурфа или естественными обрывами.
Изображение горизонтальных, наклонных и вертикальных слоев
на геологических картах в равнинном и расчлененном рельефе
I. Горизонтальные слои
А) В равнинном рельефе
Равнинный рельеф можно представить в виде горизонтальной плоскости. Поверхности напластования также представляют собой горизонтальные плоскости. Поэтому в равнинном рельефе на поверхности будут
обнажаться одни и те же слои, т.е., на карте вся поверхность будет закрашена одним цветом. Однако поскольку даже равнинные местности прорезаны долинами водотоков (рек, ручьев), то в этих долинах в виде узких полос вскрываются более древние
слои (рис. 7). Подобную картину можно наблюдать даже на обзорных картах платформенных областей.
![Горизонтальные слои в равнинном рельефе](../images/horizntl.png)
в равнинном рельефе
Б) В расчлененном рельефе
При горизонтальном залегании поверхности напластования в любой точке имеют одну и ту же высотную отметку. Поэтому горизонтальные пласты на карте местности с расчлененным рельефом ограничены
криволинейными контурами, огибающими горизонтали рельефа земной поверхности и нигде их не пересекающими (рис. 8). Расстояние между подошвой и кровлей на карте – проекция видимой мощности на горизонтальную плоскость. Истинную
мощность можно вычислить как разность отметок подошвы и кровли.
![Горизонтальные слои в расчлененном рельефе](../images/horiznt2.png)
в расчлененном рельефе
II. Наклонные слои
А) В равнинном рельефе.
Равнинный рельеф можно представить в виде горизонтальной плоскости. Поверхности напластования – наклонные плоскости – при пересечении с горизонтальной плоскостью образуют прямые
линии, расстояние между которыми – горизонтальная мощность – зависит от угла падения. При одной и той же истинной мощности горизонтальная мощность тем меньше, чем больше угол падения (рис. 9).
Ми = Мг · sin α
![Наклонные слои в равнинном рельефе](../images/inclined.png)
Б) В расчлененном рельефе
При наклонном залегании линия выхода поверхности пласта на земную поверхность имеет разные отметки в разных точках. Наклонные пласты на карте ограничены криволинейными контурами, пересекающими
горизонтали рельефа земной поверхности (рис. 10). При уменьшении угла падения линия выхода приближается к горизонталям, при увеличении – приближается к прямой.
Расстояние между подошвой и кровлей на карте – проекция видимой мощности
на горизонтальную плоскость.
![Наклонные слои в расчлененном рельефе](../images/inclind2.png)
III. Вертикальные слои
При вертикальном залегании поверхности напластования проецируются на горизонтальную плоскость прямыми линиями. Поэтому вертикальные пласты на карте, независимо от характера рельефа, ограничены параллельными прямыми, пересекающими горизонтали рельефа земной поверхности и совпадающими с простиранием пласта (рис. 11). Расстояние между подошвой и кровлей на карте – горизонтальная мощность, совпадающая с истинной мощностью.
![Вертикальные слои](../images/vertical.png)
Построение выхода наклонного пласта
Чтобы построить выход поверхности (подошвы или кровли) наклонного пласта на карте местности с расчлененным рельефом, нужно изобразить эту поверхность в стратоизогипсах с тем же сечением, что и у горизонталей рельефа. Для этого нужно знать элементы залегания пласта и его отметку хотя бы в одной точке. Заложение стратоизогипс определяется исходя из угла падения и масштаба карты, графическим способом или по формуле:
![построение выхода слоя](../images/drawlayr.png)
d = h · ctg α,
где d – заложение стратоизогипс, выраженное в масштабе карты, h – сечение горизонталей и стратоизогипс, выраженное в масштабе карты, α – угол падения. Затем нужно найти точки пересечения стратоизогипс
и горизонталей с одинаковыми отметками и соединить эти точки плавной кривой.
Эта кривая не должна пересекать ни горизонтали, ни стратоизогипсы в других местах, кроме найденных точек (рис. 12). В зависимости от соотношения между
направлением и углом падения пласта и направлением и углом наклона рельефа местности выход наклонного пласта имеет различную форму в плане. Здесь возможны три основных случая:
- Если направление падения пласта совпадает с направлением склона рельефа, а угол падения больше, чем угол склона, то выход пласта образует изгиб в сторону, противоположную изгибу горизонталей рельефа (рис. 13).
- Если направление падения пласта противоположно направлению склона рельефа, то выход пласта образует изгиб, направленный в ту же сторону, что и у горизонталей рельефа, но более плавный, чем изгиб горизонталей (рис. 14).
- Если направление падения пласта совпадает с направлением склона рельефа, а угол падения меньше, чем угол склона, то выход пласта образует изгиб, направленный в ту же сторону, что и у горизонталей рельефа, но более резкий, чем изгиб горизонталей (рис. 15).
![первый случай](../images/case_1.png)
а – на карте, б – в разрезе
![второй случай](../images/case_2.png)
а – на карте, б – в разрезе
![третий случай](../images/case_3.png)
а – на карте, б – в разрезе
Определение элементов залегания и мощности пласта с помощью стратоизогипс
Определение элементов залегания
Для определения элементов залегания используется одна линия выхода (подошва или кровля) и две горизонтали рельефа с разными отметками, каждая из которых пересекает линию выхода в двух точках (рис. 16). Через эти точки проводятся стратоизогипсы (на рисунке 180 п и 200 п). Любая стратоизогипса является линией простирания. Перпендикулярно стратоизогипсам проводится линия падения (она направлена в сторону стратоизогипсы с меньшей отметкой). Для построения угла падения от точки пересечения линии падения со стратоизогипсой откладывается отрезок (h=200-180=20 м), равный разности отметок стратоизогипс в масштабе карты. Через конец этого отрезка и точку пересечения линии падения со второй стратоизогипсой проводится линия. Угол между этой линией и линией падения – это угол падения пласта (α).
![Определение элементов залегания](../images/elements.jpg )
элементов залегания
Определение мощности
Для определения мощности используются две линии выхода (подошва и кровля) и одна горизонталь рельефа, которая пересекает линии выхода в двух точках каждую (рис. 17). Через эти точки проводятся стратоизогипсы (на рисунке 180 п и 180 к). Перпендикулярно стратоизогипсам проводится отрезок прямой, который представляет собой горизонтальную мощность пласта (Мг). Отложив определенный ранее угол падения пласта (α), строим так называемый треугольник мощностей, второй катет в котором – вертикальная мощность (Мв), а высота, опущенная на гипотенузу – истинная мощность ( Ми).
![Определение мощности](../images/thicknes2.jpg)
мощности пласта
С помощью стратоизогипс можно изображать любую поверхность, не только плоскую, но и изогнутую. В этом случае и стратоизогипсы будут криволинейными. Построения с помощью стратоизогипс – один из основных приемов горной геометрии.
Выводы
- Горная геометрия – раздел структурной геологии, который рассматривает геометрические характеристики геологических объектов.
- Основное понятие горной геометрии – идеальный пласт. С его помощью можно охарактеризовать размеры и положение в пространстве реальных геологических объектов плоской формы.
- Положение пласта в пространстве определяется элементами залегания.
- Для измерения элементов залегания используют горный компас, однако их можно определить также и косвенными методами: по трем обнажениям или скважинам, не лежащим на одной прямой, или по двум косым сечениям.
- Чтобы построить выход поверхности (подошвы или кровли) наклонного пласта на карте местности с расчлененным рельефом, нужно изобразить эту поверхность в стратоизогипсах с тем же сечением, что и у горизонталей рельефа. Затем требуется найти точки пересечения стратоизогипс и горизонталей с одинаковыми отметками и соединить эти точки плавной кривой.
- Построения с помощью стратоизогипс – один из основных приемов горной геометрии.
Вопросы для самопроверки
- Чем характеризуется горизонтальное и наклонное залегание пластов?
- Что называется элементами залегания пласта?
- Что называется азимутом и как он замеряется?
- Почему азимуты простирания рекомендуется записывать в северных румбах?
- Как записывают и изображают на карте элементы залегания пластов?
- Как находят линию простирания пласта с помощью горного компаса?
- Описать порядок работы по определению элементов залегания пласта в поле при помощи горного компаса.
- Как наносят элементы залегания пласта на геологическую карту?
- В каких случаях применяются косвенные способы определения элементов залегания пласта и в чем они заключаются?
- В чем заключается различие определения элементов залегания пласта по трем точкам на топографической карте с горизонталями и по трем скважинам на этой же топографической карте?
- Как замеряют азимуты стенок выработки (шурфа) при определении элементов залегания пласта по двум косым сечениям (по двум видимым падениям) в этой выработке?
- Как определяют угол наклона пласта в косом сечении по известному углу падения? В чем практическое значение этого измерения?
- Что называется истинной, видимой, горизонтальной и вертикальной мощностью пласта?
- Каковы три основных случая зависимости выхода наклонного пласта от рельефа?
- Каковы основные правила построения выхода пласта в зависимости от рельефа?
- Что называется стратоизогипсами пласта? Каково их значение?