ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД 6 страница
Угол падения пласта определяют графическим путем или по формуле
tgα = h/b, где α - угол падения пласта; h - сечение горизонталей (и пласта); b - заложение пласта.
Величину заложения определяют по карте, измеряя (и пересчитывая по масштабу) проложение между двумя линиями его простирания, т. е. его стратоизогипсами, отличающимися по своей высоте на величину сечения горизонталей рельефа (см. рис. 49). Нетрудно видеть, что эта задача как раз обратная той, которую мы выполняли, когда находили горизонтали пласта при построении выхода его на поверхность (см. § 28).
Если не имеют таблиц тригонометрических функций, угол α определяют графическим путем, путем построения прямоугольного треугольника с катетами, равными h и Ь.
По формуле тангенса, заменив b на l, находят и угол β (см. рис. 45).
Элементы залегания слоя на геологической карте показывают штриховым условным знаком, в котором длинная линия указывает на простирание, короткая - на падение, а цифра - на угол падения (см. рис. 3, з, и).
Геологический разрез по карте при наклонном залегании слоев строят, руководствуясь общими правилами (см. § 9).
Сначала строят топографический профиль. На нулевой линии откладывают точки пересечения границ пластов с линией разреза на карте. Затем эти точки с нулевой линии проектируют на линию топографического профиля. Через одну из таких точек на линии профиля проводят вспомогательную горизонтальную линию, параллельную нулевой (см. рис. 47). В этой точке от горизонтальной линии откладывают угол падения в соответствующем показанию штрихового условного знака направлении (обычно в сторону более молодых пород). Из соседних точек на линии топографического профиля проводят линии, параллельные первой, - это и есть границы пластов. Получив, таким образом, остов разреза, его затем достраивают и оформляют (раскрашивают, если нужно - штрихуют; проставляют индексы, знаки ориентировки и т. д.).
Если на карте элементы залегания не указаны штриховым знаком, то их определяют способом, описанным выше. Разрезы наклонно залегающих слоев, как правило, строят в одном и том же горизонтальном и вертикальном масштабе. В виде исключения от этого правила иногда приходится отступать, когда, например, линия разреза пересекает несколько комплексов пород, одни из которых лежат полого или горизонтально и слои в нем имеют малые мощности. В таких случаях вертикальный масштаб, по сравнению с горизонтальным, преувеличивают (т. е. принимают его более крупным). Углы падения при этом искажаются (увеличиваются) и тем больше, чем больше относительное увеличение вертикального масштаба, как это видно на таблице - приложении 1. Если, к примеру, истинный угол падения (см. верхнюю цифровую строку таблицы) равен 300, а преувеличение вертикального масштаба принято двукратное, то на разрезе нужно отложить уже не 30, а 50° (см. вторую строку цифр). Угол падения исказится (уменьшится) и при неперпендикулярном пересечении простирания слоев линией разреза (см. рис. 42), поскольку такой угол будет видимым углом падения (см. § 26). В этом случае также вводится соответствующая поправка (см. приложение 2).
Г л а в а IX
СКЛАДЧАТЫЕ НАРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
§ 30. Флексура и складка и их элементы
Складчатые (пликативные) нарушения, или связные дислокации, представляют собой более сложные, чем моноклинали, нарушения первичного залегания слоев горных пород.
Термин «пликативный» в переводе означает «складчатый», однако этим термином не охватывается все многообразие связных дислокаций, т. е. нарушений залегания горных пород без разрыва их сплошности. Поэтому помимо термина «складчатые нарушения (дислокации)» или «пликативные нарушения (дислокации)» распространен термин «связные нарушения (дислокации)».
При геологической съемке целесообразно различать порядок складчатых форм: мегаструктуры, имеющие размеры от десятков до сотен километров в поперечнике; макроструктуры - от первых километров до метров и микроструктуры - более мелких размеров.
Складчатые дислокации являются результатом изгиба слоев и пластического течения вещества в слоистых толщах (пластических деформаций). Основными формами и основными элементарными единицами связных дислокаций являются флексура и складка.
Флексурами (лат. flexsura - изгиб) называются коленчатые изгибы пластов, образующиеся на фоне горизонтального или моноклинального залегания. Во флексуре различаются поднятое (верхнее) и опущенное (нижнее) крылья, в которых слои лежат горизонтально или полого, и соединительное (или смыкающее) крыло с более крутым наклоном слоев, часто утоненных вследствие растяжения при образовании флексурного изгиба или при переходе его по простиранию флексуры в сброс (рис. 50, а, б).
Рис. 50. Флексура (а), переходящая по простиранию перегиба в сброс (б), и структурная терраса (8).
1-3 - крылья флексуры и структурной террасы:1- поднятое, 2 - соединительное или смыкающее, 3 - опущенное. Стрелки указывают на вероятные направления действия сил
Расстояние по вертикали между крыльями флексуры называется ее высотой или амплитудой. Многие флексуры облекают перемещенные по сбросам или взбросам (иногда сдвигам) блоки более древних пород (рис. 51),
Рис. 51. Флексура в слоях пермского и палеогенового возраста, отражающая движения по сбросу в кристаллическом фундаменте. Профиль через долину Рейна у Базеля. По А. Гейму.
1 - аллювиальные террасы; 2 - третичные (палеогенеогеновые) осадки; 3 - юра; 4 - верхний триас; 5 - средний триас; б - ангидрит и гипс; 7 - нижний триас; 8 - пермь; 9 - породы кристаллического фундамента
что указывает на связь большинства флексур с формированием разрывных смещений. Такие флексуры представляют верхние части комбинированных разрывно-складчатых структур. Нередко вдоль линии разрывного нарушения одни горизонты разорваны, а другие образуют флексурные перегибы. Амплитуда некоторых крупных флексур, например, в Австралийской Виктории или у изученной еще Э. Маржери и А. Геймом (1888 г.) флексуры Верхнерейнского грабена, или на своде Уинта в Скалистых горах (США), может достигать нескольких сотен и даже тысяч метров, а длина по простиранию их измеряться сотнями километров. Флексуры распространены во многих тектонических зонах Земли. На Русской плите, например, известно довольно много флексур (Бирючевская, Бугурусланская, Волгоградская, Токаревская и др.), представляющих собой крутые крылья валов (см. рис. 68) или ограничения Прикаспийской впадины. Для некоторых из них (например, Бахметьевской) установлена прямая связь со сбросами, вызвавшими вторичные усложнения в верхнем крыле. Флексуры представляют практический интерес как структуры, благоприятные для скопления нефти и газа.
Ступенчатый коленообразный изгиб, в котором поднятое и опущенное крылья имеют моноклинальное залегание слоев, а соединительное (смыкающее) крыло характеризуется также моноклинальным, но более пологим залеганием или же горизонтальным залеганием, называется структурной террасой.* Структурная терраса представляет собой тектоническое нарушение, по форме родственное флексуре, но отличающееся от нее обратным расположением основных элементов (см. рис. 50, в). Связаны почти исключительно с платформенными дислокациями (например, на Самарской Луке).
Складкой называется волнообразный односторонний изгиб слоев, образовавшийся вследствие пластической деформации. Как пространственное тело складка в большинстве случаев напоминает собой половину разрезанной по длине сигары (рис. 52).
Рис. 52. Изображение (а) и разрезы (б) - продольный, 8 - поперечный) полной синклинальной складки.
1 -1' - след (проекция) осевой плоскости; А - Б - длина складки, В – Г - ширина складки, измеренные по одному и тому же слою (штриховка)
Складка не бесконечна и всегда где-то переходит в другую, смежную с ней складку, или затухает и сливается с толщей недислоцированных пород. Складка всегда имеет место перегиба слоев и две поверхности, примыкающие к перегибу и имеющие, как правило, единообразный наклон.
В каждой складке различают следующие элементы (рис. 53).
Рис. 53. Элементы антиклинальной складки
Замок - место перегиба слоев, в котором их поверхности, примыкающие к перегибу, образуют между собой угол или более сложные фигуры.
Крылья - боковые части складки, представленные поверхностью слоев, единообразно (вверх или вниз) наклоненных от перегиба. Угол наклона крыльев по величине может быть различным.
Простейшими формами складок являются антиклинали и синклинали. У первых крылья отклонены от первоначально горизонтальной плоскости слоев вниз, у вторых - вверх, т. е. антиклиналь - это выпуклая, а синклиналь - вогнутая форма.
Угол складки (или угол перегиба складки) - угол, образованный крыльями складки. В общем случае его измеряют в точке мысленного пересечения крыльев, при их продолжении; в отдельных случаях (например, у остроугольных складок) может быть измерен непосредственно в замке.
Осевая поверхность (или, в частном случае, осевая плоскость) - воображаемая поверхность, делящая пополам угол, образованный крыльями складки.
Шарнир - воображаемая линия пересечения осевой поверхности с поверхностью пласта (кровлей или подошвой); представляет собой линию, изгибающуюся от наиболее приподнятой (или опущенной) по осевой поверхности части складки к местам ее замыкания, и обрисовывает контур складки в продольном разрезе; шарниров можно провести столько, сколько слоев в складке. У некоторых складок шарниры представляют собой волнистую линию, в связи с дополнительными пологими опусканиями и воздыманиями слоев, поперечными к простиранию складки. Такие шарниры (как и складки в целом) называют ундулирующими (лат. undulatio - волнистость). Угол, составленный наклонной частью шарнира с его проекцией на горизонтальной плоскости, называется углом погружения или углом воздымания складки.
Ядро - внутренняя часть складки; это понятие условное и зависит от глубины эрозионного среза.
При площадном изучении складок в поле и при изображении их на геологической карте и в разрезе различают еще следующие элементы (см. рис. 52).
Ось складки - термин, не имеющий строго однозначного смысла. Одни авторы, например В. В. Белоусов, определяют ось складки как линию пересечения осевой поверхности с горизонтальной поверхностью земли (на местности) и проекцию ее на горизонтальную плоскость (на карте), другие - как линию пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью, наконец, третьи, например Г. Д. Ажгирей, придают термину «ось складки» смысл, вложенный выше в понятие «шарнир складки». Первое из этих трех определений представляется более предпочтительным.
Замыкания - окончания складки в местах погружения шарнира в антиклиналях и воздымания его в синклиналях под (или на) горизонтальную плоскость (или поверхность земли); в антиклиналях замыкания называются периклиналями, в синклиналях - центриклиналями (см. рис. 52).
Длина складки - расстояние вдоль оси складки между контурами того или иного слоя, замыкающегося в данном горизонтальном срезе (по Ю. А. Косыгину), или, иначе, расстояние между замыканиями любого, условно принятого, стратиграфического горизонта (см. рис. 52), т. е. между точками однотипных перегибов шарнира.
Определение термина больше характеризует относительную длину складки, но оно представляется конкретным и однозначным понятием. Определить абсолютную же длину складки часто бывает затруднительно. Лишь у одиночных платформенных складок за абсолютную длину можно принять расстояние по оси между точками затухания складки, т. е. переход ее внедислоцированные породы. Но так как переход этот, как правило, расплывчатый, то рассматриваемая величина будет приблизительной. Еще труднее определить абсолютную длину складки геосинклинальной области. Здесь многие антиклинали и синклинали тянутся на десятки и сотни километров (через всю складчатую область), но при этом шарниры их ундулируют часто весьма значительно. Абсолютную длину таких ундулирующих складок одни геологи считают для всей сложной структуры (антиклинали или синклинали) в целом, другие - ограничивают длину интервалом между поперечными плоскостями (сечениями), проведенными через точки максимальных перегибов шарниров складок первого порядка, Т.е. учитывают абсолютную длину только складок второго порядка (рис. 54). При полевой работе последний из этих подходов представляется более удобным.
Рис. 54.Блок-диаграмма части геосинклинального складчатого комплекса.
Элементы ундулирующих складок первого порядка: Оп, Оп' - осевые плоскости, Уш шарниры, А, С - оси, Пп - плоскости перегибов шарниров, Пп - линии поперечных перегибов шарниров; абсолютная длина складок второго порядка: антиклинали (а) и сииклинали (с)
Ширина складки - наибольшее расстояние поперек оси складки между выходами слоя, принятого при измерении длины складки (см. рис. 52, а, в - по ВГ).
В данном определении подразумевается, опять-таки, относительная ширина складки. При измерении абсолютной ширины складки может быть два случая.
1. Абсолютная ширина одиночной платформенной складки - наибольшее расстояние поперек оси между точками перехода от крыльев складки к смежным нескладчатым участкам. Как и длина, абсолютная ширина таких складок может быть установлена лишь приблизительно, условно.
2. Абсолютная ширина складки в геосинклинальном комплексе - расстояние между осями двух смежных синклиналей для антиклинали или осями соседних антиклиналей - для синклинали (рис. 55). Измерения, производимые по такому принципу, в ряде случаев искажают представление о морфологии складок в складчатом комплексе. Как видно на рис. 55, при определении по осям ширина антиклинальных (А) и синклинальных (Б) складок получается примерно одинаковой, фактически же она резко различна: синклинали здесь широкие, пологие, а разделяющие их антиклинали - относительно узкие, с круто падающими крыльями.
Рис. 55. Схематическая геолlогическаякарта, полученная в результате дешифрирования аэрофотоснимка (р. Алдан, ВосточнаяСибирь), По М. Н. Петрусевичу.
1-оси складок; 2 - ширина складок: антиклинальной (А) и синклинальной (Б); 3 - направления падения слоев
В практической работе геолога (при геологической съемке) и при классификации складок в плане большее значение имеют относительные линейные размеры складок (в данном горизонтальном срезе). Эти размеры, взятые даже по одному и тому же слою, могут меняться в зависимости от глубины денудационного среза, но отношение между длиной и шириной складки всегда остается величиной постоянной.
Высота, или амплитуда (учитывается только у двойных, т. е. у смежных, сопряженных складок) - расстояние по вертикали между наиболее высокой точкой антиклинали и наиболее низкой точкой синклинали, измеренное по кровле или подошве одного и того же слоя (рис. 56).
Антиклиналь Синклиналь
Свод
Рис. 56. Сопряженные складки в разрез (h - высота складки)
§ 31. Морфологическая классификация складок
Как было отмечено выше, складки в первую очередь делятся на два типа: синклинальные, в ядрах которых расположены наиболее молодые породы, и антиклинальные, в ядрах которых находятся наиболее древние породы. Синклинали обычно вогнуты, антиклинали обращены выпуклостью вверх. Однако у перевернутых антиклиналей и синклиналей наблюдается геометрически обратное явление (рис. 57).
Рис. 57. Типы складок по наклону осевой поверхности к горизонту.
1 - прямая (стоячая); 2 - наклонная (косая); 3 - опрокинутая; 4 - лежачая; 5 перевернутая антиклиналь (в ядре складки более древняя порода, чем на крыльях). Пунктирные линии - проекции осевой поверхности; сплошные линии - проекции вертикальной плоскости, которая в складках 1 и 2 пересекает слои в нормальной последовательности, а в складках 3-5 - в обратной последовательности (в одном из крыльев)
Антиклинали и синклинали в геосинклинальных складчатых комплексах всегда сопряжены друг с другом, образуя двойные (иногда говорят, полные) складки. Наиболее поднятая часть антиклинали называется сводом, а наиболее опущенная часть синклинали - мульдой (см. рис. 56). Свод и мульда представляют замковые части указанных складок. Эти же термины применяются и по отношению к платформенным складкам и к тем из геосинклинальных, которые не являются перевернутыми или лежачими.
Дальнейшая типизация складок производится чаще всего по различным морфологическим признакам.
При рассмотрении складок в поперечном вертикальном сечении морфологические типы складок выделяются по следующим признакам.
1. По наклону осевой поверхности к горизонту складки делят на симметричные (или прямые) - с вертикальным положением осевой поверхности и одинаковыми углами наклона крыльев (см. рис. 57, 1) и асимметричные - с наклонной или горизонтальной осевой поверхностью и различными углами наклона крыльев; примером симметричных складок являются прямые, или стоячие, складки, примерами асимметричных - косые, или наклонные, опрокинутые, лежачие и перевернутые, или ныряющие складки.
В прямых и наклонных складках слои залегают нормально, так как в любой точке пересечения таких складок вертикальным разрезом (например, буровой скважиной) стратиграфическая последовательность напластования сохраняется (см. рис. 57, 1, 2). По аналогии с залеганием слоев прямые и наклонные складки можно назвать нормальными. Напротив, в опрокинутых, лежачих и перевернутых складках или в обоих крыльях (в перевернутых складках), или в одном крыле (в лежачих складках), или в части крыла (в опрокинутых складках) слои лежат в обратной стратиграфической последовательности (см. рис. 57, 3-5). В опрокинутых складках одно крыло, а в перевернутых оба крыла имеют наклон больше 90° (по сравнению с их нормальным положением); в лежачих складках оба крыла залегают горизонтально.
2. Разделение складок на симметричные и несимметричные (асимметричные) по принципу положения осевой плоскости к горизонту принято большинством геологов, но применимо не всегда. В сложно дислоцированных толщах (например, в метаморфических породах), состоящих из нескольких разновозрастных складчатых комплексов, симметричность складок приходится устанавливать по отношению к зеркалу складчатости. Зеркалом, или уровнем, складчатости называется поверхность (иногда она может быть плоскостью), касательная к шарнирам антиклиналей или синклиналей в одном и том же слое. В поперечном разрезе эта поверхность спроектируется в виде линии, соединяющей шарниры смежных антиклиналей (или синклиналей) какого-нибудь слоя. В таком случае симметричной (прямой) следует называть складку, осевая поверхность которой перпендикулярна к зеркалу складок (складчатости), независимо от наклона складки к горизонту (рис. 58).
У асимметричных складок (наклонных, опрокинутых, перевернутых) осевая поверхность будет наклонена по отношению к зеркалу складчатости.
3. По расположению крыльев относительно осевой поверхности складки подразделяются на открытые (крылья антиклиналей падают в разные стороны от осевой поверхности, а крылья синклиналей - к осевой поверхности, рис. 59, 1, 2) и сжатые (крылья сближены - рис. 59, 4, 7). Среди последних выделяют складки изоклинальные (крылья параллельны друг к другу и осевой поверхности (рис. 59, 7) и веерообразные (с обратным наклоном J<рыльев - рис. 59, 4 - в сравнении с открытыми складками); все они могут быть прямыми, косыми, лежачими, перевернутыми.
4. По форме замка выделяют обычные складки (с относительно плавным перегибом слоев и углом складки меньше 90°), остроугольные, или острые складки (с резким перегибом слоев в замках), тупые складки (с очень широким плавным перегибом слоев и углом больше 90°), сундучные, или коробчатые, чаще всего антиклинальные складки (имеющие широкий плоский свод и крутые, иногда вертикальные, крылья и нередко усложненные дополнительными складками своды) (рис. 59 и 60).
Pис. 59. Распространенные морфологические н кинематические типы складок (в поперечном разрезе -1-13 и 15-18, в плане -14). По И. П. Кушнареву и Е. П. Сонюшкину, с изменениями.
1 - симметричные; 2 - наклонные асимметричные; 3 - опрокинутая; 4 - веерообразные; 5 - сундучная простая; 6 - сундучная двугорбая; 7 - изоклинальные; 8 - концентрические или параллельные; 9 - подобные; 10 - тупая складка изгиба со скольжением слоев; 11- 12 - блокированные (т. е. усложненные дополнительными складками своды) сундучные; 13 - блокированная обычная; 14, 15 - диапировая; 16 - складка скалывания; 17 -18 - межпластовое проскальзывание при формировании складок волочения