 |
Наклонных геологических поверхностей
|
|
|
|
Пространственное положение наклонных плоскостных структурных элементов (кровли и подошвы слоя, контактов интрузивных тел, поверхностей стратиграфических несогласий, сместителей разрывных нарушений) зависит от их ориентировки относительно стран света и земной поверхности и определяется элементами залегания – азимутами простирания (α) и падения (β) и углами падения (φ). Для их оценки пользуются понятиями линии простирания и падения плоскостей; поскольку они взаимно перпендикулярны, азимуты простирания и падения слоя отличаются на 90º.
Элементы залегания бывают истинными, определенными в горизонтальном сечении (азимут простирания) или вертикальном разрезе по линии падения (азимут и угол падения), и видимыми, определенными в любом другом косом сечении (разрезе).
Истинные элементы залегания наклонно залегающих геологических тел и структурных элементов определяются разными способами, которые детально рассмотрены в учебнике А.Е.Михайлова [6]. Чаще всего применяются следующие способы:
с помощьюгорного компаса;
по высотным отметкам выходов подошвы и кровли слоя на поверхность или вскрытых скважинами;
по видимым элементам залегания, измеренным в косых сечениях;
с помощью изогипс по геологическим картам.
Для получения навыков определения элементов залегания указанными способами необходимо решить несколько задач, условия которых приведены выше (см. задание 2).
Задача 2.1. Определение элементов залегания наклонно залегающих слоев с помощью горного компаса.
Для определения элементов залегания наклонной поверхности (в обнажениях, на макетах и образцах пород) необходимо наметить на ней линии простирания и падения, а затем измерить их ориентировку в пространстве.
|
|
|
Чтобы найти линию простирания, необходимо приложить к наклонной поверхности длинную сторону компаса и, сохраняя вертикальное положение компаса, перемещать ее до тех пор, пока отвес не покажет угол 00 (рис.3.2). В таком положении линия соприкосновения компаса с поверхностью и будет искомой линией простирания.
Для замера ее азимута необходимо повернуть компас в горизонтальное положение (по уровню), не отрывая его длинной стороны от линии простирания. Отсчет по северному концу стрелки укажет азимут простирания (α) наклонной поверхности. При этом возможны два отсчета, отличающиеся на 1800, но в практике работ рекомендуется азимуты простирания измерять в северных румбах.
| Для замера азимута падения (β) наклонной поверхности необходимо длинную сторону компаса ориентировать по линии падения, которая перпендикулярна линии простирания. В упрощенном варианте замер азимута падения может производиться по линии простирания. Для этого необходимо к линии простирания приложить короткую сторону компаса, направив северный конец его в сторону падения поверхности, и, сохраняя горизонтальное положение компаса (по уровню), сделать отсчет по северному концу стрелки. Для замера угла падения (φ) наклонной поверхности необходимо приложить длинную сторону компаса к линии падения, вдоль которой находится шкала |
| Рис. 3.2. Измерение азимута и угла падения пород горным компасом |
падения, и, сохраняя его в вертикальном положении, сделать отсчет по отвесу.
В практике работ геологи ограничиваются замерами азимутов и углов падения. Азимуты простирания измеряются лишь у крутых субвертикальных поверхностей, так как замер их азимута падения из-за неровности поверхности может быть неточным, случайным. Точность замеров горным компасом составляет 2-30.
Измеренные компасом азимуты простирания и падения являются магнитными, которые отличаются от истинных (географических) на величину магнитного склонения. Магнитное склонение определяется углом между направлениями от места замера на магнитный и географический полюса. Он зависит от места замера и может изменяться для территории России в пределах от 0 до 300. Если магнитный полюс относительно наблюдателя смещен к востоку (восточное склонение), для получения истинного азимута следует к измеренному азимуту прибавить величину магнитного склонения. Если магнитный полюс смещен к западу (западное склонение), для получения истинного азимута из магнитного азимута следует вычесть величину магнитного склонения. Величина и знак магнитного склонения закономерно изменяются и указываются в зарамочных подписях к топографическим картам. На топографическую и геологическую карты выносятся истинные азимуты залегания пород, т.е. с учетом поправки на магнитное склонение.
|
|
|
Задача 2.2. Определение элементов залегания наклонно залегающих геологических тел и структурных элементов по высотным отметкам их выходов на поверхность или вскрытых скважинами.
Решение этой задачи возможно при наличии высотных отметок выходов структурных элементов не менее чем в трех точках, не лежащих на одной прямой. При этом возможны различные ситуации, но чаще всего наблюдается случай, когда все три выхода имеют различные высотные отметки.
Методику решения задачи рассмотрим на конкретном примере, отраженном на рис. 3.3. Она включает несколько последовательных операций.
| По топооснове определяем абсолютные отметки точек выхода одной из поверхностей слоя (кровли или подошвы): точка 1 – 170 м, точка 2 – 200 м, точка 3 – 150 м. Выбираем две точки с наибольшей разницей высот. Это точки 2 (200 м) и 3 (150 м); разность их высот составляет 50 м (200 м - 150 м =50 м). Соединяем их прямой линией и делим ее на 5 равных частей. Каждая из этих частей соответствует величине сечения горизонталей рельефа и разности высот залегания слоя в 10 м. Получаем систему промежуточных точек с разными |
| Рис.3.3. Определение истинных элементов залегания наклонного слоя по трем точкам выхода его кровли (или подошвы) на поверхность |
высотными отметками залегания слоя 160, 170, 180 и 190 м.
|
|
|
Точку с отметкой 170 м соединяем с точкой 1, имеющей ту же отметку высоты, т.е. отстраиваем линию простирания слоя.
Для определения азимута падения строим перпендркуляр к линии прости-рания из точки 2 с отметкой 200 м, получаем проекцию линии падения. Стрелка на линии указывает направление падения слоя – в сторону уменьшения отметок. Угол, измеренный по ходу часовой стрелки между северным направлением меридиана и направлением линии падения, даст нам азимут падения (β) слоя.
Для определения угла падения от точки О (точки пересечения линии простирания с проекцией линии падения) по линии простирания откладываем отрезок ЕО (влево или вправо), равный разности высотных отметок точек 1 и 2 (200-180=20 м) в масштабе карты. Соединяем точку Е с точкой 2, угол между линией Е-2 и проекцией линии падения О-2 является углом падения слоя (φ).
Для примера, приведенного на рис. 3.3, α=75;, β=1650; φ =150.
| 
| ||||
| Рис.3.4. Частные случаи решения задачи определения залегания пород по высотным отметкам их выходов в трех точках |
При решении этой задачи кроме рассмотренного выше общего случая возможны частные случаи (рис. 3.4):
когда высотные отметки выхода геологической поверхности (чаще это кровля или подошва слоя, поверхность стратиграфического несогласия и т.д.) равны во всех трех точках (рис. 3.4, а), эта поверхность имеет горизонтальное залегание;
когда отметки в двух точках одинаковы, а в третьей больше (рис. 3.4, б) или меньше, геологическая поверхность имеет наклонное залегание, линией простирания служит линия, соединяющая две точки с одинаковыми отметками, остальные элементы залегания находятся по общей методике;
когда три точки с выходом геологической поверхности (обычно это поверхность сместителя разлома, реже кровля или подошва слоя) имеют разные высотные отметки и лежат на одной прямой (рис. 3.4, в), эта поверхность имеет вертикальное залегание.
В случае, когда требуется определить элементы залегания не выходящих на земную поверхность геологических тел, вскрытых буровыми скважинами, решение задачи несколько усложняется, т.к. по скважинам указываются не высотные отметки, а глубины залегания геологических границ. При этом предварительно надо установить высотные отметки устья скважин. Затем определить высотные отметки, на которых находится интересующее нас геологическое тело, для чего из абсолютной отметки устья скважин вычитаем глубины залегания этого тела. Дальнейшая работа проводится по той же методике, что и для рассмотренного выше общего случая (см. рис.3.3). Этот случай подробно рассмотрен в учебнике А.Е.Михайлова [6].
|
|
|
Задача 2.3. Определение элементов залегания наклонно залегающих геологических тел и структурных элементов по видимым элементам залегания (рис. 3.5). Задача решается при документации стенок горных выработок (шурфов, шахт и др.) или естественных обнажений на крутых обрывистых склонах. Видимые элементы залегания замеряются в любом сечении, не совпа-
| дающем с нормальным сечением, т.е. перпендикулярно линии простирания и вдоль линии падения.
Ниже рассмотрим пример определения истинных элементов залегания по видимым элементам, замеренным в шурфе (см. рис. 3.5).
Видимые элементы залегания слоя в стенках шурфа составляют 3300  200 и 700 170. Задача определения истинных элементов залегания пласта решается графически следующим образом. Если рассечь стенки шурфа горизонтальной плоскостью
|
| Рис.3.5. Сотношение истинных элементов залегания пласта по двум видимым падениям в стенках шурфа |
таким образом, чтобы она пересекала исходный пласт в обеих стенках в точках А и Б, то линия АБ будет линией простирания пласта. Перпендикуляр к ней ВГ, направленный по падению пласта, является линией падения, а угол между линией падения ВГ и ее проекцией на горизонтальную плоскость ОВ будет истинным углом падения пласта (φ).
Для определения истинных элементов залегания пласта сделаем развертку стенок шурфа на горизонтальную плоскость, т.е. повернем треугольники АГО и БГО до горизонтального положения вокруг сторон АО и БО, лежащих на горизонтальной плоскости, рассекающей стенки шурфа. Соответственно повернем и треугольник ВГО вокруг проекции линии падения ВО.
После этой операции можно транспортиром измерить истинные азимуты простирания и падения, а также угол падения пласта.
Графические построения рекомендуется выполнять в следующем порядке.
| На листе бумаги проведем линию север-юг (рис. 3.6). Произвольно возьмем на этой линии исходную точку О. Из точки О с помощью транспортира построим два вектора по видимым азимутам падения 3300 и 700. Из точки О восстановим перпендикуляры к этим векторам и на них отложим проекции отрезка ОГ на горизонтальную плоскость – ОГ1 и ОГ2, длина этих отрезков произвольная, но равная. В точках Г1 и Г2 с помощью транспортира построим углы, дополнительные к соответствующим видимым углам падения пласта: в точке Г1 угол 700 (900-200), а в точке Г2 - 730 (900-170). Продолжив стороны этих углов до их пересечения с исходными векторами, получим соответственно точки А и Б. Линия, соединяющая точки А и Б, будет линией простирания пласта. |
| Рис.3.6. Определение истинных элементов залегания пласта по двум видимым падениям в стенках шурфа (развертка на горизонтальную плоскость) |
Опустив перпендикуляр из точки О на линию простирания АБ, получим проекцию линии падения на горизонтальную плоскость ОВ. Измерив транспортиром ее ориентировку относительно линии север-юг, получим истинный азимут падения пласта β.
|
|
|
Для определения истинного угла падения восстановим перпендикуляр к линии ОВ и отложим на нем отрезок ОГ3 =ОГ1 = ОГ2. Соединив точку Г3 с точ- кой В, получим линию падения. Измерив транспортиром угол между линиями ОВ и ВГ3, получим истинный угол падения пласта φ.
Эта задача может быть решена также с помощью специальной сетки Баумана (рис. 3.7), на которой по окружности откладываются азимуты падения, а
| по радиусам – углы падения (пропорционально котангенсам видимых углов падения). Точки Б и В соответствуют двум замерам видимого падения, линия БВ – линии простирания, а перпендикуляр к ней АЕ – линии падения. Точка Е определяет азимут и угол истинного падения пласта. Рис.3.7. Сетка Баумана для определения истинных элементов залегания по двум видимым наклонам |
Для приведенного на рис.3.6 примера видимые элементы залегания составляют 330 /200 и 700 170, а истинные 150 270.
При решении этой задачи необходимо по возможности использовать оба способа определения истинных элементов залегания и сравнить полученные результаты.
Задача 2.4. Определение элементов залегания наклонно залегающих слоев с помощью изогипс. Эта задача часто возникает перед геологом при анализе геологических карт. Для ее решения необходимо иметь топографическую основу с выходом наклонно залегающих пластов (см. приложение Ш), как это в простейшем виде показано на рис.3.8.
|
Изогипсами (стратоизогипсами) называют линии, соединяющие точки равных абсолютных отметок поверхности геологических тел, т.е. это линии простирания тела, имеющие фиксированные высотные отметки, соответствующие обычно отметкам горизонталей рельефа. Если простирание поверхности меняется, то изогипсы имеют вид кривых линий; при выдержанном простирании – это прямые линии.
Следовательно, для определения азимута простирания слоя необходимо на топографической карте найти не менее двух точек пересечения однотипных геологических границ слоя (подошвы или кровли) с одной и той же горизонталью рельефа.
Например, на карте 3.8, а точки пересечения геологической границы с горизонталями 220 и 240 м позволяют провести две изогипсы (линии простирания) с отметками 220 и 240 м, ориентировка которых относительно географического меридиана (линии север-юг) дает азимут простирания слоя α.
Если для определения азимута простирания достаточно одной изогипсы, то для определения азимута и угла падения слоя необходимо иметь не менее двух изогипс одной и той же геологической границы с разными высотными отметками. Если к изогипсам восстановить перпендикуляр, направленный от изогипсы с большей отметкой в сторону изогипсы с меньшей отметкой, то получим проекцию линии падения слоя на горизонтальную плоскость (m-n), ориентировка которой относительно географического меридиана (линии север-юг) дает азимут падения слоя β.
Расстояние между двумя соседними изогипсами, равное проекции отрезка линии падения на горизонтальную плоскость m-n, обозначается как заложение изогипс b данного слоя. Расстояние между этими же изогипсами в вертикальном разрезе, равное разности их высотных отметок, обозначается как сечение изогипс h данного слоя. Обычно оно принимается равным сечению горизонталей рельефа.
Построив разрез по линии падения слоя, увидим, что отношение сечения изогипс к их заложению будет равно тангенсу угла наклона падения слоя φ:
h/b=tg φ.
Следовательно, угол падения можно определить по формуле
φ = arctg h/b.
Из приведенных формул следует, что величина заложения изогипс зависит от величины их сечения и угла падения слоя: чем положе падение слоя, тем больше заложение изогипс.
Можно определить угол падения слоя и графическим способом, измерив его транспортиром на разрезе по линии падения (рис. 3.8, б).
|
|
|
