Часть II

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Глава 9

ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ЗАЛЕГАНИЕ

Признаки горизонтального залегания слоев

- Горизонтальное залегание слоев характеризуется общим горизонтальным или близким к нему расположением поверхности наслоения. Идеальных горизонтальных поверхностей наслоения в земной коре не встречается. Уже в процессе осадконакопления образующиеся слои приобретают некоторый наклон. Чаще этот наклон незначителен и измеряется минутами, но нередко угол на­клона составляет несколько градусов.

Первичные углы наклона появляются в результате неравномер­ных вертикальных движений, одновременных с осадконакопле- нием. Очень часто отклонение поверхностей наслоения от горизон­тального положения происходит за счет различий в скорости и ко­личестве накапливающихся осадков на отдельных участках дна водоема. Мощности формирующихся при этом слоев окажутся неодинаковыми, что в конечном счете может привести к появлению у поверхностей наслоения значительных наклонов.

> Образование первичных наклонов может быть вызвано также неравномерным уплотнением осадков при диагенезе и неровностя- ми поверхностей несогласия. ' ¹ "

Толщи осадочных пород, залегающие горизонтально или с очень небольшим наклоном (менее 1°), широко развиты в чехлах Восточно-Европейской и Восточно-Сибирской древних платформ, в мезозое Западно-Сибирской плиты и в других областях.

При горизонтальном залегании абсолютные высоты границ между слоями приблизительно одинаковы. Это может быть^- уста­новлено несколькими способами. Если в распоряжении геолога имеется топографическая карта с рельефом, изображенным с по­мощью горизонталей, то границы между слоями или стратиграфи­ческими подразделениями, нанесенные на такую карту, либо сов­падут с горизонталями, либо будут расположены между горизон­талями в соответствии с абсолютной высотой, указываемой на кар­те границы (рис. 67).

При изучении данных буровых скважин горизонтальное поло¹жение слоев определяется по совпадению высот выбранной грани­цы между слоями не менее чем в трех вертикальных скважинах.

Так как при горизонтальном положении осадочных толщ каждый нижележащий слой является более древним, чем перекрываю­щий, соотношения разновозрастных слоев с элементами рельефа

характеризуются расположением древних слоев в пониженных час­тях, а наиболее молодых слоев — на возвышенных участках рельефа.

Измерение мощности слоя

Истинная мощность (Я) при горизонтальном залегании определяется как разность между отметками кровли и подошвы слоя (рис. 68).

При расчлененном рельефе истинная мощность слоя может быть вычислена также по данным измерений видимой мощности (h) и углу наклона поверхности рельефа (а).

Рис. 68. Зависимость ширины выхода горизонтально залегающих слоев от релье­фа и определение истинной мощности слоя при горизонтальном залегании. а — геологическая карта; б — разрез; 175 м — абсолютная отметка кровли слоя; 153 м — аб­солютная отметка подошвы слоя; H=hsm а; # = 175—153 = 22 м

Ширина выхода слоя на поверхность (видимая мощность) за­висит от ряда условий. Чем больше истинная мощность слоя, тем шире выход его на поверхности (при прочих равных условиях). Большое влияние на ширину выхода слоя оказывает рельеф. При крутом рельефе ширина выхода слоя может оказаться близкой к истинной мощности. При пологом рельефе, наоборот, ширина вы­хода увеличивается, а при выровненном рельефе она может на­много превышать истинную мощность. Если рельеф окажется плос­ким, слой или стратиграфический горизонт может слагать обшир­ные территории.

Изображение горизонтально залегающих слоев

на геологических картах

При изображении горизонтально залегающих слоев на геологической карте необходимо установить положение границ между слоями на местности и их абсолютные отметки. При нали­чии этих данных, найдя соответствующие пункты на карте, легко провести нужные границы, которые могут совпадать с горизонта­лями или располагаться между ними. От этого общего правила, однако, в ряде случаев приходится отступать. На картах с изоб­ражением обрывистых склонов ширина выхода слоев на поверх­ность на месте обрывов резко сокращается, а при вертикальных обрывах она превращается в линию. Если на таком участке карты изобразить несколько слоев или стратиграфических горизонтов, они сольются в одну линию и понять строение такого участка при чтении карты будет очень трудно. Поэтому в местах карты с изоб­ражением обрывов слои или стратиграфические горизонты указы­ваются полосками шириной не менее 1 мм. Для придания слоям необходимой ширины на карте они могут быть несколько сдвину­ты с пунктов их выходов на поверхности.

Отклонения от горизонталь­ного положения границ между слоями могут быть также вызва­ны изменениями мощности отло­жений. Подошва слоя (или стра­тиграфического подразделения) может залегать горизонтально, кровля же при последовательном сокращении (или увеличении) мощности приобретает некоторый наклон и в таком случае окажет­ся залегающей уже не горизон­тально, а наклонно¹.

Если изменения мощности не имеют широкого распростране­ния, то искривление поверхности слоя отмечается на небольших по площади участках, но неред­ко такие явления носят регио­нальный характер и охватывают большие территории.

При чтении геологических карт, на топографической основе которых изогипсы отсутствуют, горизонтальное залегание может быть установлено лишь предположительно. Если местность имеет достаточно расчлененный характер (например, балочный или ов­ражный рельеф), а мощности изображения на карте слоев или стратиграфических подразделений меньше относительного превы­шения рельефа, границы между слоями или стратиграфическими горизонтами будут повторять очертания основных элементов релье­фа и соответствовать изображению изогипс рельефа, которые можно было бы представить себе проведенными на карте. При этом в наиболее низких точках рельефа всегда будут располагать­ся более древние породы, а на водораздельных пространствах — самые молодые (рис. 69).

Если мощность пород превосходит относительные превышения рельефа, граница между выходящим на поверхности горизонтом и подстилающими его породами может оказаться ниже поверхно­

сти данного участка и в этом случае даже при расчлененном рельефе один и тот же слой или стратиграфическое подразделение, залегающие горизонтально, могут быть распространены на огром­ные пространства. При выровненном рельефе широкое развитие на поверхности может иметь слой или стратиграфический горизонт даже относительно небольшой мощности.

Изображение горизонтально залегающих слоев на аэрофотоснимках

В изображении на аэроснимках горизонтально залегаю­щих слоистых осадочных пород очень много общего с расположе­нием границ на соответствующих геологических картах.

Слоистость осадочных пород передается на аэроснимках чере­дованием тонов различной плотности, зависящей от естественной окраски пород, их физических свойств, рельефа, иногда раститель­ности. Чем большей избирательностью обладают перечисленные

Рис. 70. Горизонтально залегающие слои известняков, мергелей и глин, обра­зующие ступенчатые уступы на склонах возвышенностей в полупустынной мест­ности со скудной травянистой растительностью (аэрофотоснимок)

выше явления, тем резче будут видны на снимках границы между отдельными слоями.

Форма границ между слоями зависит главным образом от строения земной поверхности. При горизонтальном рельефе на значительном пространстве может быть обнажен один и тот же слой, и на аэроснимке в таких случаях появятся поля с монотон­ной окраской, лишенные слоистости. При расчлененной поверхности границы между слоями будут иметь сложный рисунок, очерчиваю­щий основные формы рельефа (рис. 70).

Формы рельефа и микрорельефа, присущие каждому из слоев или пачкам однородных по физическим свойствам пород, зависят от крепости пород и их сопротивляемости процессам выветрива­ния. При значительных различиях на каждом из слоев возникают обособленные формы рельефа и микрорельефа, позволяющие про­слеживать слои на большие расстояния и производить их корре­ляцию.

Стратиграфическое расчленение горизонтально наслоенных толщ следует производить на специально подобранном и предва­рительно отдешифрированном участке с возможно более полным стратиграфическим разрезом. Естественно, что такие участки дол­жны иметь достаточно широкий диапазон высоких и низких отме­ток рельефа.

Вычисление мощностей выделяемых стратиграфических под­разделений по аэроснимкам производится путем -определения раз­ности высотных отметок их кровли и подошвы в опорном или ином разрезе.

Очень много дают аэроснимки для фациального анализа гори­зонтально залегающих толщ. Изменение окраски пород, строения рельефа и микрорельефа, а также растительность тонко реагируют на все изменения состава и текстуры пород, что при внимательном и правильном анализе аэрофотоматериалов дает возможность вы­явления закономерности изменения фаций на широких площадях-

Изображение на картах новейших континентальных образований

Новейшие континентальные образования должны быть по возможности удалены с геологической карты. Для выявления состава и возраста коренных пород на тех участках, где они пере­крыты породами четвертичного возраста, изучают состав и усло­вия накопления четвертичного покрова. Если этого оказывается мало, сквозь покров новейших образований до коренных пород проходится достаточная по густоте сеть горных выработок или скважин и применяются геофизические методы исследования.

При широком развитии и большой мощности новейших образо­ваний (аллювиальные отложения, дюнные пески и др.) выявить строение коренных пород без большого объема горных работ невоз­можно. Однако затрачивать большие средства на проходку горных выработок далеко не всегда рационально, и геологи вынуждены, поэтому оставлять на картах поля новейших образований. Чаще других на картах указываются речные аллювиальные, озерные и эоловые отложения. Четвертичные образования сохраняются и в тех случаях, когда они заключают полезные ископаемые, например россыпи золота, касситерита и др., или являются морскими отло­жениями.

Залегание аллювиальных отложений зависит от формы и рас­положения эрозионного ложа речной долины. В поперечном сече­нии верхняя поверхность аллювиальных отложений пойм и над­пойменных террас в равнинных реках горизонтальна, а в горных реках она имеет наклон в сторону русла реки, достигающий не­скольких градусов. Нижняя поверхность аллювиальных отложений имеет обычно сложное строение, зависящее от рельефа эрозионной поверхности, выработанной на коренных породах.

В разрезах вдоль долин реки аллювиальные отложения имеют наклон в сторону реки, приблизительно соответствующий продоль­ному профилю речной долины. Для равнинных рек этот наклон из­меряется в метрах на километр, для горных рек он может дости­гать нескольких градусов. Таким образом, при горизонтальном

залегании коренных пород аллювиальные отложения по мере про- - движения от истоков к устью реки будут покрывать все более .древние подстилающие породы (рис. 71).

Дешифрирование новейшего континентального покрова

Покров новейших континентальных образований тесней­шим образом связан, с одной стороны, со строением рельефа, а с .другой — с составом коренных пород.

Элювиальные образования. В горных районах, на массивных крепких коренных породах, в условиях интенсивно раз­вивающегося физического выветривания на плоских водоразделах и пологих склонах образуются поля глыбовых и щебенчатых элю­виальных россыпей, дешифрирующихся по неровной пятнистой и точечной окраске.

В условиях Крайнего Севера нашей страны каменистые россы­пи и развалы слагают обширные территории. На крупномасштаб­ных снимках среди них удается подметить правильные многоуголь­ники и иные формы. В степных районах со скудной кустарниковой и травянистой растительностью элювиальный покров, имеющий мощность даже в несколько метров, нередко совершенно незаме­тен на аэроснимках и передает все детали строения коренных по­род, а избирательное расселение растительности и микрорельеф, развивающийся на элювии, в еще большей степени подчеркивают условия залегания коренного ложа. Глинистые элювиальные про­дукты выветривания обычно быстро покрываются растительностью и обнаруживаются с трудом. Исключение составляют ярко окра­шенные коры химического выветривания, дешифрирующиеся по не­правильной мелкопятнистой окраске.

Делювиальные образования, как и элювиальные, тес­но связаны с формами рельефа, составом и условиями залегания коренных пород. На склонах, углы наклона которых круче 25—35°, делювиальные отложения вообще не накапливаются, если только они не закреплены растительностью. При оконтурировании делю­виальных образований ориентируются на характерные черты мик­рорельефа и фототон. Следует также учитывать и форму рельефа.

Про л ю в и а л ь н ы с отложения образуются как на скло­нах, так и на больших площадях в виде шлейфов, обычно лишен­ных растительного покрова. В местах интенсивного пролювиаль- ного смыва на склонах на общем светлом фоне аэроснимка виден густой, часто ветвистый или переплетающийся струйчатый рису­нок, усиливающийся по резкости вниз по склону. На аэроснимках четко дешифрируются контуры пролювиальных конусов; они имеют вид секторов, спускающихся в долины основных рек из боковых притоков, с радиальным переплетающимся расположением высох­ших или обводненных русл с ровной матовой окраской поверхно­сти. На таких участках всегда можно проследить условия образо­вания пролювиальных конусов, взаимоотношения с долинными •отложениями, которые они обычно перекрывают, установить совре­менные условия аккумуляции пролювия (рис. 72).

Аллювиальные отложения. При дешифрировании ал­лювиальных отложений устанавливаются и геоморфологические элементы речных долин: русло, пойма, террасы, склоны и т. д.

Русловые и пойменные отложения тесно связаны с руслами рек. Их границы очерчиваются деятельностью речного русла (сле­ды блуждания), старицами, характерным ленточным распределе­нием влаголюбивой растительности. В таежных условиях поймы рек покрыты редкой древесной или только кустарниковой расти­тельностью и выделяются своим светлым тоном.

Аллювиальный покров террас дешифрируется по выровненным полосам с монотонной серой окраской, обрамленным либо круты­ми уступами в рельефе, либо примыкающим к слонам речных до­лин (рис. 73). Очень характерна для бровок речных террас изре- занность овражной сетью, вследствие чего нередко их границы но­сят неровный, как бы зазубренный характер. Террасы из-за слабой обводненности аллювия лишены растительности, либо она распо­лагается в виде пятен и островов.

Очень близки по дешифрировочным признакам современные озерные аллювиальные отложения и отложения озерных террас. Наиболее отчетливый генетический признак этого вида отложе­ний — их пространственная связь с современными озерными бере­говыми линиями (рис. 74).

Особой сложностью дешифрирования обладают древние аллю­виальные речные и озерные отложения, не связанные с современ­ной гидрографической сетью. При их выделении необходимы тща­тельный анализ реликтовых участков прошлой сети и детальней-

ший геоморфологический анализ. Особое значение должно быть обращено на расположение современных речных долин, возмож­ные перехваты и заболоченные водораздельные пространства.

При дешифрировании рыхлого покрова, разви­вающегося в условиях вечной мерзлоты и мороз­ного выветривания, следует обращать внимание на различ­ные геометрические рисунки, образующиеся на его поверхности. Они могут быть выражены сеткой полигональных трещин, обра­зующихся на торфяно-бугристой тундре, каменными многоуголь­никами, кольцами и лентами, болотистым кочкарником, мочажи­нами или струйчатой сеткой, обусловленной неравномерным сто­ком надмерзлотных вод и развитием растительности. Указанием на вечную мерзлоту могут служить бугры-гидролакколиты, много­численные луговые озера и понижения.

Эоловые отложения обычно дешифрируются легко. Их присутствие можно заранее предсказать, учитывая пустынные и полупустынные области их распространения. В большинстве об­ластей и районов эоловые пески возникают на поверхности древ­них аллювиальных и озерных отложений и реже на флювиогля- циальных и пролювиальных накоплениях. Помимо светлой моно­тонно-точечной или ячеистой окраски на поверхности эоловых отло­жений почти всегда различаются холмы, гряды, струи и барханы, ориентированные вдоль или поперек господствующего направле­ния ветров. Точечная и пятнистая структура окраски обусловлена кустистым или островным расположением растительности (рис. 75) .

В районах, где эоловые пески возникают за счет разрушения и'перевевания коренных пород, расположение гряд, барханов, дюн и растительности нередко подчеркивает состав и структуру корен­ных пород, которые как бы просвечивают сквозь вуаль, образован­ную эоловым покровом.

С эоловыми образованиями тесно ассоциируют пониженные плоские пространства, перекрытые глинами, называемые такыра- ми. Весной и после дождей такыры наливаются водой, при высы­хании которой остаются светло-серые матовые ровные пространст­ва, покрывающиеся в засушливое время года полигональными и линейными трещинами. В полупустынном климате на поверхности такыров нередко остаются корки белых солей, передающихся на аэроснимках в виде белых пятен.

Составление геологических разрезов горизонтально залегающих слоистых толщ

При горизонтальном залегании слоев наиболее рацио­нальным направлением разреза будет линия, проходящая через самую высокую и самую низкую точки рельефа. Протяженность разреза ниже поверхности Земли определяется конкретными дан­ными о мощностях и залегании .пород, не обнажающихся на по­верхности. Основным источником этих материалов служат буро­вые скважины и геофизические данные.

На карте может быть проведена одна или несколько линий раз­резов, которые могут пересекаться. Положение границ на разре­зах в точках пересечения должно быть одинаковым.

Горизонтальный масштаб разреза выбирается соответствующим масштабу карты. Вертикальный масштаб зависит от мощностей изображаемых на разрезе слоев или стратиграфических подразде­лений. Следует стремиться принимать вертикальный масштаб раз­реза равным масштабу карты. Однако при мелком масштабе кар­ты и небольших мощностях пород это условие невыполнимо. В этих случаях при выборе вертикального масштаба придержива­ются следующего правила: самый маломощный слой или страти­графический горизонт должен иметь на разрезе ширину не менее 1 мм. Поясним это следующим примером.

Допустим, что надо построить разрез по геологической карте масштаба 1 : 1 ООО ООО, на которой показаны отложения нижнего- мела и верхней юры. Наименьшая мощность отдельных стратигра­фических горизонтов, изображаемых на разрезе, составляет 25 м. Помня, что наименьший по мощности слой на разрезе должен иметь ширину не менее 1 мм, приравниваем 25 м к 1 мм или 25 000 мм к 1 мм. Отсюда получаем вертикальный масштаб раз­реза 1 :25 ООО. Другими словами, масштаб карты в вертикальном масштабе разреза следует увеличить в 40 раз, или отношение го­ризонтального масштаба к вертикальному на разрезе будет 1/40. Выбрав вертикальный масштаб разреза, вычерчивают вначале про­филь земной поверхности, затем сносят на этот профиль точки пе­ресечения геологических границ с линией разреза и по получен­ным точкам строят границы на разрезе. Следует иметь в виду, что рельеф вычерчивается в увеличенном вертикальном масштабе. Это влечет за собой увеличение крутизны склонов земной поверхности и появление заметных углов наклона геологических границ.

Необходимо обращать внимание на правильное оформление раз­резов. В начале и в конце линии разреза ставятся буквенные обо­значения. Начальная буква ставится в конце линии разреза, вы­ходящей на рамку карты в северо-западном или юго-западном на­правлении, и у южной рамки в том случае, если разрез проведен точно по меридиану; вторая буква ставится на северо-восточном или юго-восточном направлении линии разреза, у соединения раз­реза с рамкой карты или у северной рамки при меридиональном направлении разреза (см. рис. 67).

При наличии пробуренных скважин разрез строят через сква­жины. При этом допускается ломаная линия разреза.

На концах разреза указывается графический вертикальный масштаб. В подзаголовке к разрезу приводятся числовой горизон­тальный и вертикальный масштабы. На разрез наносятся индек­сы, соответствующие индексам изображенных пород.