книги / Структурная геология

Введение

11

На рисунке 1 изображено естественное обнажение в борту реки. Некоренные (аллювиальные) и моренные (ледниковые) отложения являются привнесенными (рекой, ледником). Известняки — коренные отложения.

На рисунке 2 изображено искусственное геологическое обнажение — стенка карьера стройматериалов в окрестностях г. Домодедово (Московская область), где обнажаются коренные породы (глины оксфордского яруса верхнего отдела юрской системы и доломитизированные известняки мячковского горизонта московского яруса среднего отдела каменноугольной системы), а также четвертичные (моренные gQII) отложения. На фото 1 показана южная стенка того же карьера.

Фото 1. Южная стенка карьера стройматериалов в окрестностях г. Домодедово Московской области. Светло-серое — доломитизированные известняки

В отдельных обнажениях изучаются форма и внутреннее строение тел небольшого размера (метры — первые десятки метров). Величина изучаемых тел зависит от размера обнажений. Чем больше их протяженность, тем больше размер исследуемых тел. В отдельных обнажениях внимание уделяется мелким складкам, разрывным нарушениям, дайкам, слоям горных пород и т. д. (рис. 3).

На фото 2 показана гребневидная складка в метаморфических породах Становой области. Она также может быть полностью изучена в одном обнажении.

12

Введение

Рис. 3. Мелкая складка, которая сопоставима по размерам с обнажением и может быть изучена в пределах данного обнажения

Фото 2. Гребневидная складка в метаморфических породах Становой области

Б. Структурно-морфологический метод сводится к исследованию и сопоставлению форм залегания пород в различных обнажениях. Этот метод применяется когда геологические тела крупные, значительно превышают размер обнажений. В этом случае одно обнажение не дает представления о морфологии и строении тела. На рисунке 4 изображено складчатое залегание горных пород, которые выходят на поверхность в двух соседних обнажениях. Изучая только одно обнажение, можно сделать вывод, что породы имеют наклонное залегание (в первом обнажении породы падают на запад, во втором — на восток). Только сопоставляя информацию по двум обнажениям, можно сделать вывод о том, что породы смяты в антиклинальную складку, так как в соседних обнажениях слои падают в противоположные стороны.

		Введение	13
З	точка № 1	точка № 2	В
		QIV

Рис. 4. Крупная складка, перекрытая рыхлыми четвертичными отложениями (QIY). Единичные фрагменты складки наблюдаются в нескольких обнажениях: точка № 1

иточка № 2

В.Литолого-морфологический метод устанавливает связь состава пород с формой образуемых тел. Так, осадочные и вулканогенно-осадочные породы чаще всего образуют слои и фиксируются вытянутыми в плане полосами, в то время как интрузивные породы, как правило, чаще всего имеют изометричную или близкую к ней форму (рис. 5).

Рис. 5. Вытянутые в плане слои осадочных пород (2) и изометричные контуры интрузивного тела (1)

В зависимости от литологического состава породы образуют разные формы рельефа. Так, глинистые породы формируют пологие формы, в то время как песчаники дают уступы и гривки. Такой рельеф получил название структурного рельефа (рис. 6).

Рис. 6. Структурный рельеф, обусловленный различной устойчивостью к выветриванию песчаников (1) и аргиллитов (2). Песчаники образуют уступы, а аргиллиты — пологие склоны

14

Введение

Пример структурного рельефа приведен на фото 3, где дана фотография урочища в окрестностях пос. Былым (Кабардино-Балкария, Приэльбрусье).

Фото 3. Слои песчаника образуют гривки и карнизы среди преобладающих в разрезе аргиллитов (окрестности пос. Былым в Кабардино-Балкарии, Приэльбрусье)

2. В дополнение к методу геологического картирования применятются дистанционные методы. С помощью их изучают форму геологических тел и элементы их внутреннего строения с определенной дистанции. В зависимости от вида дистанционной информации выделяют:

а) дешифрирование аэрофото- и космических снимков; б) геологическую интерпретацию геофизических данных.

Дешифрирование аэрофотоснимков и космоснимков заключается в анализе изображений территорий с целью выделения в их составе геологических тел. Изображения получаются при регистрации электромагнитного излучения летательными аппаратами — самолетами, спутниками (рис. 7). Если регистрируется излучение видимой части спектра, то получают привычные для нас фотоснимки в цифровом виде или на бумажном носителе. В этом случае процедура дешифрирования сводится к опознанию на фотоснимках геологических тел по характерным комплексам признаков. Каждому элементу фотоизображения ставится в соответствие геологическое тело.

В простейшем варианте получают фотоснимок участка Земли, на котором опознаются геологические тела по характерным признакам: плотности фототона, морфологии, рисунку рельефа, характеру геологических границ (фото 4, 5).

Введение

15

Рис. 7. Схема получения изображения поверхности Земли с летательных аппаратов

Так, разрывные нарушения устанавливаются по положению линеаментов (прямолинейных участков изображений), прямолинейным участкам речных долин, резкому смещению геологических границ. Интрузивные тела опознаются по изометричной форме, характеру рельефа, фототону.

Фото 4. Аэрофотоснимок речной долины и водораздельного хребта

16

Введение

Фото 5. Космический снимок участка речной долины (равнинная местность)

В последние годы кроме анализа изображений в видимой части спектра часто производят съемку территорий в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра, а также в радиоволновом диапазоне.

Применение методов дешифрирования материалов аэрофотосъемок

икосмоснимков наиболее эффективно при хорошей обнаженности территорий (когда площади выхода на дневную поверхность коренных пород значительно превышают площади распространения рыхлых четвертичных отложений и густой растительности). Ограничивает использование данных методов принцип эквивалентности, согласно которому разные по составу и генезису тела характеризуются одними и теми же дешифровочными признаками, т. е. разные объекты имеют общий фотопортрет и часто трудно установить, каким именно геологическим телам соответствуют конкретные участки изображения.

Геологическая интерпретация геофизических данных решает обратную задачу: по особенностям физических полей, создаваемых геологическими телами, устанавливается их природа.

Геофизические методы применяются для изучения морфологии и внутреннего строения геологических тел, находящихся на глубине (ниже дневной поверхности), когда нельзя применить методы геологического картирования. Геофизическими приборами регистрируются физические поля (магнитные, электромагнитные, гравиметрические, радиометрические, электрические

идр.), которые затем анализируются на предмет установления их геологической природы. Горные породы отличаются между собой по многим свойствам: породы, содержащие магнитные минералы, отличаются повышенными зна-

Введение

17

чениями магнитной восприимчивости; железистые кварциты, содержащие в большом количестве магнетит, будут выделяться высокими значениями магнитного поля, т. е. контрастными положительными магнитными аномалиями, в то время как над известняками эти аномалии будут отрицательными.

На рисунке 8 видно, что среди метаморфических пород железистые кварциты выделяются по высокой напряженности магнитного поля, по сравнению со сланцами и гнейсами. Геофизические методы дают возможность по графику напряженности магнитного поля определить также угол наклона железистых кварцитов.

На рисунке 9 приведен график кажущегося сопротивления горных пород (ρk). На нем видно, что минимальными значениями отличается зона разрывного нарушения. Низкие показатели сопротивления обусловлены тем, что по зоне разлома циркулируют подземные минерализованные воды, обладающие ионной проводимостью (J).

Рис. 8. График напряженности магнитного поля ( Z) над метаморфическими породами:

1 — рыхлые перекрывающие отложения; 2 — амфиболиты; 3 — песчаники; 4 — железистые кварциты; 5 — кристаллические сланцы; 6 — гнейсы

Рис. 9. График кажущегося сопротивления над зоной разрывного нарушения:

1 — рыхлые отложения; 2 — известняки; 3 — аргиллиты; 4 — зона разрывного нарушения

18

Введение

3.Существуют также методы моделирования тектонических деформаций. Структурная геология не только описывает существующие формы геологических тел, но и исследует условия их образования. Для проверки правильности теоретических разработок используется моделирование процессов деформации горных пород (складок, флексур, разрывных нарушений и т. д.)

влабораторных условиях. Моделирование проводят не на горных породах, а на материалах, их заменяющих (парафин, технические масла, глицерин, пластилин, глины и др.). Трудность процессов моделирования и невозможность использования естественных природных материалов обусловлена тем, что в лабораторных условиях нельзя повторить в точности процессы, протекающие

вприроде. К числу таких особенностей, невоспроизводимых в лабораторных условиях относятся: огромные объемы деформируемого вещества (толщи мощностью в несколько километров), длительность деформационных процессов (тысячи и миллионы лет), высокие значения температуры и давления на глубине.

В последние годы методы математического моделирования тектонических процессов используются достаточно широко.

3.СВЯЗЬ СТРУКТУРНОЙ ГЕОЛОГИИ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Как отмечалось, структурная геология тесно связана с геотектоникой, являясь ее составной частью. Немыслима данная дисциплина в отрыве от геологического картирования. Знания структурной геологии необходимы при составлении карт геологического содержания, поскольку основной геологической нагрузкой таких документов являются данные о морфологии и условиях залегания горных пород. В то же время изучение крупных структурных форм невозможно без карт — результата геологического картирования территорий. Только при анализе геологических карт устанавливается морфология, размеры, особенности внутреннего строения крупных геологических тел, их взаимоотношение с окружающими геологическими объектами.

Согласно А. Е. Михайлову геологические карты представляют собой изображение на топографической основе с помощью условных знаков распространений и условий залегания горных пород на земной поверхности, разделенные по возрасту, составу и происхождению.

Геологические карты являются основой рационального природопользования. Они делятся по масштабу и содержанию.

По содержанию карты делятся на:

•геологические карты дочетвертичных отложений;

•карты четвертичных образований;

•карты полезных ископаемых и закономерностей их размещения;

•геологические карты погребенных поверхностей;

•гидрогеологические карты;

•эколого-геологические карты;

Введение

19

•геоморфологические карты;

•карты нефтегазоносности и угленосности территорий;

•геологические карты акваторий;

•тектонические карты;

•литологические карты;

•инженерно-геологические карты.

В зависимости от вида геологосъемочных работ, а также при проведении тематических геологических исследований могут составляться и другие карты геологического содержания, которые здесь не рассматриваются в силу их специфичности.

Геологические карты дочетвертичных отложений составляются для районов с повсеместным развитием чехла четвертичных отложений мощностью более 1–3 м. На геологических картах с помощью условных обозначений показываются: возраст, состав и происхождение коренных горных пород, условия их залегания, характер границ между отдельными комплексами и т. д. Четвертичные отложения на этих картах не показывают, за исключением тех участков, где строение коренных пород под четвертичными отложениями установить невозможно либо когда с четвертичными отложениями связаны полезные ископаемые.

На картах четвертичных отложений показываются четвертичные отложения, разделенные по генезису, возрасту и составу.

На картах полезных ископаемых и закономерностей их размещения на геологической основе отображаются все известные сведения о полезных ископаемых на данной территории: месторождения и рудопроявления, рудоконтролирующие и рудолокализующие структуры; выделяются перспективные территории. Кроме этого, на карту наносятся результаты металлогенического анализа, являющегося основой для дальнейшего развития поисковых и геологоразведочных работ на данной территории.

Геологические карты погребенных поверхностей (фундамента) составляются для районов с многоярусным геологическим строением. В качестве примера можно привести участки платформ, где в верхней части разреза горизонтально залегают осадочные породы (платформенный чехол), а на глубине находится фундамент, сложенный метаморфическими, смятыми в складки отложениями. Карта погребенной поверхности будет представлять собой геологическую карту фундамента, составленную по результатам бурения и геофизическим данным. Образно говоря, для составления такого документа нужно с геологической карты снять всю горизонтальную толщу осадочных пород и то, что после этого мы увидим, показать на топооснове.

На гидрогеологических картах отражаются водоносные свойства пород, условия залегания и размещения, динамика, химическая характеристика и другие свойства подземных вод. Выделяются по данным особенностям комплексы пород, водоносные горизонты и т. д.

20

Введение

Эколого-геологические карты составляются для неблагоприятных в экологическом отношении районов. На них показываются природные и техногенные объекты, оказывающие негативное воздействие на экологическую обстановку в регионе, степень загрязнения территории.

На геоморфологических картах отображаются основные типы рельефа, его отдельные элементы с учетом их происхождения и возраста. Карты данного типа чаще всего составляются для территорий, на которых находятся россыпные месторождения полезных ископаемых.

На тектонических картах показываются основные структурные элементы земной коры: формы их залегания, время и условия формирования. Конкретное содержание этих карт сильно зависит от их масштаба.

На литологических картах дается характеристика состава осадочных и вулканогенно-осадочных пород, выходящих на поверхность или скрытых под покровом четвертичных образований. В практике работ чаще составляются крупномасштабные и детальные литологические карты.

Инженерно-геологические карты отображают инженерно-геологические условия территории, влияющие на строительство инженерных сооружений, хозяйственное использование. На картах показываются различные физические свойства горных пород.

По масштабу карты геологического содержания делятся на следующие виды:

•обзорные (мельче 1 : 1 000 000);

•мелкомасштабные (1 : 1 000 000, 1 : 500 000);

•среднемасштабные (1 : 200 000, 1 : 100 000);

•крупномасштабные (1 : 50 000, 1 : 25 000);

•детальные (крупнее 1 : 25 000).

На обзорных картах показываются общие черты геологического строения отдельных регионов, континентов или земного шара в целом. Они составляются путем обобщения более крупномасштабных карт с привлечением материалов дистанционных и геофизических исследований.

Мелкомасштабные карты дают представление о геологическом строении и закономерностях размещения полезных ископаемых отдельных регионов. Карты данного масштаба издаются полистно в рамках топографических планшетов и составляются путем обобщения более крупномасштабных карт.

Среднемасштабные карты составляются в рамках геодезических трапеций. Они передают основные черты геологического строения изображаемой территории, показывают весь комплекс месторождений и рудопроявлений, дают прогнозную оценку территории. Карты данного масштаба составляются в процессе геологосъемочных работ. Они являются картографической основой рационального природопользования. Листы сопровождаются стратиграфической колонкой, разрезами и объяснительной запиской.