Структурная геология,методичка. Лабораторная работа 1 Горный компас и элементы залегания
 Скачать 1.94 Mb.
|
лабораторная работа № 1Горный компас и элементы залеганияЦель работы – закрепить навыки пользования горным компасом, измерения элементов залегания и нанесения на карту точек наблюдения по азимуту хода и расстоянию между ними, нанесения элементов залегания и построения фрагмента геологической карты и разреза в соответствии с нанесенными данными. Содержание работы. Задание представляет собой список точек наблюдения, для которых указаны азимуты хода и расстояния между ними, горные породы, наблюдавшиеся в них, и элементы залегания контактов между этими породами. Задание выполняется на листе писчей бумаги стандартного формата А4. Выполнение задания начинается с нанесения точек наблюдения и линии хода между ними. Первая точка наносится произвольно, однако с таким расчетом, чтобы остальные точки разместились в пределах листа. Так, если маршрут проходит в юго-восточном направлении, то начальную точку надо разместить на северо-западе, то есть слева вверху, и т.п. Затем от начальной точки с помощью транспортира или горного компаса строится луч по указанному азимуту, и на этом луче откладывается отрезок, равный расстоянию до второй точки в масштабе, указанном в задании. В конце отрезка ставится точка 2. От точки 2 снова строится луч по азимуту хода к точке 3, на этом луче откладывается отрезок, равный расстоянию от точки 2 до точки 3, и так далее до конца маршрута. После построения линии маршрута в каждой точке наносят элементы залегания, а затем – границы слоев. Так как рельеф местности считается горизонтальным, границы слоев совпадают с линиями простирания. Затем поля между границами заполняются обозначениями горных пород (крапом), причем породы, залегающие выше, показываются в сторону падения от границы, а подстилающие породы – в сторону восстания. После построения фрагмента геологической карты строится разрез по линии, проведенной вкрест простирания геологических границ. Для этого проводится горизонтальная линия, по длине равная линии разреза. У концов этой линии строятся вертикальные шкалы в масштабе, указанном в задании, причем отметка горизонтальной линии условно считается нулевой. Далее на эту линию переносятся точки пересечения линии разреза с геологическими границами на карте и в каждой точке строятся границы слоев в соответствии с заданными углами падения. Границы слоев в синклиналях соединяют округлыми замками. Замки антиклиналей показываются «воздушной» (пунктирной) линией выше нулевой линии. Построение разреза заканчивается нанесением условных обозначений (крапа) горных пород. Образец оформления выполненной лабораторной работы приведен на рис. 1.  Рис. 1. Образец оформления лабораторной работы № 1 лабораторная работа № 2Определение угла видимого падения в косом сечении и элементов залегания по двум косым сечениям (стенкам шурфа)Цель работы – овладеть графическими приемами определения угла видимого падения пластов в произвольном косом сечении, а также определения элементов залегания пласта по двум произвольным косым сечениям (например, в двух стенках шурфа). Содержание работы. Под косым сечением понимается пересечение пласта вертикальной плоскостью в произвольном направлении, не перпендикулярном и не параллельном простиранию. В такой плоскости между поверхностью пласта и горизонтальной плоскостью будет наблюдаться угол видимого падения (1), который меньше истинного угла падения (> 1 > 0). Определение угла видимого падения. Задача определения этого угла встает, в частности, в том случае, если нужно построить геологический разрез по линии, не перпендикулярной к простиранию слоев. Пространственные особенности этого построения легко уясняются из блок-диаграммы (рис. 2). Построение представляет собой чертеж-развертку этой блок-диаграммы: треугольники AOBи AOC разворачиваются в горизонтальное положение вокруг сторон OB иOC. При этом отрезок AO расщепляется на два отрезка A1O и A2O. Само построение выполняется так (рис. 3): из некоторой произвольно выбранной точки O проводятся два луча по направлениям падения и косого сечения. Угол между этими лучами () равен разности азимутов падения и линии косого сечения (разреза). При точке О в вершине угла восстанавливаются перпендикуляры к обоим направлениям и на них откладываются отрезки OA1 и OA2 произвольной, но равной длины. При конце перпендикуляра к направлению падения (точке A1) строится угол, дополнительный к углу падения, т. е. 90— . Сторона этого угла продолжается до пересечения с направлением падения. | ||||
 а |  б |
| Рис. 14. Определение элементов залегания (а) и мощности (б) пласта по карте с помощью стратоизогипс | |
Через эти точки проводятся стратоизогипсы, в приведенном примере - подошвы (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, на рисунке изображена линией со стрелкой). 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 ().
Для определения мощности используются две линии выхода (подошва и кровля) и одна горизонталь рельефа, которая пересекает линии выхода в двух точках каждую (рис.14б). Через эти точки проводятся стратоизогипсы подошвы и кровли с одинаковыми высотными отметками (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 (), строим так называемый треугольник мощностей, второй катет в котором - вертикальная мощность (Мв), а высота, опущенная на гипотенузу - истинная мощность (Ми).
При работе с картами в некоторых случаях из-за неточности рисовки карты проведенные стратоизогипсы оказываются не параллельными друг другу. В этом случае рекомендуется стратоизогипсу, проведенную по более удаленным друг от друга точкам, считать более надежной, а вторую стратоизогипсу развернуть параллельно первой в среднем положении между точками.
Лабораторная работа выполняется на бланке, представляющем собой фрагмент топографической карты с нанесенными на нем выходами трех пластов. В начале выполнения работы выбирается участок для построения - резкий изгиб пласта в долине или на гребне возвышенности, где пласт пересекается дважды одной и той же горизонталью рельефа. Затем проводится описанное выше построение для определения элементов залегания пласта. При определении мощности для повышения точности рекомендуется выбрать не соседние горизонтали, а отстоящие друг от друга на несколько величин сечения.
Полученные значения элементов залегания и мощностей пластов заносят в таблицу.
лабораторная работа № 7
Построение структурной карты по данным бурения
Цель работы – овладеть приемами построения структурной карты поверхности пласта по данным буровых скважин, вскрывших поверхность пласта на разной глубине.
Содержание работы. В предыдущих лабораторных работах поверхность пласта считалась плоскостью, поэтому стратоизогипсы представляли собой параллельные прямые с постоянным заложением. Реальные пласты ограничены криволинейными поверхностями, образующими различные геологические структуры. Поэтому стратоизогипсы этих поверхностей - кривые, полузамкнутые или замкнутые, расположенные на разном расстоянии (заложении) друг от друга. Изображение подземного рельефа поверхности какого-либо характерного пласта (опорного горизонта) c помощью стратоизогипс называется структурной картой. Структурная карта строится по сети точек, для которых известны высотные отметки поверхности пласта. Обычно такими точками являются буровые скважины. Кроме того, если опорный горизонт обнажается на поверхности Земли, используют точки выхода поверхности пласта, отметки которых определяют по горизонталям рельефа (рис. 15). В скважинах высотные отметки поверхности опорного горизонта вычисляют путем вычитания глубины скважины до этой поверхности из высотной отметки устья скважины (рис. 16).
Рис. 15. Определение высотных отметок точек выхода кровли пласта на поверхность
Рис. 16. Определение высотных отметок поверхности опорного горизонта
После вычисления высотных отметок для всех пунктов указывают их значение на карте. Далее все пункты соединяют прямыми линиями, из которых составляется сеть треугольников. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы треугольники были как можно ближе к равносторонним. Выбрав сечение стратоизогипс, находят отметки на сторонах треугольников путем интерполяции и соединяют однозначные отметки плавными кривыми линиями – стратоизогипсами. Весь процесс составления структурной карты напоминает изображение рельефа земной поверхности с помощью горизонталей.
Качество структурной карты во многом зависит от правильно построенной сети треугольников. Стремиться строить равносторонние треугольники необходимо для того, чтобы избежать появления на карте отсутствующих в действительности изгибов поверхности опорного горизонта, обусловленных только интерполяцией высотных отметок. На рис. 17 приведены примеры правильной (а) и неправильной (б) разбивки сети треугольников. Во втором случае из-за соединения точки А с удаленной точкой В получились два вытянутых треугольника с общей длинной стороной АВ. При интерполяции по линии АВ получился искусственный выступ (поднятие или структурный нос), в действительности не существующий.
К построению структурной карты не следует подходить механически, руководствуясь только высотными отметками. Необходимо учитывать данные о перегибах пластов, о преобладающем простирании структур в изучаемом районе.
Рис. 17. Проведение стратоизогипс методом треугольников: а – правильная разбивка треугольников; б - неправильная разбивка треугольников.
Следует внимательно проследить за тем, чтобы стороны треугольников не пересекли участков, на которых отметки поверхности опорного горизонта были бы выше или ниже интервала отметок, указанных на концах соответствующей стороны треугольника. Не учитывая этого, легко пропустить поднятия и прогибы в кровле опорного горизонта.
Проведение стратоизогипс лучше начинать со свода положительной структуры (купола), определяемого по наиболее высоким отметкам. Далее стратоизогипсы последовательно наращиваются в сторону понижения высотных отметок. После проведения подписываются отметки стратоизогипс в разрывах линий, причем основания цифр должны быть обращены в сторону понижения отметок. Стратоизогипсы, кратные пяти сечениям, выделяются полужирными линиями. Вспомогательные линии стираются. Образец оформления лабораторной работы приведен на рис. 18.
лабораторная работа № 8
Структуры платформенного чехла
Цель работы – овладеть навыками чтения геологической карты с элементами структуры платформенного чехла и построения разрезов по таким картам.
Содержание работы. В работах № 8—12 используются карты из Атласа учебных геологических карт [__]. Каждая лабораторная работа рассчитана на два-три занятия, причем на первом занятии проводится подробный анализ (содержательное прочтение) карт, а на последующих – составление разреза по линии, заданной преподавателем.
В работе № 8 используются карты № 1 и 2, на которых изображены элементы структуры платформенного чехла.
Карта № 1. Масштаб карты 1 : 50 000, то есть она относится к разряду крупномасштабных. Карта отображает в упрощенном виде геологическое строение участка чехла Восточно-Европейской платформы в районе северо-западной части Московской синеклизы. Рельеф местности сглаженный, полого-холмистый, с абсолютными отметками до 200 м. Наиболее возвышенные участки находятся на водоразделе в северной части территории, самые низкие отметки (115 м) – на юге, в долине реки Мышега. На водораздельных участках локальные превышения небольшие – 10—20 м, уклоны очень пологие, 1:50—1:100; в бортах речных долин превышения увеличиваются до 30—40 м, а уклоны возрастают до 5—7. Гидросеть района составляют река Мышега и ее притоки, а также верховья ручьев, принадлежащих к соседнему водосборному бассейну. Мышега – типичная небольшая равнинная река с долиной шириной 1—1,5 км. Почти на всю ширину долину занимает пойма, местами сохранилась надпойменная терраса шириной до 200—300 м и высотой около 10 м. Притоки Мышеги представляют собой небольшие речки и ручьи с V-образными долинами.
Стратиграфический разрез состоит из отложений каменноугольной, юрской и меловой систем. Каменноугольная система представлена нижним отделом, расчлененным на ряд горизонтов (алексинский, михайловский, веневский, тарусский, стешевский и протвинский) мощностью по 10—20 м каждый, преимущественно карбонатного состава. Они обнажаются в бортах речных долин, а также вскрыты скважинами. Нижний карбон несогласно перекрывается верхнеюрскими песчано-глинистыми отложениями, расчлененными на келловейский, оксфордский и кимериджский ярусы, залегающие между собой согласно. Келловейский ярус распространен повсеместно, оксфорд и кимеридж – только в южной части района. Выше несогласно залегают песчано-глинистые отложения нижнего мела, представленные валанжинским и аптским ярусами, разделенными несогласием. Четвертичные аллювиальные отложения представлены верхнечетвертичным и современным звеньями. Они распространены в долине р. Мышега и слагают надпойменную террасу и пойму, соответственно. В зарамочном оформлении карты приведены частные стратиграфические колонки по шести скважинам, пробуренным в разных частях территории и вскрывающим разные интервалы разреза. Из соотношения геологических контуров с горизонталями рельефа следует, что дочетвертичные отложения имеют залегание, близкое к горизонтальному. Однако залегание разных комплексов пород несколько различается. Мезозойские отложения залегают слабо наклонно, с очень пологим падением к югу, причем под разными углами, благодаря чему между подразделениями мезозоя наблюдаются незначительные угловые (географические) несогласия. Наиболее полого залегает аптский ярус. Валанжинский ярус залегает немного круче, поэтому он выклинивается к северу. Особенно хорошо это видно в центре листа. Верхнеюрские отложения залегают еще круче, вследствие чего кимериджский и оксфордский ярусы также выклиниваются к северу у подошвы валанжина. Горизонты нижнего карбона, в отличие от мезозоя, залегают совершенно горизонтально, то есть между нижним карбоном и верхней юрой также угловое (географическое) несогласие. Эти горизонты также последовательно выклиниваются у подошвы келловейского яруса, только теперь уже с севера на юг – сначала протвинский, затем стешевский, тарусский и т. д.
Особенности построения разрезов по картам со структурами платформенного чехла состоят в следующем:
линия разреза ориентируется вкрест преобладающего простирания пород;
линия разреза должна проходить по возможности через буровые скважины, поэтому часто она бывает ломаной;
вертикальный масштаб разреза неизбежно должен быть увеличен в несколько раз, обычно до 20; выбор масштаба делается исходя из общей мощности разреза и минимальной мощности отдельных подразделений.
Построение разреза выполняется в такой последовательности.
Границы разреза обозначаются вертикальными линиями, совпадающими с рамкой карты, причем левая граница должна соответствовать левому (западному, юго-западному или северо-западному) концу линии разреза, либо нижнему (южному) концу линии при ее строго меридиональном направлении. Границы разреза обозначают заглавными буквами русского алфавита (АБ, ВГ и т. п.). Эти буквы надписываются на разрезе над высотными шкалами.
На обеих границах разреза разбиваются высотные шкалы в избранном вертикальном масштабе. Верхняя отметка шкалы определяется максимальной высотной отметкой рельефа по линии разреза, а нижняя – предполагаемой глубиной построения (или общей мощностью) разреза. Разбивка шкал делается через 5 мм, а оцифровка – через 10 мм.
Если нижняя отметка шкалы отрицательная, проводится нулевая линия (линия уровня моря).
Строится высотный профиль земной поверхности по горизонталям рельефа. Следует отметить, что при увеличенном вертикальном масштабе и горизонтальном или слабонаклонном залегании пород построение профиля нужно делать с особой тщательностью, так как положение границ слоев на карте тесно увязано с их высотными отметками.
На линию профиля с карты переносятся буровые скважины, находящиеся на линии разреза и вблизи нее, и отмечаются вертикальными линиями. На этих линиях, начиная от земной поверхности, последовательно откладываются (в вертикальном масштабе разреза) пройденные скважиной интервалы, которые берутся из колонок в зарамочном оформлении карты.
Переносятся с карты на линию профиля и проводятся на разрезе границы сначала современных, а затем верхнечетвертичных аллювиальных отложений. Границы проводятся плавной кривой на глубину, взятую по данным буровых скважин (рис. 19).
Рис. 19. Построение разреза четвертичных отложений.
Переносятся с карты на линию профиля и проводятся на разрезе границы дочетвертичных подразделений в строгой возрастной последовательности, начиная с наиболее молодых. Границы проводятся по возможности прямыми линиями, причем они должны совпадать с границами интервалов в буровых скважинах. Если границы приходится сильно искривлять, следует проверить правильность построения высотного профиля на участках выхода границы на поверхность и вблизи устья скважины, и в случае необходимости исправить профиль. Точки выклинивания отдельных подразделений на разрезе определяют, мысленно соединяя соседние точки выклинивания на карте (рис. ___).
Законченный разрез раскрашивается в соответствии с картой, затем надписываются индексы подразделений, географические ориентиры, внизу под разрезом указываются горизонтальный и вертикальный масштабы, а сверху над разрезом заголовок, например: «Разрез по линии ДЕ (скв. 2—скв. 4) к карте № 1. Индексы подписываются в вертикальном (не развернутом) положении внутри соответствующих контуров, если они там помещаются.
Рис. 20. Определение точки выклинивания на разрезе
Если места недостаточно, индексы пишутся над линией профиля и соединяются с соответствующими полями выносными линиями («указками»). Индексы проставляются к каждому отдельному контуру. Если индекс вынесен над линией профиля, то его можно соединить «указками» с двумя-тремя сближенными контурами.
Пример оформления разреза к карте № 1 приведен на рис. ___.
Карта № 2. Масштаб карты 1 : 200 000, то есть она относится к разряду среднемасштабных. Карта отображает в упрощенном виде геологическое строение участка чехла Восточно-Европейской платформы в районе северной части Воронежской антеклизы. Рельеф местности изображен горизонталями с сечением 40 м; имеются также полугоризонтали (прерывистые линии) с отметками 100, 140 и 180 м. В разных частях территории рельеф различается: в северной части района он полого-холмистый, с абсолютными отметками до 218 м. Южная часть территории представляет собой равнину с отметками на водораздельных участках 120—130 м, самые низкие отметки (85—95 м) – наблюдаются в долине реки Ужердь. На водораздельных участках на севере локальные превышения составляют 40—60 м, уклоны очень пологие, 1:50—1:100. Гидросеть района представлена рекой Ужердь, ее притоком р. Сельня, а также их мелкими притоками. В северной части района, за главным водоразделом, появляются верховья ручьев северного стока. Ужердь – довольно крупная равнинная река с широкой (местами свыше 10 км) долиной. Русло реки меандрирует по широкой пойме со старичными озерами. У южного борта долины на отдельных участках имеется надпойменная терраса шириной до 2—3 км с абсолютными отметками 104—105 м. Приток Ужерди р. Сельня имеет долину шириной 2-4 км с поймой на отметках около 95 м. В эти реки впадают многочисленные речки и ручьи.
Стратиграфический разрез состоит из отложений девонской, юрской, меловой и неогеновой систем. Девонская система представлена верхним отделом, расчлененным на евлановский, ливенский, задонский и елецкий горизонты (из них два первых объединены) мощностью по 10—30 м, преимущественно карбонатного состава (задонский горизонт сложен глинами). Они обнажаются в долинах речек и ручьев на севере района, а также вскрыты скважинами. Верхний девон несогласно перекрывается верхнеюрскими песчано-глинистыми отложениями, расчлененными на два подразделения: келловейский и оксфордский ярусы объединенные, мощностью от 15 до 40 м, и волжский (до 10 м) ярусы, разделенные несогласием. Келловейский и оксфордский ярусы обнажаются в северной части района; волжский ярус образует ряд линз в северной и центральной частях территории. Выше несогласно залегают песчано-глинистые отложения нижнего мела,представленные двумя подразделениями: неокомским надъярусом и аптским ярусом объединенными и альбским ярусом. Альб несогласно перекрывается сеноманским ярусом верхнего мела. Выше несогласно залегает ергенинская толща плиоцена, представленная песками и глинами мощностью до 30 м и распространенная в южной части района. Четвертичные аллювиальные отложения представлены верхнечетвертичным и современным звеньями. Верхний плейстоцен слагает надпойменную террасу р. Ужердь, а голоцен – поймы рек Сельня и Ужердь. В зарамочном оформлении карты приведены частные стратиграфические колонки по одиннадцати скважинам, пробуренным в основном в южной части территории и вскрывающим разные интервалы разреза. Легенда карты содержит дополнительный элемент – стратоизогипсы кровли задонского горизонта.
Характер залегания различных комплексов пород выясняется по соотношению геологических границ с горизонталями рельефа и по данным бурения. Самые молодые дочетвертичные отложения – ергенинская толща плиоцена – слагают южную равнинную часть территории. Судя по буровым скважинам, подошва плиоцена практически горизонтальна и находится на отметках около 100 м. В отдельных местах в бортах речных долин, а также в ряде скважин видно, что плиоцен подстилается юрскими, а на самом юге – и меловыми отложениями. У северной границы распространения ергенинской толщи ее подошва воздымается и образует параллельное прилегание с разными горизонтами подстилающих отложений. Меловые и юрские отложения на севере района залегают практически горизонтально, только на западе вблизи границы с неогеном появляются наклонные залегания с пологим падением к югу. Юрские отложения залегают повсеместно на елецком горизонте, и только в северо-западном углу планшета видно их налегание на задонский или ливенский горизонты. Отсюда следует, что между верхним девоном и верхней юрой наблюдается слабое угловое (географическое) несогласие. Залегание верхнедевонских отложений, судя по стратоизогипсам кровли задонского горизонта, слабонаклонное (моноклинальное) с общим падением к югу и юго-востоку. Моноклиналь нарушается двумя флексурами амплитудой около 40 м в средней и южной частях района.
Рекомендуемый вертикальный масштаб разреза 1 : 5 000. Построение разреза проводится в таком же порядке, как это указано для карты № 1, но с некоторыми отличиями. После построения подошвы ергенинской толщи на юге, отрисовываются границы меловых и юрских отложений в северной части, где они выходят на поверхность. После этого отстраивается кровля задонского горизонта по стратоизогипсам. От кровли задонского горизонта вверх откладывается мощность елецкого горизонта и проводится его верхняя граница (с юрскими отложениями). Если линия разреза пересекает выходы волжского яруса, он показывается под подошвой плиоцена в виде линзы, выклинивающейся в обе стороны. В южной части района, к югу от второй флексуры, судя по скважинам 10 и 11, между юрой и плиоценом появляются также и меловые отложения. То есть, флексуры смещают не только девонские, но и мезозойские толщи. Построенный разрез оформляется как это указано на стр. __.
лабораторная работа № 9
Простые складчатые структуры
Цель работы – овладеть навыками чтения геологической карты с элементами простой складчатой структуры и построения разрезов по таким картам.
Содержание работы. В работе № 9 используются карты № 6 и 13, на которых изображены элементы простой складчатой структуры.
Карта № 6. Масштаб карты 1 : 100 000, то есть она относится к разряду среднемасштабных. Карта отображает в упрощенном виде геологическое строение участка палеозойской (герцинской) складчатой области. Участки подобного геологического строения встречаются, например, на Западном склоне Урала.
Рельеф района холмистый, с абсолютными отметками до 400 м и относительными превышениями до 220 м. Гидросеть включает в себя реки Звор и Усачевка с притоками.
В современной стратиграфической схеме келловейский ярус отнесен к средней юре.
В современной стратиграфической схеме волжский ярус заменен титонским. О келловейском ярусе см. прим. на стр. ___