Учебное пособие по Геологии. Учебное пособие для студентов i курса Разработал В. Г. Юхименко Ижевск 2007 Содержание введение
 Скачать 6.88 Mb.
|
|
ГЛАВА 6. ОСНОВЫ СТРУКТУРНОЙ ГЕОЛОГИИ Структурная геология изучает геологические тела, образованные горными породами. Изучение условий залегания позволяет устанавливать связь с определенными формами полезных ископаемых. Форма и положение геологических тел в пространстве свидетельствует о том, что они являются результатом, во-первых, процессов, связанных с их первоначальным образованием, во-вторых, всех затронувших их позднейших процессов. В соответствии с этим выделяются первичные структуры, возникшие при образовании породы, и вторичные структуры, обусловленные последующей деформацией. 6.1. Первичные структуры горных пород Первичные структуры горных пород, особенности залегания и взаимоотношения образуемых ими геологических комплексов зависят от условий их формирования. При этом разные типы горных пород обладают существенно различными формами залегания. Первичной структурной формой для осадочных горных пород является слой Изучая строение земной коры, мы убеждаемся в том, что горные породы образуют тела различной формы. Осадочные породы, например, залегают слоями, которые могут лежать горизонтально, наклонены под какими-то углами или прогнуты в складки. Слой может протягиваться в разных направлениях на большие расстояния, может быть разбит разрывами на участки, смешенные вертикально, горизонтально или наклонно относительно друг друга. Эффузивные магматические породы залегают различными потоками и покровами, а интрузивные породы в земной коре образуют лакколиты, батолиты и др. Различают первичные и вторичные формы залегания горных пород. Первичные — это те, которые возникли вместе с формированием самой породы. Вторичные формы залегания образуются в результате последующих деформаций первичных форм. Первичные формы залегания. Наиболее распространенной первичной формой залегания осадочных горных пород является слой — образованное осадочной породой плоское тело, имеющее обычно значительную площадь и малую мощность, ограниченных поверхностями раздела, отделяющими его от соседних слоев (подстилающего и покрывающего). Первичное залегание слоев является горизонтальным. Мощность слоя бывает от долей сантиметров до нескольких метров, а в горизонтальном расположении слой может быть прослежен на сотни метров и на километры. Нижнее ограничение слоя называется его подошвой (соответствует началу осадконакопления), а верхнее ограничение — кровлей (соответствует концу осадконакопления). В процессе формирования слои осадочных горных пород имеют преимущественно горизонтальное залегание, значительно реже они слабо наклонены, обычно под углом не более 1 - 2°. При горизонтальном залегании абсолютные высоты границ между слоями в принципе одинаковы, и выходы слоев на дневную поверхность повторяют в плане контуры рельефа. С л о и с т о с т ь - чередование слоев представляет собой проявление первичной неоднородности осадка. Сочетания слоев, связанных единством времени образования, образуют пачки, толщи, свиты. 75 Характер перехода от одного слоя к другому позволяет судить о физико-химических изменениях среды, которые произошли при отложении осадка. Этот переход может быть резким или постепенным, незаметным. В тех случаях, когда в пределах слоя наблюдается постепен- ный переход от грубозернистых осадков в основании до тонкозернистых в верхней его части, говорят о г р а д а ц и о н н о й слоистости. Закономерно повторяющееся чередование слоев, отличающихся по| составу или структуре, называется ритмичной слоистостью. При изучении слоистости следует обращать внимание на форму, мощность и взаимоотношение слоев. Особенности слоистости отражают характер движения той среды, в которой происходит накопление осадков. Выделяются четыре типа слоистости: параллельная, волнистая, косая, линзовидная (Рис.21) Рис. 21. Типы слоистости б-волнистая; в- линзовидная; г – косая. Параллельная слоистость характеризуется одинаковым расположением поверхностей наслоения, которые по своему пространственному соотношению близки к параллельным плоскостям Волн и ст ая слоистость имеет волнисто-изогнутое расположение поверхностей наслоения. Образуется при движениях водной среды осадкообразования, имеющих периодическую смену или повторяемость направления - отливные и приливные течения, волнения в прибрежных мелководных зонах. Л и н з о в и д н а я слоистость характеризуется разнообразием формы и изменением мощности отдельных слоев до полного их выклинивания. Такая слоистость образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды, например, во временных потоках или зоне прибоя. Косая слоистость обладает сложным относительным расположением прослойков в некоторых типах отложений (особенно в песках) с первичным наклоном к общей поверхности накопления осадком. Косая слоистость возникает в результате неравномерней переменного движения воздушных и водных масс. Она обнаруживается в дельтах рек, на песчаных откосах, в эоловых отложениях и т. п. Слои осадочных пород не всегда встречаются правильного вида, ограниченными параллельными плоскостями. Часто это выражается в том, что один из слоев становится тоньше и даже исчезает, тогда, как другие утолщаются. Если в слое происходит значи- тельное уменьшение мощности, после чего он вновь увеличивается, то место его утончения называют пережимом, если слой утончается до полного исчезновения — то этот случай залегания называют выклиниванием (рис. 22). 76 2 3 4 5 3 Рис.22. Первичные формы залегания осадочных пород: 1 — линза, 2 — выклинивание, 3 — слой, 4 — пережим, 5 — прослой Частичное выклинивание слоя на небольшом расстоянии от центра к периферии дает так называемое линзообразное залегание (линзы). Встречаются слои в виде пропластков, которым свойственна небольшая мощность, но большая распространенность, и в виде прослоев, имеющих ограниченное распространение и небольшую мощность. Первичные формы залегания магматических пород (рис.23) зависят от способа их образования: + 13 Рис.23 Первичные формы залегания магматических пород: 1 — батолиты, 2 — лакколиты, 3 — дайки, 4 — штоки, 5 — жилы, 6 — купола, 7 — потоки, 8 — покровы. Литология: 9 — песок, 10 — глина, 11 — известняк, 12 — мергель, 13 — гранит В зависимости от соотношения с вмещающей осадочной толщей все интрузивные тела подразделяются на согласные и несогласные Согласные интрузивные тела образуются,как правило,в результате внедрения магмы по плоскостям напластования осадочных пород. К этому классу интрузии относятся силлы, лакколиты, лополиты и факолиты Силл —пластообразное интрузивное тело,размеры которого могут варьировать в широких пределах, но мощность всегда меньше занимаемой им площади.. Силлы являются широко распространенной формой залегания основных магматических пород, поскольку подвижные основные массы легко проникают по плоскостям напластования. 77 Как правило, они залегают группами и встречаются в толщах недислоцированных или слабодислоцированных осадочных пород. Лакколит —тело,имеющее плоское основание и куполообразный свод.Лакколиты, как правило, образуются при внедрении кислой магмы, которая вследствие большой вязкости с трудом проникает по плоскостям наслоения, скапливается на одном участке и приподнимает породы кровли. Форма лакколитов в плане округлая, с диаметром от сотен метров до нескольких километров. Лополит —чашеобразное тело,вогнутая форма которого обусловлена прогибанием подстилающих пластов под тяжестью магмы. Лополиты чаще всего сложены породами основного или ультраосновного состава и представляют собой очень крупные интрузивные тела, площадь которых достигает десятков тысяч квадратных километров. Факолит —линзообразное тело,залегающее в ядре антиклинальной или синклинальной складки, факолиты имеют небольшие размеры, встречаются редко и только в складчатых областях. Образуются они одновременно со складками. Несогласные интрузивные тела формируются при заполнении магмой трещин во вмещающей толще и при внедрении магмы путем обрушения пород кровли. К ним относятся дайки, жилы, штоки и батолиты. Дайка —плитообразное тело,мощность которого несоизмеримо меньше протяженности по падению. Дайки образуются при заполнении трещин и ориентированы в земной коре вертикально или наклонно. Размеры их колеблются в очень широких пределах. Самая крупная из известных даек — «Большая дайка» Родезии — имеет мощность около 5 км и протяженность около 500 км. Различают особую разновидность даек — кольцевые дайки, которые возникают при заполнении магмой трещин, появляющихся при опускании цилиндрических блоков горных пород. Как правило, дайки сложены породами основного состава и встречаются группами, составляя серии параллельных или радиальных тел. Жила отличается от дайки меньшими размерами и невыдержанной извилистой формой. Шток —тело неправильной формы,приближающейся к цилиндрической,с крутопадающими или вертикальными контактовыми поверхностями . В плане очертания его неправильные, изометричные. Корни штоков уходят на большие глубины, площадь поперечного сечения не превышает 100 км 2 . Штоки представляют собой широко распространенную форму залегания магматических пород различного состава. Батолит —самое крупное интрузивное тело.Площадь,занимаемая батолитами, измеряется десятками и сотнями тысяч квадратных километров. Один из крупнейших батолитов, обнаруженный в Северо-Американских Кордильерах, имеет длину около 2000 км и ширину около 200 км. Форма батолитов в плане несколько вытянута в соответствии с направлением осей складчатых структур, контактовые поверхности крутые, кровля куполообразная с выступами и впадинами. В виде батолитов залегают граниты и породы близкого к ним состава. 6.2. Вторичные структуры горных пород. Под воздействием различных факторов, ведущая роль среди которых принадлежит тектоническим движениям, первичные структуры горных пород нарушаются, деформируются и возникают новые - вторичные структуры. Деформация может быть вызвана внешними механическими силами, приложенными к телу, а также такими причинами, как колебание температуры, физико- химические превращения, с которыми связано изменение объема вещества и т. п. Деформация называется упругой, если она исчезает после прекращения действия вызвавших ее сил. Пластической называют деформацию, оставшуюся после прекращения механического воздействия на тело, если она не сопровождается существенным его 78 разрушением. И наконец, разрывными (хрупкими) деформациями называются те, которые приводят к полному разрушению материала. Выделяются следующие простые виды деформации: растяжение сжатие, сдвиг, изгиб и кручение (рис. 24). В природе обычно наблюдается сочетание нескольких видов деформаций. Рис. 24. Простые виды деформации: а-растяжение; б-сжатие; в-сдвиг; г- изгиб; г-кручение Горизонтально залегающие слои осадочных горных пород при воздействии внешних механических сил утрачивают свое первичное положение, приобретая некоторый наклон. Существуют регионы, в которых слои на обширных пространствах наклонены в одном направ-лении. Такое залегание, именуемое моноклинальным, наблюдается, например, в осадочных отложениях Крыма и Северного Кавказа, где толщи пород повсеместно наклонены на север-северо-восток с углами падения, достигающими 30° и более. Ориентировка слоев в пространстве определяется элементами, в которые входят понятия о линии простирания, линии падения и углах падения. Линией простирания называется линия пересечения поверхности слоя с горизонтальной плоскостью или, другими словами, любая горизонтальная линия на поверхности слоя. Линией падения называется линия, перпендикулярная к линии простирания, лежащая на поверхности слоя и направленная в сторону падения. Линия падения образует с горизонтальной плоскостью некоторый угол. Положение линии простирания и линии падения в пространстве определяется их азимутами. Азимутом п р о с т и р ан и я называется угол между направлением на север и направлением линии простирания. Азимутом падения называется угол между северным направлением и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Элементы залегания измеряются с помощью горного компаса. От обычного компаса он отличается тем, что лимб его градуирован не по часовой стрелке, а в обратном направлении (рис. 25). Кроме того, в горном компасе есть небольшой отвес - клинометр, позволяющий измерять углы в вертикальной плоскости - углы падения. Магнитная стрелка компаса и отвес с помощью специальных стопорных зажимов могут приводиться в неподвижное состояние, что способствует продлению срока службы прибора. 79 Рис. 25 Горный компас 1- основание компаса; 2 - лимб; 3 - магнитная стрелка; 4 - пружина, удерживающая пок-ное стекло; 5 - стопорный зажим магнитной стрелки; 6 - отвес (клинометр); 7 - стопорный зажим отвеса Для определения азимута простирания компас в горизонтальном положении прикладывают длинным ребром к поверхности слоя (рис. 26) и берут отсчет на лимбе против того конца стрелки, который находится в пределах северных румбов. Для определения азимута падения компас прикладывают коротким ребром к поверхности слоя так, чтобы север на лимбе был направлен в сторону падения, и берут отсчет против северного конца стрелки. Угол падения измеряют, прикладывая компас в вертикальном положении длинным ребром к линии падения. Отсчет берут против зубца отвеса по дополнительной шкале на дне коробка компаса, градуированной от 0 до 90° в обе стороны от нулевой точки. Рис. 26. Измерение горным компасом элементов залегания слоя. Пластинка компаса в горизонтальном (Г) и вертикальном (В) положениях (угол наклона отсчитывается по отвесу) 80 Запись результатов измерения элементов залегания производят с указанием начальных букв стран света, значок градуса обычно не ставится. Запись замера элементов залегания при этом имеет следующий вид: аз. прост. СВ 25, аз. пад. ЮВ 115 /. 35. В практике нередко измеряют лишь азимут и угол падения, так как азимут простирания может быть найден путем прибавления или вычисления от значения азимута падения 90°. Запись в этом случае выглядит так: аз. пад. ЮВ 115 < 35. Азимутальные замеры, выполненные горным компасом, дают углы между магнитным меридианом и определяемым направлением, т. е. магнитные азимуты. Для получения истинного азимута необходимо вводить поправку на величину магнитного склонения, обусловленного несовпадением магнитного и географического полюсов. Величина магнитного склонения указывается на географических картах. В случае восточного магнитного склонения поправки к значению магнитного азимута прибавляются, в случае западного - вычитаются из него. При наклонном положении слоев возможны два случая их залегания - нормальное и опрокинутое. При нормальном залегании кровля слоя располагается выше его подошвы; при опрокинутом залегании подошва слоя оказывается выше его кровли. При повороте слоев до того момента, пока угол их наклона не станет равным 90°, они будут залегать нормально, т. е. их кровля будет располагаться выше подошвы, а молодые пласты будут налегать на более древние. При повороте на больший угол слои окажутся в опрокинутом залегании, т. е. их подошва будет лежать выше кровли, а древние пласты расположатся выше молодых. Наклонное залегание слоев в большинстве случаев связано с формированием более сложных вторичных структур. Среди таких структур выделяют два типа: при пластических деформациях, осуществляющихся без существенного разрушения породы, образуются складчатые (пликативные) структуры, а при хрупких деформациях материала - разрывные (дизъюнктивные) структуры. Основной формой складчатых структур является складка Складки –это изгибы слоев горных пород без разрыва сплошности,под действием давления. Складки являются основной формой пликативных дислокаций. Они бывают двух основных видов — антиклинальные и синклинальные. Антиклинальными называются выпуклые складки,в которых пласты падают в противоположные стороны, а в центральных частях залегают более древние породы, чем на периферии (рис.27,а). Синклинальными называются вогнутые складки,в которых пласты падают навстречу друг другу, а в центральных частях располагаются более молодые породы, чем на периферии (рис. 27, б). Рис. 27. Антиклинальная (а) и синклинальная (б) складки. Антиклинальные и синклинальные складки имеют следующие элементы: крылья, шарнир, замок, угол, осевую поверхность, ось; ядро характеризуется шириной, амплитудой и длиной (рис. 28). 81 Рис. 28. Элементы антиклинальной складки (1/4 складки условно удалена).1 – осевая плоскость; 2 – ось; 3 – свод (замок); 4 – крыло; 5 – периклиналь; 6 – шарнир АБ; 7 – угол; 8 – амплитуда; 9 – ширина; 10 - длина Крылья —боковые части складки. Шарнир —линия,проходящая через точки максимального перегиба любого из пластов, образующих складку. В продольном вертикальном разрезе шарнир нередко воздымается и погружается (ундулирует). Замок —участок складки в области шарнира,где происходит перегиб крыльев. Иногда замок антиклинальной складки называют сводом, а замок синклинали — мульдой. Угол складки —угол,заключенный между крыльями складки,мысленно продолженными до их пересечения. Осевая поверхность —воображаемая поверхность,проходящая через шарниры всех пластов складки. Ось складки (осевая линия складки в плане)—линия пересечения осевой поверхности складки с горизонтальной плоскостью. Ядро складки —толща горных пород,слагающих замок антиклинальных и синклинальных складок. При наличии нескольких параллельных складок ширина складки определяется как расстояние между осевыми поверхностями двух соседних антиклиналей или синклиналей. Амплитуда складки —вертикальное расстояние от перегиба антиклинали до перегиба сопряженной синклинали. Длина —расстояние в плане от одного периклинального окончания до другого. Замыкание антиклинальной складки называется периклиналью, а замыкание синклинальной складки — центриклиналью. Складки различаются по особенностям строения, отражающимся в поперечном сечении и плане. По особенности строения в поперечном разрезе складки делятся на ряд типов. По положению осевой поверхности и крыльев выделяют прямые, наклонные, лежачие и перевернутые складки. У прямых складок осевая поверхность вертикальная, а крылья располагаются симметрично (рис. 29, а). Осевая поверхность наклонных складок наклонена, крылья падают в разные стороны (рис. 29, б). Разновидностью наклонных являются опрокинутые складки, оба крыла которых наклонены в одну сторону. Осевая поверхность перевернутых складок находится ниже горизонтальной плоскости, крылья развернуты (рис. 29, в). 82 Рис. 29. Типы складок по положению осевой поверхности: а – прямая, б – наклонная, в – перевернутая По характеру расположения крыльев и форме замка различают складки нормальные (гребневидные), изоклинальные, веерообразные и сундучные (коробчатые). У нормальных (гребневидных) складок крылья сходятся под острым углом, а замок имеет остроугольную форму (рис. 30, а). Изоклинальные складки имеют узкий замок и параллельные крылья(рис.30,б). Веерообразные складки отличаются широким замком,веерообразно расходящимися крыльями и пережатым ядром (рис. 30, в). Особенности строения складок в плане также позволяют выделить ряд типов. По соотношению длины и ширины различают линейные и прерывистые складки. Линейные образуются при интенсивном смятии пород и имеют узкую вытянутую в плане форму. Рис. 30. Типы складок по положению крыльев: а – нормальная, б - изоклинальные, в – веерообразные, г – перевернутая Линейные складки в плане бывают прямолинейными, дугообразно изогнутыми, ветвящимися, виргирующими, кулисообразными и сигмовидными (рис.31).Часто по простиранию один тип линейных складок сменяется другим. Рис. 31. Типы складок в плане: а – прямолинейные, б –дугообразно изогнутые, в – ветвящиеся, г – виргирующие, д – кулисообразные, е - сигмовидная 83 Прерывистые складки характерны для областей спокойного геологического развития. В плане их длина незначительно превышает ширину. Среди прерывистых складок выделяют: брахискладки, валы, купола диапиры. У брахискладок отношение длины к ширине изменяется в пределах 2:1—5:1. Среди них различают брахиантиклинали и брахисинклинали. Купола представляют собой антиклинали,у которых отношение длинной оси к короткой меньше 2:1. В плане они имеют округлые изометричные очертания. Синклинальный аналог куполов — мульды. Крупные вытянутые антиклинальные поднятия, состоящие из брахиантиклиналей и куполов, называют валами. Они протягиваются на десятки и сотни километров. Нередко амплитуды валообразных поднятий достигают 200—300 м. Углы падения пластов на крыльях валов невелики и обычно не превышают 3—5°. Своеобразной формой куполовидных прерывистых складок являются диапиры (купола с ядром протыкания). Характерные особенности диапиров — наличие пластичных пород (соль, гипс, глины и др.) в ядре и закономерное увеличение угла наклона пластов от крыльев к ядру складки. Если ядра сложены каменной солью, складки называются соляными куполами.Диапиры образуются при выдавливании высокопластичных породядра складки (соль, гипс, глина) вверх, в область пониженного горного давления. В результате диапировые ядра приобретают различные формы - линз, штоков, грибов и т. д. Разрывные дислокации -это дислокации, сопровождающиеся разрывом сплошности пластов горных пород. Они возникают в результате ударного нарастания нагрузки, на которую горные породы реагируют как хрупкие тела. Различают два вида разрывов: 1. Трещины –разрывы без заметного смещения пород друг относительно друга. Совокупность трещин называется трещиноватостью. 2. Дизъюнктивы –это разрывы с заметным смещением пород друг относительнодруга. Они проявляются в виде трещин или зон дробления, по которым происходит смещения пластов. Плоскость разрыва, по которой происходит относительное перемещение пластов горных пород, называется сместителем (рис. 32). Примыкающие к этой плоскости участки горных пород называются крыльями (или блоками). При наклонном сместителе различают висячее и лежачее крылья(блоки). Величина относительного перемещения пластов по сместителю называется амплитудой Р и с 3 2 Э л е м е н т ы д и з ъ ю н к т и в н о й д и с л о к а ц и и f f – с м е с и т е л ь , h 1 – и с т и н н а я , h 2 – в е р т и к а л ь н а я , h 3 – г о р и з о н т а л ь н а я , h 4 – с т р а т и г р а ф и ч е с к а я ; 1 – л е ж а ч е е , 2 - в и с я ч е е разрыва.Различают амплитуды: истинную (наклонную) — расстояние в плоскости сместителя между кровлей или подошвой одного и того же пласта в висячем и лежачем крыльях; вертикальную —проекция истинной амплитуды на вертикальную плоскость; горизонтальную — проекция истинной амплитуды на гори- зонтальную плоскость; стратиграфическую — расстояние по нормали между кровлей или подошвой одного и того же пласта в висячем и лежачем крыльях. По характеру, величине, направлению и углу относительного перемещения крыльев разрывы подразделяются на сбросы, взбросы, надвиги и сдвиги (рис.33). 84 Рис. 33. Дизъюнктивные дислокации: а – сброс, б – взброс, в – надвиг, г – сдвиг, д – ступенчатый сброс , е – грабен, ж - горст Сбросы представляют собой разрывные нарушения,у которых сместитель наклонен в сторону опущенного крыла, а висячее крыло смещено вниз по отношению к лежачему. Угол наклона сместителя к горизонтальной плоскости составляет 40— 60° (рис. 33, а). При вертикальном положении сместителя сбросы называются вертикальными. Взбросы представляют собой разрывные дислокации,у которых сместитель наклонен в сторону поднятого крыла, а висячее (поднятое) крыло по отношению к лежачему (опущенному) крылу смещено вверх по круто падающему сместителю (более 60°) (рис. 33, б). Надвиги —разрывные дислокации типа взброса,висячее,крыло которых надвинуто на лежачее по пологому (менее 60°) сместителю (рис. 33, в). Пологие надвиги большой горизонтальной амплитуды при малом угле наклона сместителя называются шарьяжами, или тектоническими покровами. Горизонтальная амплитуда их может достигать 30—40 км. 85 Сдвиги представляют собой разрывные дислокации,крылья которых смещаются преимущественно в горизонтальном направлении, параллельно простиранию сместителя. Они нередко сочетаются со сбросами, взбросами и надвигами (сбросо-сдвиги и т.д.) (рис. 33, г). Разрывные нарушения обычно встречаются группами, образуя сложные дизъюнктивы: ступенчатые сбросы, грабены и горсты. Ступенчатые сбросы представляют собой систему сбросов, в которой каждое последующее крыло опущено относительно предыдущего (рис. 33, д). Грабены — это система ступенчатых сбросов, в которой центральная часть опущена относительно периферийных блоков (рис. 33, е). Горсты —система взбросов,в которой центральная часть приподнята по отношению к периферийным блокам (рис. 33, ж) Вопросы для самопроверки 1. Что понимается под термином «слоистость»? 2. Что понимается под термином «элементы залегания» и чем они измеряются? 3. В чем отличие горного компаса от обычного? 4. Что понимается под термином «дизъюнктивы»? 86 |