При формуванні шаруватих товщ гірських порід можливі два варіанти їх залягання – узгоджене і неузгоджене. При першому кожна вище лежача товща або пачка порід без яких-небудь слідів перерви в опадонакопиченні залягає на підстелюючі їх породи, утворюючи узгоджене залягання шарів. Таке співвідношення показує безперервність процесу накопичення осаду, що обумовлює закономірну зміну тільки складу осадових гірських порід на протязі відповідного періоду їх розвитку.
В другому випадку між вищележачим і підстелюючими їх шарами стратиграфічна наступність порушується і відклади тих або інших стратиграфічних горизонтів відсутні. В результаті появляється неузгоджене залягання порід одних на другі.
Появлення неузгоджень обумовлюється різними причинами. Вони можуть бути результатом перерви в осадонакопиченні або виникнути при тектонічних переміщеннях одних товщ відносно других. В першому випадку неузгодження називається стратиграфічним, а в другому – тектонічним.
При узгодженому заляганні порід границі пластів практично паралельні. Таке ж розташування границь зберігається при похилому і складчастому заляганні пластів.
При більш складному геологічному розвитку породи можуть виявитися в умовах неузгодженого залягання. В стратиграфічних неузгодженнях проходить випадання тих або інших порід із розрізу в результаті припинення опадоутворення або проходить руйнування і розмивання раніше утворених порід. Тому основною особливістю цього виду неузгодження є наявність в розрізі так званої поверхні розмиву. По цій поверхні проходить контакт порід із значною віковою різницею.
Залежно від площі розповсюдження виділяють регіональні і локальні (місцеві) неузгодження. Регіональні неузгодження проявляються для великих площ позитивними вертикальними рухами земної кори.
Неузгоджені контакти між шарами різного віку і літологічного складу можуть бути викликані тектонічними розривами і переміщеннями по них окремих блоків гірських порід. В умовах доброї відслоненності порід і достатньої детальності геологічних досліджень тектонічне неузгодження легко відрізнити від стратиграфічного. Для достовірного встановлення тектонічного неузгодження необхідно керуватися наступними критеріями:
- пласти більш давніх порід завжди насунуті на більш молоді гірські породи;
- на контакті між світами різного віку утворюється система дзеркал сковзання і розтертої маси тектонічної брекчії;
- площиною контакту зрізаються шари нижньої світи, утворюючи при цьому кутове неузгодження.
5.4 Горизонтальне та похиле залягання шарів
Горизонтальне залягання шарів характеризується загальним горизонтальним або близьким до нього розташування поверхні нашарування на великому просторі. Однак ідеальні поверхні нашарування практично не зустрічаються. Вже в процесі осадконакопичення утворені шари відкладів на деяких ділянках починають набирати деякого нахилу. Частіш всього цей нахил незначний і не перевищує 1-2°.
5.5 Складчасті дислокації гірських порід
Похиле залягання шарів в більшості випадків пов’язане з формуванням більш складних вторинних структур під впливом ендогенних процесів і головним чином тектонічних рухів земної кори. В результаті первинні форми залягання гірських порід порушуються і утворюються більш складні елементи. Всяке порушення початкового горизонтального порушення залягання гірських порід називається дислокацією.
Вони є результатом пластичних деформацій гірських порід і розвиваються тільки в шаруватих товщах.
Плікативні дислокації. До цього типу дислокацій відносяться монокліналі, флексури і складки.
Монокліналі являють собою товщі пластів гірських порід, рівномірно нахилених в одну сторону на значній віддалі.
Флексурами називають коліноподібні згини в шаруватих товщах, які виражені нахиленим положенням шарів при загальному горизонтальному заляганні або більш крутим падінням на фоні загального горизонтального залягання.
Складками називаються згини шарів гірських порід, які можуть мати будь-яке положення у просторі. Вони є основою формою плікативних дислокацій і двох видів – антиклінальні та синклінальні.
Антиклінальними складками (антикліналями) називаються згини, в центральних частинах котрих розташовані найбільш давні породи відносно їх краєвих, периферичних частин.
Синклінальними називаються ввігнуті складки, в яких пласти падають назустріч один одному, а в центральних частинах розташовуються більш молоді породи, ніж на периферії.
Антиклінальні та синклінальні складки мають наступні елементи: крила, шарнір, замок, кут, осьову поверхню, вісь, ядро, ширину, амплітуду та довжину.
Крилами називається частина складок, які примикаються до перегинних частин їх шарів.
Шарнір складки – лінія перетину осьової поверхні з поверхнею одного із шарів, який складає складку. В повздовжньому вертикальному розрізі шарнір переважно піднімається і опускається.
Замок – частина складки в місці перегину шарів. Часто цю називають склепінною частиною складок в антикліналях та сідлом, мульдою – в синкліналях.
Кут складки – кут, утворений лініями, які є продовженнями крил складки в місці їх перегину.
Осьова поверхня – це поверхня, яка проходить через точки перегину шарів, які складають складку.
Вісь складки – лінія перетину осьової поверхні складки з горизонтальною площиною.
Ядро складки – товща гірських порід, яка складає замок антиклінальних та синклінальних складок.
Ширина складки – відстань між її крилами. При наявності декількох паралельних складок ширина складки визначається як віддаль між осьовими поверхнями двох сусідніх антикліналей або синкліналей.
Амплітуда складки - вертикальна відстань від перегину антикліналі до перегину спряженої синкліналі.
Довжина складки – відстань в плані вздовж осьової лінії між суміжними перегинами шарніру.
Замикання антиклінальної складки називається перекліналлю, а замикання синклінальної складки – центрикліналлю.
У симетричних складок осьова поверхня вертикальна, кути нахилу крил одинакові. Асиметричні складки мають нахилені або горизонтальні осьові поверхні та неоднакові кути нахилу крил.
Асиметричні складки в свою чергу діляться на похилені, запрокинуті, лежачі, занурені. Похилені складки характеризуються падінням крил в протилежні сторони під різними кутами та нахиленою осьовою поверхнею. Запрокинуті складки мають нахилену осьову поверхню, крила їх нахилені в одну сторону. Лежачі складки мають горизонтальні осьові поверхні. Осьова поверхня занурених складок вигнута до зворотнього падіння.
За відносним розташуванням та характером сполучення крил виділяють відкриті складки, крила яких розходяться від замка в різні сторони, і закриті – в тому випадку, якщо крила взаємно паралельні або сходяться по мірі віддалення від замка. Серед закритих складок виділяють складки нормальні, ізоклінальні, віялоподібні та сундучні.
У нормальних складок крила сходяться під гострим кутом, а замок має вузьку гострокутну форму. Ізоклінальні складки мають вузький замок і паралельні крила. Віялоподібні складки характеризуються широким замком, віялоподібно розкинутими крилами і перетиснутим ядром. У сундучних складок широкий замок і відносно круті, майже вертикальні крила.
За співвідношенням довжини і ширини товщин шарів на крилах і в склепінній частині складок виділяють паралельні та подібні складки.
Паралельними прийнято називати такі складки, у яких товщина шарів на крилах і в замкових частинах однакова. З глибиною радіус кривизни склепіння таких складок змінюється і антикліналі стають більш крутими, а синкліналі – більш пологими. Утворюються такі складки при вільному переміщенні шарів вздовж площин нашарування.
Подібними називаються складки, у яких поверхня нашарування має однакову форму, а товщина шарів змінна. На крилах вона зменшується, а в склепінних частинах, навпаки, збільшується.
За співвідношенням довжини і ширини розрізняють лінійні та переривисті складки. Лінійні складки утворюються при інтенсивному зім’яті порід і мають вузьку, досить витягнуту форму. Співвідношення довжини і ширини в таких складках складає 10:1, 20:1 та більше. В перикліналях та централях пласти залягають більш полого, ніж на крилах. Лінійні складки бувають прямолінійними, дугоподібно вигнутими, розгалуженими, віруючими, кулісоподібними та сигмоїдними.
Одночасно з лінійними дуже часто зустрічаються переривисті складки. В більшості випадків вони характерні для областей спокійного геологічного розвитку. В плані їх довжина незначно перевищує ширину. Серед переривистих складок виділяють брахіскладки, вали, купола та діапіри.
У брахіскладок відношення довжини до ширини складає 2:1-3:1. Серед них розрізняють брахіантикліналі та брахісинкліналі.
Купола являють собою антикліналі, у яких відношення довшої осі до короткої складає менше 2:1. В плані вони мають закруглені ізометричні форми. Синклінальний аналог куполів – мульди.
Великі витягнуті антиклінальні підняття, які складаються із брахіантикліналей і куполів називають валами. Вони простягаються на десятки і сотні кілометрів. Дуже часто амплітуда валоподібних піднять досягає 200-300 м і більше. Кути падіння пластів на крилах валів невеликі, складаючи в середньому 3-5°.
Своєрідною формою куполовидних переривистих складок є діапіри (куполи з ядром протікання). Характерними особливостями діапірів є наявність пластичних порід у вигляді солі, глини, гіпсу та інших порід у ядрі та закономірне збільшення кута нахилу пластів від крил до ядра складки. Якщо ядра складки складені кам’яною сіллю, то складки називаються соляними куполами.
Діапіри утворюються при видавлюванні високо пластичних порід ядра складки в область пониженого гірничого тиску. В результаті діапірові ядра набирають форми лінз, потоків, грибів тощо. Шари, які примикають до ядра, залягають під крутим кутом і мають меншу товщину, ніж в периферійних частинах складки.
5.6 Розривні дислокації гірських порід
Вид розривних дислокацій супроводжується розривом суцільності пластів гірських порід. Вони проявляються у вигляді тріщин, по яких не проходить переміщення шару або у вигляді розривів із зміщенням шарів по площинах розриву. Площина розриву, по якій проходить відносне переміщення пластів гірських порід, називається змішувачем.
Розірвані та переміщені ділянки шарів, які примикають до зміщувача, називаються крилами або блоками. При похилому зміщувачі розрізняють висячі та лежачі крила або блоки.
Величина відносного переміщення пластів по зміщувачу називається амплітудою розриву. Розрізняють дійсну, вертикальну, горизонтальну та стратиграфічну амплітуду розриву.
За характером, величиною, напрямком і кутом відносного переміщення крил розриву диз’юнктивні порушення діляться на скиди, підкиди, насуви і зсуви.
Скидами називаються структури, в яких поверхня розриву нахилена в сторону розташування опущених гірських порід, а висяче крило зміщене вниз по відношенні до лежачого. Кут нахилу до горизонтальної площини складає 40-50°. При вертикальному положенні зміщувача скида називаються вертикальними.
Підкиди – це порушення, в яких поверхня розриву нахилена в сторону розташування при піднятих порід. За кутом нахилу зміщувача виділяють підкиди пологі, круті і вертикальні, а по відношенню до простягання нарушених порід – поздовжні, косі й поперечні. За співвідношенням нахилу порід і зміщувача виділяють узгоджені та неузгоджені підкиди. В узгоджених вскидах нахил порід і зміщувача направлені в одну й ту ж сторону, а в неузгоджених – порди і зміщувач нахилені в протилежні сторони.
Насувами називаються розриви підвидового характеру, які виникали одночасно із складчастістю або наскладувались на складчасті структури. Розвинуті вони переважно в сильно стиснутих нахилених або запрокинутих складках. Рідше вони ускладнюють будову плавних пологих складок. В складках, утворених відносно однорідними породами, насуви виникають в замках, і зорієнтовані паралельно до осьової поверхні. В неоднорідних товщах порід вони можуть розвиватися в крилах складок по границях пластичних порід.
Пологі насуви великої горизонтальної амплітуди при малому куті нахилу зміщувача називаються шар’яжами або тектонічними покривами. Горизонтальна амплітуда їх може досягати 30-50 км.
Зсувами називаються розриви, зміщення порід по яких проходить в горизонтальному напрямку.
Розривні порушення зустрічаються переважно групами, утворюючи складні скиди: ступінчасті скиди, грабени і горсти.
Ступінчасті скиди являють собою систему скидів, в якій кожне наступне крило опущене відносно попереднього.
Грабенами називаються лінійні структури, утворення яких частіше всього пов’язане і скидами або вскиадми, центральні частини яких опущені й на поверхні складені більш молодими породами, ніж в піднятих краєвих частинах.
Горстами називають структури, утворені розривними зміщеннями, центральні частини яких на поверхні складені більш давніми породами, ніж породи в краєвих частинах. Розрізняють прості та складні горсти.
Описані вище плікативні та диз’юнктивні дислокації не охоплюють всієї різноманітності форм геологічних тіл і їх поверхонь в осадових товщах. Крім них, які переважно мають місцеве, локальне розповсюдження, в земній корі розвиваються великі, регіональні структури, які простягаються на десятки й багато сотень кілометрів. До них відносяться тектонічні покриви та глибинні розломи.
Тектонічні покриви, або шар’яжі, являють собою великі насуви, по яких вздовж похилих або горизонтальних поверхонь переміщуються на окремі складки, а цілі складчасті комплекси.
Глибинні розломи – це лінійні зони, в яких зосереджені розриви, інтенсивна складчастість та тріщинуватість. Вони характеризуються великою протяжністю, малою шириною, значного глибиною проникнення і тривалим розвитком.
6 Елементи залягання геологічних тіл
Шари та інші геологічні тіла, утворені осадовими та іншими гірськими породами переважно розповсюджується на значні глибини і займають великі площі. Вони можуть залягати горизонтально або під кутом, бути ускладненими плікативними та диз’юнктивними порушеннями.
Просторове розміщення окремих шарів гірських порід і геологічних тіл в земній корі визначається їх елементами залягання, зокрема лінією простягання, лінією падіння, кутом падіння, азимутом лінії простягання, азимутом лінії падіння.
Лінією простягання називається лінія перетину поверхні шару з горизонтальною площиною або, будь-яка горизонтальна лінія на поверхні шару. На поверхні шару можна провести безліч ліній простягання, які відрізняються між собою абсолютними відмітками.
В тих випадках, коли шар плоский, лінія простягання являє собою пряму лінію. Якщо шар вигинається по простяганню, то відповідно буде вигинатися лінія простягання. В цьому випадку лінія простягання в кожній точці може бути заміряна по дотичній до цієї точки.
Лінія падіння – вектор, перпендикулярний до лінії простягання, який лежить на поверхні шару і спрямований в сторону його нахилу. Лінія падіння має найбільший кут нахилу до горизонту порівняно з будь-якою іншою лінією, яку можна провести на поверхні шару.
Кутом падіння називають кут, розташований між лінією падіння і її проекцією на горизонтальну площину. Кут падіння може змінюватися від 0° до 90°. При запрокинутому заляганні шарів кут падіння також утворюється лінією падіння і її проекцією на горизонтальну площину і не може перевищувати 90°.
Положення лінії простягання і лінії падіння в просторі визначається їх азимутами.
Азимут лінії простягання – це правий векторіальний кут, вирахуваний від північного напрямку географічного меридіану по ходу годинникової стрілки до лінії простягання. Він може змінюватися від 0° до 360°. Оскільки будь-яка лінія простягання має два взаємно протилежних напрямки, то й азимут простягання може бути виражений двома значеннями, що різняться на 180°.
Азимутом лінії падіння називається правий векторіальний горизонтальний кут, вирахуваний від північного напрямку географічного меридіану до проекції лінії падіння на горизонтальну площину. Азимут падіння змінюється в залежності від положення шару в границях від 0° до 360°. Він має, на відміну від азимуту простягання, тільки одне значення.
Оскільки лінії простягання і падіння взаємно перпендикулярні, то їх азимути різняться на 90°. Таким чином визначивши азимут лінії падіння, можна вирахувати азимут лінії простягання, додавши або віднявши 90° до значення азимуту падіння. Зворотну операцію – одержати азимут падіння, знаючи азимут лінії простягання – зробити не можна.
Азимути простягання, падіння та кут падіння називаються елементами заляганнями пласта і визначають його положення в просторі. Елементи залягання пласта визначаються гірничим компасом.
7 Гірничий компас, його будова та
особливості роботи з ним
Гірничий компас відрізняється від звичайного компасу. Він переважно монтується на прямокутній пластині, яка має довжину 8-11 см і ширину 7-8 см, таким чином, щоб напрямок північ-південь був паралельним довшим його сторонам.
Поділки на градусній шкалі азимутів від нуля до 360° йдуть в напрямку, зворотному ходу годинникової стрілки. Крім того, положення сторін світу схід-захід змінено на зворотне. Зроблено це для того, щоб величину азимуту простягання можна було відрахувати безпосередньо по покажчику північного кінця магнітної стрілки. На голці гірничого компаса підвішений кутомір (клінометр), який має шкалу з поділками від 0° до 90°. За характером розташування кутоміра проводиться відлік кута падіння (нахилу).
Вимір елементів залягання шарів рекомендується проводити наступним чином:
- На очищеній ділянці покрівлі, підошви або нашарувань шару чи контакту визначається положення лінії простягання. Для цього прикладається компас, який знаходиться у вертикальному положенні, довгою стороною до покрівлі або контакту і, повертаючи його вправо або вліво за показам клінометра визначають лінію простягання (при 0°).
- Для заміру азимута простягання шару або контакту компас приводиться в горизонтальне положення і суміщаємо його довшу сторону з лінією простягання. При цьому компас повинен мати таке положення, щоб північна відмітка розташувалась від нас, південна до нас, західна – справа, східна – зліва. Відлік азимуту простягнення проводиться на лімбі за показанням північного кінця магнітної стрілки.
- Для визначення азимуту падіння шару або контакту компас короткою “південною” стороною прикладається до лінії його простягання за північним кінцем стрілки.
- Для визначення кута падіння компас довгою “східною” стороною, прикладається до лінії падіння. Відлік кута падіння проводиться за показанням клінометра на напівлімбі.
Отримані заміри елементів при похилому залягання шарів або контактів переважно записується в наступному вигляді: ПнС 65°, кут 53°, тобто записують тільки азимут і кут падіння. При вертикальному падінні, тобто коли кут має 90° заміряють тільки азимут простягання.
Замір елементів залягання шарів, інтрузивних та ефузивних тіл в лабораторних умовах проводиться відповідних об’ємних моделях.
8 Лабораторні приладдя, макети і зразки порід
При виконанні цієї лабораторної роботи необхідні наступні приладдя, макети, взірці:
1) Гірничий компас для заміру елементів залягання шарів (пластів)
2) Лінійка для заміру товщин пластів на об’ємних моделях
3) Об'ємні моделі:
3.1 Макети горизонтально-, похило- і вертикальнозалягаючих пластів із рельєфною поверхнею;
3.2 Макети складчастих форм: згин вниз, згин вверх, згин в сторону;
3.3 Макети синклінальної і антиклінальної складок;
3.4 Макети типів складок: пряма, коса, запрокинута, лежача, перевернута;
3.5 Макети основних типів складок: коліноподібна, скринеподібна, діапірова;
3.6 Макети основних диз’юнктивних порушень: скид, підкид, насув, зсув;
3.7 Макети будов грабенів і горстів;
3.8 Макет для визначення елементів залягання шару;
3.9 Макет форм залягання інтрузивних та ефузивних тіл;
3.10 Зразки основних типів порід.
9 Контроль засвоєного матеріалу
1. Які фактори впливають на форму гірських порід?
2. Чим відрізняється форма залягання магматичних гірських порід від осадових?
3. Що таке узгоджене і неузгоджене залягання порід?
4. З яких частин складається вулканічний конус?
5. Назвіть основні елементи пласта.
6. Що таке моноклінальне залягання пласта?
7. Які складчасті антиклінальної складки Ви знаєте?
8. Які елементи антиклінальної складки Ви знаєте?
9. Які розривні дислокації Ви знаєте?
10. Що таке горст і що таке грабен?
11. Чим відрізняється скид від підкида?
12. Які основні форми залягання метаморфічних поріж Ви знаєте?
13. Гірничий компас та основні компоненти його будови.
14. Як визначаються елементи залягання шарів і контактів?
Лабораторна робота № 8
