Формы залегания осадочных пород 6 страница

Угол падения пласта определяют графическим путем или по формуле

tgα = h/b, где α - угол падения пласта; h - сечение горизонталей (и пла­ста); b - заложение пласта.

Величину заложения определяют по карте, измеряя (и пере­считывая по масштабу) проложение между двумя линиями его простирания, т. е. его стратоизогипсами, отличающимися по своей высоте на величину сечения горизонталей рельефа (см. рис. 49). Нетрудно видеть, что эта задача как раз обратная той, которую мы выполняли, когда находили горизонтали пласта при постро­ении выхода его на поверхность (см. § 28).

Если не имеют таблиц тригонометрических функций, угол α определяют графическим путем, путем построения прямоуголь­ного треугольника с катетами, равными h и Ь.

По формуле тангенса, заменив b на l, находят и угол β (см. рис. 45).

Элементы залегания слоя на геологической карте показывают штриховым условным знаком, в котором длинная линия указы­вает на простирание, короткая - на падение, а цифра - на угол падения (см. рис. 3, з, и).

Геологический разрез по карте при наклонном залегании слоев строят, руководствуясь общими правилами (см. § 9).

Сначала строят топографический профиль. На нулевой линии откладывают точки пересечения границ пластов с линией разреза на карте. Затем эти точки с нулевой линии проектируют на линию топографического профиля. Через одну из таких точек на линии профиля проводят вспомогательную горизонтальную линию, па­раллельную нулевой (см. рис. 47). В этой точке от горизонтальной линии откладывают угол падения в соответствующем показанию штрихового условного знака направлении (обычно в сторону более молодых пород). Из соседних точек на линии топографиче­ского профиля проводят линии, параллельные первой, - это и есть границы пластов. Получив, таким образом, остов разреза, его затем достраивают и оформляют (раскрашивают, если нужно - штрихуют; проставляют индексы, знаки ориентировки и т. д.).

Если на карте элементы залегания не указаны штриховым знаком, то их определяют способом, описанным выше. Разрезы наклонно залегающих слоев, как правило, строят в одном и том же горизонтальном и вертикальном масштабе. В виде исключения от этого правила иногда приходится отступать, когда, например, линия разреза пересекает несколько комплексов пород, одни из которых лежат полого или горизонтально и слои в нем имеют малые мощности. В таких случаях вертикальный масштаб, по сравнению с горизонтальным, преувеличивают (т. е. принимают его более крупным). Углы падения при этом искажаются (увели­чиваются) и тем больше, чем больше относительное увеличение вертикального масштаба, как это видно на таблице - приложе­нии 1. Если, к примеру, истинный угол падения (см. верхнюю цифровую строку таблицы) равен 300, а преувеличение вертикаль­ного масштаба принято двукратное, то на разрезе нужно отложить уже не 30, а 50° (см. вторую строку цифр). Угол падения исказится (уменьшится) и при неперпендикулярном пересечении простирания слоев линией разреза (см. рис. 42), поскольку такой угол будет видимым углом падения (см. § 26). В этом случае также вводится соответствующая поправка (см. приложение 2).

 

 

Г л а в а IX

СКЛАДЧАТЫЕ НАРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

 

§ 30. Флексура и складка и их элементы

 

Складчатые (пликативные) нарушения, или связные дислока­ции, представляют собой более сложные, чем моноклинали, нару­шения первичного залегания слоев горных пород.

Термин «пликативный» в переводе означает «складчатый», однако этим термином не охватывается все многообразие связных дислокаций, т. е. нарушений залегания горных пород без разрыва их сплошности. Поэтому помимо термина «складчатые нарушения (дислокации)» или «пликативные нарушения (дислокации)» рас­пространен термин «связные нарушения (дислокации)».

При геологической съемке целесообразно различать порядок складчатых форм: мегаструктуры, имеющие размеры от десятков до сотен километров в поперечнике; макроструктуры - от первых километров до метров и микроструктуры - более мелких раз­меров.

Складчатые дислокации являются результатом изгиба слоев и пластического течения вещества в слоистых толщах (пласти­ческих деформаций). Основными формами и основными элемен­тарными единицами связных дислокаций являются флексура и складка.

Флексурами (лат. flexsura - изгиб) называются коленчатые изгибы пластов, образующиеся на фоне горизонтального или моноклинального залегания. Во флексуре различаются поднятое (верхнее) и опущенное (нижнее) крылья, в которых слои лежат горизонтально или полого, и соединительное (или смыкающее) крыло с более крутым наклоном слоев, часто утоненных вследствие растяжения при образовании флексурного изгиба или при пере­ходе его по простиранию флексуры в сброс (рис. 50, а, б).

Рис. 50. Флексура (а), переходящая по простиранию пере­гиба в сброс (б), и структурная терраса (8).

1-3 - крылья флексуры и структурной террасы:1- ­поднятое, 2 - соединительное или смыкающее, 3 - опущенное. Стрелки указывают на вероятные направления действия сил

 

 

Рассто­яние по вертикали между крыльями флексуры называется ее высотой или амплитудой. Многие флексуры облекают перемещен­ные по сбросам или взбросам (иногда сдвигам) блоки более древ­них пород (рис. 51),

Рис. 51. Флексура в слоях пермского и палеогенового возраста, отражающая движения по сбросу в кристалли­ческом фундаменте. Профиль через долину Рейна у Базеля. По А. Гейму.

1 - аллювиальные террасы; 2 - третичные (палеоген­еогеновые) осадки; 3 - юра; 4 - верхний триас; 5 - средний триас; б - ангидрит и гипс; 7 - нижний триас; 8 - пермь; 9 - породы кристаллического фун­дамента

 

что указывает на связь большинства флексур с формированием разрывных смещений. Такие флексуры пред­ставляют верхние части комбинированных разрывно-складчатых структур. Нередко вдоль линии разрывного нарушения одни горизонты разорваны, а другие образуют флексурные перегибы. Амплитуда некоторых крупных флексур, например, в Австра­лийской Виктории или у изученной еще Э. Маржери и А. Геймом (1888 г.) флексуры Верхнерейнского грабена, или на своде Уинта в Скалистых горах (США), может достигать нескольких сотен и даже тысяч метров, а длина по простиранию их измеряться сот­нями километров. Флексуры распространены во многих тектони­ческих зонах Земли. На Русской плите, например, известно до­вольно много флексур (Бирючевская, Бугурусланская, Волго­градская, Токаревская и др.), представляющих собой крутые крылья валов (см. рис. 68) или ограничения Прикаспийской впа­дины. Для некоторых из них (например, Бахметьевской) устано­влена прямая связь со сбросами, вызвавшими вторичные усложне­ния в верхнем крыле. Флексуры представляют практический ин­терес как структуры, благоприятные для скопления нефти и газа.

Ступенчатый коленообразный изгиб, в котором поднятое и опущенное кры­лья имеют моноклинальное залегание слоев, а соединительное (смыкающее) крыло характеризуется также моноклинальным, но более пологим залеганием или же горизонтальным залеганием, называется структурной террасой.* Струк­турная терраса представляет собой тектоническое нарушение, по форме род­ственное флексуре, но отличающееся от нее обратным расположением ос­новных элементов (см. рис. 50, в). Связаны почти исключительно с платфор­менными дислокациями (например, на Самарской Луке).

 

Складкой называется волнообразный односторонний изгиб слоев, образовавшийся вследствие пластической деформации. Как пространственное тело складка в большинстве случаев напоминает собой половину разрезанной по длине сигары (рис. 52).

Рис. 52. Изображение (а) и разрезы (б) - продольный, 8 - поперечный) пол­ной синклинальной складки.

1 -1' - след (проекция) осевой плоско­сти; А - Б - длина складки, В – Г - ­ширина складки, измеренные по одному и тому же слою (штриховка)

 

Складка не бесконечна и всегда где-то переходит в другую, смежную с ней складку, или затухает и сливается с толщей недислоцированных пород. Складка всегда имеет место перегиба слоев и две поверх­ности, примыкающие к перегибу и имеющие, как правило, едино­образный наклон.

В каждой складке различают следующие элементы (рис. 53).

 

Рис. 53. Элементы антиклинальной складки

 

Замок - место перегиба слоев, в котором их поверхности, примыкающие к перегибу, образуют между собой угол или более сложные фигуры.

Крылья - боковые части складки, представленные поверх­ностью слоев, единообразно (вверх или вниз) наклоненных от перегиба. Угол наклона крыльев по величине может быть раз­личным.

Простейшими формами складок являются антиклинали и син­клинали. У первых крылья отклонены от первоначально горизон­тальной плоскости слоев вниз, у вторых - вверх, т. е. антикли­наль - это выпуклая, а синклиналь - вогнутая форма.

Угол складки (или угол перегиба складки) - угол, образован­ный крыльями складки. В общем случае его измеряют в точке мысленного пересечения крыльев, при их продолжении; в отдель­ных случаях (например, у остроугольных складок) может быть измерен непосредственно в замке.

Осевая поверхность (или, в частном случае, осевая плоскость) - воображаемая поверхность, делящая пополам угол, образованный крыльями складки.

Шарнир - воображаемая линия пересечения осевой поверх­ности с поверхностью пласта (кровлей или подошвой); предста­вляет собой линию, изгибающуюся от наиболее приподнятой (или опущенной) по осевой поверхности части складки к местам ее замыкания, и обрисовывает контур складки в продольном разрезе; шарниров можно провести столько, сколько слоев в складке. У некоторых складок шарниры представляют собой волнистую линию, в связи с дополнительными пологими опуска­ниями и воздыманиями слоев, поперечными к простиранию складки. Такие шарниры (как и складки в целом) называют унду­лирующими (лат. undulatio - волнистость). Угол, составленный наклонной частью шарнира с его проекцией на горизонтальной плоскости, называется углом погружения или углом воздымания складки.

Ядро - внутренняя часть складки; это понятие условное и за­висит от глубины эрозионного среза.

При площадном изучении складок в поле и при изображении их на геологической карте и в разрезе различают еще следующие элементы (см. рис. 52).

Ось складки - термин, не имеющий строго однозначного смысла. Одни авторы, например В. В. Белоусов, определяют ось складки как линию пересечения осевой поверхности с горизон­тальной поверхностью земли (на местности) и проекцию ее на гори­зонтальную плоскость (на карте), другие - как линию пересече­ния осевой поверхности с горизонтальной плоскостью, наконец, третьи, например Г. Д. Ажгирей, придают термину «ось складки» смысл, вложенный выше в понятие «шарнир складки». Первое из этих трех определений представляется более предпочтитель­ным.

Замыкания - окончания складки в местах погружения шар­нира в антиклиналях и воздымания его в синклиналях под (или на) горизонтальную плоскость (или поверхность земли); в анти­клиналях замыкания называются периклиналями, в синклина­лях - центриклиналями (см. рис. 52).

Длина складки - расстояние вдоль оси складки между кон­турами того или иного слоя, замыкающегося в данном горизон­тальном срезе (по Ю. А. Косыгину), или, иначе, расстояние между замыканиями любого, условно принятого, стратиграфического горизонта (см. рис. 52), т. е. между точками однотипных пере­гибов шарнира.

Определение термина больше характеризует относительную длину складки, но оно представляется конкретным и однозначным понятием. Определить аб­солютную же длину складки часто бывает затруднительно. Лишь у одиночных платформенных складок за абсолютную длину можно принять расстояние по оси между точками затухания складки, т. е. переход ее внедислоцированные породы. Но так как переход этот, как правило, расплывчатый, то рассматривае­мая величина будет приблизительной. Еще труднее определить абсолютную длину складки геосинклинальной области. Здесь многие антиклинали и син­клинали тянутся на десятки и сотни километров (через всю складчатую область), но при этом шарниры их ундулируют часто весьма значительно. Абсолютную длину таких ундулирующих складок одни геологи считают для всей сложной структуры (антиклинали или синклинали) в целом, другие - ограничивают длину интервалом между поперечными плоскостями (сечениями), проведенными через точки максимальных перегибов шарниров складок первого порядка, Т.е. учитывают абсолютную длину только складок второго порядка (рис. 54). При полевой работе последний из этих подходов представляется более удобным.

 

Рис. 54.Блок-диаграмма части геосинклинального складчатого комплекса.

Элементы ундулирующих складок первого порядка: Оп, Оп' - осевые плоскости, Уш ­шарниры, А, С - оси, Пп - плоскости перегибов шарниров, Пп - линии поперечных перегибов шарниров; абсолютная длина складок второго порядка: антиклинали (а) и сииклинали (с)

 

Ширина складки - наибольшее расстояние поперек оси складки между выходами слоя, принятого при измерении длины складки (см. рис. 52, а, в - по ВГ).

В данном определении подразумевается, опять-таки, относительная ширина складки. При измерении абсолютной ширины складки может быть два случая.

1. Абсолютная ширина одиночной платформенной складки - наибольшее расстояние поперек оси между точками перехода от крыльев складки к смежным нескладчатым участкам. Как и длина, абсолютная ширина таких складок может быть установлена лишь приблизительно, условно.

2. Абсолютная ширина складки в геосинклинальном комплексе - расстоя­ние между осями двух смежных синклиналей для антиклинали или осями сосед­них антиклиналей - для синклинали (рис. 55). Измерения, производимые по такому принципу, в ряде случаев искажают представление о морфологии складок в складчатом комплексе. Как видно на рис. 55, при определении по осям ширина антиклинальных (А) и синклинальных (Б) складок получается примерно оди­наковой, фактически же она резко различна: синклинали здесь широкие, пологие, а разделяющие их антиклинали - относительно узкие, с круто падающими крыльями.

Рис. 55. Схематическая геолlогическаякарта, полученная в результате дешифрирования аэрофотоснимка (р. Алдан, ВосточнаяСибирь), По М. Н. Петрусевичу.

1- оси складок; 2 - ширина складок: антиклинальной (А) и синклинальной (Б); 3 - направления падения слоев

В практической работе геолога (при геологической съемке) и при классификации складок в плане большее значение имеют относительные линейные размеры складок (в данном горизонталь­ном срезе). Эти размеры, взятые даже по одному и тому же слою, могут меняться в зависимости от глубины денудационного среза, но отношение между длиной и шириной складки всегда остается величиной постоянной.

Высота, или амплитуда (учитывается только у двойных, т. е. у смежных, сопряженных складок) - расстояние по вертикали между наиболее высокой точкой антиклинали и наиболее низкой точкой синклинали, измеренное по кровле или подошве одного и того же слоя (рис. 56).

Антиклиналь Синклиналь

Свод

Рис. 56. Сопряженные складки в разрез (h - высота складки)

§ 31. Морфологическая классификация складок

 

Как было отмечено выше, складки в первую очередь делятся на два типа: синклинальные, в ядрах которых расположены наи­более молодые породы, и антиклинальные, в ядрах которых на­ходятся наиболее древние породы. Синклинали обычно вогнуты, антиклинали обращены выпуклостью вверх. Однако у переверну­тых антиклиналей и синклиналей наблюдается геометрически обратное явление (рис. 57).

Рис. 57. Типы складок по наклону осевой поверхности к горизонту.

1 - прямая (стоячая); 2 - наклонная (косая); 3 - опрокинутая; 4 - лежачая; 5 ­перевернутая антиклиналь (в ядре складки более древняя порода, чем на крыльях). Пунктирные линии - проекции осевой поверхности; сплошные линии - проекции вертикальной плоскости, которая в складках 1 и 2 пересекает слои в нормальной по­следовательности, а в складках 3-5 - в обратной последовательности (в одном из крыльев)

Антиклинали и синклинали в геосинклинальных складчатых комплексах всегда сопряжены друг с другом, образуя двойные (иногда говорят, полные) складки. Наиболее поднятая часть анти­клинали называется сводом, а наиболее опущенная часть синкли­нали - мульдой (см. рис. 56). Свод и мульда представляют зам­ковые части указанных складок. Эти же термины применяются и по отношению к платформенным складкам и к тем из геосинкли­нальных, которые не являются перевернутыми или лежачими.

Дальнейшая типизация складок производится чаще всего по различным морфологическим признакам.

При рассмотрении складок в поперечном вертикальном сечении морфологические типы складок выделяются по следующим при­знакам.

1. По наклону осевой поверхности к горизонту складки делят на симметричные (или прямые) - с вертикальным положением осевой поверхности и одинаковыми углами наклона крыльев (см. рис. 57, 1) и асимметричные - с наклонной или горизонталь­ной осевой поверхностью и различными углами наклона крыльев; примером симметричных складок являются прямые, или стоячие, складки, примерами асимметричных - косые, или наклонные, опрокинутые, лежачие и перевернутые, или ныряющие складки.

В прямых и наклонных складках слои залегают нормально, так как в любой точке пересечения таких складок вертикальным разрезом (например, буровой скважиной) стратиграфическая по­следовательность напластования сохраняется (см. рис. 57, 1, 2). По аналогии с залеганием слоев прямые и наклонные складки можно назвать нормальными. Напротив, в опрокинутых, лежачих и перевернутых складках или в обоих крыльях (в перевернутых складках), или в одном крыле (в лежачих складках), или в части крыла (в опрокинутых складках) слои лежат в обратной стратигра­фической последовательности (см. рис. 57, 3-5). В опрокинутых складках одно крыло, а в перевернутых оба крыла имеют наклон больше 90° (по сравнению с их нормальным положением); в лежа­чих складках оба крыла залегают горизонтально.

2. Разделение складок на симметричные и несимметричные (асимметричные) по принципу положения осевой плоскости к го­ризонту принято большинством геологов, но применимо не всегда. В сложно дислоцированных толщах (например, в метаморфиче­ских породах), состоящих из нескольких разновозрастных склад­чатых комплексов, симметричность складок приходится устанавли­вать по отношению к зеркалу складчатости. Зеркалом, или уров­нем, складчатости называется поверхность (иногда она может быть плоскостью), касательная к шарнирам антиклиналей или синклиналей в одном и том же слое. В поперечном разрезе эта поверхность спроектируется в виде линии, соединяющей шар­ниры смежных антиклиналей (или синклиналей) какого-нибудь слоя. В таком случае симметричной (прямой) следует называть складку, осевая поверхность которой перпендикулярна к зеркалу складок (складчатости), независимо от наклона складки к гори­зонту (рис. 58).

У асимметричных складок (наклонных, опрокину­тых, перевернутых) осевая поверхность будет наклонена по отно­шению к зеркалу складчатости.

3. По расположению крыльев относительно осевой поверхности складки подразделяются на открытые (крылья антиклиналей па­дают в разные стороны от осевой поверхности, а крылья синклина­лей - к осевой поверхности, рис. 59, 1, 2) и сжатые (крылья сближены - рис. 59, 4, 7). Среди последних выделяют складки изоклинальные (крылья параллельны друг к другу и осевой поверхности (рис. 59, 7) и веерообразные (с обратным наклоном J<рыльев - рис. 59, 4 - в сравнении с открытыми складками); все они могут быть прямыми, косыми, лежачими, перевернутыми.

4. По форме замка выделяют обычные складки (с относительно плавным перегибом слоев и углом складки меньше 90°), остро­угольные, или острые складки (с резким перегибом слоев в замках), тупые складки (с очень широким плавным перегибом слоев и углом больше 90°), сундучные, или коробчатые, чаще всего антиклиналь­ные складки (имеющие широкий плоский свод и крутые, иногда вертикальные, крылья и нередко усложненные дополнительными складками своды) (рис. 59 и 60).

 

 

 

Pис. 59. Распространенные морфологические н кинематические типы складок (в поперечном разрезе -1-13 и 15-18, в плане -14). По И. П. Кушнареву и Е. П. Сонюшкину, с изменениями.

1 - симметричные; 2 - наклонные асимметричные; 3 - опрокинутая; 4 - веерообраз­ные; 5 - сундучная простая; 6 - сундучная двугорбая; 7 - изоклинальные; 8 - кон­центрические или параллельные; 9 - подобные; 10 - тупая складка изгиба со скольже­нием слоев; 11- 12 - блокированные (т. е. усложненные дополнительными складками своды) сундучные; 13 - блокированная обычная; 14, 15 - диапировая; 16 - складка скалывания; 17 -18 - межпластовое проскальзывание при формировании складок волочения