Залегание слоистых горных пород

 

Характерным признаком этих пород является слоистость – чередование пород, которые образуют слои. Слой - это плитообразное тело, сложенное более или менее однородной породой определенного состава, структуры, текстуры и цвета. Каждый слой ограничен двумя поверхностями наслоения, которые отделяют его от выше - и нижележащего слоя (см. раздел 3.2). При таком залегании как на рисунке (рис.101) хорошо видно, что каждый нижележащий слой является более древним, чем вышележащий.

Верхняя поверхность наслоения (напластования) называется кровлей, а нижняя – подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой пласта характеризует его толщину, или мощность. Различают истинную, видимую и неполную мощности. Истинная мощность – это кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой (m на рис. 102). Растояние, которое мы видим на поверхности склона между подошвой и кровлей пласта, составляет видимую мощность (α на рис.102б). Если на паверхности мы видим пласт не полностью т.е. его часть, то говорят о его неполной мощности.

Помимо термина слой часто употребляется термин «пласт». Некоторые считают, что пласт – синоним слоя, другие понимают под термином пласт слой, сложенный полезным ископаемым. Например, пласт угля, нефти и т. д.

Согласное и несогласное залегание слоев горных пород. Процесс осадконакопления, тектонические движения и смена палеогеографической обстановки приводят к различному соотношению слоев (рис. 102):

В первом случае согласное наслоение слоев отражает непрерывность процесса накопления осадков и отсутствие в нем резких и длительных по времени перерывов (рис.102-1). При согласном залегании границы слоев параллельны между собой, а изменение состава указывает на постепенное закономерное изменение условий осадконакопления. При согласном залегании расположение слоев может быть горизонтальным, наклонным или складчатым (рис.103).

Во втором и третьемслучае несогласноезалегание двух толщь отражает перерыв осадконакопления, который фиксируется по резкому изменению состава осадков (рис.102-2) и изменению их залегания (рис. 102-3). Перерыв в осадконакоплении нередко сопровождается размывом ранее образовавшихся осадков и формированием поверхности несогласия, представляющей собой поверхность древнего наземного или подводного рельефа (красная линия на рис.102-2 и черная на рис. 102-3, которые разделяют нижнюю и верхнюю толщи).

Различают два вида несогласного залегания: параллельное, при котором слои верхней и нижнейтолщ распологаются одинаково(рис. 102-2) и угловое, если верхняя и нижняя рановозрастные толщи залегают под разными углами или в разной степени деформированы (рис.102-3). При угловом несогласии границы слоев нижней и верхней толщи не параллельны (рис. 104).

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое согласное и несогласное залегание?

2. В каких условиях образуется параллельное несогласие?

3. Что такое угловое несогласие?

4. Какое несогласие изображены на рис.104?

5. Как залегают между собой слои нижней толщи на рис. 105а и 105б?

Горизонтальное залегание

При горизонтальном залегании слоев поверхности наслоения приблизительно параллельны друг другу и горизонтальны (рис. 101,103а). Идеальные горизонтальные поверхности наслоения в земной коре встречаются очень редко. Уже в процессе осадконакопления образующиеся слои приобретают некоторый наклон. К горизонтальному залеганию слоев условно относят такое залегание, когда углы наклона слоев не превышают 1°.

Признаки горизонтального залегания следующие:

1.При горизонтальном залегании абсолютные отметки какой –либой поверхности (кровли или подошвы) слоя в разных местах примерно одинаковые. Так, например, на карте с горизонталями рельефа (рис.106 в) подошва песчаника везде располагается на абсолютной отметке 85 (она совпадает с промежуточной горизонталью рельефа = 85 м), а кровля песчаника имеет абсолютную отметку 125 м, т.к. она совпадает с промежуточной горизонталью рельефа =125 м (рис.106 в).

2.При расчлененном рельефе на водоразделах будут обнажаться наиболее молодые породы, а в пониженных участках рельефа – более древние отложения.

Истинная мошность горизонтального слоя легко вычисляется, если известны абсолютные отметки кровли (h₂) и подошвы (h₁): 125 м - 85 м = 40 м ( рис.106 а, в); ее можно определить по формуле: m =α·sinβ; где, α – расстояние по склону между подошвой и кровлей слоя; β – угол наклона поверхности (рис. 106 б).

Пример изображения горизонтально залегающих слоев на геологической карте представлен на рисунке 107.

Наклонное залегание

При наклонном залегании, главной причиной которого являются тектонические движения, слои осадочных пород наклонены в одну сторону под каким –либо углом.

Если при постоянном угле наклона залегание слоев распространено на значительной площади, то оно называется моноклинальным (рис. 108). Положение наклонных слоев в пространстве, то есть относительно стран света и поверхности Земли, определяется их элементами залегания: простирание, падение и угол падения.

Простирание – это направление распространения (вытянутости) тела (плоскости) на поверхности Земли. Простирание определяется положением на плоскости линии простирания.

Линии простирания – любаягоризонтальная линии, принадлежащая данной плоскости (телу). Таких линий в плоскости слоя можно провести множество. Положение линии простирания в пространстве определяется её азимутом (азимут простирания) и абсолютной высотой. Простирание всегда имеет два противоположных направления – можно сказать, что плоскость простирается на северо-восток, но с равным основанием можно говорить о юго-западном простирании этой же плоскости. Горизонтальные поверхности и тела простираются во все стороны.

Падение – это наклон тела (плоскости) к горизонту, определяемый положением в пространстве линии падения и углом падения (рис. 109).

Линия падения – это линия наибольшего наклона плоскости (тела). Она перпендикулярна к линии простирания, принадлежит данной плоскости и направлена вниз в сторону ее наклона. Линия, обратная линии падения и направленная вверх по наклонной плоскости, называется линией восстания.

Положение линии падения в пространстве определяется азимутом падения и углом падения.

Угол падения – угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость – угол α на рис. 109. Угол падения меняется от 0° при горизонтальном залегании геологического тела (плоскости) до 90° при вертикальном их залегании.

При геологической съемке элементы залегания наклонно залегающих слоёв определяются с помощью горного компаса.

 

3.1.2.1.. Горный компас

Рис.

Горный компас (в дальнейшем для краткости – ГК) – геологический прибор, который используется при геологической съёмке. С помощью горного компаса решаются несколько задач: ориентирование на местности, определение азимутов различных направлений и углов наклона поверхностей, нанесение элементов залегания и азимутов на план и геологическую карту.

Ориентирование на местности. Умение находить стороны горизонта на местности с помощью компаса (или другим методом) называется ориентированием. Север (0-360°), Юг (180°), Восток (90°) и Запад (270°) – это основные стороны горизонта. Между ними находятся: СВ (45°), ЮВ (135°), ЮЗ (225°), СЗ (315°), (рис.110).

При ориентировании точное направление на объект определяется его азимутом (рис.111).

Азимут – это угол между направлением на север (северным концом меридиана) и направлением на объект, отсчитанный по направлению движения часовой стрелке в горизонтальной плоскости. Значение азимутов меняется от 0 до 360^о (о пределите азимуты объектов на рисунке 111 Б). Так как наша планета обладает магнитным полем, то кроме географических полюсов она имеет магнитные полюса, положение которых не совпадает с географическими. Там где располагается северный географический полюс рядом располагается южный магнитный полюс и наоборот (рис.112).

 

Т

 

 

В связи с этим в большинстве точек земной поверхности географический (истинный) и магнитный меридианы отклонены друг от друга на несколько градусов к западу (западное склонение магнитного меридиана), или к востоку (восточное склонение магнитного меридиана). При определении азимутов различают истинный и магнитный азимуты, отсчитанные от соответствующего меридиана и отличающиеся друг от друга на величину магнитного склонения (угол γ на рис. 112), которое также меняется от точки к точке и может быть восточным (положительным) и западным (отрицательным). Зная магнитное склонение (восточное или западное), можно определить истинный азимут по формуле:

λ_ист = λ_магн + γ (при восточном склонении);

λ_ист = λ_магн - γ (при западном склонении),

где: λ_ист, λ_{магн .} - азимуты истинный, магнитный_; γ – магнитное склонение.

Так, например, для города Томска магнитное склонение восточное и состовляет 6°.

Устройство горного компаса.. Главными элементами ГК (рис. 113) являются магнитная стрелка и шкала. Стрелка ГК, как бы не был повернут его корпус, всегда устанавливается вдоль магнитного меридиана, проходящего через данную точку местности и северный конец стрелки (синий или черный, реже белый или красный) указывает на магнитный южный полюс, рядом с которым располагается северный географический полюс. Для предохранения опорного гнезда стрелки и кончика ее оси от износа предусмотрено зажимное устройство – арретир, прижимающее стрелку к защитному стеклу.

Начиная работу с ГК, стрелку нужно освободить (разарретировать) и по окончании работы вновь закрепить.

Шкала ГК проградуирована от 0 до 360° с ценой деления 1°, реже − 2° (у некоторых ГК подписаны целые десятки градусов, например, 24, что означает 240°). В отличие от обычного туристического компаса, градуировка шкалы ГК выполнена против часовой стрелки, то есть восток и запад на ней поменяны местами по сравнению с их принятым расположением на местности. Для чего это сделано будет показано ниже. У некоторых компасов, в частности у ГК-2 и КГГ-1 (см. рис. 113) предусмотрена возможность поворота шкалы на несколько (до 10) градусов в обе стороны от центрального положения для внесения поправок на магнитное склонение с помощью винта, находящегося на обратной стороне компаса.

 

Для замера углов наклонных плоскостей ГК снабжен простейшим угломером (эклиметром), включающим шкалу с делениями от 0 до 90º в обе стороны, расположенную ниже шкалы компаса и отвес, который или сидит на одной оси со стрелкой, или имеет свой собственный кнопочный арретир. Некоторые старые компаса и последняя модель КГГ-1 (см. рис.113) снабжены крышкой со встроенным зеркалом, используемым для повышения точности определения азимутов (подробнее ниже).

Приступая к определению азимутов с помощью ГК, нужно помнить, что его рабочее положение – горизонтальное. Поэтому некоторые компаса (например, модели ГК-2 и КГГ-1) снабжены уровнями*. Но главным критерием рабочего положения стрелки является ее свободное вращение при малейшем повороте ГК в горизонтальной плоскости – стрелка довольно долго колеблется, постепенно снижая амплитуду колебаний, пока не остановится вдоль магнитного меридиана.

Отсутствие таких колебаний свидетельствует о том, что стрелка или заарретирована, или зажата негоризонтальным положением компаса и задевает концами за дно или покровное стекло, или опорное гнездо стрелки загрязнено.

 

Работа с горным компасом.

 

Работа с ГК сводится к решению нескольких типов задач, рассмотренных ниже:

Задача 1. Определение на местности магнитного азимута какого-либонаправления.

Из рис. 114 видна разница в расположении обычного и горного компасов при замере азимута на объект (· А) на местности.

Рабочее положение обычного (туристического) компаса – стрелка компаса своим северным концом должна показывать 0° на шкале компаса; Значение азимута определяется по шкале поворотом визирного кольца до такого положения, когда линия, соединяющая противоположные прорези визира, совпадает с данным направлением (вектором ОА). У компасов без визирного кольца для этого кладут на компас спичку или травинку так, чтобы она проходила через центр компаса и указывала на объект (т. А), азимут которого равен ЮЗ 225° (рис.114а).

Рабочее положение горного компаса - горный компас нужно расположить на ладони горизонтально на уровне чуть выше пояса (начинающие пытаются поднять ГК до уровня глаз, чем только затрудняют работу) и ноль шкалы компаса или, что одно и то же, буквой «С» (север компаса) направить на объект. Северный конец стрелки в этом случае укажет на шкале значение магнитного азимута данного направления ЮЗ 225° (рис. 114б).

У ГК с зеркальной крышкой возможно более точное определении азимута. Для этого компас нужно поднять до уровня глаз, приподнять крышку (примерно на 45°) так, чтобы в зеркале были хорошо видны шкала со стрелкой, и глядя на объект через визирное отверстие в зеркале, совместить с объектом визирную мушку. В отражении зеркала по северному концу магнитной стрелки «взять» отсчёт азимута. Стандартная запись замеренного азимута – Аз. ОА ЮЗ 225º. Иногда рекомендуется в таких записях не обозначать знак «градус», чтобы в условиях полевой не очень аккуратной записи не спутать «градус» с нулем и не получить вместо 25º – 250°. Обязательным также является запись буквенного обозначения четверти стран света – северо-восток – СВ, юго-запад – ЮЗ и т. д. для контроля правильности замера. Например, в записи ЮЗ 120º допущена ошибка, так как 120° – это ЮВ. Во избежание путаницы в полевые книжки, журналы, пикетажки принято записывать замеренные в поле магнитные азимуты, не внося поправок на магнитное склонение.

Таким образом, видно, что переворот шкалы у ГК облегчает и ускоряет определение азимутов – необходимо просто каждый раз направлять ноль шкалы( северная сторона ) компаса в нужном направлении, а северный конец стрелки будет указывать на шкале значение магнитного азимута этого направления.

Задача 2. Нанесение магнитного азимута на план. Эту задачу можно выполнить с транспортиром или с горным компасом.

Работа с транспортиром при нанесении магнитных азимутов на план (то есть без учета магнитного склонения) сводится к простому нанесению углов и пояснений не требует. Если же сделанный в поле замер магнитного азимута наносится на карту с координатной сеткой, привязанной к географическому меридиану, то магнитный азимут нужно превратить в истинный, то есть учесть склонение: восточное прибавить к магнитному азимуту, а западное вычесть и наносить на карту это полученное значение истинного азимута(см. рис.112).

При нанесении истинных азимутов на карту нужно помнить, что положение географического (истинного) меридиана на них часто не обозначено. На листах топоосновы и картах, рамки которых соответствуют стандартной разграфке (свидетельством этого являются обозначения градусов и минут на рамках), с истинным меридианом совпадают боковые рамки карт. Положение истинного меридиана легко также установить, если на карте имеется координатная сетка. Соотношение между истинным меридианом, магнитным меридианом и вертикальными линиями координатной сетки для конкретной местности изображается схемой, помещаемой на нижнем поле зарамочного оформления топографических карт. Например, для листа топоосновы N−46−49 (Жемчужный) масштаба 1:100 000 (в юго-западной части этого листа обозначена база ТПУ на оз. Пионерском в Хакасии) эта схема приведена на рис. 115.

Таким образом, согласно рис. 115, при замере в поле магнитного азимута, например, СВ 10º, истинный азимут будет равен 10º+5º56′=15º56′. Практически это 16º. Для нанесения этого истинного азимута нужно приложить транспортир к вертикальной линии координатной сетки, проходящей через точку замера, и от вертикальной линии координатной сетки, отложить угол 10º+5º56′+2º14′=18º10 ′ и из точки замера провести линию (вектор), идущий на карте в северо-восточном направлении. Угол 2°14^́′ «сближение меридианов» -это угол между северным направлением истинного меридиана и вертикальной линией координатной сетки.

Нанесении замеров азимутов с помощью ГК. Карта или план должны быть предварительно ориентированы! Ориентировать карту – это значит положить ее (в горизонтальной плоскости) так, чтобы ее истинный и магнитный меридианы были параллельны соответствующим меридианам на местности.

а) Для ориентировки плана, карты по магнитному меридиану (он же является и истинным, если магнитное склонение равно 0) нужно ГК длинной стороной приложить к прочерченному на плане магнитному меридиану так, чтобы «0» шкалы смотрел на север плана. Затем, не сбивая компаса (!), вращать план вместе с компасом до тех пор, пока против северного конца стрелки не окажется нулевой отсчет шкалы – «ориентировка на 0». В этом положении магнитный меридиан плана, карты параллелен магнитному меридиану местности.

б) Для ориентировки карты по истинному меридиану (при наличии магнитного склонения,например, 30° к востоку) нужно ГК длинной стороной приложить к истинному меридиану карты – ее рамке так, чтобы северный конец ГК («0» шкалы, буква «С») смотрел на север карты и вращать карту вместе с компасом до тех пор, пока против северного конца стрелки не окажется отсчет, равный 330° (360º - 30° = 330°, при восточном склонении). На риунке 116 видно, что магнитный меридиан отклонен от истинного к востоку на 30°, а истинный меридиан карты совмещен с истинным меридианом местности. У начинающих вызывает недоумение кажущееся несоответствие между восточным, например, склонением и отсчетом в СЗ четверти ГК. Оно легко понимается, если не забывать, что шкала ГК перевернута (см. об устройстве ГК). При ориентировании карты с учетом западного склонении в 30°северный конец стрелки необходимо установить на 30° (0º плюс 30°скло-нение).

в) Нанесение магнитных азимутов. Не нарушая ориентировки карты (!) (в нашем примере она ориентирована по истинному меридиану при западном склонении в 30°) приступают к нанесению магнитного азимута направления ОА = СВ 60° (рис. 117). ГК прикладывают длинной стороной к точке (О) на плане или карте, в которой на местности был сделан замер магнитного азимута так, чтобы против северного конца стрелки оказалось на шкале значение этого замера(СВ 60°)и вдоль длинной стороны ГК из точки(О) проводят линию в сторону северного конца корпуса ГК.

Если карта ориентирована по магнитному меридиану – «ориентировка на 0º», то эта линия (ОА) на плане, – будет идти по магнитному азимуту, а на карте, ориентированной по истинному (географическому) меридиану, − по истинному азимуту, который в данном примере будет равен 30° (рис. 117).

Задача 3.Определение азимутов по карте («снятие» азимутов).

Эта операция является обратной предыдущей. Например, вам необходимо из т. О (см. рис.117), в которой вы находитесь, пойти в т. А. Для этого необходимо определить магнитный азимут ОА, по которому вы пойдете маршрутом.

Если на плане или на карте прочерчен магнитный меридиан, то для определения магнитного азимута достаточно транспортиром измерить угол (по часовой стрелке) между северным концом этого меридиана и данным направлением ОА. Если на карте или плане обозначен истинный меридиан, то угол, измеренный по часовой стрелке, между северным концом этого меридиана и линией ОА будет истинным азимутом ОА. Для вычисления магнитного азимута (см. формулы и рис.112) нужно западное склонение прибавить к истинному азимуту, а восточное − вычесть.

Эту же задачу быстрее и проще выполнить с помощью ГК на ориентированной по истинному меридиану карте (об ориентировке карты см. раздел 2). ГК прикладывают длинной стороной к линии ОА так, чтобы северный конец корпуса ГК был направлен в сторону т. А. В этом положении северный конец стрелки укажет на значение магнитного азимута ОА (см. рис. 117).

Выполняя эту же операцию с ГК с поворачивающейся шкалой можно предварительно внести поправку на склонение (о внесении поправки см. раздел 2), но карта в этом случае должна быть предварительно ориентирована на 0º, то есть по магнитному меридиану.

Таким образом, (обратите внимание!) при работе с ориентированной картой и ГК никаких арифметических действий делать не нужно. Замеренные в поле магнитные азимуты при нанесении на карту автоматически превращаются в истинные и, наоборот, при «снятии» истинного азимута с карты он автоматически превращается в магнитный. Учет магнитного склонения происходит или при ориентировке карты по истинному меридиану, или внесением поправки на склонение на шкале ГК.

Задача 4.Прохождение маршрута по заданному азимуту.

Установите компас на ладони так, чтобы северный конец стрелки указывал на значение заданного магнитного азимута. Сохраняя это положение, наметьте на местности хорошо заметный и максимально удаленный ориентир – вершина, скальное обнажение, отдельное дерево и т.п., на который в этот момент направлен северный конец компаса (нулевой отсчет, буква «С»). Для более точного прицеливания используйте имеющиеся у некоторых ГК приспособления. Идите в сторону намеченного ориентира – это и будет движение по заданному азимуту.