Перечень контрольных заданий

6.2.1. 1-е задание. Построение геологической карты, геологического разреза и стратиграфической колонки для района с горизонтальным залеганием осадочных толщ (бланковые карты 3 или 5; табл.1).

Варианты 1-го задания

Таблица 1

Методические указания. В западной части карты 3 и северо-западной карты 5 нанесены знаки литологии осадочных толщ, расчлененных до систем. Самые древние отложения обнажаются на самых низких отметках рельефа. Для упрощения задачи выходы на поверхность рельефа кровель и подошв толщ в основном совпадают с горизонталями рельефа, но могут проходить и между последними (подошва галечников на карте 3). Следует провести геологические границы, раскрасить и проиндексировать западную до дизъюнктива часть карты. Знаки литологии можно не показывать. При этом нужно в общей стратиграфической последовательности пропустить одну любую из систем, что бы в общем разрезе появилось параллельное (только стратиграфическое) несогласие. Например из последовательности: кембрий, ордовик, девон, карбон выпадает силур, в течение которого, следовательно, был перерыв в осадконакоплении и девонская толща залегает на ордовикской с параллельным несогласием.

Затем все вышесказанное нужно повторить и на восточной за дизъюнктивом части карты, учитывая при этом, что восточная часть территории по вертикальному дизъюнктиву (на карте 5 дизъюнктив следует провести самому от центра вершины с абсолютной отметкой 120 у северной рамки карты на ЮЮВ к точке между руслами двух рек на южной рамке) поднята или опущена с амплитудой согласно табл. 1. Следовательно, в восточном блоке высотное положение подошв и кровель толщ изменится (поднимется или опустится) на указанную в табл. 1 цифру.

Затем нужно построить геологический разрез и стратиграфическую колонку. Линии разреза А₁-А₂ на обеих картах следует провести в центральной части с запада на восток, стараясь пересечь самые высокие и низкие отметки рельефа.

Вначале нужно отстроить рельеф по абсолютным отметкам горизонталей, пересекаемых линией разреза. Распространенной ошибкой является попытка отразить амплитуду вертикального перемещения восточного блока уже при построении разреза (дизъюнктив в данном случае произошел задолго до формирования современного рельефа). Затем, вынеся на поверхность рельефа точки выхода кровель и подошв толщ, соединить их горизонтальными линиями. Эти линии и будут искомые подошвы и кровли. При построении разреза по карте 5 его вертикальный масштаб взять 1: 1000. При построении стратиграфической колонки масштаб её можно увеличить в два раза по сравнению с вертикальным масштабом геологического разреза. Не забудьте правильно – плавной волнистой линией (см. рис. 2, в и прилож. I, В) показать в колонке параллельное несогласие. Образец выполнения задания – см. рис. 2. Заметим, что в этом образце, в отличие от задания, дизъюнктив на карте отсутствует.

В заключение отметим, что при горизонтальном залегании толщ:

- выходы их подошв и кровель параллельно горизонталям рельефа;

- истинная и вертикальная мощность (толщина) совпадают;

- наиболее наглядно демонстрируется основной принцип стратиграфии (принцип Стено) – нижележащие пласты, толщи древнее перекрывающих их и наоборот.

6.2.2. 2-е задание. Определение элементов залегания плоскости по её следам на стенках горной выработки.

Варианты задач по 2-му заданию

Табл.2

Например, на двух, имеющих общее ребро вертикальных стенках горной выработки, простирающихся по аз. I – ЮЗ 240˚ и II – ЮВ 145˚, видны следы поверхности напластования, падающие под углами, соответственно, β ₁ = 20˚ и β ₂ = 35˚. Определить элементы залегания этой поверхности напластования.

Методические указания. Это типичная задача для геолога, ведущего документацию горных выработок – шурфов, штолен, карьеров.

Для решения этого (и последующих) задания введём некоторые теоретические понятия, касающиеся наклонного залегания.

На рис. 3, а в аксонометрии (т.е. в объёмном, 3-х мерном пространстве!) изображена плоскость (в будущем – кровля или подошва пласта или целый пласт), наклонная к горизонту, и обозначены основные элементы её залегания: линия падения, линия простирания и угол падения – α. Линия пересечения («след») наклонной плоскости с горизонтом (в дальнейшем – с поверхностью плана, карты, рельефа) обозначена жирной линией.

На рис. 3, б эта же картина изображена в плане (на геологической карте) и стоит стандартный знак элементов залегания, показывающий, что данная плоскость (пласт, целая толща) простирается меридионально и падает на восток под углом 40˚ (α = 40˚).

Рис. 3. Элементы залегания наклонной плоскости

Перейдем к решению самого задания. На рис. 4, А, а дана пространственная (в аксонометрии) картина двух вертикальных стенок горной выработки с общим ребром АО, простирающихся по аз. I и II, и следами пересечения поверхности напластования с этими стенками – ОВ и ОС, падающими (наклоненными к горизонту) под углами β ₁ и β ₂.

Рис. 4, А. Объяснения в тексте

Выполнение задания сводится к развертке на горизонтальную плоскость стенок горной выработки и искомого треугольника ОДА (рис. 4, А, б).

Сначала из точки А проводим два луча по аз. I и II. Затем чтобы получить т.т. В и С отстраиваем прямоугольные треугольники ОАВ и ОСА. Расстояние ОА берется произвольно, Важно только, чтобы у всех трех треугольников оно было одинаковым. Соединяем т.т. В и С и получаем линию простирания. Из т. А опускаем на линию простирания перпендикуляр и получаем т. Д и линию АД – проекцию линии падения. Её азимут – искомый азимут падения. В рассматриваемом случае он равен ЮВ 170˚. Отстраиваем прямоугольный треугольник ОДА и находим искомый угол α – угол падения, равный 45˚.

6.2.3. 3-е задание.

Определение элементов залегания плоскости по трем точкам (трем скважинам) и глубины до нее в четвертой точке (проектной скважине). Варианты задач – см. табл.3

Варианты задач по 3-му заданию

Табл. 3

Методические указания. Введём понятия стратоизогипы, их сечение и заложение. На рис. 4, Б, а в аксонометрии изображена наклонная плоскость, пересекающаяся с горизонтальной плоскостью, имеющей абс. отметку «0» Наклонная плоскость рассечена серией горизонтальных плоскостей с абсолютными отметками от +300 до –200. Линии пересечения этих горизонтальных плоскостей с наклонной плоскостью – стратоизогипсы (они же линии простирания) с соответствующими абс. отметками – линии а, б, в, г, д на рис. 4, Б, а. Их вертикальные проекции на горизонтальную плоскость плана– линии а΄, б΄, в΄, г΄, д΄ - также называют стратоизогипсами. Они-то и проводятся на планах и картах при решении задач на геометрию наклонного пласта и их картина является одним из способов изображения наклонной плоскости (кровли, подошвы, целого пласта) на горизонтальной поверхности плана, карты. Обратите также внимание на сходство рис. 3 и 4, Б. На рис. 4, Б, б на разрезе также виден (между горизонталями +300 и +200) важный, вспомогательный при построениях прямоугольный треугольник а, б, е, связывающий между собой угол падения наклонной плоскости – a, сечение (т.е. расстояние по вертикали между секущими горизонтальными плоскостями) стратоизогипс – h и их заложение, (т.е. расстояние между ними по горизонтали) – а, на котором их проекции проводятся на планах и картах. Легко видеть, что чем больше угол падения, тем меньше заложение и наоборот.

Рис. 4, Б. Геометрия наклонной плоскости: а – в аксонометрии,

б – вертикальный разрез вкрест простирания (вид сбоку) по линии ВГ

Теперь рассмотрим решение типовой задачи на определение элементов залегания по 3-м точкам (рис.5).

Рис. 5. Определение элементов залегания пласта по 3-м точкам и определение глубины подсечения кровли пласта в проектной скважине

Кровля пласта подсечена в скважинах А, В, С на глубине 500, 250, 400м, соответственно. Абсолютные отметки устьев скважин (их абсолютные отметки на рельефе) в том же порядке – 300, 650, 400м. Скв. В расположена в 600м от скв. А по азимуту восток 90˚; скв. С находится в 810 м от скв. А по аз. ЮВ 125˚. Проектная скважина Д находится в 960 м строго к юго-востоку от скв. А и имеет абсолютную отметку устья 300 м. Задача сводится к определению абсолютных отметок кровли пласта в скважинах путем вычитания глубин её подсечения из абсолютных отметок устьев. Например, для скв. А абс. отметка кровли составляет: 300-500 = -200м.

Получив аналогичным образом абсолютные отметки кровли пласта в скв. В и С, соединим скважины прямыми линиями АВ, ВС и АС. Далее нужно подобрать удобное для последующих построений сечение стратоизогипс. В данном случае, поскольку абсолютные отметки и цифры глубин кратны 100м, а масштаб плана равен 1: 10 000, логично выбрать сечение, равное 100м.Далее следует расстояния между скважинами разбить на равновеликие отрезки (проинтерполировать) с шагом, соответствующим выбранному сечению, и соединить стратоизогипсами точки с одинаковыми абсолютными отметками. Линия, перпендикулярная стратоизогипсам и направленная в сторону понижения их абсолютных отметок (стрелка на рис. 5), есть линия падения. По отношению к меридиану она направлена на юго-запад и, поскольку делит угол АВС пополам, азимут её 225˚.

Для определения угла падения строим вспомогательный прямоугольный треугольник, у которого один катет есть заложение а - расстояние, получившееся по горизонтали между соседними стратоизогипсами, а другой – сечение стратоизогипс h, равное 100м, т.е. 1 см в масштабе плана. Из треуголника видно, что угол падения α = 60˚. Таким образом, элементы залегания пласта: аз. пад. ЮЗ 225∟ 60 (стандартная запись). Для наглядности проставляем на плане возле любой стратоизогипсы стандартный знак этих элементов залегания.

Для определения глубины подсечения кровли пласта в проектной скважине Д продолжаем строить стратоизогипсы в её сторону и видим, что стратоизогипса кровли пласта –200 проходит через скв. Д. Далее решаем обратную задачу: из абсолютной отметки устья скважины нужно вычесть абсолютную отметку точки подсечения скважиной Д кровли пласта. Разница +300 – (–200) = 500м и есть проектная глубина скважины Д.

6.2.4. 4-е задание. (Бланковая карта № 4; табл. 4)

Варианты задач по 4-му заданию

Таблица 4

Примечания. 1. Угол падения во всех вариантах 60^°

2. Для выполнения 8, 9 и 10 вариантов на исходную карту 4 поставить т. G на самую северную точку дуги горизонтали 130 у южной рамки карты.

1. Определить элементы залегания поверхности напластования. Студентам специальности 130301 – поверхности I и II, студентам остальных специальностей – только II; проставить на карте условные знаки полученных элементов залегания.

2. По данным табл. 4 нанести на карту и слегка расскраситьполный выход пласта III, если известно, что в т. А или В обнажается его кровля или подошва; вертикальная мощность пласта – 20м;

3. Определить глубину залегания от поверхности рельефа кровли пласта III в точке, указанной в табл. 4.

Методические указания. Разберем 1-ю задачу. Пусть дано: линия (след) выхода поверхности I на карте с горизонталями (рис.6). Эта поверхность может быть и пласт и, например, дайка, имеющие такую маленькую мощность (толщину), что её невозможно показать на карте данного масштаба и ограничивающие их поверхности – подошва и кровля пласта, боковые поверхности дайки сливаются в одну линию. Согласно рис. 8 и комментариев к нему эта поверхность залегает наклонно к горизонту и падает на юго-запад.

Рис. 6. Определение элементов залегания поверхности I и построение полного выхода пласта II на карте с горизонталями

(поскольку масштаб карты 1: 1000 и сечение горизонталей – 10м). А противолежащий этому катету угол падения – 55˚.

Горизонтальный катет такого треугольника и есть искомое заложение – а _II на рис. 6 (дополнительное построение 2).

Далее проводим на карте по обе стороны от т. А серию параллельных стратоизогипс подошвы на расстоянии а _II друг от друга. Абсолютные отметки этих стратоизогипс будут отличаться на 10м, понижаясь в сторону падения пласта, т.е. на северо-восток и повышаясь в юго-западном направлении. Отмечаем все точки пересечения этих стратоизогипс с одновысотными горизонталями рельефа и соединяем их плавной линией, которая является подошвой пласта песчаника.

Для построения полного выхода пласта песчаника (рис. 6) нужно теперь отстроить его кровлю.

Для начала рассмотрим виды мощности и их геометрические соотношения у наклонного пласта (рис. 7). Далее обратим внимание на то, что поскольку вертикальная мощность пласта, который нужно построить, равна 10 м, все проведенные стратоизогипсы подошвы являются одновременно и стратоизогипсами кровли с абсолютными отметками на 10 м больше.

Рис. 7. Геометрия наклонного пласта.

М – истинная, Мг – горизонтальная, Мв – вертикальная мощности

пласта; l – ширина выхода пласта на склон; цифрами обозначены абсолютные отметки стратоизогипс; вертикальная мощность пласта равна

80 – 50 = 30 м (разрез ориентирован строго вкрест простирания пласта )

Отмечаем точки пересечения стратоизогипс, рассматривая их уже как стратоизогипсы кровли, с одновысотными горизонталями и плавной линией проводим через эти точки кровлю пласта.

Решение 3-ей задачи – определение глубины залегания от поверхности рельефа кровли пласта III (глубины проектной скважины) в заданной точке делается, в общем, так же, как и в задаче на три скважины (см. 3-е задание). В нашем примере т.С (рис. 6) имеет абс. отметку 470 м (т.к. располагается на этой горизонтали рельефа) и находится в плане посередине между стратоизогипсами кровли 460 и 450, т.е. абс. отметка её вертикальной проекции на кровлю пласта = 455 м. Таким образом, глубина залегания кровли пласта в т. С составляет 470-455 = 15 м.

Записываем эти расчёты на полях или обороте карты 4.

В заключение, в порядке подведения итогов по теме «Горизонтальное и наклонное залегание» (см. 2.1.3), обратим внимание на закономерную принципиальную картину поведения выходов пластов на достаточно расчлененный рельеф в зависимости от их элементов залегания (рис. 8).

Рис.8. Принципиальная картина поведения выходов пластов на

рельеф в зависимости от залегания пласта в пространстве.

А – наклонный пласт, падающий на СЗ под большим углом; Б – вертикальный пласт; В – наклонный, падающий на ЮВ с небольшим углом, но большем, чем уклоны водораздельных линий и тальвегов; Г – горизонтальный Д – наклонный пласт, падающий на ЮВ с очень небольшим углом, меньшим, чем уклоны водораздельных линий тальвегов.

Выходы на поверхность рельефа горизонтальных пластов (пласт Г на рис.8) параллельны горизонталям рельефа. Вертикально залегающие пласты (пласт Б на рис.8) проходят по рельефу прямолинейно, не считаясь с ним.

Наклонные пласты (если углы их падения больше, чем уклоны водораздельных линий и тальвегов - пласты А и В на рис. 8) закономерно изгибаются при пересечении водоразделов и долин, при этом пластовые треугольники (на рис. 8 черные утолщения) своими вершинами в долинах указывают направление падения, а на водоразделах – направление восстания пластов. При этом, чем меньше угол падения пласта, тем сильнее его выход изгибается по рельефу. Наконец, выходы наклонных пластов, падающих с очень небольшими углами, меньшими, чем уклоны водораздельных линий и тальвегов (пласт Д на рис. 8), субпараллельны горизонталям рельефа, но все-таки секут их под очень острыми углами.

6.2.5. 5-е задание (бланковая карта № 12)

1. Установить элементы залегания палеозойских и юрских отложений и проставить их условные знаки на карте.

2. Определить вертикальные, горизонтальные и истинные мощности всех толщ. Для толщ, подошвы или кровли которых обрезаны рамками карты – их видимые в пределах карты мощности.

3. Решить дизъюнктив (т.е. определить его ориентировку по странам света, вертикальный он или наклонный, категорию по отношению к простиранию и падению пересекаемых толщ, тип дизъюнктива, направление и амплитуду перемещения блоков).

Студенты спец. 130301 определяют вертикальную и горизонтальную амплитуды смещения блоков по дизъюнктиву двумя способами: 1. – с помощью стратоизогипс; 2. – построением разреза по F₁-F₂, совмещенного с плоскостью дизъюнктива и сравнивают результаты. Студенты остальных специальностей вертикальную амплитуду берут с основного разреза, а горизонтальную определяют с помощью стратоизогипс.

4. Построить геологический разрез.

a. Студенты специальности 130301 строят разрез, ориентированный широтно по линии, делящей карту на северную и южную половины.

b. Студенты спец. 130201, 130302 130304 строят разрез по линии, ориентированной широтно от точки, находящейся на западной рамке карты в 600 м (6см) от южной рамки.

5. Построить стратиграфическую колонку и быть готовым ответить на вопросы о взаимоотношениях толщ.

Методические указания.

1. На карте имеется две серии толщ. Для каждой серии, выбрав по одной толще из входящих в их состав, нужно с помощью стратоизогипс установить элементы залегания (так же, как это делалось при выполнении 4 задания). Убедитесь, что полученные Вами направления падения толщ подтверждаются пластовыми треугольниками (см. рис. 8 и комментарии к нему). Проставьте знаки элементов залегания на обеих толщах.

Для решения остальных задач задания рассмотрим пример.

На рис. 9. А представлена геологическая карта моноклинали, сложенной пермскими, триасовыми, юрскими и меловыми отложениями и падающей на восток-северо-восток под углом 40^о (определение элементов залегания см. рис. 9. Б. а).

2. Установление вертикальных и горизонтальных мощностей толщ на геологической карте рис. 9 следует выполнить с помощью стратоизогипс.

Из рис. 7 видно, что горизонтальная мощность равна расстоянию между одновысотными стратоизогипсами подошвы и кровли одной толщи, а вертикальная – расстоянию по вертикали между лежащими в одной вертикальной плоскости стратоизогипсами кровли и подошвы или (что одно и то же) разнице их абсолютных отметок. Например, горизонтальная мощность триасовых отложений на рис. 9, А равна расстоянию между т.т. 1 и 2, т.е. расстоянию между стратоизогипсами 400 подошвы и кровли триаса, а вертикальная мощность равна разнице между отметками 400 стратоизогипсы кровли и 200 подошвы триаса, проходящими через т. 2. Аналогичным образом устанавливаем горизонтальную мощность юры как расстояние между стратоизогипсами 500 её подошвы и кровли. А для определения вертикальной мощности юры возьмём стратоизогипсу 600 кровли. Находящаяся под ней в вертикальной плоскости стратоизогипса подошвы имеет отметку 350, т.к. располагается посередине между стратоизогипсами 400 и 300. Вертикальная мощность юры, таким образом, составляет 600-350=250 м.

Рассуждая аналогичным образом и проводя необходимые стратоизогипсы, можно определить и видимые (в пределах карты) мощности пермских и меловых отложений. Эти мощности будут меньше полных,

Рис.9. Продолжение см. на следующей стр.

Рис.9 А – геологическая карта; В – разрез по А_{1 –} А_2; Г – разрез по Б₁ – Б₂;

Б – определение углов падения толщ: а – истинного угла падения;