7.3.5 Разрывные нарушения
Линия разрыва пластов на геологической карте изображается так же, как и граничная линия пластов, т. е. в зависимости от угла наклона плоскости сместителя и характера рельефа.
Сброс или взброс при горизонтально залегающих пластах на геологической карте можно установить по тому признаку, что вдоль линии нарушения в непосредственном контакте будут находиться породы различного возраста (рис. 7.7). В поднятом крыле при этом будут обнажаться более древние породы вследствие того, что верхние пласты поднятого крыла подвергаются размыву в большей степени, чем породы опущенного крыла.
Рис. 7.7. Блок-диаграмма, поясняющая изображение сброса в горизонтально залегающих пластах
1 - положение до сброса; 2 - положение после сброса и размыва поднятого крыла
При наклонном залегании пластов наличие сброса или взброса устанавливается на геологической карте по следующим признакам: 1) по смещению выходов пластов вдоль линии разрыва; 2) удвоению или повторению выходов пластов; 3) по исчезновению выхода пласта, 4) по изменению простирания выходов пластов на карте (рис. 7.8).
Рис. 7.8. Блок-диаграммы, поясняющие изображение сброса в наклонно залегающих пластах на геологической карте
I -- положение до сброса; II -- положение после сброса и размыва поднятого крыла
Разрывные нарушения в условиях складчатого залегания пород устанавливаются на геологической карте по таким же признакам, как и при наклонно залегающих пластах, поскольку любую складку можно разложить на несколько участков с наклонно залегающими пластами. Однако разрывные нарушения в условиях складчатого залегания пород имеют и свои особенности, отражающиеся на геологической карте. Особенности эти видны на рис. 7.9: вдоль линии простирания внезапно меняется ширина выхода пласта на карте.
Рис. 7.9. Блок - диаграммы, поясняющие изображение на карте разрывных нарушений в условиях складчатого залегания пород Ia и Iб - положение до сброса; IIа и IIб - положение после сброса и размыва поднятого крыла
Горсты и грабены распознаются на геологической карте по тем же признакам, что и сбросы, так как представляют собой их комбинации. При наличии грабена на геологической карте будет изображена площадь вытянутой формы, сложенная в центре более молодыми породами, чем окружающие. В случае горста в средней части будут древние породы.
Надвиг, как и взброс, изображается на геологической карте линией, соответствующей пересечению плоскости сместителя с земной поверхностью. В отличие от взброса, надвиг на геологической карте имеет более сложные очертания линий разрыва. Это объясняется тем, что плоскость сместителя надвига имеет небольшой угол наклона, поэтому на очертаниях линии надвига сильно сказывается влияние рельефа местности и, кроме того, сама плоскость сместителя надвига нередко представляет собой криволинейную поверхность.
7.4 Геологический разрез и стратиграфическая колонка
Геологическая карта дает наглядное представление о геологическом строении земной поверхности. Чтобы понять условия залегания пород на глубине, требуется тщательный анализ карты. Для облегчения чтения геологических карт они всегда в обязательном порядке снабжаются геологическими разрезами и стратиграфическими колонками.
Геологический разрез представляет собой проекцию на вертикальную плоскость граничных линий пород и разрывных нарушений, выполненную в определенном масштабе (рис. 7.10). Он дает наглядное представление об условиях залегания пород на глубине. При помощи разрезов можно изобразить форму залегания пород на глубине, углы падения пластов и их изменение с глубиной, истинные мощности пластов, типы тектонических нарушений, показать породы, которые в пределах изображенного участка не выходят на поверхность и поэтому не получили отражения на карте. При построении разреза используют также данные по скважинам, пробуренным на участке.
Линия геологического разреза обозначается на карте. Затем вдоль намеченной линии разреза вычерчивают топографический профиль по высотным отметкам, определенным на карте. На концах разреза указывается графический вертикальный масштаб и буквенные обозначения положения разреза относительно сторон света. Разрез ориентируется таким образом, чтобы с левой стороны располагалась его юго-западная, западная или северозападная части, а справа соответственно - северо-восточная, восточная, юговосточная. Если разрез проходит точно по меридиану, то справа располагается северный конец разреза, а южный - слева.
Точки пересечения геологических границ пластов с линией разреза переносят на профиль и отмечают геологические границы. В пределах каждого слоя указывают соответствующие индексы. Геологический разрез обязательно подписывают с указанием численных масштабов - горизонтального и вертикального.
Геологический разрез по линии I - I Масштабы: горизонтальный 1 : 200000 вертикальный 1 : 50000
Рис. 7.10. Принцип построения геологического разреза по геологической карте: Р1 -- нижний отдел пермской системы; С3 -- верхний отдел каменноугольной системы; С2 -- средний отдел каменноугольной системы; С1 -- нижний отдел каменноугольной системы
Если мощности пластов малы или углы падения пластов небольшие, всего несколько градусов, то геологическая структура на разрезе не будет выглядеть представительно. Поэтому вертикальный масштаб часто выбирают в несколько раз крупнее, чем горизонтальный (в 5 - 10 раз и более). Углы падения и мощности пластов на разрезах при этом увеличиваются, и структура становится нагляднее, но истинная картина залегания пород искажается. В нефтяной геологии всегда пользуются таким приемом при изображении нефте- и газонасыщенных пластов, так как их мощности могут быть всего лишь несколько метров, углы падения 1 - 2о, а площадь распространения десятки и сотни квадратных километров.
Разрезы с увеличенным вертикальным масштабом для изображения истинных структур не применяют.
Для того чтобы геологический разрез давал наглядное представление об условиях залегания пород на глубине, необходимо строить его вкрест простирания, т. е. в направлении, перпендикулярном линии простирания пород. Только в этом случае разрез отразит действительные углы падения и истинные мощности пластов. Разрез, построенный по любому другому направлению, покажет не истинный угол падения, а лишь наклон пластов в данном сечении. Если простирание пластов изменяется, то линию разреза делают не прямой, а ломаной, состоящей из отрезков, направленных вкрест простирания пород.
Когда разрез строят с целью показать особенности разрывных нарушений, его проводят вкрест простирания сместителя. Такой разрез может быть и не перпендикулярен простиранию пород.
При сложном геологическом строении участка, изображенного на геологической карте, нередко карта снабжается не одним, а несколькими разрезами.
Стратиграфическая колонка представляет собой графическое изображение последовательности залегания пород в нормальном, не нарушенном разрезе. В стратиграфической колонке условными знаками изображаются породы различного возраста и состава в той последовательности, в которой они залегают в пределах данного участка, независимо от того, имеют они сплошное распространение на данной территории или нет. Общая длина колонки не должна превышать 40 - 50 см. Интрузивные породы в колонке не указывают.
Стратиграфическая колонка, как и геологический разрез, облегчает чтение геологической карты, так как позволяет судить о породах различного возраста, залегающих на глубине, последовательности их залегания, мощности различных толщ и пластов, их составе, фаунистической характеристике, характерных особенностях (например, включения конкреций или пирита в осадочных породах) и т. д.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Как проводят геологическую съемку?
2. Назовите разновидности геологических карт.
3. Назовите индексы, принятые для обозначения геологических систем.
4. Как выглядят на топографической карте границы горизонтально и вертикально залегающего пласта?
5. Что такое угол падения, азимут падения и простирание пласта?
6. Как определить элементы залегания пласта не геологической карте?
7. Как изображаются на карте антиклинальные и синклинальные складки?
8. Как изображаются на карте разрывные нарушения?
9. Как составляют геологический разрез?
10. Что такое стратиграфическая колонка?
геологический минерал порода осадочный
8. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Подземными водами называют все воды, заполняющие поры, трещины и пустоты в рыхлых и плотных горных породах. По происхождению подземные воды подразделяют на вадозные, (инфильтрационные), возникающие в результате просачивания с земной поверхности атмосферных осадков и конденсации паров атмосферного воздуха в порах и трещинах горных пород в местах их выхода на поверхность; седиментогенные (возрожденные) - образовавшиеся при отжиме воды из осадка в процессе его превращения в уплотненную породу; ювенильные - за счет паров воды, выделившихся из подземных очагов расплавленной магмы. Главная роль в формировании подземных вод принадлежит вадозным водам.
В горных породах вода (кроме льда) может присутствовать в трех физических состояниях: в форме водяного пара, собственно жидкой и поверхностно-связанной воды.
Пары воды всегда содержатся в воздухе, заполняющем не занятые водой поры или трещины горных пород. В зависимости от конкретных условий пары воды то конденсируются в жидкую воду, то вновь образуются при ее испарении. Иногда в пустынях конденсация водяных паров из воздуха приводит к формированию приповерхностных подземных вод, в вулканических областях - к образованию подземных резервуаров перегретого воздуха.
Собственно жидкая вода заполняет сравнительно большие поры, пустоты и трещины в горных породах и играет основную роль в формировании подземных вод. В своем движении она подчиняется силе тяжести, поэтому ее еще называют свободная, или гравитационная вода. Поверхностносвязанная, или сорбированная, вода удерживается на поверхности горных пород силами молекулярного притяжения.
Водопроницаемость, т. е. способность горной породы пропускать воду по порам и трещинам, имеет большое значение в формировании подземных вод. Все горные породы подразделяются на водопроницаемые, или водоносные (рыхлые, пористые, трещиноватые), и водоупорные (массивные скальные породы, глины). Водопроницаемость определяется не суммарным объемом пор в породе, а их формой и размерами, которые должны обеспечить свободное передвижение воды. Например, пористость глин 50-60%, однако они не водопроницаемы, так как поры их чрезвычайно тонки и вода не может перемещаться в них под влиянием силы тяжести. Галечники и крупнозернистые пески с пористостью 20% обладают наибольшей водопроницаемостью. Для оценки последней, кроме характера пористости, имеет значение и напор, при котором фильтруется вода. Поэтому для сравнительной характеристики водопроницаемости горных пород введено понятие коэффициента водопроницаемости, или коэффициента фильтрации (измеряется в метрах в сутки), который характеризует скорость фильтрации воды через данную породу при определенном напоре. Коэффициент фильтрации глин составляет 0,001 м/сут, песков мелкозернистых 1-5 м/сут, среднезернистых 5-15 м/сут, крупнозернистых 15-50 м/сут, галечников 100-200 м/сут.
Влагоемкость - это способность горных пород поглощать и удерживать в себе то или иное количество воды. Большинство глин имеют очень большую влагоемкость (1м3 поглощает до 525 л) и ничтожную водоотдачу. При намокании водоупорные свойства глин усиливаются. Максимальной водоотдачей обладают крупнообломочные осадки, сильно пористые и сильно трещиноватые породы.
8.1 ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Воды атмосферных осадков, попадая в горные породы, движутся сверху вниз, постепенно заполняя поры в водопроницаемых породах. Накапливаясь над водоупорными породами, они образуют постоянные скопления, изолированные друг от друга и называемые водоносными горизонтами.
По условиям залегания различают несколько типов подземных вод:
почвенные, верховодка, грунтовые, карстовые, трещинные, межпластовые (безнапорные и артезианские).
Почвенные воды приурочены к почвенному слою на поверхности земли. Вода заполняет волосяные или капиллярные поры, трещинки и удерживается от просачивания на глубину силами поверхностного натяжения.
Верховодка - периодически существующие (во время обильных осадков или таяния снегов) подземные воды, залегающие вблизи поверхности в виде линз над относительно водоупорными прослоями.
Грунтовые воды - воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом водонепроницаемом слое, называемом водоупором. Сверху грунтовые воды не перекрыты сплошь водоупорными породами и питаются непосредственно атмосферными осадками. Их верхним ограничением служит собственная поверхность, называемая зеркалом грунтовых вод.
Грунтовые воды используют для питьевых целей и хозяйственных нужд. На рисунке 8.1 показана скважина, из которой производят откачку воды. При этом уровень понижается, и в прискважинной зоне развивается депрессионная воронка. Если откачка осуществляется водозабором из многих скважин, радиусы депрессионных воронок перекрывают друг друга, дебиты скважин уменьшаются, и водоносный пласт истощается. Для наблюдения за положением зеркала грунтовых вод бурят специальные наблюдательные скважины. Не допустить истощения горизонтов подземных вод - важная задача.
Рис. 8.1. Схема депрессионной воронки в зеркале грунтовых вод
Карстовые воды приурочены к пустотам и трещинам известняковых массивов. Их часто называют трещинно-карстовыми водами, и они могут вымывать в известняках громадные полости длиной сотни метров и высотой до 90 м (Мамонтова пещера в США). Известны карстовые поля, протяженность ходов в которых составляет десятки километров, а глубина пещер достигает 1,5 км.