Залегание пород в земной коре

Залегание пород в земной коре, складчатые структуры
Особенности залегания пород разного происхождения

Осадочные породы по природе своей слоисты, что обусловлено условиями их образования, как правило, в водной среде. Под слоем (пластом) понимают относительно однородное геологическое тело (горную породу), имеющее плоскую форму, толщина которого во много раз меньше площади его распространения.

Совокупность слоев разного состава, но одинакового происхождения образует толщу осадочных пород. Толщина слоев в толще обычно бывает от нескольких сантиметров до нескольких метров. Переход от слоя к слою может быть как резким, так и постепенным, что зависит от быстроты смены условий образования и может также обусловливаться последующим частичным уничтожением ранее отложившихся осадков.

В слое выделяют верхнюю поверхность

— кровлю и нижнюю — подошву. Наикратчайшее расстояние между кровлей и подошвой называют истинной мощностью слоя. Любое другое пересечение слоя дает видимую мощность слоя, величина которой всегда больше истинной мощности.

Форма и размеры магматических тел зависят в первую очередь от того, внедрилась ли магма в толщу земной коры или она излилась на поверхность Земли. Глубинные (интрузивные) тела бывают самой разной формы и размеров, что зависит от тектонической обстановки, в которой происходит внедрение магмы, от характера и дислоцированности вмещающих пород и свойств самой магмы.

По отношению к вмещающим породам глубинные магматические тела подразделяются на три типа: послойные (поверхность интрузива параллельна или почти совпадает со слоями вмещающих пород), секущие (интрузивы резко пересекают слои) и промежуточные (рис. 7.1).

Среди послойных выделяют: силлы — пластообразные, лакколиты — грибообразные, лополиты — чашеобразные и факолиты — серповидные тела. Секущие тела, ограниченные параллельными стенками, образующиеся при заполнении магмой вертикальных и наклонных трещин в период растяжения участка земной коры, называются дайками.

Подобные тела менее правильной формы — жилами. К промежуточным типам относят тела огромных размеров — батолиты, залегающие в центральных частях складчатых поясов и сложенные обычно гранитами и тела меньших размеров – штоки.

Рис. 7.1. Формы залегания магматических пород

Формы залегания тел, возникающих при растекании лавы по дневной поверхности, зависят от характера вулканического извержения, состава лавы и рельефа местности. В наземных условиях при трещинных излияниях жидких основных лав на сравнительно ровную поверхность образуются покровы — тела, имеющие значительное площадное распространение и небольшую мощность.

При центральном типе извержений возникают конусы вулканов, а на их склонах образуются потоки — плоские и узкие тела, вытянутые в направлении течения лавы. При достижении дневной поверхности вязкой кислой магмой, не способной растекаться, образуются купола. При подводных излияниях образуются тела, которые именуют подушечными лавами.

Собственные формы залегания метаморфических пород, образовавшихся при региональном метаморфизме, прослеживаются редко. При контактовом метаморфизме возникает зона измененных (метаморфических) пород вдоль контакта с интрузией.

Залегание осадочных толщ в земной коре

Осадочные породы являются самыми распространенными породами в верхней части земной коры и встречаются всюду — именно с ними приходится иметь дело в любой области человеческой деятельности.

Первичное и нарушенное залегание осадочных толщ

При характеристике залегания осадочных толщ различают первичное и нарушенное залегание. Под первичным залеганием понимают сохранившееся на протяжении всего времени существования рассматриваемой осадочной толщи ее пространственное положение.

Так как осадочные породы образуются в пониженных участках суши или на морском дне в условиях постоянно действующих факторов по разравниванию приносимого материала, первичное пространственное расположение образующихся слоев — горизонтальное или близкое к нему.

Основной причиной, вызывающей изменение положения осадочной толщи, являются тектонические движения земной коры. Всякое нарушение первоначального горизонтального залегания осадочной толщи тектоническими процессами называется дислокацией.

Самая простая дислокация, часто наблюдаемая на больших площадях, это выведение слоев из горизонтального положения в наклонное, которое возникает при подъеме или опускании блока земной коры с перекосом. Если наклон слоев осадочной толщи направлен в одну сторону и под одним и тем же углом к горизонту, такое залегание называют моноклинальным.

Сложное залегание осадочные толщи

приобретают после того, как они подвергнутся складчатости — в результате пластических деформаций возникают изгибы слоев и осадочная толща сминается в разные по форме и размерам складки. Такое складчатое залегание осадочных толщ характерно для геосинклинальных областей.

Довершает сложность залегания осадочных толщ тектонические разрывы, разбивающие породы на блоки, которые затем под действием тектонических напряжений перемещаются друг относительно друга, иногда на значительные расстояния.

Дополнительно осложняют залегание осадочных пород магматические внедрения, которые также могут изменить первоначальное (или уже измененное) залегание осадочной толщи, деформировать ее слои, обособить толщу на отдельные блоки и раздвинуть их.

Основные типы пространственного залегания осадочных толщ

Все многообразие залеганий осадочных пород в земной коре можно свести к трем основным типам: горизонтальному, наклонному и складчатому.

Главная

Горизонтальное залегание

При горизонтальном залегании кровля и подошва любого слоя в толще имеют одни и те же абсолютные отметки, другими словами, можно сказать, что границы слоев параллельны горизонту. Удовлетворить такому жесткому требованию очень трудно, в связи, с чем термин «горизонтальное залегание» является несколько условным — реальные толщи пород, которые считают залегающими горизонтально, чаще всего имеют незначительный наклон, измеряемый минутами или первыми градусами.

Горизонтальное залегание характерно для многих молодых осадочных отложений четвертичного возраста, а также для осадочных пород коренной основы морского и озерного происхождения, образовавшихся в платформенных условиях и не подвергшихся тектоническим деформациям.

Тем не менее, горизонтальное залегание нельзя отождествлять с первичным, так как тектонические движения могут выводить осадочные толщи в наклонное положение, а затем снова возвращать их в горизонтальное.

На геологическом разрезе слои ограничиваются прямыми горизонтальными линиями. На геологической карте границы между слоями параллельны горизонталям рельефа, а в частном случае совпадают с ними. Чем выше расчлененность местности, тем большее число слоев выходит на дневную поверхность.

Слои на карте изображаются в виде полос, повторяющихся по разные стороны от гребней возвышенностей или тальвегов долин; если формы рельефа округлые, границы слоев изгибаются и замыкаются (рис. 7.2). Наиболее возвышенные элементы рельефа сложены самыми молодыми породами, ниже по склону залегают более старые, и, наконец, в днище долины вскрываются самые старые.

При слабом расчленении рельефа на карте

будут широкие полосы или большие пятна одной и той же окраски.

Рис. 7.2. Изображение горизонтального
залегания пород на геологической
карте и разрезе

Истинная мощность слоя (Ми) при горизонтальном залегании пластов измеряется по разности абсолютных отметок кровли и подошвы слоя (на карте или в вертикальном обнажении), можно определить ее и по видимой мощности слоя (Мв) на склоне (рис. 7.3): Ми=МвЧsin, где — угол наклона склона.

Рис. 7.3. Соотношение истинной мощности горизонтально залегающего слоя (Ми), видимой мощности на склоне (Мв) и ширины выхода слоя изображаемой на геологической карте (В); разрез

Ширина слоя, показываемая на карте, представляет собой проекцию видимой мощности слоя на горизонтальную плоскость (В), которую также легко можно найти из тригонометрической зависимости (зная Мв и угол ) или графически по разрезу, если он составлен в одинаковых горизонтальном и вертикальном масштабах.

Величина (В) всегда меньше видимой мощности слоя по склону, соотношения между величинами Ми, Мв, В зависят от угла наклона склона (рис. 7.3).

Наклонное залегание

Наклонное залегание осадочных толщ характерно для областей еще не испытавших многократных и значительных тектонических движений. Часто встречаются моноклинальные структуры, которые нередко хорошо выражены в рельефе грядами, склоны возвышенностей часто формируются по наклону пластов. Геологи вместо слова «наклон» слоя употребляют термин падение слоя.

На геологической карте наклонно залегающие слои изображаются в виде полос, ширина которых зависит от истинной мощности слоев, углов их наклона и от рельефа местности. На абсолютно ровном рельефе (или горизонтальном срезе) ширина выхода слоя (ширина полосы) — В — всегда больше истинной мощности слоя (Ми), причём тем больше, чем положе слой залегает (рис. 7.4-а).

На неровном рельефе ширина выходов слоев на геологической карте зависит от соотношения наклонов склона и слоев. Если наклон склона направлен в ту же сторону, что и падение слоя, ширина выхода слоя увеличивается и, наоборот, если слой наклонен в глубь склона — уменьшается (рис. 7.4-б).

Рассмотрите рис.7.4, на котором в обоих случаях (а и б) ниже отметки 45 м изображено одно и то же геологическое строение, обратите внимание как сильно изменяется изображение наклонных слоев на геологической карте в зависимости от рельефа.

Например, ширина полосы выхода слоя 6 на поверхность на геологической карте с расчлененным рельефом (падение слоя направлено в сторону склона) увеличилась в несколько раз по сравнению с изображением ее на участке с горизонтальным рельефом.

Ширина выхода слоя 7,

наклоненного в глубь склона, на этой же карте уменьшилась не только по сравнению с картой с горизонтальным рельефом, но стала даже меньше истинной мощности этого слоя. При анализе геологической карты полезно помнить, что наклон слоев направлен в сторону расположения более молодых пород.

Рис. 7.4. Изображение наклонного залегания пород на геологической карте и разрезе: а) без учёта рельефа, б) с учётом рельефа (возраст пород уменьшается от слоя 1 к слою 9)

На геологическом разрезе, построенном в одинаковых горизонтальном и вертикальном масштабах при прохождении линии разреза на карте перпендикулярно вытянутости — простиранию границ слоёв, слои изображаются полосами, наклоненными под истинными (замеренными на обнажениях) углами наклона, а ширина полос равна истинной мощности слоев.

Истинная мощность слоев может быть непосредственно измерена на обнажениях или в шурфах и расчистках или подсчитана по видимой мощности, измеренной на местности. Простейшие случаи нахождения истинной мощности наклонного слоя по видимой с учетом рельефа приведены на рис. 7.5

Для показа на геологических картах простирания и падения слоёв существуют условные знаки (рис. 7.6).

Рис. 7.5. Определение истинной мощности слоя по видимой мощности на поверхности Земли

Рис. 7.6. Условные знаки для изображения элементов залегания пород на геологических картах: а – горизонтальное; б – наклонное; в – перевёрнутое (опрокинутое); г – вертикальное залегание

Геологические разрезы

не всегда удается построить по линии перпендикулярной простиранию пород, так как слои в реальных толщах нередко изгибаются и, кроме того, могут быть и другие структурные элементы толщи (например, тектонические разрывы), которые было бы желательно пересечь разрезом также вкрест простирания, но они простираются иначе, чем слои.

На разрезах, проходящих косо по отношению к линии простирания, угол наклона слоев и их мощности искажаются. Чем больше линия разреза на плане отличается от перпендикуляра к простиранию слоев, тем эти искажения больше — углы наклона слоев уменьшаются (их можно найти по таблице поправок в приложении), а мощности слоёв увеличиваются.

При построении разреза по мелкомасштабной геологической карте, чтобы вырисовать слои, приходится увеличивать вертикальный масштаб; в этом случае на разрезе мощности наклонных слоёв увеличиваются, а углы наклона слоёв становятся круче истинных углов (их также можно найти по таблице поправок в приложении).

Если разрез с увеличенным вертикальным масштабом строится не в крест простиранию слоев, вначале вычисляют измененный угол для косого разреза, затем полученное значение пересчитывают в соответствии с отношением вертикального масштаба разреза к горизонтальному.

Складчатое залегание

Тектонические движения земной коры обусловливают напряжения, которые, действуя в течение длительного времени, вызывают пластические деформации горных пород. Слоистые осадочные толщи, накопившиеся в прогибах земной коры, изгибаются при этом без разрывов сплошности, образуя серии складок.

Не существует пород, которые могли бы противостоять этому процессу, даже такие жесткие породы как песчаники, конгломераты, известняки и др., слои которых принимают иногда самые причудливые очертания, сохраняя при этом мощности слоев.

Складкой называют волнообразный изгиб слоев горных пород, который может быть самой разной формы и размеров. Как пространственное тело простейшая складка напоминает лодку, сделанную из многослойной фанеры. Складка не бесконечна; она либо переходит в другую складку, либо в толщу недислоцированных пород. Крупные складки нередко бывают осложнены более мелкими.

В каждой складке различают следующие элементы (рис. 7.7):

замок — часть складки в месте перегиба слоев;

шарнир — линия, соединяющая точки перегиба любого слоя, лежащего в складке;

осевая поверхность (в частном случае плоскость) – воображаемая поверхность, проходящая через шарниры слоев, последовательно лежащих в складке, и делящая складку на две части — крылья, под которыми, следовательно, понимают боковые части складки;

Ядро — внутренняя часть складки

Рис. 7.7. Основные элементы складок

Все складки по внешнему виду в их поперечном сечении подразделяются на синклинальные и антиклинальные.

Синклинальной называют складку, обращённую вогнутостью вниз, слои на противоположных крыльях ее наклонены навстречу друг другу — от краевых частей к замковой. В ядре синклинальной складки находятся более молодые породы по сравнению с краевыми ее частями.

Антиклинальной называют складку выпуклую вверх,

в которой слои падают от замка в противоположные стороны, а в ядре залегают более древние породы, чем на крыльях. В складчатых толщах синклинальные и антиклинальные складки чередуются, у смежных синклинали и антиклинали одно крыло является общим.

По положению осевой поверхности в пространстве и по наклону крыльев выделяют складки (рис. 7.8-а):

прямые — осевая поверхность вертикальна, крылья наклонены под одинаковыми углами;

косые — осевая поверхность наклонна, крылья падают под различными углами;

лежачие — осевая поверхность горизонтальна, крылья направлены в одну сторону и в нижнем крыле слои находятся в перевернутом залегании;

опрокинутые — осевая поверхность наклонна, крылья падают в одну сторону и в одном крыле слои оказываются в опрокинутом залегании;

перевернутые — осевая поверхность вместе со складкой претерпела такой поворот, что получила обратный наклон, после чего антиклинали приобрели конфигурацию синклиналей и наоборот (надписи типа складок на поле рис. 7.8-а относятся к антиклинальным складкам).

По соотношению между крыльями

и по форме замка различают складки (рис. 7.8-б):

простые — с падением крыльев в разные стороны;

изоклинальные — с параллельным расположением крыльев;

веерообразные — с опрокинутостью и пережатостью слоев в замковой части;

крутые- с острым углом между крыльями;

пологие — с тупым углом между крыльями;

сундучные — с плоскими замками и крутыми крыльями.

По отношению длины к ширине в плане складки подразделяют:

линейные — отношение длины к ширине более пяти;

брахискладки — отношение длины к ширине находится в пределах 2:1-5:1;

купола и чаши – антиклинали и синклинали, в которых отношение длины к ширине разнится не более чем в два раза.

Рис. 7.8. Типы складок (в разрезе): а) по положению осевой поверхности в пространстве и по наклону крыльев, б) по соотношению между крыльями и по форме замка

На геологической карте породы, смятые в линейные складки, в крыльях которых слои на значительном протяжении падают перпендикулярно простиранию складок, изображаются в виде полос, симметрично повторяющихся относительно центрального слоя (ядра или оси складки), причем в синклинальной складке возраст слоев увеличивается от ядра к периферии, а в антиклинальной складке наблюдается обратная закономерность.

На участках окончания складок — замыканий, которые обычно происходят в местах погружения шарнира в антиклиналях и воздымания его в синклиналях, наблюдается дугообразное изменение направления падения слоев — границы одноименных слоев на противоположных крыльях закругляются и соединяются (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Изображение складок: а) синклинальная (прямая) и антиклинальная (косая) на участках замыканий на геологической карте и разрезе, б) синклинальная складка в аксонометрии (возраст пород уменьшается от слоя 1 к слою 12)

Чем положе залегает слой,

лежащий в складке, тем шире его выход на поверхность Земли — полоса на геологической карте. На рис. 7.10-а показан выход пласта в простой косой синклинальной складке на абсолютно ровную дневную поверхность. Сравните (В1) — на крутом крыле с (В2) — на пологом при одной и той же мощности пласта (Ми).

На рис. 7.10-б показано, как изменяется величина выхода пласта на горизонтальную плоскость в зависимости от рельефа: на крутом склоне с уклоном в сторону, противоположную падению пластов, ширина выхода пласта уменьшается (В3), на пологом рельефе при уклоне склона и пластов в одну и ту же сторону ширина выхода этого же пласта резко возрастает (В4).

Рис. 7.10. Изменение видимой мощности слоя (на дневной поверхности), лежащего в косой синклинальной складке, в зависимости от угла падения слоя в крыльях складки: а) на абсолютно ровной поверхности Земли, б) на склоне

Следует упомянуть еще об одном довольно распространенном и своеобразном виде складок, называемом флексурой, представляющей собой коленообразный изгиб слоев.

Складчатое залегание горных пород весьма распространено в земной коре, особенно в геосинклинальных областях, где преобладают линейные складки, длины которых измеряются десятками и сотнями километров. Платформы имеют складчатый фундамент, а для осадочного чехла характерны пологие складки и флексуры, причем отдельные складки часто между собой не связаны.

Образуются они при медленном перемещении глыб фундамента под действием волнообразных колебательных движений земной коры и выпирания блоков фундамента по разломам.

Согласное и несогласное залегание

Под согласным или несогласным залеганием осадочных толщ (слоев) понимают межсоседские взаимоотношения. Если процесс осадконакопления происходил непрерывно длительное время, и каждый вышележащий слой или комплекс слоев отлагался на ранее образованный слой без перерыва во времени — такое залегание называют согласным.

Если же в какое-то время образование осадочных пород не происходило, что устанавливается по выпадению из разреза тех или иных систем, отделов или ярусов, то контактирующие с возрастным перерывом слои (толщи) залегают несогласно. Выделяют параллельное и угловое несогласия. К параллельному несогласию относят такой тип взаимоотношения двух контактирующих толщ, слои в которых залегают параллельно друг другу, хотя между их образованием и был перерыв во времени (рис. 7.11-а)

При угловом несогласии слои верхнего яруса залегают иначе, чем слои нижнего яруса (рис. 7.11-б). В последнем случае нижняя песчаниково-сланцевая толща образовалась из осадков. Они отложились в море в каменноугольном периоде, подверглась затем, вероятно в перми, складчатости и подъему.

В условиях суши она подверглась выветриванию, денудации, эрозии — верхняя часть ее была уничтожена. В нижнем мелу произошло опускание, вновь образовался водоем, где стала происходить аккумуляция осадков. Из которых затем сформировалась толща, состоящая из алевролитов, опок и глин мелового возраста.

Разграничивающая каменноугольную и меловую толщи

поверхность несогласия неровная — представляет собой рельеф, непосредственно предшествующий новому циклу осадконакопления. На ней можно найти окатанные обломки прочных пород из нижележащей толщи, так называемый базальный конгломерат.

Поскольку слои в верхней толще залегают не горизонтально, можно заключить, что рассматриваемый участок земной коры после мелового периода снова подвергся тектоническим воздействиям.

Рис. 7.11. Несогласное залегание двух комплексов пород: а) параллельное, б) угловое

Ориентировка пластов в пространстве земных недр

Для привязки наклонного пласта (общий случай) к пространству земных недр необходимо определить его положение относительно сторон света и горизонтальной плоскости. Для этого в кровле пласта выделяют характерные линии — простирания и падения (рис. 7.12). Линия простирания пласта образуется в пересечении пласта горизонтальной плоскостью.

Она показывает как пласт протягивается в пространстве. Линией падения пласта называют линию, проведенную на кровле пласта и направленную в сторону его наибольшего наклона. Линии простирания и падения взаимно перпендикулярны.

Можно сказать, что линия падения получается в пересечении пласта вертикальной плоскостью, проходящей перпендикулярно линии простирания. Положение линий простирания и падения пласта в пространстве относительно истинного меридиана определяется углами, называемыми азимутами.

Рис. 7.12. Ориентировка характерных линий – простирания и падения,
выделяемых на поверхности пласта

Азимутом простирания называют угол между северным направлением истинного меридиана и направлением линии простирания пласта, измеренный в горизонтальной плоскости по часовой стрелке от направления на север. Линия простирания имеет два диаметрально противоположных направления, следовательно, существует и два азимута простирания, различающиеся между собой на 180°.

Линия падения пласта

располагается на наклонной кровле пласта, а измерение азимутов компасом производится в горизонтальной плоскости. Поэтому для определения азимута падения пласта надо найти проекцию линии падения на горизонтальную плоскость.

Азимутом падения называют угол между северным направлением истинного меридиана и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Отложенный по часовой стрелке от направления на север в горизонтальной плоскости. Линия падения имеет только одно направление в пространстве (по наибольшему наклону пласта). И, следовательно, возможно только одно значение азимута падения, которое однозначно закрепляет положение пласта относительно сторон света.

Если приводится значение только азимута простирания пласта, то надо еще указывать в какую сторону пласт наклонен. Диапазон изменения азимутов простирания и азимутов падения от 0 до 360°.

Крутизна наклона пласта относительно горизонтальной плоскости определяется углом падения, под которым понимают угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Измеряется угол падения в вертикальной плоскости (рис. 7.12). Углы падения пластов изменяются от 0 до 90°.