Геология / 4 курс / Структурный анализ / Казаков_Заика-Новаций

ЭгС!Э			Рис.	109.	Типы солянокупольных
		4	структурбасса:		северо-западного Дон­
а— Ново-Дмитриевский, б — Берекский,		в— Адамовский		купола;		1— соль, 2 - кепрок,	3—
бурный уголь, 4— разрыв;	С3— верхний карбон;		Р, — нижняя,			Р2 — верхняя пермь;	Т| —
нижний; Т3— верхний триас;	Р + N — палеоген — неоген

Рост соляного штока оказывает активное воздействие на вы­ шележащие породы, которые либо прорываются, протыкаются («ядра протыкания»), либо приподымаются, образуя характерные купола, разделенные межкупольными пространствами, иногда ос­ ложненными межкупольными компенсационными мульдами, рас­ полагающимися под участками оттока соли.

Деформация изгиба в пределах купола сопровождается растя­ жением, которое разрешается вдоль апикальной (верхушечной) его части разрывами-сбросами, ограничивающими характерный центральный грабен (рифт).

Хорошо развитые центральные грабены известны в зоне куполь­ ной тектоники на северо-западе Донбасса. По данным В. А. Ласькова (1970), формирование соляных штоков и последующее разви­ тие купольных структур сопровождалось образованием густой сети разрывных нарушений, концентрически, радиально или под углом окружающих соляный шток. Внедрение девонской соли происходи­ ло по ослабленным зонам глубинных разломов либо в местах пе­ ресечения нескольких разломов. Один из типов соляных структур характеризуется глубокой «воронкой» над штоком, выполненной кайнозойскими отложениями мощностью до 900 м, в то время как в смежных участках она не превышает 100 м. Крутые борта «во­ ронки» сложены обычно обломочными отложениями верхнего па­ леозоя и нижнего мезозоя (рис. 109).

Кроме центрального грабена в структурном парагенезисе соля­ ных куполов принимают участие концентрические и радиальные сбросы. Они также характерны для так называемых корней вулка­ нов, где они заполнены изверженными породами.

Соляные купола представляют, вероятно, единственные геоло­ гические структуры, которые позволяют более или менее точно оп­ ределить длительность их формирования. «Средний возраст» обра­ зования соляного купола составляет примерно 200 млн. лет. Это впервые доказал в 1938 г. наш советский ученый В. В. Мокринский на примере изучения Индерского купола Прикаспийской впадины. Рост купола идет неравномерно, но, как показывают эксперимен­ тальные выводы и оценки геологических явлений, примерно около миллиметра в год. Это очень большая скорость геологического процесса.

160

Солянокупольные и окружающие их структуры это кладезь по­ лезных ископаемых. Сама каменная соль, в составе которой нахо­ дятся натровые (галит), калиевые (сильвин) и магниевые соли, является незаменимым сырьем для горно-химической, пищевой и фармацевтической промышленности. В надсолевых отложениях, над соляными куполами и на их крыльях, концентрируются нефть и газ. В кепроке, мощность которого достигает нескольких десят­ ков метров, образуются промышленные скопления сернистых со­ единений (сера, гипс, ангидрит). В солянокупольных областях от­ крыты месторождения ртути (Днепровско-Донецкая впадина).

8.6. Глиняная тектоника

Имея много общего с соляной тектоникой, глиняная тектоника отличается от нее действием добавочного фактора — ролью воды. Сама по себе глина значительно более пластична, чем соль. Н а­ сыщение водой приводит к еще большей пластичности. С другой стороны, при погружении глин под влиянием давления вышележа­ щих пород происходит дегидратация. Вода, выделяющаяся в коровое пространство, играет роль смазки и облегчает диапировые дви­ жения.

Глиняные диапиры широко развиты в Керченско-Таманском регионе. Известные здесь антиклинальные складки — «валы» — развивались как поднятия медленно и длительно вследствие дви­ жения блоков фундамента по разрывам. Рост валов начался на рубеже палеогена и неогена, в связи с чем на них накопились мень­ шие мощности осадков, тогда как в разделяющих валы депрессиях образовалась мощная их толща. Возникшая при этом разность на­ грузок в депрессиях и на сводах поднятий способствовала отжима­ нию глины в сторону пониженного давления. Временами валы испы­ тывали поднятия и подвергались размыву. Глиняные диапиры, усло­ жняющие валы, возникали именно в это время, когда в сводах ва­ лов вследствие их эрозии вкрывались местами пластичные, насы­ щенные водой и газами (уменьшение плотности) глины Майкопа.

Изучение других районов (в Новой Зеландии, США, Канаде) показало, что глиняные диапиры возникают в форме узких анти­ клиналей с крутыми крыльями, разделенных широкими пологими синклиналями. Простирание антиклиналей грубо параллельно краю осадочного бассейна. Если существовал уклон отложений, то син­ хронно с образованием глиняного диапира могут проявиться явле­ ния гравитационного сползания и образование надвигов.

Таким образом, как в соляной, так и в глиняной тектонике ве­ дущая роль в образовании диапировых складок принадлежит пла­ стичным толщам, способным перемещаться при неравномерном их раздавливании и под влиянием гравитационных сил.

Контрольные задания. 1. Назовите причины и структурные особенности гало- <инеза. 2. Раскройте суть пликативно-дизъюнктивного структурного парагенезиса, характерного для соляных куполов. 3. Произведите структурный анализ геологигеской карты одного из районов солянокупольной тектоники.

591

161

Глава 9. ГЕОМЕТРИЧЕСКИИ АНАЛИЗ СКЛАДЧАТЫХ СТРУКТУР

Пространственная ориентировка складчатых структур может быть иллюстрирована двумя способами: показом залеганий слоис­ тости, кливажа, сланцеватости, шарниров складок и линейности разного рода на геологической карте и посредством геометрическо­ го анализа. Эти методы не исключают друг друга, а, наоборот, до­ полняют.

Складка является трехмерным пространственным объектом с определенной ориентировкой крыльев, осевой плоскости и шарни­ ра. Наиболее полно представленная ориентировка выявляется с помощью стереографических проекций. Существо геометрического анализа состоит в исследовании пространственной ориентировки структурных элементов, соединенном с количественно-статистичес- кой оценкой разных ориентировок. Структурные элементы являют­ ся как бы составными частями складок. Исследуя закономерности пространственной ориентировки структурных элементов, можно получить надежные данные об особенностях морфологии конкрет­ ных складок, их ориентировке относительно стран света, обнару­ жить складчатые структуры, не выявляемые полевыми наблюде­ ниями при данном масштабе съемки, и др. Только при помощи геометрического анализа можно определить точную ориентировку шарниров и осевых плоскостей крупных структур, оконтуриваемых на геологической карте, и исследовать закономерности ориентиров­ ки структур в условиях наложенной складчатости.

9.1. Стереографическая сетка

Основным инструментом, применяемым при геометрическом анализе, является стереографическая сетка (изготавливают). На ней нанесены проекции линий поверхности шара (точнее полушара, полусферы) на плоскость через определенное количество градусов (в данном случае через 2°). Существует много разновидностей сте­ реографических сеток, составленных в экваториальной или цент­ ральной (полюсной) проекциях с разными соотношениями в точ­ ности углов и элементарных площадей. В геометрическом анализе принято работать с равноугольной экваториальной сеткой Вульфа. Площади на этой сетке искажены. Этот недостаток ликвидируется при обработке структурных данных с помощью планисферы Прони­ на (см. далее).

Стереографическая сетка напоминает проекцию одного из зем­ ных полушарий с меридианами и параллелями. В геометрическом анализе меридианы называются большими кругами или дугами больших кругов. Пространственно все эти сечения представляют плоскости и проходят через центр сферы. Вертикальный меридиан, имеющий вид прямой линии, делящей проекцию пополам, называ­ ется центральным или нулевым меридианом. Линия экватора так­ же является дугой большого круга. Все другие траектории на про-

162

екции называются малыми кругами или дугами малого круга. Эти сечения представляют собой криволинейные поверхности, траекто­ рии сечений конусов различного углового радиуса. Через центр сферы проходят только некоторые из этих дуг. Параллели сетки отвечают малым кругам с центрами в полюсах сетки. Центр всех других возможных малых кругов не совпадает с полюсами сетки.

На сетке показаны углы азимутов с увеличением значений уг-^ лов по ходу часовой стрелки как на лимбе простого, не горного, компаса (на лимбе горного компаса углы азимутов увеличиваются ' в направлении против хода часовой стрелки). Азимут 0° соответ­ ствует северу, 180° — югу, 90° — востоку, 270° — западу. Применя­ ются сетки двух диаметров — 20 и 10 см.

Сетка наклеивается на деревянную основу из многослойной негнущейся фанеры. В центр сетки вбивается металлический штырь. Из матового стекла или оргстекла изготавливается круг диамет­ ром, несколько превышающим диаметр сетки, с отверстием в центре. При отсутствии стекла круг можно сделать из кальки. Измере­ ния наносятся на стекло или кальку, которые «одеваются» на штырь и могут вращаться вокруг него.

9.2. Решение на сетне простейших задач

Геометрическим эквивалентом структурных элементов является либо плоскость (для слоистости, сланцеватости), либо линия (для шарниров складок, линейности разных типов). Первичная задача сводится, таким образом, к нанесению на сетку плоскостей и ли­ ний, соответствующих ориентировке измеренных структурных эле­ ментов. Перед началом работы на стекле сетки необходимо отме­ тить черточками север, запад, юг и восток. Исходное положение — при совмещении севера на стекле с 0° на сетке.

Нанесение на сетку плоскости и определение ее координат (рис. 110, а). К примеру, слоистость имеет элементы залегания — про­ стирание СВ 30°, падение СЗ < 60°. Отмечаем на стекле черточ­ кой азимут 30°. Поворотом стекла совмещаем черточку с 0° на сет­ ке. Отсчитываем от правого края сетки (не от центра) 60° и проводим~дугу большого круга, которая и будет отвечать заданной плоскости. Если бы падение плоскости было юго-восточным, то от­ счет градусов нужно было бы вести от левого края сетки. Положе­ ние плоскости может быть обозначено ее полюсом JIS, который при совмещении крайних точек дуги большого круга с нулевым мериди­ аном будет располагаться по линии экватора на угловом расстоянии от плоскости в 90°. При обработке массовых замеров плоскостных элементов на сетку удобнее наносить именно полюса rcS, а не сами плоскости S.

Обратная задача — вычисление координат плоскости S — ре­ шается следующим образом. Простирание плоскости S определя­ ется ее пересечением с внешним кругом сетки в северном полуша­ рии. Для определения угла падения необходимо совместить край-

6*

163

с

с

Рис. 110. Решение задач на стереогра­ фической сетке

ние точки плоскости S с центра­ льным меридианом или вывести на линию экватора полюс JIS. Угол падения соответствует углу между плоскостью S и внешним кругом сетки, либо равному ему углу между полюсом JIS и цент­ ром сетки.

Нанесение на сетку линии и определение ее координат. Было измерено в обнажении, что ли­ нейность L падает по азимуту 205<30°. Отмечаем на стекле черточкой азимут 205°. Поворо­ том стекла совмещаем черточку с центральным меридианом. От­ считываем от отметки 0° по цен­ тральному меридиану 30° и ста­ вим точку. При падении линей­ ности в южнъ!х румбах, как в ддннрм ^лучя?г —дроизво- дится от отметки 0°. при падении в северных румбах — от отметки 180° (Термин «румб» пришел в геологию от мореплавателей. Так назывался отсчет направлений по странам света, в основу кото­ рого была положена роза ветров. Восемь румбов (С, Ю, 3, В, С — В, Ю — В, С — 3, Ю — 3) назы­

вались	«ветрами» и содержали
по 45°.	Южные румбы — все на­

правления к югу от направления «запад-восток».). Определение координат линии: выводим точку на центральный меридиан и от­ считываем угол падения, ставим черточку центрального меридиа­ на в противоположной части сет­ ки, поворачиваем стекло в исход­

ное	положение	и читаем отсчет
азимута падения.
	Определение	линии	пересече­
ния	двух плоскостей		(рис.	110,
б).	Каждую из	плоскостей		Si и

S2 наносим описанным выше спо­ собом. Координаты линии пересе­ чения 1 определяем так же, как и выше. В конкретном случае это

164

задача графического определения шарнира по залеганию крыльев складки. Наилучшие результаты можно получить для угловатых складок с углом между крыльями 90°±45°. Чем меньше угол меж» ду крыльями, тем точнее определяется азимут падения шарнира, но резко увеличиваются ошибки в определении угла падения шар­ нира. Чем больше угол между крыльями, тем лучше определяется угол падения шарнира, но увеличивается ошибка в определении его азимута падения.

Определение угла между двумя плоскостями (рис. 110,6). На стереографической сетке угол>между двумя плоскостями — это угол между их полюсами. Отмечаем точки полюсов JtSi и nS2. Повора­ чиваем стекло на сетке так, чтобы точки JtS i и n S 2 расположились на одном из больших кругов проекции. По градусной сетке отсчи­ тываем угловые значения. Так как на сетке отражаются простран­ ственные взаимоотношения плоскостей, то эти плоскости образуют два угла с общей суммой 180°. В конкретно взятом нами случае углы равны 70 и 110°. Геологически это могут быть углы между крыльями складки, между сланецватостью и слоистостью, между двумя сланцеватостями и т. д. В одних случаях достаточна угловая характеристика при помощи меньшего угла, в других — при опре­ делении угла между крыльями складки важно иметь также поле­ вую оценку (является ли угол острым или тупым), чтобы при гра­ фическом определении не спутать эти углы.

Определение биссекторных плоскостей между двумя заданными плоскостями (рис. 110,6). Имея на стекле след плоскостей Si и S2 и точки их полюсов jtSi и kS2, поворачиваем его так, чтобы nS\ и jtS2 расположились на одном из больших кругов проекции. Делим углы между ttSi и jtS2 пополам (в градусах). Получаем точки х' и х". Поворачиваем стекло так, чтобы точка х' и проекция линии пересечения плоскостей 1 расположились на одном из больших кру­ гов проекции. Проводим след плоскости. Ту же операцию проделы­ ваем с х" и 1. Геологически эта задача может быть приравнена к определению положения осевой плоскости по залеганию крыльев складки. Для того чтобы выбрать одну из двух графически возмож­ ных плоскостей, необходимо иметь полевую оценку величины угла между крыльями. Кроме того, нужно помнить, что графическое оп­ ределение возможно только для тех складок, в которых осевая плоскость является биссекторной плоскостью. Графические опера­ ции рассматриваемого типа невыполнимы, например, для складок с разной мощностью пластов на крыльях.

Определение положения плоскости по двум линейным элемен­ там, лежащим в ней (рис. 110, в). Задача имеет отношение к опре­ делению зеркала складок. Допустим, что шарниры складок (Ь) падают по азимуту 330 < 40°, а случайно выбранная по условиям обнаженности линия, соединяющая замковые точки антиклиналей (12),— по азимуту 90 < 50°. Стекло с нанесенными точками линей­ ных направлений поворачиваем так, чтобы Ь и 12 расположились на одном из больших кругов проекции, который и будет соответ­ ствовать залеганию зеркала складок. Наносим положение полюса jtS .

165

Определение угла между двумя линиями. Операции аналогичны операциям при определении угла между полюсами плоскостей nS\ и n S 2 (рис. 110, б).

Определение угла между плоскостью и линией (рис. 110, в). Это есть угол между линией и ортографической проекцией линии на плоскость. К примеру, нам нужно определить угол между мине­ ральной линейностью L, наблюдаемой на крыле одной из складок и падающей по азимуту 150 < 35°, и зеркалом складок. После на­ несения на стекло точки поворачиваем его так, чтобы L и полюс зеркала складок jiS расположились на одном из больших кругов проекции. По этому кругу проводим дугу от jtS через L до ее пере­ сечения с плоскостью S. Точка пересечения L и будет ортографи­ ческой проекцией линии L на плоскости S. Определяем угол между L и U (в данном случае он равен 33°).

Статистический анализ массовых замеров ориентировки плос­ костных и линейных элементов. Все те операции, которые мы рас­ смотрели выше, касаются единичных определений, конечным ре­ зультатом которых является точка на структурной диаграмме. Это или полюс плоскости или линейное направление. Дальнейшая ра­ бота связана с количественно-статистической оценкой ориентиров­ ки однородных структурных элементов и сравнении их с ориенти­ ровкой структурных элементов другого рода или возраста.

Простейшее нанесение массы замеров в виде точек (рис. 111, а) дает некоторое представление о распределении концентраций, но этого еще мало. Для того чтобы перейти к геометрическому ана­ лизу, необходимо сделать геометрическую обработку и выделить контуры концентраций разной интенсивности.

Обработка первоначальной точечной диаграммы осуществляет­ ся следующим образом. Прежде всего нужно напомнить, что эле­ ментарные площади на сетке Вульфа неравны между собой. Для перевода концентраций точек в равноплощадное распределение применяется планисфера Пронина (изготавливают). Стекло или калька с точками, нанесенными на сетку Вульфа, накладывают на планисферу Пронина, на которой выделены круги, равные 1 % площади планисферы. Диаметр элементарных кругов с площадью 1 % на планисфере Пронина неравный и увеличивается от центра проекции к ее периферии. Выделяем на кальке центры элементар­ ных кругов и количество точек, падающих на их площадь (рис. 111, б). Круги, расположенные на периферии проекции, ее краем рассекаются надвое. Поэтому у их центров на периферии проек­ ции ставим общее количество точек, падающих на два полукруга (рис. 111, б).

Следующий этап работы — проводим изолинии концентраций между соседними точками в процентах к общему количеству точек. Практика показывает, что оптимальное количество точек, необхо­ димых для статистического анализа, должно составлять примерно 120. Тогда единичные точки, которые могут быть случайными, ока­ зываются за пределами контуров концентраций. Изолинии будут соответствовать: 1 % — 1—2 точки, 2 % — 2—4 точки, 3 % — 3—6

166

с

с

Рис. 111. Последовательные стадии составления структурной диаграммы (130 за* меров):

а — нанесение точек на стенографическую сетку; б — обработка точек с помощью плани­ сферы Пронина; в — проведение изолиний концентраций, в % (1 — 2 — 3 — 4 — 5 %); г — раскраска площадей одинаковых концентраций

точек и т. д. На диаграмме необходимо провести 4—5 контуров изолиний, выбор которых подскажется максимальной концентра­ цией точек на какой-то элементарной 1 %-й площади. Такие изо­ линии показаны на рис. 111, в.

Последний этап — раскраска площадей одинаковых концентра­ ций. При этом с увеличением концентраций надо сгущать раскрас­ ку, как это показано на рис. 111, г.

9.3. Применяемые типы диаграмм

При геометрическом анализе применяются главным образом так называемые jiS-диаграммы. Подсобными являются диаграммы линейных направлений. яБ-диаграммы — это диаграммы ориенти­

167

ровки полюсов плоскостных структурных элементов (в основном плоскости слоистости, а также полосчатости, сланцеватости или кливажа, осевые плоскости складок и др.) - Индекс я означает, что нормаль к плоскости расположена на угловом расстоянии я (90°). jiS -диаграммы — основной тип диаграмм, использование которых не зависит от типа складок и иных особенностей структур и ориен­ тировок. При составлении лБ-диаграмм используются все замеры элементов залегания для данного участка, без выбора.

Диаграммы линейных направлений составляются для шарниров мелких складок, минеральной линейности, линейности агрегатов, штрихов, борозд скольжения и т. д. Структурная интерпретация таких диаграмм наиболее эффективна при сопоставлении их с диа­ граммами ориентировки плоскостных элементов.

Структурные диаграммы не отражают взаимных или абсолют­ ных размеров линейных величин. Поэтому они одинаково примени­ мы при исследовании микрообъектов, видимых в шлифе, при изу­ чении структур среднего масштаба и при обработке данных по ре­ гиональным структурам, занимающим значительные сегменты зем­ ной коры.

9.4. Морфология складок и ее отражение на структурных диаграммах

Важнейшей морфологической характеристикой складки являют­ ся данные об угловых соотношениях различных участков складко­

образующей	поверхности (например,		поверхность пласта). Угловые
соотношения	определяют	форму профиля складки в попереч­
ном сечении,	угол между	крыльями,	тип складки (прямая, опро­

кинутая, лежачая). Все эти особенности очень четко отражаются структурными диаграммами, на которых размещены точки полю­ сов поверхности пласта в разных частях складки, определенные в географических координатах. Эти диаграммы относятся к типу лБ-диаграмм. Их морфологическая информативность очень высока. Различные особенности складки определяются концентрациями на диаграмме точек полюсов слоистости в виде максимумов той или иной плотности, полных или неполных поясов. Особенно наглядно это выявляется при рассмотрении цилиндрических складок различ­ ного профиля в поперечном сечении (рис. 112).

Если замеры полюсов слоистости по складке сделаны более или менее равномерно, то диаграммы для складок с широкими зонами перегиба и примерно постоянной кривизной, характеризуются поя­ сом лБ, полным или неполным, с равномерной концентрацией точек в нем (рис. 112, а—в). Длина пояса зависит от степени сжатия и соответственно от угла между крыльями складки. Если изгиб сла­ бый (угол между крыльями большой), то концентрации полюсов слоистости занимают только небольшую часть пояса по дуге боль­ шого круга (рис. 112, а, б). При увеличении степени сжатия и эк­ вивалентном уменьшении угла между крыльями складки длина

168

80°

0°

Рис. 112. Цилиндрические складки разного профиля и соответствующие диаг­ раммы полюсов слоис­ тости:

ш — шарнир;	о.	п.— осевая
плоскость; 150°	и	др.— угол

между крыльями складки