Залегания горных пород и полезных ископаемых

Слой и слоистость
Первичное и нарушенное залегание слоёв
Пликативные дислокации горных пород
Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)

Слой и слоистость

Осадки и образующиеся при их диагенезе осадочные породы накапливаются в понижениях рельефа (на дне океанов и морей, озёр, в речных длинах, межгорных депрессиях и пр.) и, как правило, первоначально обладают горизонтальным залеганием. Образуемые ими уплощенные геологические тела называют слоями. Слой – это уплощенное геологическое тело относительно однородное по составу и строению, ограниченное приблизительно параллельными поверхностями раздела.

Верхняя граница слоя называется кровлей, нижняя – подошвой.

Примечание. Помимо термина «слой», часто употребляется термин «пласт», имеющий аналогичное значение, но обычно применяемый для полезных ископаемых, например угля, известняка и др.

 Расстояние между кровлей и подошвой слоя определяет мощность данного слоя. Различают два вида мощности: истинную мощность – кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой пласта (по перпендикуляру) и видимую мощность – любое другое (не кратчайшее) расстояние между подошвой и кровлей.

Чередование слоёв определяет слоистое строение толщ осадочных пород.

Группы слоёв, обладающие некоторой общностью признаков, отличающих их от смежных по разрезу слоёв (или групп слоёв) объединяют в пачки. Такая общность может быть связана с особенностью строения (повторяющееся на некоторой мощности разреза переслаивание двух или более разновидностей пород), отличием в литологическом составе (обогащённость минеральными компонентами, ожелезнение и пр.) или другими признаками, визуально выделяющими группу слоёв из общей мощности толщи.

Форма слоистости отражает характер движения среды, в которой происходит накопление осадка. Выделяют четыре основных типа слоистости: параллельную (горизонтальную), волнистую, косую, линзовидную.

Параллельная слоистость, когда поверхности наслоения параллельны, свидетельствует об относительной неподвижной среде, в которой накапливался осадок. Такие условия возникают в озёрах или морских бассейнах ниже уровня действия волн и течений.

Волнистая слоистость имеет волнисто-изогнутые поверхности наслоения. Она формируется при движениях, имеющих периодическую смену в одном направлении, например при отливах, приливах, прибрежных волнениях в мелководных зонах моря.

Линзовидная слоистость образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды, например в речных потоках или приливно-отливной полосе моря. Она характеризуется разнообразием форм и изменчивостью мощности отдельных слоёв. Часто происходит выклинивание слоя, что приводит к его разобщению на отдельные части или линзы. Генетически тесно связана с волнистой.

Косой слоистостью называют слоистость с прямолинейными и криволинейными поверхностями наслоения и с различными углами мелкой слоистости внутри слоя. Она образуется при движении среды в одном направлении, например реки, потока, морского течения или движения воздуха. В речных потоках косая слоистость имеет общий наклон в сторону движения воды. Дельтовая разновидность косой слоистости более крупная и отличается плавным причленением косых слоёчков к подошве слоя, а у кровли косые слоёчки исчезают, и появляется более грубый материал. Косая слоистость морских отложений характеризуется также более крупными размерами и сравнительно небольшим наклоном. На мелководье образуется очень тонкая, переплетающаяся косая слоистость, ориентированная в различных направлениях.

Виды слоистости (слойчастости)

I – волнистая (и линзовидная), II – горизонтальная, III – косая

Особенности строения поверхностей наслоения помогают выяснить происхождение и условия залегания осадочных толщь. К числу таких особенностей относятся: ископаемые знаки ряби, первичные трещины усыхания, следы жизнедеятельности организмов, отпечатки дождевых капель, кристаллов льда и др.

Первичное и нарушенное залегание слоёв

Большая часть осадков образуется в морских или континентальных водоёмах или на прибрежных равнинах. Залегание осадков при этом практически горизонтальное (угол наклона не более 1o). Такое залегание называют первичным. Первичное залегание с более крутым залеганием пород, достигающем 3-4o, а иногда 10o может возникнуть на склонах наземных и подводных возвышенностей, каньонов, уступов. Первичное залегание осадочных пород сохраняется сравнительно редко и нарушается последующими тектоническими движениями, что приводит к их наклонному залеганию, образованию складчатых и разрывных нарушений.

Пласты осадочных пород могут иметь согласное и несогласное залегание по отношению друг к другу. В случае согласного залегания каждый вышележащий слой, без каких либо следов перерыва в накоплении осадков налегает на нижележащие породы. Несогласное залегание образуется тогда, когда между вышележащим и подстилающим слоями отмечается перерыв в осадконакоплении и стратиграфическая последовательность нарушена. Несогласное залегание может быть параллельным, когда пласты, несмотря на перерыв в отложении осадка, сохраняют параллельное залегание и угловым, когда одна толща лежит с перерывом по отношению к другой под определённым углом. Например, когда на смятом в складки пласте известняка горизонтально залегает слой песчаника. Выявление стратиграфических несогласий является одной из наиболее важных задач геологического картирования и проводится с использованием следующих признаков:

1. характерное строение поверхности несогласия, имеющей неровности, вымоины, уступы;
2. угловое несогласие между слоями разного возраста;
3. резкий возрастной разрыв между фауной в выше- и нижележащих слоёв;
4. резкое различие в степени метаморфизма двух соприкасающихся слоёв;
5. присутствие базального конгломерата в основании несогласно залегающей серии пород;
6. резкий переход от морских к континентальным отложениям и наоборот;
7. следы выветривания на поверхности несогласия.

 Пликативные дислокации слоёв горных пород

В результате действия пластических деформаций горных пород возникает нарушенное залегание слоёв земной коры без видимого разрыва их сплошности. Такие формы нарушений называют пликативными дислокациями. К ним относится образование моноклиналей, складок и флексур.

Моноклинальное залегание образуется тогда, когда горизонтально залегающие породы в результате тектонических движений приобрели наклон под одним углом на значительном пространстве. Моноклиналь это наиболее простая форма пликативных дислокаций, широко проявлена в чехлах молодых и древних платформ. Существуют слабонаклонные (до 15o), пологие (16-30o), крутые (30-75o), поставленные на голову (80-90o) моноклинали.

Складчатые деформации или складки – это волнообразные изгибы пластов без разрыва сплошности пород. Этот тип дислокаций проявлен наиболее широко. Во всех типах складок различают несколько основных элементов.

Часть складки в месте перегиба слоёв называется замком, сводом или ядром. Крылья – боковые части складок, примыкающие к своду. Угол складки – угол, образованный линиями, являющимися продолжением крыльев складки. Осевая поверхность складки – воображаемая плоскость, проходящая через точки перегиба слоёв и делящая угол складки пополам. Осевая линия (ось складки) – линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью или с поверхностью рельефа. Осевая линия характеризует ориентировку складки в плане и определяется азимутом простирания. Шарнир складки – линия пересечения осевой поверхности складки с поверхностью одного из слоёв, составляющих складку. Он характеризует строение складки вдоль осевой поверхности (по вертикали) и определяется азимутом и углом погружения или воздымания. Размеры складок характеризуются длиной, шириной, высотой. Длина складки – это расстояние вдоль осевой линии между смежными перегибами шарнира. Ширина складки – расстояние между осевыми линиями двух соседних антиклиналей или синклиналей. Высотой складки называется расстояние по вертикали между замком антиклинали и замком смежной с ней синклинали.

Элементы строения складки

Складки, пласты которых выгнуты кверху, называются антиклиналями. У этих складок в ядре на дневной поверхности обнажаются более древние породы, а на крыльях – более молодые и они наклонены от ядра. Складки, пласты которых прогнуты книзу, называются синклиналями. У них в ядре обнажаются более молодые породы, и крылья наклонены к ядру. Это две основные формы складок.

В зависимости от положения осевой поверхности в пространстве выделяют следующие разновидности складок.

Прямые складки – осевая поверхность вертикальна, а крылья падают в разные стороны под одинаковыми углами.

Наклонные складки – осевая поверхность наклонена к горизонту, а крылья падают в разные стороны под разными углами.

Опрокинутые складки – осевая поверхность круто наклонена, а крылья падают (наклонены) в одну сторону под разными углами. В этих складках различают нормальное и опрокинутое крылья.

Лежачие складки – осевая поверхность параллельна горизонтальной поверхности. Крылья наклонены в одну сторону под одним углом.

Классификация складок по положению осевой плоскости

Форма складок зависит также от соотношения крыльев и замка. В зависимости от этого складки могут быть острыми, когда крылья образуют острый угол (до 90o), тупыми, с углом более 90o, изоклинальными, с параллельным расположением крыльев и тупым замком, веерообразными, с пережимом крыльев, сундучными с пологим широким замком.

В продольном сечении складки бывают линейными, у которых длина превышает ширину более чем в три раза, брахиформными, с отношением длины к ширине меньше трёх и куполовидными, с примерно одинаковыми размерами длины и ширины складки.

Шарнир складки по простиранию часто испытывает погружение или воздымание и представляет не прямую, а волнистую линию. Это явление называется ундуляцией. В этом случае наблюдается замыкание складки, когда одно крыло вдоль оси постепенно переходит в другое. В антиклинальных складках такое замыкание называется периклинальным, а в синклинальных – центриклинальным.

Разновидностями антиклинальных складок являются диапировые складки и соляные купола. Их образование связано с присутствием в ядрах этих складок пластичных пород (глин, солей, гипса), которые, под действием огромного давления вышележащих пород, выжимаются и внедряются в эти породы, образуя пологий свод и крутые боковые поверхности.

Диапировая складка

Наиболее широко развитыми разновидностями диапировых складок являются соляные купола и глиняные диапиры. В соляных куполах различают ядро, сложенное пластичными породами и более хрупкие вмещающие породы. Ядро носит черты активного протыкания, а вмещающие породы пассивно приспосабливаются к движению ядра. Очень часто соль в ядре имеет форму цилиндрического столба, образуя «соляной шток». При внедрении соляных масс свод купола подвергается растяжению и в нём, могут возникнуть многочисленные трещины и разломы. С соляными куполами часто связаны промышленные скопления нефти и газа. Формирование диапировых складок, по данным Ю.А.Косыгина, а также американских исследователей Бартона, Нельтона и других, происходит лишь там, где мощность пластичных пород составляет не менее 120 м, а глубина их залегания превышает 300 м. Пластичные породы, будучи вовлечены в процесс сжатия, в месте с окружающими их хрупкими породами выжимаются из крыльев в ядра антиклиналей. При благоприятных условиях они могут прорвать перекрывающие породы и образовать диапировые складки.

Соляной купол (по Бенцу)

Складки часто собраны в группы и образуют параллельные, кулисообразные, четковидные, пучкообразные сообщества. Сложные линейно-складчатые структуры образуют синклинории и антиклинории. Антиклинории – это крупные, сложнопостроенные антиклинальные структуры, протяженностью сотни и даже тысячи километров. Они включают множество более мелких антиклинальных и синклинальных складок. Примером является мегантиклинорий Большого Кавказа. Синклинории – это такие же крупные, сложнопостроенные, но в целом синклинальные структуры, осложненные синклинальными и антиклинальными складками более низких порядков. Сочетание антиклинориев и синклинориев образует горные хребты и горные системы, такие как Альпы, Кавказ, Тянь-Шань и др.

Разновидностью крупных складок являются флексуры, которые представляют собой коленообразные или ступенчатые перегибы слоёв или пластов. В области перегиба мощности слагающих флексуру пластов несколько уменьшаются и часто возникают разрывы. Части флексуры, расположенные по обе стороны от перегиба называются крыльями. Выделяется смыкающее крыло, оставшееся на месте и нижнее – опущенное крыло. Вертикальная амплитуда смещения может составлять десятки, и даже сотни метров. Флексуры обычно ограничивают крупные платформенные структуры, такие как синеклизы, краевые прогибы и др.

Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)

Тектонические движения иногда приводят к разрыву сплошности пластов горных пород и образованию разрывных нарушений или дизъюнктивных дислокаций. Различают нарушения без существенного смещения по ним и нарушения со смещениями. Нарушения без смещения – это трещины. Они различаются по ширине (от миллиметров до нескольких метров), по протяжённости (от первых сантиметров до десятков километров), по глубине, форме (прямолинейные, дугообразные и др.) и т.д. Кроме трещин тектонического происхождения существуют трещины экзогенного (нетектоничекого) происхождения – трещины усыхания, оползней, обвалов, расширения пород, отслаивания и др.

Дизюнктивное нарушение; a-b – вертикальное смещение

К нарушениям со смещением относятся сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги. Элементами тектонических нарушений являются: сместитель, крылья, угол наклона сместителя амплитуды смещения.

Сместитель – это плоскость, по которой происходит смещение. Угол наклона сместителя может варьировать от нескольких градусов до 80-90o. Крылья – толщи пород, расположенные по обе стороны сместителя. При наклонном положении сместителя крыло, которое располагается над ним, называется висячим крылом, а расположенное под ним – лежачим. Амплитуда смещения – величина относительного перемещения пластов. Различают амплитуду смещения по сместителю, вертикальную, горизонтальную, стратиграфическую.

Одной из наиболее характерных форм разрывных нарушений является сброс. Это нарушение, у которого сместитель наклонён в сторону опущенного крыла (независимо от того, является оно висячим или лежачим). Если же сместитель наклонен в сторону приподнятых пород и уходит под них, то такое нарушение называется взброс. В отличие от описанных типов нарушений сдвигом называется разрывное нарушение, у которого перемещение происходит преимущественно в горизонтальном направлении, а сместитель расположен вертикально. Часто (или почти всегда) сбросы и сдвиги проявляются совместно и называются сбросо-сдвигами и сдвиго-сбросами.

Надвигом называется дислокация с разрывом пластов и надвиганием одного крыла на другое по относительно пологой или горизонтальной плоскости. Это нарушение взбросового типа, возникающее обычно вместе со складчатостью. Выделяют крутые (более45o), пологие (менее45o) и горизонтальные надвиги. Эти структуры широко проявлены в складчатых областях. Надвиг с большим горизонтальным перемещением называется шарьяжем, у которого висячее крыло может перемещаться на многие километры и даже на десятки километров.

Сбросовые нарушения часто проявляются в виде систем сбросов и взбросов. При этом образуются своеобразные структуры.

Грабен – опущенный участок земной коры ограниченный параллельными сбросами значительной протяжённости.
Горст – приподнятый участок земной коры, заключенный между параллельными разломами.

Несколько параллельных ступенчато расположенных грабенов образуют сложный грабен. Это относится к структурам Великих африканских озёр (Танганьика, Альберта, Рудольфа), рифту Красного моря, рифту озера Байкал, Рейнскому грабену и др.

Наиболее крупные надвиги и шарьяжи, характеризующиеся перемещениями пород на десятки километров по пологим, горизонтальным и волнистым поверхностям называются покровами. В покровах выделяются перемещённые массы висячего крыла, называемые аллохтоном, и оставшееся на месте лежачее крыло, называемое автохтоном. Покровы развиваются в областях со сложным покровно-складчатым строением. Они широко распространены в Альпах, Апеннинах, Гималаях, Карпатах, центральном и юго-восточно?