Подготовительный этап

Подготовительный этап в рамках выполнения курсовой работы заключается во внимательном изучении задания, в первую очередь топографической основы с нанесенными на ней точками наблюдения. При этом оценивают и характеризуют рельеф, гидросеть и плотность сети точек наблюдения. В итоге студент должен выбрать линии двух-четырех опорных маршрутов. Направление опорных маршрутов должно быть поперечным к простиранию основных геологических структур района. В большинстве случаев простирание структур совпадает с вытянутостью крупных элементов рельефа и гидросети (основных водоразделов, протяженных гряд или вытянутых холмов, крупных речных долин). В некоторых случаях связь рельефа с геологическим строением проявлена слабо и возможны ошибки в выборе направления опорных маршрутов. Тогда направления опорных маршрутов могут быть скорректированы на этапе полевых работ. После общего направления опорных маршрутов выбирают их конкретные линии. В практике геологической съемки опорные маршруты проводят через участки, обладающие лучшей обнаженностью и более сложным геологическим строением, т.е. там, где можно получить наибольшее количество геологической информации. В рамках курсовой работы к таким участкам условно могут быть приравнены места с большей густотой точек наблюдения.

Помимо выбора линий опорных маршрутов, на подготовительном этапе студент должен просмотреть описания точек наблюдения с целью выявления незнакомых названий горных пород и других геологических терминов. Значения этих терминов выясняют из геологического словаря [2] или других доступных источников.

Этап полевых работ

Полевому этапу в рамках курсовой работы соответствует составление разрезов по опорным геологическим маршрутам, частных стратиграфических колонок, схемы их сопоставления и сводной стратиграфической колонки, прослеживание геологических границ по простиранию, оконтуривание мелких тел и в итоге – составление рабочей геологической карты.

Для составления рабочей карты берут лист прилагаемой к заданию топографической основы. На топографическую основу наносят линии опорных маршрутов – разрезов. Вдоль каждой линии выбирают точки наблюдения, которые находятся на линии разреза, а также отстоят от этой линии на 1 – 1,5 см.

Затем из текста задания подбирают описания этих точек наблюдения. Содержащуюся в описаниях геологическую информацию изображают около точек графическим способом. Эта информация включает элементы залегания, типы горных пород и характер залегания одних пород на других (согласное или несогласное). Элементы залегания наносят непосредственно в той точке, где они измерены, условными обозначениями в соответствии с приложением 1. Если приведены элементы залегания для двух толщ, одна из которых залегает на другой с угловым несогласием, то значок элементов залегания вышележащей толщи наносят в точке наблюдения, а нижележащей – рядом с точкой, со смещением в направлении восстания вышележащей толщи (рис. 1, в). Если вышележащая толща залегает горизонтально, то через точку наблюдения проводят короткий (1 – 1,5 см) отрезок границы, огибающий горизонтали рельефа. Выше по склону ставят значок горизонтального залегания, ниже – значок элементов залегания подстилающей толщи (рис. 1, д). Элементы залегания закрепляют тушью или шариковой ручкой. Рядом с точкой наблюдения и значком элементов залегания наносят условные обозначения горных пород (приложение 1). Значки горных пород ориентируют параллельно линии простирания. Если в точке наблюдения граничат породы, принадлежащие к разным толщам, то обозначения пород вышележащей толщи наносят со смещением в сторону падения, а нижележащей – в сторону восстания от линии простирания (рис. 1, б-г). Если элементы залегания не указаны, то наносят только обозначения горных пород (рис. 1, е).

Рис. 1. Нанесение геологической информации в точках наблюдения: а) элементы залегания и породы одной толщи; б) элементы залегания на контакте двух толщ без углового несогласия; в) угловое несогласие на контакте двух толщ; г) угловое несогласие на контакте трех толщ; д) горизонтально залегающая толща с угловым несогласием перекрывает контакт двух толщ; е) элементы залегания неизвестны.

По завершении нанесения элементов залегания следует убедиться в правильности выбора направления опорного маршрута. Если большинство нанесенных линий простирания ориентированы параллельно линии маршрута или под острым углом к ней, то нужно развернуть линию маршрута вкрест преобладающего простирания пород, а затем нанести геологическую информацию вдоль новой линии. В любом случае линию опорного маршрута следует согласовать с руководителем.

После этого по выбранной линии строят геологический разрез. Вначале вычерчивают топографический профиль. Вертикальный масштаб при этом принимают равным масштабу карты. Если максимальные превышения по линии разреза, изображенные в масштабе карты, не превышают 1 мм, рельеф условно изображают горизонтальной линией. В этом случае следует иметь в виду, что горизонтально залегающие отложения (если таковые имеются) придется изображать условно, вне масштаба (рис. 2).

Рис. 2. Внемасштабное изображение горизонтально залегающих отложений на разрезе.

На профиль переносят точки наблюдений, вынесенные на карту вдоль линии разреза и рядом с ней. Точку, удаленную от линии разреза, переносят на профиль строго по простиранию пород или контакта пород (в том числе и тектонического, если он отмечен в этой точке). В случае сильно расчлененного рельефа перенесенную точку размещают на профиле на той высоте, на которой она изображена на карте, т.е. она может оказаться или несколько выше, или несколько ниже линии профиля (рис. 3, точки 1 и 2). Точки наблюдения, в которых породы залегают горизонтально, переносят на разрез вдоль горизонталей рельефа (рис.3, точка 3). Точки, в которых элементы залегания не указаны, переносят на разрез по аналогии с соседними точками, в которых обнажены такие же породы и элементы залегания которых известны.

Рис. 3. Перенесение на разрез точек наблюдения в случае расчлененного рельефа.

Точки наблюдения, в которых линия простирания параллельна линии разреза или ориентирована под острым углом к ней, на этой стадии не используют. В большинстве случаев они характеризуют замыкания складок.

Из каждой точки на разрезе проводят тонкие линии под углами падения пород. Если направление падения значительно отличается от направления разреза (более 30º), требуется вводить поправку на косое сечение (определяется по таблице, номограмме или графическим способом [5, 6]). Линии, отражающие контакты различных пород, проводят жирнее. Разрывные нарушения и интрузивные контакты, для которых не указаны элементы залегания, строят вертикально. Затем условными знаками (приложение 1) наносят состав пород, после чего границы однотипных пород соединяют между собой с учетом элементов залегания (рис. 4, точки 4 и 6). При этом учитывают и те точки наблюдения, в которых линия простирания пород параллельна или почти параллельна линии разреза (т.е. места перегиба слоев). В тех случаях, когда положение границ не установлено, их проводят примерно посредине между точками, в которых зафиксированы разные породы (рис. 4, точки 10 и 14, 14 и 26).

Рис. 4. Пример построения опорного разреза по точкам наблюдения. Пояснения в тексте.

После построения двух-четырех опорных разрезов необходимо их проанализировать, т.е. выделить различные по составу толщи и пачки пород, установить их последовательность и взаимоотношения (согласное или несогласное залегание, тип несогласия), измерить мощность и определить возраст. Эти задачи решают путем составления частных стратиграфических разрезов (колонок), сопоставления (корреляции) их между собой и сведения в единую (сводную) стратиграфическую колонку.

Частные стратиграфические разрезы (колонки) составляют по тем участкам опорных маршрутов-разрезов, где хорошо видна последовательность залегания толщ горных пород, их мощность не искажена (там, где разрез проходит строго вкрест простирания пород), залегание не нарушено разрывными нарушениями. В зависимости от сложности строения, по одному опорному маршруту – разрезу могут быть составлены одна (простое строение) или две-три (сложное строение) частные колонки. Масштаб для построения колонок выбирается с таким расчетом, чтобы можно было изобразить наименьшее по мощности подразделение, но при этом длина колонки не получилась бы чрезмерно большой (до 25 см).

Построение колонок следует начинать с наиболее молодых образований (исключая рыхлые четвертичные отложения). Мощность толщ и пачек измеряют прямо по разрезу на тех участках, где положение подошвы и кровли установлено наиболее надежно. Для самых молодых толщ берут максимальную сохранившуюся, а для наиболее древних – максимальную вскрытую мощность. Последняя определяется как расстояние от кровли до осевой линии антиклинали, умноженное на синус угла падения. Интрузивные образования включают в частные стратиграфические колонки только в том случае, если они являются основанием, на котором с размывом залегают более молодые породы.

Пример составления частных стратиграфических колонок по опорному маршруту-разрезу показан на рис. 5.

Рис. 5. Составление частных стратиграфических колонок по опорному маршруту-разрезу и их корреляция

Построенные частные колонки требуется сопоставить (скоррелировать) между собой, т.е. проследить от колонки к колонке границы одновозрастных толщ, соединив их корреляционными линиями. Эти линии условно изображают стратиграфические контакты (поверхности напластования), поэтому они никогда не могут пересекаться между собой. Они могут лишь сходиться вместе у подошвы толщи, залегающей на подстилающих отложениях с угловым (в том числе и структурным) несогласием. Если в какой-то из колонок отсутствуют какие-либо слои, то линии, изображающие границы этих слоев, должны огибать колонку сверху или снизу.

Путем сведения частных колонок составляют полный стратиграфический разрез – сводную стратиграфическую колонку района, в которой изображают все толщи, представленные в частных колонках, в порядке их залегания друг на друге.

Толщам присваивают названия, образованные либо от названия преобладающей породы, либо по какому-то характерному признаку, например: песчаниковая толща, угленосная толща, красноцветная толща. Полученные рабочие (черновые) схемы сопоставления и сводная колонка могут оказаться неполными, так как опорные маршруты могут пересечь и не все толщи, имеющиеся в районе. В таком случае после составления рабочей геологической карты и схемы сопоставления сводную колонку дополняют. Рабочие схемы сопоставления разрезов и сводную стратиграфическую колонку проверяет руководитель.

По сводной стратиграфической колонке и опорным маршрутам составляют рабочую опорную легенду (условные обозначения) к геологической карте.

После составления рабочей опорной легенды следует переходить непосредственно к отрисовке рабочей геологической карты путем прослеживания геологических границ по простиранию. Для этого рекомендуется совместить два соседних опорных разреза с их линиями на рабочей геологической карте и сопоставить между собой элементы структуры района (складки, флексуры, разрывные нарушения и т.д.), изображенные на этих разрезах. Установив какой-либо элемент структуры на обоих разрезах, надо выяснить, в каком месте карты он будет располагаться (например, наметить осевые линии складок). Затем следует переходить к прослеживанию границ стратиграфических подразделений, начиная с наиболее молодых. При этом необходимо руководствоваться правилами горной геометрии. В частности, границы горизонтально залегающих толщ должны строго следовать горизонталям рельефа. Границы толщ, залегающих наклонно, в расчлененном рельефе будут отклоняться от направления простирания тем сильнее, чем меньше угол падения. Они могут даже иметь направление, поперечное к простиранию, когда угол падения совпадает с общим уклоном рельефа местности.

Сначала границы прослеживают между соседними опорными маршрутами. При этом границу двух толщ проводят через точки наблюдения, в которых зафиксирован контакт толщ в коренном залегании, а также через точки, в которых в элювиально-делювиальных развалах и высыпках присутствуют породы граничащих толщ. В случае отсутствия таких точек граница проводится посредине между точками, в которых зафиксированы породы, принадлежащие к граничащим толщам.

При прослеживании тектонических контактов (разрывных нарушений) следует учитывать такие их признаки, как раздробленные, катаклазированные и милонитизированные породы, зеркала скольжения, минеральные прожилки, ожелезненные породы. Прослеживая интрузивные контакты, следует иметь в виду возможность резкого изменения их простирания.

После того, как границы прослежены между опорными маршрутами, их продлевают от опорных маршрутов до границ района (рамок карты).

Затем следует проверить, не осталось ли неиспользованных точек. В таких точках могут быть небольшие интрузивные тела, отдельные поля осадочных толщ или разрывные нарушения, поперечные к структуре района и не попавшие на разрезы по опорным маршрутам. Эти образования оконтуривают или прослеживают в последнюю очередь.

После проведения всех геологических границ, подтвержденных наблюдениями, следует обратить внимание на участки, где точки наблюдения отсутствуют. Если такие участки расположены на абсолютных отметках, на которых в других местах находятся горизонтально залегающие толщи, то и на этих участках должны быть предполагаемыми границами оконтурены те же толщи. Для наклонно залегающих толщ на таких участках следует проверить соответствие ширины поля выхода и истинной мощности толщи. В случае их несоответствия проводится предполагаемая граница с подстилающими (перекрывающими) отложениями, положение которой определяется по правилам горной геометрии.

Рабочая карта должна быть подписана руководителем курсовой работы. На этом завершается «полевой» этап работы.

Камеральный этап

На этапе камеральных работ составляют отчетный (чистовой) вариант геологической карты, схемы сопоставления разрезов и сводную стратиграфическую колонку, а также карту фактического материала и объяснительную записку.

Вначале составляют сводную стратиграфическую колонку и схему сопоставления разрезов. По рабочей геологической карте уточняют мощности толщ. Если выяснено, что мощность какой-либо толщи изменяется от одного участка к другому, то в сводной стратиграфической колонке указывают пределы колебания мощности. Если не все толщи, имеющиеся на рабочей карте, отражены в сводной колонке, следует включить недостающие части разреза в сводную колонку.

Для уточнения стратиграфических разрезов и определения возраста толщ надо внимательно просмотреть текст задания, выбрать описания и выписать номера точек наблюдения, в которых указаны взаимоотношения между толщами. Эти взаимоотношения могут быть указаны прямо («залегает несогласно», «залегает с размывом»), либо косвенно: постепенный, через переслаивание, переход одних пород в других является признаком согласного залегания; наличие в кровле подстилающих пород неровностей, «карманов», а в основании перекрывающих – обломков нижележащих пород говорит о несогласном залегании. Угловое несогласие может быть указано в виде разных элементов залегания подстилающих и перекрывающих пород.

Следующий шаг – установление геологического возраста всех толщ. В некоторых вариантах задания на курсовую работу для части толщ приведены названия руководящих ископаемых. Эти названия следует выписать из текста задания с указанием названий толщ и номеров точек, в которых они найдены. По руководящим ископаемым возраст толщ устанавливается с помощью атласа [1]. При этом надо учитывать положение окаменелостей в разрезе толщи: если они найдены в основании толщи, то вышележащая часть толщи может иметь более молодой возраст, чем тот, на который указывают окаменелости. И наоборот, если остатки найдены в кровле толщи, то низы толщи могут быть древнее. Иногда в обломочных породах (например, в конгломератах) окаменелости имеются и в цементе и в обломках (гальках). Следует иметь в виду, что окаменелости из цемента указывают на возраст самой обломочной породы, а окаменелости из галек – на возраст тех пород, из которых образовались гальки.

Возраст остальных, не содержащих окаменелостей («немых»), толщ определяется по их взаимоотношениям с подстилающими и перекрывающими толщами, возраст которых известен. При согласном залегании «немая» толща будет занимать весь стратиграфический интервал, заключенный между толщами установленного возраста. При несогласном залегании «немой» толщи на подстилающих отложениях ее возраст должен быть приближен к возрасту перекрывающей толщи. Если же «немая» толща несогласно перекрывается вышележащей толщей, то ее возраст должен быть приближен к возрасту подстилающих отложений.

Например, толща пород неустановленного возраста залегает на породах нижнего отдела каменноугольной системы (С₁) и перекрывается породами нижнего отдела пермской системы (Р₁). Если все три толщи залегают между собой согласно, то «немая» толща должна быть отнесена к среднему-верхнему отделам каменноугольной системы (С_2–3 ). Если «немая» толща несогласно, с размывом, залегает на нижнекаменноугольных отложениях и согласно перекрывается породами нижней перми, то ее следует условно отнести к верхнему отделу каменноугольной системы (С₃). Если же эта толща согласно залегает на нижнекаменноугольных отложениях и несогласно перекрывается нижнепермскими, то ее следует условно отнести к среднему отделу каменноугольной системы (С₂).

Уточненные схему сопоставления разрезов и сводную стратиграфическую колонку вычерчивают начисто (приложение 2).

После этого окончательно устанавливают возраст интрузивных тел. Сначала анализируют взаимоотношения интрузивов с вмещающими породами, для чего в тексте задания выбирают точки наблюдений, в которых такие взаимоотношения указаны. Номера этих точек, названия интрузивных и вмещающих пород и характер контакта выписывают из задания и сопоставляют.

Если интрузия прорывает боковые породы (интрузивный, «горячий» контакт), то последние подвергаются контактовым изменениям: ороговикованию, скарнированию, мраморизации, окварцеванию и т.п., а в интрузивных породах могут присутствовать обломки (ксенолиты) прорванных пород.

Если боковые породы налегают на интрузивные (трансгрессивный, «холодный» контакт), то на поверхности последних могут быть углубления, трещины, заполненные породами перекрывающей толщи, а в основании налегающих пород могут содержаться обломки интрузивных пород. Все эти факты следует впоследствии использовать при написании соответствующей главы объяснительной записки.

Интрузивные тела, в общем случае, моложе, чем наиболее молодые из прорванных ими пород. Возраст интрузивных тел уточняется путем соотнесения их со стадиями тектонического цикла. Небольшие тела основного и ультраосновного состава обычно являются доскладчатыми, крупные массивы среднего и кислого состава (батолиты) – соскладчатыми, а штоки кислого и щелочного состава – послескладчатыми.

В некоторых вариантах заданий приведен возраст интрузивных пород, определенный радиологическими методами («абсолютный» возраст). Иногда эти определения дают неоднозначные результаты, что является следствием последующих изменений пород. Поэтому следует выбирать те данные абсолютного возраста, которые не противоречат геологическому возрасту интрузий, определенному по взаимоотношениям с вмещающими породами.

При определении возраста малых интрузий (даек, силлов) следует учитывать их возможную связь с вулканогенными образованиями. Например, силлы и дайки диабазов или габбро могут быть одновозрастны базальтам, порфиритам или их туфам и являться подводящими каналами извержений.

Возраст метаморфогенных образований, если он прямо не указан в задании, определяется по их взаимоотношениям с соседними породами и по степени их метаморфизма. Как правило, породы высокой степени метаморфизма (например, гнейсы) являются докембрийскими (протерозойскими или архейскими).

После определения возраста всех образований составляется окончательный уточненный вариант легенды (приложение 3).

Затем составляют и вычерчивают геологическую карту и карту фактического материала. Требования к их содержанию и оформлению приведены ниже в соответствующих разделах. Здесь следует отметить только, что для составления карты фактического материала следует разделить точки наблюдения по видам. Коренными обнажениями, помимо тех точек, где прямо указано на коренное залегание пород, следует считать все точки, где замерены элементы залегания пород, а также точки, где просто названы обнажающиеся породы, без указания характера выхода. Элювиальными и элювиально-делювиальными образованиями следует считать развалы и высыпки глыб, щебня и дресвы или других обломков разрушенных коренных пород. Ключевыми обнажениями следует считать все точки наблюдения, в которых охарактеризованы согласные и несогласные взаимоотношения толщ, «горячие» и «холодные» контакты интрузивных тел, собран материал для обоснования возраста пород (окаменелости, пробы на абсолютный возраст), описаны сместители разных нарушений.

Камеральный этап завершается составлением объяснительной записки. Содержание курсовой работы лишь частично соответствует содержанию отчета о геологической съемке или объяснительной записки государственной геологической карты. Тем не менее, порядок изложения материала по возможности должен быть приближен к реальному геологическому отчету или объяснительной записке. Требования к содержанию и оформлению объяснительной записки приведены ниже. При написании глав объяснительной записки необходимо как можно полнее использовать сведения, приведенные в описаниях точек наблюдения, а также лекционный материал и учебную литературу по курсу «Структурная геология».