Определение элементов залегания горных пород

Для определения положения в пространстве любого наклонного плоскостного или линейного структурного элемента, будь то плоскость слоя, крыло складки или ее шарнир, поверхность трещины или разрывного нарушения, в геологии введено понятие об элементах залегания. Это понятие является «таблицей умножения» полевой геологии, поэтому иметь полное представление об элементах залегания и уметь их замерять обязан каждый начинающий геолог с первого курса обучения.

Элементы залегания характеризуют положение любой наклонной поверхности в пространстве. К элементам залегания относятся линия простирания, линия падение и угол падения.

Линия простирания плоскостного элемента - это любая горизонтальная линия, лежащая в его плоскости. Линией падения называется линия, лежащая в плоскости и направленная в сторону ее наибольшего уклона. Положение этой линии легко определить, если капнуть водой на наклонную плоскость. След течения воды по плоскости и будет линией ее падения. В связи с этим линию падения называют также линией наибольшего ската. Очевидно, что с линией простирания линия падения образует прямой угол.

Угол падения - угол, образованный плоскостью структурного элемента и горизонтальной плоскостью. Сами по себе эти элементы лишь принадлежат каждой определенной наклонной плоскости, но не определяют ее положения в пространстве. Для того чтобы сориентировать плоскость в пространстве, необходимо определить положение ее линии простирания и линии падения относительно сторон света. Конкретно такая ориентировка проводится путем замера на горизонтальной плоскости правых углов, отсчитываемых от северного направления географического меридиана до направлений линии простирания (таких направлений два, так как ориентировка горизонтальной линии равнозначна в обоих противоположных направлениях) и направления проекции линии падения на горизонтальную плоскость. Замеряемые углы называются азимутами, соответственно азимутами простирания и азимутом падения. Замеры азимутов простирания и падения на местности проводят горным компасом.

Горный компас в отличие от географического имеет некоторые особенности, облегчающие работу с ним. Эти особенности заключаются в следующем:

1. В большинстве случаев (но не всегда) горный компас крепится на прямоугольной подставке таким образом, что ее длинные стороны параллельны оси С-Ю на компасе.

2. На лимбе компаса, т.е. круговом циферблате, разделенном на 360°, деления оцифрованы от 0 (С) до 360° в порядке, обратном движению часовой стрелки, т.е. положения В и 3 на компасе, обратные по отношению к действительному расположению этих частей света. Для чего это сделано, будет ясно из дальнейшего изложения.

3. Для замера вертикальных углов, т.е. углов падения плоскостных элементов, в горном компасе имеются специальный отвес (клинометр) и полукруглая шкала для него, расположенная параллельно шкале лимба. Посередине этой шкалы обозначена отметка 0°, совпадающая с обозначением 90° (В) на лимбе. От 0° в обе стороны располагаются деления до 90° соответственно. Отвес свободно колеблется только при вертикальном положении пластины компаса и нажатой кнопке фиксатора.

4. Для приведения площадки компаса в строго горизонтальное положение в нем имеется специальный уровень.

5. Северный конец магнитной стрелки компаса всегда ориентируется на северный магнитный полюс, а азимуты отсчитываются от северного географического полюса. Для устранения этого разногласия во многих моделях горных компасов имеется устройство для ввода поправки на магнитное склонение.

Работать с горным компасом очень просто, если усвоить некоторые элементарные правила и неукоснительно следовать им.

1. Следует четко представлять, что называют азимутами и как их измеряют. Поскольку азимут - это горизонтальный угол, т.е. угол, измеряемый в горизонтальной плоскости, при замере любых азимутов компас всегда надо держать строго горизонтально, так, чтобы его магнитная стрелка могла свободно вращаться вокруг оси. Азимут можно «взять» на любой объект, видимый на земной поверхности. На рисунке 1.3 показано, как это делается практически.

Рис. 1.3. Схема, поясняющая замер азимутов горным компасом

Северный (обычно синий) конец магнитной стрелки, при возможности ее свободного вращения, всегда ориентирован на север. Поворачивая прямоугольное основание компаса в горизонтальной плоскости, мы можем совместить северный конец стрелки со значением 0 на лимбе. В этом случае ось Ю-С компаса и длинные стороны его прямоугольного основания совпадут с меридианом, а буква С оси Ю-С покажет направление на север. При таком положении компаса азимут равен 0. Теперь, находясь в точке А, нам следует взять азимут на изображенный на рисунке дом. Направление из точки А на дом показано штриховой линией со стрелкой. Держа компас строго горизонтально, мы ориентируем длинные стороны его прямоугольного основания по направлению на дом (т.е. параллельно штриховой линии рисунка) таким образом, чтобы буква С оси Ю-С компаса была ближе к дому. В этом случае ось Ю-С компаса (или, что то же самое, длинные стороны его основания) поворачивается по ходу часовой стрелки на некоторый угол α, но при этом магнитная стрелка компаса, оставаясь в прежнем положении, как бы отклоняется от ориентировки вышеупомянутой оси против часовой стрелки на тот же угол α. Численное значение угла α, являющегося азимутом на дом, мы можем сразу же определить по показанию северного конца магнитной стрелки, если отградуируем лимб компаса от 0 до 360° против часовой стрелки. Именно с этой целью на лимбе горного компаса поменяли местами В и 3. Северный конец магнитной стрелки показывает значение 45°, следовательно, азимут на дом равен 45°. Теперь, держа компас строго горизонтально и ориентируя его соответствующим образом, можно взять азимуты на другие объекты, изображенные на рисунке. Так, азимут на кратер вулкана равен 120°, а на пальму - 200°. Все замеры азимутов произведены из одной и той же точки А.

Линия простирания и линия падения любой наклонной плоскости - это такие же направления, как направления на дом, кратер вулкана или пальму в приведенном выше примере. Следовательно, их азимуты измеряются точно так же. На рис. 1.4 изображены наклонно залегающие слои горных пород и показано положение компаса при замере их азимутов.

Рис. 1.4. Замер азимутов залегания слоистости горным компасом

Слои рассечены воображаемой горизонтальной плоскостью. Линия пересечения этой плоскости с плоскостью слоя, на которой производятся замеры, является линией простирания. Линия простирания имеет два равноценных направления. Линия падения слоя проектируется на горизонтальную плоскость. У этой линии направление всего лишь одно: по направлению уклона слоя. При замере азимутов компас в горизонтальной плоскости ориентируется значением 0 на лимбе (осью Ю-С) по направлению, азимут которого надо взять. В этом случае отсчет значения азимута берется по северному концу магнитной стрелки. Азимут простирания слоя можно замерять по любому из направлений линии простирания. Значения будут отличаться на 180". В приведенном примере значение измеряемого азимута простирания равно 135°, а значение по противоположному направлению - 135° + 180° =315°. На это значение угла указывает южный конец магнитной стрелки. Азимут падения наклонного слоя всего лишь один. Его значение отличается от значений азимутов простирания на 90°. Азимут падения плоскости слоя по показанию компаса равен 225° (показание у северного конца магнитной стрелки). Это показание легко проверить по замеренным значениям азимутов простирания: 135° + 90° = 225°; 315° - 90° = 225°.

Замеряя азимуты наклонного слоя, мы рассекли его воображаемой горизонтальной плоскостью. Эту плоскость из воображаемой можно сделать реальной, подставив, например, к наклонному слою соответствующим образом плоскость полевого дневника. Обычно же геологи таким приемом не пользуются. Для того чтобы сориентировать прислоненный к плоскости слоя компас строго горизонтально, на нем существует уровень. При горизонтальном положении основания компаса пузырек воздуха на уровне располагается посередине.

2. Помимо азимутов, замеряется также угол падения слоя или любой другой наклонной плоскости. На рис. 1.5 изображено в вертикальном разрезе наклонное положение слоистой толщи.

Рис. 1.5. Замер угла падения слоя горным компасом

Разрез сделан перпендикулярно линии простирания слоистости (в крест простирания). Выше уже говорилось, что для замера вертикальных углов в горном компасе предусмотрено специальное устройство - клинометр (отвес). На приведенном рисунке с компаса сознательно удалены все элементы, которые не используются при замере вертикальных углов, и оставлен лишь клинометр со шкалой. При замере вертикальных углов магнитная стрелка компаса должна быть обязательно зажата с помощью специального винта (фиксатора).

Замеряя угол, компас ставят вертикально ребром длинной стороны основания, вблизи которой расположена шкала клинометра, на линию падения слоя. Отпустив фиксатор клинометра, отыскивают такое положение компаса, при котором отвес дает наибольшее значение угла. Это значение и будет углом падения слоя.

На приведенном рисунке видно, что при горизонтальном залегании слоев отвес клинометра показывает значение 0. Произведенные замеры элементов залегания специальным образом записывают в полевой дневник, привязав при этом точку замеров на местности к карте. При записи протираний и падений кроме азимута (в градусах) записывается также и четверть (румб), которой принадлежит значение горизонтального угла, в буквенном выражении (СВ, ЮВ, СЗ, ЮЗ). Полная запись замеров элементов залегания выглядит следующим образом (см. рис. 4.): Аз.пр. ЮВ 135, Аз.пад ЮЗ 225, 60. Обозначение градусов в записи не ставится, чтобы не спутать градус с нулем. Запись залегания плоскостных элементов часто дается в сокращенном виде: фиксируется лишь азимут падения и угол падения: Аз.пад ЮЗ 225, 60. Этих элементов достаточно дня того, чтобы сориентировать плоскость в пространстве. Полученные замеры наносят на карту с помощью специального значка в виде длинной черточки (), соответствующей положению простирания, и перпендикуляра к ней, отходящего от середины в виде более короткой черточки, указывающей направление падения. Угол падения обозначается цифрой у конца короткой черточки.