Формы залегания осадочных горных пород

ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОЛОГИИ

ГЕОЛОГИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Геология изучает историю возникновения, состав и строение Земли, а также историю зарождения и развития жизни на ней.

Ученые предполагают, что Земля состоит из нескольких оболочек: наружной, или литосферы (до глубины 5—70 км); промежуточной, или мантии (до глубины 2850—2900 км), и ядра (на глубине 2900—6380 км). Все оболочки имеют различный химический состав, физическое состояние и свойства.

Литосфера, называемая земной корой, изучена человеком лучше других оболочек Земля. Состав и строение мантии и ядра окончательно еще не выяснены.

Над литосферой располагается водная оболочка, или гидросфера, покрывающая 71% всей поверхности Земли, и воздушная оболочка, или атмосфера. Нижняя граница атмосферы — поверхность суши и моря. Верхняя граница атмосферы не определена. По данным некоторых исследователей, мощность слоев атмосферы доходит до 1000 км.

§ 1_. Состав земной коры

Земная кора сложена горными породами, состоящими из минералов.

Минералами называются природные вещества, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам — продукты физико-химических процессов, совершаемых в земной коре,

Горные породы, — агрегаты минералов более или менее постоянного состава, которые образуют самостоятельные тела, слагающие земную кору.

Горные породы по происхождению подразделяют на изверженные (магматические) и метаморфические (видоизмененные).

Изверженные горные породы образовались в результате застывания на поверхности или в недрах земной коры силикатного расплава, называемого магмой.

Большинство изверженных пород имеет кристаллическое строение. По своим физическим свойствам они представляют плотные, большей частью очень крепкие однородные массивы.

Типичными представителями изверженных пород являются базальты, граниты. Животных и растительных остатков эти порода не содержат.

Осадочные горные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности материков. Мельчайшие кусочки раздробленных водой или ветром изверженных пород, а также остатки животных и растительных организмов, осаждаясь, постепенно образовывали слои и пласты.

Осадочные горные породы по способу образования разделяют на четыре группы: обломочные породы (механические осадки), а также породы химического, органического и смешанного происхождения.

Обломочные породы образовались в результате разрушения, переноса и отложения мелких кусочков разрушенных пород. Типичными представителями обломочных пород являются валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины, аргиллиты и глинистые сланцы.

Породы химического происхожденияобразовались вследствие выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций, происходящих в земной коре. Они разбиты на следующие группы: карбонатные, кремнистые, железистые, галоидные соли, сернокислые соли.

К карбонатным породам относятся известняки химического происхождения, оолитовые известняки, известковые туфы, доломиты. Представителями кремнистых пород являются кремнистые туфы, образующиеся путем выпадения аморфного кремнезема из воды горячих источников. Группу железистых пород образуют различные руды железа (бурые железняки, железистые оолиты). К галоидным солям относится каменная соль. Ангидрит и гипс составляют группы сернокислых солей.

Породы органического происхождения являются в большей или меньшей степени остатками животных и растительных организмов. Наиболее распространенные органогенные породы: известняки, мел, трепел и каустобиолиты.

Породы смешанного происхождения сложены из материала обломочного, органического и химического происхождения. К этим породам относятся мергели, глинистые известняки, песчаные известняки, опоки.

Метаморфические горные породы образовались из осадочных и изверженных пород при погружении последних на некоторую глубину в толщу земной коры. Так, под влиянием высокой температуры и давления изверженные непластичные породы превращаются в сланцеватые, а осадочные породы приобретают кристаллическую структуру. В результате горные породы, претерпевая значительные изменения, приобретают новые свойства.

Особенностью пород этой группы является их сланцеватость, которая объясняется колоссальными давлениями в недрах земной коры и их кристаллической структурой.

Возраст горных пород

Определение возраста горных пород основано на изучении последовательности образования напластований в земной коре. На основании данных об органических остатках, составе, строении и расположении пластов относительно друг друга в вертикальном и горизонтальном направлениях учеными составлена единая, так называемая стратиграфическая шкала, отражающая главнейшие историко-геологические закономерности в развитии земной коры. Кроме того, разработана геохронологическая таблица, показывающая расположение в определенной последовательности условных отрезков времени, на которые делится история Земли. Все подразделения геохронологической таблицы характеризуются ископаемыми остатками животных и растительных организмов. Однако в горных породах Архейской и Протерозойской эр такие остатки обнаруживаются очень редко, что не позволяет четко подразделить эти эры на периоды.

Формы залегания осадочных горных пород

Характерным признаком осадочных горных пород является их слоистость, т. е. свойство располагаться параллельными или почти параллельными слоями, отличающимися друг от друга составом, структурой, твердостью и окраской слагающих их пород. В толще осадочных горных пород каждый слой (или пласт) отделен от другого поверхностью напластования. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой; поверхность, ограничивающая его сверху, — кровлей. Следовательно, кровля нижележащего слоя является одновременно подошвой покрывающего слоя.

Первичной формой залегания осадочных горных пород является горизонтально лежащий пласт, сложенный однородными породами и ограниченный более или менее параллельными напластованиями пород в кровле и подошве. Однако в результате движения земной коры первичная горизонтальная форма залегания осадочных горных пород может быть нарушена, вследствие чего пласт принимает любое наклонное положение.

Наклоннозалегающий пласт характеризуется истинной, горизонтальной и вертикальной мощностями.

Истинной мощностью называется длина перпендикуляра, опущенного из любой точки кровли пласта до его подошвы (АС на рис. 1). Горизонтальная мощность определяется расстоянием по горизонтали от любой точки кровли до подошвы пласта (АБ на рис. 1). Вертикальная мощность — расстояние по вертикали от любой точки кровли до подошвы пласта (АД на рис. 1).

Антиклиналь

Синклиналь

Рис. 1. Полная складка

Движения земной коры, происходящие под влиянием глубинных процессов внутри Земли, могут быть колебательными, складчатыми и разрывными. Первые два из названных видов движения земной коры вызывают пластическое нарушение пластов горных пород, а третий вид — разломы пластов горных пород.

К колебательным движениям относятся такие движения, которые вызывают вертикальные перемещения (поднятия и опускания) отдельных участков земной коры друг относительно друга. Движения этого вида происходят с момента образования Земли, наблюдаются они и в настоящее время. Результатом колебательных движений является нарушение горизонтального положения пластов осадочных горных пород с образованием очень пологих прогибов (синеклизов) и вздутий (антеклизов). Как правило, антеклизы и синеклизы нарушаются вздутиями и прогибами меньших масштабов. Образованные при этих нарушениях новые структуры называют локальными.

Складчатые движения, вызывающие, как и колебательные движения, пластическое нарушение пластов горных пород, приводят к образованию складок. При рассмотрении складки земной коры в разрезе видно, что пласты в ней изогнуты волнообразно (см. рис. 1). Складка, в ядре которой находятся более молодые пласты, чем по краям, называется синклиналью. Она обычно бывает обращена изгибом вниз, и пласты на крыльях ее падают навстречу друг другу. Складка, в ядре которой находятся более древние пласты, чем по краям, называется антиклиналью. Она обращена изгибом вверх; пласты падают от нее в обе стороны. Соседние антиклиналь и синклиналь в совокупности образуют полную складку. Встретить в природе только одну полную складку почти невозможно. Как правило, за одной складкой следует вторая, за второй третья и т. д.

Складка имеет следующие основные элементы (рис. 2):

1) крылья А — боковые части складки (в синклиналях они называются бортами);

2) замок Б — линия перегиба, соединяющая между собой крылья (борта); замковая часть антиклинали называется седлом, синклинали — мульдой;

3) осевая плоскость СDЕF — воображаемая плоскость, разделяющая складку пополам;

4) ось СF — след на плане осевой плоскости;

5) угол складки МDN

Таким образом, в полной складке нисходящие крылья антиклинали представляют собой восходящие крылья синклинали.

В зависимости от положения осевой плоскости в пространстве и характера падения крыльев складка может иметь различные формы. Если оба крыла имеют одинаковый угол падения, складка называется прямой (рис. 3, а). Однако строение антиклинали и синклинали не всегда бывает симметричным, т. е. не всегда крылья пласта имеют одинаковые углы-падения.

Если угол падения одного крыла больше угла падения другого, то такая складка называется косой (рис. 3, б). У опрокинутой складки седло перекинуто за одно из ее крыльев (рис. 3, в). Складка, у которой крылья расположены горизонтально, называется лежачей (рис. 3, г).

В природе часто встречаются однокрылые складки, называемые моноклиналью, или флексурой, которые возникли в результате подъема или опускания пласта с одной стороны.

Разнообразие форм складок объясняется различным приложением сил к пластам горных пород, подверженных складчатому движению.

Для определения положения складки по отношению к странам света необходимо знать положение линий простирания и падения.

Линией простирания называется линия пересечения горизонтальной плоскости с крылом складки. Линия, лежащая на крыле складки перпендикулярно линии простирания, называется линией падения складки.

а б

в г

Рис. 3 Виды складок

Разрывные движения, являющиеся следствием колебательных и складчатых видов движения, приводят к необратимому процессу образования складок разрывных форм. При разрывных движениях происходит изменение горизонтальной или складчатой формы залегания горных пород в результате интенсивного воздействия на последние внутренних сил Земли. При образовании складок пласты часто не выдерживают напряжения и разрываются. При этом образуются трещины, по которым пласты могут сместиться относительно друг друга.

Помимо трещин к разрывным нарушениям относят сбросы, взбросы, сдвиги, надвиги.

Нарушение, при котором одна часть складки опускается, а другая остается на прежнем месте, называется сбросом. Если одна часть складки поднимается, а другая остается на прежнем месте, то образуется взброс.

При разрывных движениях особенно часто разрушаются сводовые части антиклиналей. Если сводовая часть антиклинали оказывается приподнятой по отношению к опущенным крыльям, то такая структура называется горстом. Структура, в которой сводовая часть антиклинали по отношению к неподвижным крыльям опущена, называется грабеном.

Если же при разрыве пласта перемещение происходит не по вертикали, как при образовании сброса и взброса, а в горизонтальном направлении, то образуется сдвиг.

Часто наблюдаются сочетания сбросов и сдвигов — сбросо-сдвиги.

Платформа– основная тектоническая единица земной коры, подвергающаяся колебательным движениям с относительно небольшой амплитудой и потерявшая в связи с этим способность к резкому изменению своей первоначальной структуры.

Геосинклиналь представляет собой наиболее подвижный участок земной коры, сложенный мощными толщами (до нескольких тысяч метров) осадочных горных пород. В развитии геосинклинали различают две стадии: первая — геосинклиналь представляет собой преимущественно морской бассейн с интенсивно прогибающимся дном, на котором накапливаются мощные толщи осадочных пород и вулканических лав; вторая — геосинклиналь вследствие интенсивного поднятия земной коры превращается в складчатую систему, а затем и в горы (например, Урал, Кавказ, Крым, Карпаты). Геосинклинали существуют и развиваются и в наше время. В качестве примера развивающейся геосинклинали можно привести часть Тихого океана с грядами Курильских островов.