Графические модели – основа для выделения, изучения и анализа геологических формаций

Геологическая формация представляет собой ассоциацию горных пород, образующую в земной коре трехмерное геологическое тело (формационную залежь) достаточно крупных размеров. Мощности осадочных формаций изменяются от первых метров до сотен и тысяч метров, площади распространения тел нередко измеряются многими тысячамси квадратных километров. Также велики размеры тел магматических и метаморфических формформаций. В одиночном обнажении геолог наблюдает только небольшой фрагмент тела геологической формации в двухмерном пространстве. Величина формационного тела как объекта наблюдений оказывается необозримой для исследователя без многократного уменьшения. В этом состоит принципиальное отличие объектов формационного уровня от объектов, изучаемых минералогией и петрографией.

Минералог и петрограф свои объекты изучает при их увеличении под микроскопом. Специалист по формациям вынужден изучать формации на уменьшенных моделях. Такими уменьшенными моделями являются, прежде всего, карты формаций, колонки, профильные разрезы, блок-диаграммы. Некоторые параметры формаций можно также представить в форме цифровых моделей.

Геологическая формация изучается всеми доступными геологическими методами в отдельных обнажениях и по скважинам. Результаты исследования наносят на карты и на разрезы. Только карта совместно с разрезом позволяет охарактеризовать формацию как трехмерное геологическое тело и показать ее соотношение со смежными по вертикали и горизонтали телами геологических формаций.

Обобщение материалов при картографировании формационных тел и нанесение их на профильные разрезы требуют два типа условных знаков — для изображения пород, составляющих формации, и для изображения самих формаций. Для изображения горных пород система знаков предлагается существующими инструкциями, для формаций необходимо специально разработать знаки. Рассмотрим содержание формационных колонок, профильных разрезов и формационных карт.

Формационные колонки и разрезы. Формационные колонки и профильные разрезы бывают двух типов: с изображением пород и их сочетаний в разрезе и с изображением формаций как обособленных тел.

В первом случае это обычные литолого-стратиграфические колонки, петрографические разрезы, литолого-фациальные профили с детальным обозначением всех разностей горных пород, их генетических признаков и взаимоотношений по вертикали и латерали. Вертикальный масштаб колонки выбирается в соответствии с возможностью изображения слоев горных пород, составляющих ассоциации. Обычно это масштаб от 1:100 и 1:1000, иногда мельче. Колонка позволяет изучать изменение состава и строения толщ по вертикали и выделять формации в частных разрезах, отделять формацию от вышележащей и нижележащей. Для наглядного изображения внутреннего сложения толщи, при выделении каждой разновидности горных пород, строят колонку разной ширины. В результате один из краев колонки приобретает ступенчатый вид. Чем крупнее зернистость обломочной породы, тем, обычно, больше ширина колонки.

Формационные профильные разрезы составляются путем обобщения данных, изображенных на колонках и сведения на один лист колонок, расположенных на одной линии. При составлении разреза важно выбрать «нулевую» линию, от которой вверх и вниз отстраиваются мощности слоев. В качестве таковой может быть принята кровля или подошва одной из формаций или какой-либо маркер внутри толщи. Формационные разрезы позволяют провести границы по латерали - оконтурить формационное тело, выделить зоны внутри него, изучить связи со смежными формациями.

Вертикальный масштаб профильных разрезов должен позволить изобразить элементарные наборы слоев, ритмы. Горизонтальный масштаб зависит от размеров формационных тел. Он выбирается кратным масштабу карты.

Наглядное изображение внутреннего строения и состава толщ облегчает проведение границ со смежными формациями. Для изображения разностей пород, слагающих толщи (комплексы), используются общепринятые для горных пород условные обозначения (см. инструкции по оформлению и подготовке к изданию геологических карт), позволяющие показать типы пород, образующих ассоциации. При необходимости эти значки можно видоизменить для показа разновидностей пород, слагающих формации.

Например, общепринятый для песков и песчаников знак «точка» можно усложнить, показав над точкой сверху маленькую дужку при изображении граувакковых песчаников, перечеркнуть точку коротким штрихом — при изображении кварцевых песчаников, крестиком — аркозовых и т. п.

Также составляются формационные колонки и профильные разрезы на которых условными знаками изображены формации (не породы!). Формационные колонки служат для изображения вертикальной последовательности (вертикального ряда) формаций данного участка земной коры. На профильных формационных разрезах показывают латеральные ряды формаций и взаимоотношение одновозрастых формационных тел (рис.4).

Формационные карты — карты с обозначенными на них границами формаций. Обычно основой для них являются геологические, литологические или петрографические карты.

Наиболее широко распространены карты формаций, составленные по образцу литолого-фациальных карт для интервала времени, соответствующего одной или двум формациям (один-два яруса, отдел). На таких картах показывают: площади распространения формаций, их состав и строение, мощность, внутреннюю зональность, взаимоотношение с покрывающими и подстилающими формациями, скопления полезных ископаемых. Цвет на карте можно использовать для изображения типов строения парагенезисов, штриховые изображения — для характеристики состава. Взаимоотношение с подстилающими и покрывающими формациями показывают на колонках, сопровождающих карту. Если выбранному возрастному интервалу на каком-либо участке площади карты соответствуют две формации, они обозначаются чередованием полос соответствующих знаков. Подобные карты удобно составлять для районов пологого или горизонтального залегания формаций.

Второй тип карт — геологические карты с нанесенными на них границами формаций. При сохранении стратиграфических индексов геологической основы цветовую раскраску целесообразно использовать для обозначения принадлежности формации к определенной группе по веществу (известняковой, терригенной, вулканогенной) или строению (флишевой, неслоистой). Штриховыми знаками обозначаются виды формаций.

Мощности формаций удается показать цифрой на карте или комбинациями условных знаков ее состава. Взаимоотношение с покрывающими и подстилающими формациями наглядно изображается на карте. Такого типа карты составляются для районов крутого залегания слоистых толщ.

Формационные карты являются геологической основой для тектонических, палеотектонических, палеогеодинамических палеогеографических, прогнозно-металлогенических карт, карт гидрогеологического и инженерно-геологического районирования.

На формационных картах изображаются отдельные формации и их части, группы формаций, выделенные по вещественному составу или строению; ассоциации (комплексы) формаций. Степень обобщения формационных подразделений зависит от масштаба карты, степени изученности разреза, задач исследования.

Табличное изображение формаций. При описании слоистых толщ (осадочных, вулканогенных) и выделении в разрезе геологических формаций их документацию удобно отображать в виде таблицы—матрицы. Вертикальные графы таблицы соответствуют числу разностей пород, наблюдаемых в разрезе. Последовательно описывая разрез слой за слоем, против № слоя записывается его мощность в соответствующей вертикальной колонке. Предварительно в полевом журнале дается развернутая характеристика всех разностей пород.

Предлагается следующая форма таблицы. Вертикальные графы слева направо: № обнажения, индекс стратиграфического подразделения, № слоя, мощности слоев разностей горных пород (А, Б, В, Г, Д и т.д. по числу разностей), № образца, № ритма (циклита), мощность ритма (циклита), примечание, наименование ассоциации.

Название пород в вертикальных графах следует располагать слева направо по мере уменьшения их гранулометрического состава (для обломочных), увеличения растворимости (для хемогенных) и т. д., чтобы выдерживалась определенная закономерность. Смещение записи с левой в правую часть таблицы (или наоборот) свидетельствует о существенном изменении состава толщи. Изменение значений мощностей слоев или циклитов на порядок подчеркивает смену структуры толщи. Границы ассоциаций горных пород обычно без затруднений определяются по таблице. Цифровые данные таблицы легко использовать для машинной обработки.