Файл: С.В. Гуков Разрывные нарушения на геологических картах и разрезах.pdf

странственную ориентировку и морфологию рудных тел. Разломообразование влияет на коллекторные свойства пород и может приводить к формированию ловушек и коллекторов нефти, газа, подземных вод. Развитие разломов имеет первостепенное значение при формировании рельефа, горообразовании.

В горном деле разломная тектоника создаёт значительные сложности при эксплуатации МПИ. Она во многом определяет инженерногеологические условия разработки угольных месторождений. Разломы осложняют проведение горно-эксплуатационных выработок, влияют на применение горных машин и механизированных комплексов. Разрывная тектоника должна учитываться при решении вопросов управления кровлей, вентиляции и водоотлива. На тектонически нарушенных шахтных полях усложняется планирование горных работ, удорожается проходка подготовительных и возникает необходимость проведения дополнительных горных выработок, а также увеличиваются общие потери угля в недрах и ухудшается его качество при добыче. Смещение по разлому разрабатываемого пласта может привести к неплановой остановке очистных работ.

Необходимо иметь в виду, что проявление разломов значительно ухудшает условия безопасного ведения горных работ. С разломами и зонами разломов связаны внезапные прорывы воды, выбросы газа, завалы, горные удары. Поэтому необходимо заблаговременно выявлять разломы, чтобы предотвратить или свести к минимуму их неблагоприятное влияние на производство и безопасность горных работ. К сожалению, разломы, особенно мелкие, не выявляются на стадии разведки месторождений. В связи с этим горному инженеру необходимо знать признаки, по которым можно выявлять и прогнозировать разрывные нарушения непосредственно в горной выработке. Признаки разрыв-

ных нарушений следующие.

1. Ясно выраженный сместитель, по которому смещаются пласты угля и пород. Поверхность сместителя обычно приполирована, имеет штрихи и борозды скольжения.

2. Изменение состояния угля и пород по мере продвижения горной выработки:

а) увеличение систем трещин, интенсивности трещиноватости; б) появление и усиление мелкой складчатости;

в) следы дробления – наличие глыб, обломков, перемятость, рыхлое сложение угля, пород;

г) проявление жильной минерализации.

3.Усиление горно-геологических процессов: рост водопритока, газовыделения, горного давления и т.п.

4.Забой выработки, проходимой по пласту, вошёл в породу.

5.Кровля или почва угольного пласта смещены относительно первоначального положения.

6.Резкое изменение состава пород кровли или почвы пласта.

ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Задание 1. Определить по геологическому разрезу морфологический тип разрывного нарушения; вычислить: истинную, горизонтальную и вертикальную амплитуды смещения по сместителю, если масштаб построения разреза – 1: 500; 1: 5000; 1: 50000. Варианты заданий приведены в прил. 2.

Задание 2. По фрагменту геологической карты определить морфологический тип разрывного нарушения, его возраст, построить геологический разрез по заданной линии. Варианты заданий приведены в прил. 3.

Задание 3. (Выполняется факультативно). Изобразить в плане и разрезе: 1) сброс, секущий моноклинально залегающие слои вкрест их простирания; 2) сброс, секущий моноклинально залегающие слои параллельно их простиранию и имеющий падение сместителя, несогласное падению нарушаемых им слоёв; 3) сброс, секущий синклинальную складку с горизонтальным шарниром вкрест простирания её оси; 4) горст в пологозалегающей моноклинальной толще; 5) ступенчатый взброс, секущий горизонтально залегающие породы; 6) грабен, образованный двумя сбросами, секущими брахиантиклинальную складку вкрест простирания её оси.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для выполнения всех заданий требуется обязательное знание стратиграфической шкалы Земли (см. прил. 1).

Задание № 1 не должно вызывать затруднений: необходимо знать определения различных типов разрывных нарушений и последовательно выполнить следующие операции:

1) определить направление и угол падения разлома или серии разломов;

2) выявить висячее крыло разлома и определить опущенным или приподнятым оно является;

3) если висячее крыло опущено, то разрывное нарушение на разрезе может быть сбросом, грабеном или горстом; если же висячее крыло приподнято, то разрывное нарушение на разрезе может быть взбросом, надвигом, грабеном или горстом. Сдвиги по разрезу определяются по отсутствию приподнятого и опущенного крыльев разлома, т.е. по отсутствию вертикальных смещений по сместителю. Раздвиги определяются по горизонтальному отходу стенок сместителя;

4)амплитуды смещения вычислить согласно рис.1 и с учётом масштаба построения разреза;

5)письменно обосновать ответ.

Задание № 2 более сложное. Его выполнение требует знаний и навыков, полученных на предыдущих лабораторных работах, и последовательного выполнения следующих операций:

1) установить условия залегания слоёв вблизи разлома – горизонтальное, моноклинальное, складчатое, тип складки, особенности рельефа;

2)установить элементы залегания сместителя;

3)определить, не сдвиг ли это;

4)если не сдвиг, то определить приподнятое и относительно опущенное крылья разрыва;

5)учитывая направление и угол падения сместителя, определить морфологический тип разрыва;

6)определить положение разлома в плане относительно простирания слоёв, осей складок (продольный, поперечный или диагональный разлом);

7)определить возраст разлома;

8)построить геологический разрез;

9)письменно обосновать ответ.

Методические указания по выполнению задания № 2 приведены ниже.

МЕТОДИКА АНАЛИЗА КАРТ И ПОСТРОЕНИЯ РАЗРЕЗОВ С РАЗРЫВНЫМИ НАРУШЕНИЯМИ

1. Условия залегания слоёв вблизи разлома устанавливаются согласно методическим указаниям предыдущих лабораторных работ.

2. Элементы залегания сместителя. На геологической карте разрывы изображают жирной чёрной (ранее изображали красной) линией.

Эту линию называют проекцией линии тектонического нарушения.

Её получают путём проектирования на карту (т.е. на горизонтальную плоскость) соответствующей линии на местности. Поэтому проекция

линии тектонического нарушения на карте может быть прямой или извилистой. Это зависит от угла наклона сместителя и рельефа (рис.8).

Рис. 8. Формы линий разрывных нарушений в рельефе

Если поверхность сместителя вертикальная и плоская, то раз-

лом на карте изобразится прямой линией. Её форма в этом случае не зависит от рельефа, а ориентировка определяется азимутом простирания сместителя. Если азимут простирания сместителя изменяется, то ориентировка линии нарушения также изменяется.

Если поверхность сместителя наклонная, то линия тектониче-

ского нарушения будет прямой лишь при горизонтальном рельефе, а при расчленённом рельефе разлом на карте изобразится извилистой линией.

Направление и угол падения сместителя разрыва на карте обо-

значают штрихом (реже стрелкой), направленной в сторону падения, и цифрой, равной углу падения. Если условного штрихового знака не имеется, то направление и угол падения сместителя по карте устанавливают по аналогии с определением элементов залегания наклонного пласта – по направлению изгибов линии нарушения. В общем случае изгибы линии нарушения на участках пониженного рельефа (долины рек, овраги) отклоняются в сторону падения сместителя (рис.9). Чем положе сместитель, тем большую извилину образует линия тектонического нарушения.

Рис. 9. Определение типа разрывного

смещения по направлению изгиба линии разрыва в понижениях рельефа и по относительному возрасту пород на боках.

Штрих – направление наклона сместителя;

(+) – поднятое, (-) – опущенное крылья у сброса (а) и взброса (б)

3. Сдвиги по карте однозначно устанавливаются лишь при пересечении разломом складок или пластов, даек с различными углами падения. Сдвиги на карте проявляются в смещении по линии разлома осевых линий и частей складок, но без изменения их ширины (рис.10,а). Поэтому у сдвигов мысленное обратное перемещение в го-

ризонтальном направлении крыльев сместителя в положение, существовавшее до возникновения разрыва, приводит к тому, что части нарушенных

складок по обе стороны от сместителя сходятся и складка восстанавливается как целая. В случае взброса и сброса мысленное перемещение крыльев сместителя в горизонтальном направлении не позволяет восстановить форму складки, существовавшую до возникновения разрыва

(рис.10,б).

4. Для определения по карте относительно приподнятого и относительно опущенного крыльев разлома используют три спосо-

ба. Первый способ. Следует сравнить возраст пород обнажающихся на поверхности по обе стороны (в разных крыльях разлома) от сместителя. В общем случае, относительно приподнятое крыло разлома на карте (на поверхности) сложено более древними породами, чем соседнее опущенное. Это происходит в результате смещения крыльев по сместителю и последующей денудации, которая срезает выступающую часть приподнятого крыла (рис.11).

Рис.11. Совмещение разновозрастных пород вдоль сместителя при вертикальных движениях по разлому. Поднятое крыло на поверхности сложено более древними породами: а – до смещения; б – после смещения (взброс); в – после денудации выступающей части поднятого крыла разлома

Второй способ. По "правилу пяти П – Поднятый Пласт Пере-

мещается По Падению". Действительно (рис.12,13), при денудации

приподнятого крыла разлома на поверхности этого крыла маркирующий пласт будет обнажаться в стороне от своего продолжения на опущенном крыле. Создаётся впечатление, что пласт сдвинут по линии разлома в направлении своего падения, хотя перемещение блоков происходило в вертикальном, а не в горизонтальном направлении. Величина видимого смещения зависит от угла падения слоя: чем круче наклон, тем меньше видимое смещение.

Рис. 12. Перемещение маркирующего слоя (чёрное) по "правилу пяти П". На поверх-

ности поднятого блока видимое смещение слоя происходит в направлении его падения. а – до смещения; б – после перемещения и денудации выступающей части поднятого крыла

Третий способ. В случае пересечения разломом складки определение относительно опущенного и приподнятого крыльев разлома упрощается. В этом случае сравнивают конфигурацию смещённых частей складки. В антиклинальных складках опущенная по сместителю часть складки будет более узкой, чем приподнятая денудированная часть, т.е. в опущенной части складки расстояния между одинаковыми слоями на крыльях складки будут меньше, чем в приподнятой (рис.10; 13,а). В синклинальных складках, наоборот, опущенная по сместителю часть складки будет более широкой, чем приподнятая денудированная часть (рис.13,б). При сбросах и взросах, т.е. при строго вертикальных смещениях по сместителю, не происходит смещение осевых линий прямых складок при переходе с одного крыла разлома на другой; этим они отличаются от сдвигов (рис.10,а, б).

Рис. 13. Блок-диаграммы, объясняющие различия между поднятыми (плюсы) и опущенными (минусы) блоками вертикальных сбросов, пересекающих антиклинальную ( Ia, IIa ) и синклинальную ( Iб, IIб ) складки

5.Сброс от взброса и надвига отличается направлением наклона сместителя. Если сместитель падает в сторону опущенного крыла, то это сброс, а если в сторону приподнятого крыла, то это взброс или надвиг (рис.2). Взброс от надвига отличается углом наклона сместителя; у надвига угол наклона менее 45º. При проявлении взбросов и сбросов геологическое строение крыльев разлома на поверхности обычно резко отличается.

Обратите внимание. Обычно смещение крыльев в разрывах происходит не строго вертикально или горизонтально по поверхности сместителя, а косо по отношению к горизонту. В этом случае в разрывах проявляется как сбросовая или взбросовая составляющая смещения, так и сдвиговая составляющая. Такие разрывы называются сбро-

со-сдвигами, взбросо-сдвигами, сдвиго-сбросами или сдвиго-

взбросами. В складчатых формах по карте их определяют по одновременному смещению осей складок и изменению ширины ядер складок на смежных боках разлома (рис.10,в).

Грабены простые и сложные на карте можно узнать по опущенному центральному блоку, сложенному на поверхности более молодыми породами и ограниченному двумя разрывами или их серией. Ограничивающие разломы представлены сбросами или взбросами.

Горсты простые и сложные на карте можно узнать по поднятому центральному блоку, сложенному на поверхности более древними породами и ограниченному двумя разрывами или их серией. Ограничивающие разломы представлены сбросами или взбросами.

6.Для определения возраста разрывного нарушения, если оно постседиментационное, необходимо установить: какого возраста породы нарушаются разрывом и породы какого возраста не нарушены и перекрывают разрывное нарушение. Руководствуются правилом: то,

что пересекает, моложе того, что пересекается. При этом нижней возрастной границей разрыва будет возраст самых молодых нару-

шенных пород, а верхней возрастной границей разрыва – возраст самых древних из ненарушенных пород. Обычно ненарушенные породы залегают на нарушенных породах с угловым несогласием, и линия разрыва уходит под поверхность углового несогласия. Если породы, перекрывающие разрыв, отсутствуют, то определяют только нижнюю возрастную границу разрыва или используют с соседних участков карты.

При определении возраста разрыва необходимо иметь в виду, что иногда на карте разрыв может прослеживаться только в какой-то одной

части складки (например в ядре антиклинали, сложенном наиболее древними породами). В этом случае необходимо понимать, что разрыв рвёт складку в целом, ибо произошёл после того, как эта складка сформировалась. Значит, такой разрыв моложе самого молодого слоя, слагающего складку или входящего в свиту наклонно залегающих слоёв (если складка непосредственно не обнаруживается).

а

б

Рис. 14. Пример определения возраста разлома:

а– фрагмент карты; б – разрез по линии АБ

Вслучае нескольких пересекающих друг друга разломов более древним является тот, линия сместителя которого перемещена по линии сместителя другого разлома.

Для примера рассмотрим фрагмент геологической карты и разрез (рис.14). Отложения нижней перми (Р1) и каменноугольной системы (С) смяты в сжатые складки. Они нарушены сбросом. Северное продолжение сброса скрыто под несогласно залегающими нижнеюрскими (J1) отложениями. Юрские отложения сбросом не затронуты (не нарушены). Исходя из анализа карты, можно полагать, что разлом образовался позднее ранней перми (Р1) (это нижняя возрастная граница), но раньше ранней юры (J1) (это верхняя возрастная граница). Таким образом, возраст сброса определяется как Р2–Т3, т.е. 260–190 млн лет назад. Этот интервал составляет 70 млн лет, но более точная датировка в данном случае не возможна.

7. При построении геологических разрезов с разрывными на-

рушениями руководствуются теми же общими правилами, что и при построении разрезов наклонных слоёв и складок.

Вначале необходимо прочитать геологическую карту: опреде-

лить самые древние породы и стратиграфическую последовательность остальных пород до самых молодых отложений, отметить наличие перерывов в осадконакоплении; выделить участки с горизонтальным, моноклинальным, складчатым залеганием слоёв, распространения магматических пород, разрывных нарушений; определить тип складок и разломов.

После прочтения карты строится топографический профиль, на который выносятся границы слоёв, сместителей, и строится разрез.

Обратите внимание. При построении разреза с разрывными нарушениями на разрез, прежде всего, наносят линии сместителей (до показа залегания слоёв). Сместители показывают более толстой линией, чем границы слоёв. Сместители наносят на разрез в соответствии с его направлением и углом падения. Если направление падения линии сместителя неизвестно, её проводят условно вертикально. После того, как разрывы показаны, разрез условно разделился на отдельные участки, в пределах которых разрез строится автономно, без связи со смежными участками. Автономность построения позволяет точно определить амплитуду смещения по разлому (рис.15).

Рис. 15. Фрагмент геологической карты (а) и геологический разрез по линии АБ (б) района, сложенного горизонтально и наклонно залегающими слоями, нарушенными разломами