Лекция 10. Пликативные дислокации. Складчатое залегание слоев. Изображение складок на картах, аэроснимках и разрезах

Пример 4

Пример 2

Рис. 7.

На рис. 7 изображен тот же многопредельный вольтметр при другом положении переключателя пределов измерений. Вычислить абсолютную и относительную погрешности определения напряжения.

Номинальное значение напряжения 150 В.

Цена деления данного предела измерения Ц_Д = 150 В / 150 дел. =
1 В/дел.

Измеренное значение напряжения U _ИЗМ = 1 В/дел.×150 дел. =
150 В.

Абсолютная погрешность измерения D U = = 0,75 (В).

Относительная погрешность измерения g₀ = = 0,5%.

Таким образом, выбор наиболее подходящего предела измерения приводит к уменьшению как абсолютной, так и относительной погрешности.

Масштабные измерительные преобразователи (МИП)

При необходимости измерения токов и напряжений, превышающих верхний предел измерения используемого прибора, используются МИПы.

Для приборов постоянного тока в качестве МИП используются шунты и добавочные сопротивления. Для приборов переменного тока – добавочные резисторы (для напряжений до 30 кВ и частот от 10 Гц до 20 кГц) и измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Расчет шунта к амперметру

При измерении тока амперметр включается последовательно с нагрузкой. Если амперметром требуется измерить ток, превышающий верхний предел измерения, то параллельно амперметру включается шунт с сопротивлением R _Ш (рис. 8). Шунт представляет собой толстую константановую или манганиновую пластину. Применение этих сплавов для изготовления шунтов связано с тем, что их сопротивление слабо зависит от температуры.

Рис. 8.

На рис. 8 показана схема подключения шунта R _Ш к амперметру. R _А – внутреннее сопротивление амперметра, которое мало по сравнению с сопротивлением нагрузки R _Н для того, чтобы включение амперметра последовательно с нагрузкой не приводило к существенным изменениям тока в цепи нагрузки. I – ток через сопротивление нагрузки R _Н; I _Ш – ток через шунт с сопротивлением R _Ш; I _А – ток через амперметр с сопротивлением R _А.

По первому правилу Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:

I = I _А + I _Ш

и, следовательно,

I _Ш = I – I _А.

Падение напряжения между точками а и b:

U_аb = I _А· R _А = I _Ш· R _Ш.

Таким образом, для того, чтобы с помощью данного амперметра измерить ток I, сопротивление шунта должно быть

R Ш = ,

(8)

где I / I_A = n – коэффициент шунтирования, показывающий, во сколько раз расширяется предел измерения амперметра при подключении шунта.

Фактический ток в цепи определяется произведением показаний прибора и множителя n.

Рис. 9.

Реальный шунт (рис. 9) должен иметь четыре контакта: к двум из них подключается прибор, а к двум другим – соединительные провода электрической цепи.

Пример 3.

Рассчитать шунт к миллиамперметру на 10 m А с внутренним сопротивлением 500 Ом, если надо измерить ток 10 А.

Воспользуемся формулой (8):

Расчет добавочного сопротивления к вольтметру

Для измерения напряжения вольтметр включается параллельно с нагрузкой. Если вольтметром требуется измерить напряжение, превышающее верхний предел измерения, то последовательно вольтметру включают добавочное сопротивление R _Д.

Рис. 10.

На рис. 10 показана схема подключения добавочного сопротивления R _Д к вольтметру. R _V – внутреннее сопротивление вольтметра. Оно должно быть большим по сравнению с сопротивлением нагрузки R _Н для того, чтобы включение вольтметра параллельно нагрузке не приводило к существенным изменениям напряжения на нагрузке. U _ИЗМ – измеряемое напряжение; U _НОМ – предел измерения вольтметра.

Ток, текущий через вольтметр:

,

следовательно, добавочное сопротивление должно быть

.

(9)

Рассчитать добавочное сопротивление к вольтметру на 100 В для измерения напряжения 300 В. Внутреннее сопротивление вольтметра R _V = 3000 Ом.

.

Добавочные сопротивления могут служить и для преобразования рода измеряемой величины (напряжения в ток и наоборот). Рассмотрим, как измерить напряжение с помощью амперметра. Для этого последовательно с амперметром включается большое сопротивление R _Д (рис. 11).

Рис. 11.

Неизвестное напряжение U _X = I _А·(R _Д + R _А), где R _А – внутреннее сопротивление амперметра. Если величины внутреннего и добавочного сопротивлений известны, то, измеряя ток с помощью амперметра, легко вычислить искомое напряжение.

Ваттметр

Для измерения мощности в цепи постоянного тока не требуется специального прибора. Мощность в цепи постоянного тока может быть определена, если известны показания вольтметра и амперметра, т.е. напряжение и ток, и вычислена простым перемножением этих величин:

P = U · I.

В цепи переменного тока мощность зависит не только от величин напряжения и тока, но и от сдвига фаз между ними (подробнее см. раздел «Мощность переменного тока»):

P = U · I ·cosφ.

Поэтому для измерения мощности в цепях переменного тока необходим специальный прибор – ваттметр.

Ваттметр электродинамической системы имеет две катушки (сопротивление катушек малó): неподвижную («токовую») К₁, включаемую последовательно нагрузке, и подвижную («вольтовую») К₂, включаемую параллельно нагрузке. В цепь подвижной катушки включается добавочное сопротивление R _Д. Сопротивление R _Д должно быть большим по величине для того, чтобы ток через цепь, содержащую это сопротивление, был незначительным по сравнению с током нагрузки. То есть сопротивление «вольтовой» цепи должно быть большим, как у всякого вольтметра.

Рис. 12.

Схема включения ваттметра (рис. 12): К₁ – неподвижная («токовая») катушка («цепь тока»); К₂ – подвижная («вольтовая») катушка («цепь напряжения»); R _H – сопротивление нагрузки; R _Д – добавочное сопротивление в цепи подвижной катушки.

Как видно из схемы, через неподвижную катушку проходит тот же ток, что и через сопротивление нагрузки (I ₁(t)), а через подвижную протекает ток, пропорциональный напряжению на нагрузке. Таким образом, мгновенное значение тока неподвижной катушки равно току нагрузки, а ток подвижной катушки пропорционален напряжению на нагрузке и должен совпадать с ним по фазе. Чтобы ток совпадал по фазе с напряжением, добавочное сопротивление R _Д должно быть безиндуктивным, т.е. чисто активным сопротивлением. Величина этого сопротивления должна быть много больше индуктивного сопротивления катушки К₂. В таком случае можно считать все сопротивление цепи напряжения активным и ток I ₂(t) в подвижной катушке будет равен

,

(10)

где U ₀ – амплитуда напряжения на нагрузке, w – частота переменного тока, j – сдвиг фаз между током и напряжением на нагрузке. Как уже было отмечено выше, сдвиг фаз между током в подвижной и неподвижной катушках будет равен сдвигу фаз между током и напряжением на нагрузочном сопротивлении только в том случае, когда сопротивление «вольтовой» цепи ваттметра можно считать активным.

Согласно закону Ампера, сила, действующая на элемент тока со стороны другого элемента тока, пропорциональна величине каждого из элементов тока. Следовательно, мгновенный вращающий момент M (t), действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению токов в подвижной и неподвижной катушках:

M (t) = с· I 1(t)· I 2(t),

(11)

где с – константа пропорциональности.

Подставляя в формулу (11) выражение для тока в подвижной катушке (10), получаем:

.

(12)

Усредняя M (t) за период Т, находим:

.

(13)

Таким образом, вращающий момент, действующий на подвижную катушку, и, следовательно, угол ее поворота, пропорционален средней мощности в цепи переменного тока.

Реальный ваттметр имеет 4 клеммы, на принципиальной схеме они обозначены буквами A, B, C и D. При включении ваттметра в цепь переменного тока, на вращающий момент не влияет одновременное изменение направления тока в обеих катушках, но если поменять направление тока только в одной катушке, то направление вращающего момента изменится на 180°. Для предотвращения неправильного включения ваттметра клеммы, соответствующие относительным «началам» каждой катушки, отмечены звездочкой (*). Эти клеммы называют генераторными. Стрéлка ваттметра отклоняется в нужную сторону, если обе эти клеммы присоединены к одному полюсу источника. Обычно эти клеммы уже соединены вместе проводом (A и B). Клеммы A и D подсоединяют к источнику напряжения, а нагрузку включают между клеммами C и D.

Многопредельные ваттметры имеют раздельные переключатели напряжения и тока для «вольтовой» и «токовой» обмоток. Изменение пределов измерения по току осуществляется путем последовательного или параллельного включения двух половин неподвижной катушки, а по напряжению – включением добавочных сопротивлений в цепь подвижной катушки. Для таких приборов предел измерения по мощности в ваттах равен произведению пределов измерения по току в амперах и по напряжению в вольтах. В общем случае предельная нагрузка ваттметра и конечное значение шкалы у ваттметра не совпадают в отличие от большинства других приборов. При чисто реактивной нагрузке сдвиг фаз между током и напряжением j = 90°. В этом случае ваттметр легко вывести из строя, так как при любой силе тока, протекающего через ваттметр, его показание будет всегда равно нулю (cоsj = 0). Обычные ваттметры рассчитаны на измерения, при которых соsj > 0,8. Исключение составляют ваттметры, специально предназначенные для малых значений соsj (малокосинусные ваттметры).

Рис. 13.

На рис. 13 изображена верхняя панель многопредельного ваттметра класса точности 1,5. При данном положении переключателей предельное (номинальное) значение измеряемой мощности будет P _НОМ = 300 В · 2 А = 600 Вт. Варьируя положение переключателей, предел измерения данного ваттметра можно изменять от 75 Вт до 1800 Вт.

При работе с многопредельными ваттметрами нужно внимательно рассчитывать цену одного деления шкалы Ц_Д. Цена деления шкалы равна отношению номинального значения мощности (предел измерения ваттметра) к общему числу делений N на шкале прибора: Ц_Д = P _НОМ/ N. Для прибора, изображенного на рис. 13, цена деления Ц_Д = 600 Вт/150 дел. = 4 Вт/дел.

Численное значение измеряемой мощности P _ИЗМ равно цене деления, умноженной на число делений по шкале (в данном случае ваттметр показывает 100 делений): P _ИЗМ = 4 Вт/дел. ´ 100 дел. = 400 Вт.

Так же, как и для других электроизмерительных приборов, величина как абсолютной, так и относительной погрешности, зависит от выбранного предела измерений.

При положении переключателей, изображенном на рис. 13, абсолютная погрешность D P измеренной мощности будет, согласно формуле (4):

9 (Вт),

а относительная погрешность g₀ измерения мощности, согласно (6):

.

Если проводить измерения при другом положении переключателей (рис. 14), то ту же самую величину мощности (400 Вт) можно измерить тем же ваттметром с меньшей погрешностью.

Рис. 14.

Предел измерения ваттметра (номинальное значение мощности) в данном случае будет: P _НОМ = 150 В ´ 3 А = 450 Вт,

цена деления: Ц_Д = 450 Вт / 150 дел. = 3 Вт/дел.,

абсолютная погрешность: D P = (g_КЛ.Т.·P_НОМ)/100 = (1,5·450)/100 = 6,75 (Вт),

относительная погрешность:

.

Таким образом, выбор наиболее подходящего предела измерения приводит к уменьшению как абсолютной, так и относительной погрешности.

Читайте также раздел «Приложения».

В результате пликативных дислокаций или пластичных деформаций горных пород образуются складки. Смятые в складки породы имеют самый разнообразный возраст и встречаются чрезвычайно широко. Они почти повсеместно наблюдаются в Средней Азии, на Урале, в Восточной Сибири и других горных областях.

Складки и их элементы. Складками называют волнообразные изгибы в слоистых толщах, образующиеся при пластических деформациях горных пород. Совокупность складок составляет складчатость. Среди складок выделяются две основные разновидности – антиклинальные и синклинальные.

Антиклинальными складками называются изгибы, в центральных частях которых располагаются наиболее древние породы относительно их краевых частей.

В синклинальных складках, центральные их части сложены породами более молодыми, по сравнению с породами, слагающими их краевые части.

В складке выделяются следующие элементы (рисунок 9). Часть складки в месте перегиба слоев называется замком, сводом или ядром. Термин «ядро складки» употребляется при характеристике пород слагающих центральные части складки. Части складки, примыкающие к своду (замку), называются крыльями. Угол, образованный линиями, являющимися продолжением крыльев складки, называется углом складки. Осевой поверхностью складки называется поверхность, проходящая через точки перегиба слоев, составляющих складку, Осью складки называется линия пересечения осевой поверхности рельефа. Шарнир складки – линия пересечения осевой поверхности с поверхностью одного из слоев (кровлей или подошвой), составляющих складку. Положение шарнира определяется азимутом его погружения (или воздымания) и углом погружения. Гребневой поверхностью называется поверхность, соединяющая самые высокие точки расположения слоев, образующих складку.

Α - угол складки; аа ', бб ^' - шарниры складки; H - высота складки; l – ширина складки; ее '– ось складки

Рисунок 9. Элементы складки

Размеры складок характеризуются длиной, шириной и высотой. Длина складки – это расстояние вдоль осевой линии между смежными перегибами шарнира. Ширина складки составляется из расстояния между осевыми линиями двух соседних антиклиналей и синклиналей. Высотой складки называется расстояние по вертикали между замком антиклинали и замком смежной синклинали, измеренные по одному и тому же слою.

Классификация складок в разрезе и плане. В основу классификации может быть положена форма складки. В морфологической классификации складки делятся по ряду признаков. По положению осевой поверхности выделяют: а) симметричные складки с вертикальной осевой поверхностью и одинаковыми углами наклона крыльев; б) ассимметричные складки с наклонной или горизонтальной осевой поверхностью и различными углами наклона крыльев (рисунок 10):

а - прямая, б - косая, в - опрокинутая, г - лежачая, д - перевернутая

Рисунок 10. Классификация складок по положению осевой поверхности и крыльев

1 – гребневидная, 2 – сундучная, 3 – веерообразная, 4 – изоклинальная

Рисунок 11. Классификация складок по характеру расположения крыльев и формы замка

1) наклонные складки с падением крыльев в противоположные стороны под различными углами и наклонной осевой поверхностью;

2) опрокинутые складки с крыльями, наклоненными в одну сторону и наклонной осевой поверхностью;

3) лежачие складки с горизонтальным положением осевых поверхностей;

4) ныряющие или перевернутые складки с осевой поверхностью, изогнутый до обратного падения.

По отношению между крыльями складок выделяются:

1) обычные – складки с падением крыльев в различные стороны;

2) изоклинальные – складки с параллельным расположением крыльев;

3) веерообразные – складки с веерообразным расположением слоев.

По форме замка различаются (рисунок 11):

1) острые – складки с углом складки меньше 90⁰;

2) тупые – складки с углом складки более 90⁰;

3) сундучные – складки с плоскими замками и крутыми крыльями.

По соотношению мощностей слоев на крыльях и в сводах складок выделяются:

1) подобные, у которых мощность слоев на крыльях меньше, чем в сводах;

2) концентрические, с одинаковой мощностью слоев в сводах и на крыльях;

3) антиклинальные складки с утоненными замками;

4) синклинальные складки с повышенными мощностями пород в замках.

По соотношению длиной оси (длины) складки к ее короткой оси (ширине) различают: линейные, брахиформные и купольные.

Линейными называются складки, у которых отношение длины к ширине больше трех. Складки, у которых это отношение меньше трех, называются брахиформными. В случае, когда это отношение примерно равно единице, складки называют куполовидными.

Флексуры. Флексурами называются коленчатые изгибы в слоистых толщах; выражены они обычно наклонным положением слоев при общем их горизонтальном положении и более крупным падением на фоне общего наклонного залегания. У флексур выделяют следующие элементы: верхнее или поднятое крыло; нижнее или опущенное крыло; смыкающее крыло, угол наклона смыкающего крыла; вертикальная амплитуда смещающего крыла. Флексуры бывают согласные и несогласные.

В согласных флексурах верхнее, нижнее и смыкающее крылья направлены в одну и ту же сторону, в несогласных флексурах верхнее и нижнее крылья наклонены в одну сторону, а смыкающее крыло – в противоположную.

Складки могут изображаться как на обычных геологических картах, специальных структурных картах и разрезах.

Складки на геологических картах. При нанесении на геологическую карту, обнажающихся на поверхности выделенных в разрезе стратиграфических горизонтов, можно достичь большой детальности и выразительности в изображении складок. В однообразных по составу породах для изображения складок прибегают к выделению отдельных пачек и маркирующих горизонтов. Частота выделяемых маркирующих горизонтов должна быть такой, чтобы они достаточно четко отражали структуру, но не перегружали карту.

а - наклонная антиклинальная складка, б - гармоничная складчатость, в - погружающаяся сложноскладчатая структура

Рисунок 12. Чтение геологических карт и составления по ним разрезов

Структурные карты. Для изображения складок широко применяются структурные карты. Структурной картой называется карта подземного рельефа какой-либо геологической структуры, изображенной по опорным поверхностям (кровле или подошве слоя) с помощью стратоизогипс (линий соединяющих точки равных абсолютных отметок поверхности пласта). Структурные карты составляют по данным буровых скважин, среди них наиболее широко распространены карты опорных стратиграфических горизонтов, включающих полезные ископаемые: газ, нефть, уголь и др. Методика построения структурных карт рассматривается на лабораторных занятиях по дисциплине «Историческая и структурная геология».

Изображение на аэрофотоснимках. Антиклинальные и синклинальные складки на аэрофотоснимках дешифрируются по расположению пластовых треугольников, вершины которых указывают на направление падения пород на крыльях. Периклинальные и центриклинальные замыкания складок позволяют точно наметить их оси, направление погружения шарниров, а при опрокинутых и изоклинальных складках они служат основным дешифрирующим признаком.

Складки на геологических разрезах. Разрезы через складчатые структуры должны строиться вкрест простирания осей складок. При ориентировке разреза под углом к линии простирания пород, составляющих складки, в значения углов их наклона на разрезе вводятся соответствующие поправки. Вертикальный масштаб разрезов должен соответствовать горизонтальному. Выбрав линию разреза, строят профиль, на который наносят положение осей и точки пересечения линии разреза с геологическими границами на карте и надписываются возрастные индексы пород. Затем наносятся углы падения пород, по которым строятся крылья складок. Построение разреза следует начинать с наиболее молодых пород, т.е. с синклинальных складок, учитывая, что падение слоев на разрезе при нормальном залегании, всегда направлено в сторону более молодых по возрасту пород. Мощность одного и того же слоя по всему разрезу должна быть более или менее одинаковой. При построении разрезов через складчатые толщи необходимо учитывать принцип подобия структур в плане и на разрезе, что позволяет отразить наличие дополнительных осложнений складок имеющихся на карте. Для этого на линию профиля разреза нужно точно нанести места осевых поверхностей складок, в том числе и дополнительных более мелких. На детальных картах построение разрезов нужно выполнять методом радиусов по В.Н.Веберу. Разрезы раскрашиваются и индексируются в соответствии с геологической картой. Глубина разреза обусловлена теми данными, которыми располагает составитель.

Основная литература: 2 [140-151], 4 [65-66]

Дополнительная литература: 10 [184-190], 11 [85-105]

Контрольные вопросы

1 Что называют складками и складчатостью?

2 Какие элементы различают у складок?

3 Какие типы складок различают в разрезе?

4 Что такое флексура?

5 Как изображаются складки на геологических и структурных картах?

Дата добавления: 2017-01-13