Ключевые слова. 1. Какие геологические процессы считаются экзогенными?

Вопросы для самопроверки

1. Какие геологические процессы считаются экзогенными?

2. Какова природа эндогенных геологических процессов?

3. Какие геологические процессы называются тектоническими?

4. Что такое магматизм и вулканизм?

5. Какие явления часто предшествуют извержениям вулканов?

6. Где на территории России располагаются действующие вулканы?

7. Что собой представляют грязевые вулканы?

8. От землетрясения какой интенсивности можно защитить сооружения современными конструктивными мерами?

9. Что такое эпицентр землетрясения?

10. Какие территории России являются наиболее сейсмоопасными?

11. Что такое метасоматоз?

12. В чем состоит суть физического выветривания?

13. Как образуются курумы?

14. В ходе какого процесса сульфидные руды могут самовозгораться?

15. Какая связь существует между размерностью частиц полезного ископаемого и их способностью к самовозгоранию?

16. Что такое гидролиз?

17. Что понимается под выщелачиванием горных пород?

18. Какое процесс называют суффозией?

19. Что такое поноры?

20. Чем кроме климатических условий можно объяснить цикличность существования ряда водоемов на закарстованных территориях?

21. Что такое почва?

22. Что собой представляет кора выветривания?

23. Какие изменения происходят с углем в ходе выветривания?

24. Какие соли преобладают в составе вод суши?

25. Чем обусловлена сглаживающая роль океана в колебаниях температуры атмосферы?

26. Какова примерная величина минерального вещества, ежегодно выносимая реками в моря и океаны?

27. Что такое аллювий?

28. От чего зависит транспортирующая способность водотоков?

29. Какие элементы образуют долины рек?

30. Какое хозяйственное значение имеют террасы?

31. Как возникают оползни?

32. Почему ледники движутся?

33. Какова примерная площадь ледников в России?

34. Что такое морена?

35. Какие формы может иметь послеледниковый рельеф?

36. Какие горные породы являются многолетнемерзлыми?

37. Почему техногенез относится к категории геологических процессов?

38. Какие процессы происходят при производстве портландцемента?

39. Как зависит качество цементного камня от состава шихты?

40. Что понимается под охраной недр?

5. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ТЕЛ

Под действием силы тяжести и дополняющей ее центростремительной силы Земля приобрела шарообразную форму, которую последовательно повторяют все геосферы. Поэтому нормальное (первичное) залегание горных пород чаще всего является горизонтальным. Под действием центробежной силы, действующей по касательной к поверхности, вследствие неравномерного вращения Земли и перестройки недр в ходе эндогенных процессов, а также в результате экзогенных процессов первичное залегание геологических тел может быть нарушено.

Наиболее распространенной формой геологических тел, образуемых горными породами, являются пластообразные залежи.

Пласт- геологическое тело осадочного генезиса, ограниченное субконгруэнтными[108] поверхностями напластования вмещающих пород, мощность которого во много раз меньше протяженности по любому направлению. Пласт может быть прослежен на площади от единиц до десятков тысяч км², при мощности в несколько метров. Пласт – основной элемент стратифицированной[109] толщи, может состоять из одного слоя или группы слоев, характеризующихся общностью в каком-либо отношении. Например, слои полезного ископаемого, разделенные слоями (прослоями) пустых пород.

Слой - часть пласта, однородная на определенном масштабном уровне по составу, строению, свойствам и состоянию (СССС).

Прослой (пропласток)- 1) часть слоя горных пород, чем-либо отличающаяся от остальных его частей (окраской, крепостью, составом и т. п.); 2) слой горных пород незначительной мощности, залегающий между слоями других горных пород и имеющий подчиненное значение. При наличии прослоя говорят, что пласт имеет сложное строение.

Горные породы, подстилающие пласт, образуют почву пласта. Нижняя поверхность пласта, непосредственно контактирующая с почвой, называется подошвой. Горные породы, перекрывающие пласт, образуют кровлю пласта. Вмещающие породы со стороны почвы наклонного пласта часто называют лежачим боком, а со стороны кровли висячим боком. Границы пласта – свидетельства природных катастроф, смены геологических условий.

Пачка – совокупность нескольких пластов, характеризующаяся какими-либо признаками, отличающими ее от смежных пачек. Пачки обычно имеют ограниченное распространение.

В слоях и прослоях могут быть выделены элементарные единицы слоистой текстуры – слойки.

Слоистость осадочных горных пород – повторение слоев и слойков сходных по составу, либо образующих повторяющиеся сходные группы (пары, ленты, пачки). Слоистость является основным текстурным признаком осадочных образований. Слоистость обусловлена колебательными движениями земной коры, изменениями палеоклимата и гидродинамики среды осадконакопления. Различают собственно слоистость осадочной толщи, выражающуюся в чередовании слоев горных пород, различных по составу, текстуре и пр., и слойчатость горных пород (выражается в чередовании тонких, до 1-2 см, слойков, отличающихся структурой или составом горных пород) внутри одного слоя. Поверхности наслоений и слойков могут являться элементами ослабления массива горных пород. Относительные ориентировки поверхностей напластования и слойков могут не совпадать (рис. 21).

Рис. 21. Ориентировки поверхностей напластования и слоев: А – пласт песчаника, разделяющейся на слои (1-6) с различными типами слойчатости: 1- ритмически-сортированная горизонтальная, 2 – косая, 3 – косоволнистая, 4 – волнистая, 5 – пологоволнистая, 6 – горизонтальная; Б – не слоистая глина (БСЭ)

Пласты характеризуются положением в пространстве, морфологией, строением, мощностью, размерами по простиранию и падению, выдержанностью и нарушенностью.

Положение в пространстве наклонно залегающих геологических тел определяется элементами залегания– углом падения, азимутами простирания и падения (рис. 22). Угол падения характеризует наибольшую крутизну пласта и оценивается двугранным углом между поверхностью пласта и горизонтальной плоскостьюв вертикальном сечении.

Рис. 22. Элементы залегания пласта: аб — линия простирания; дг — линия падения-восстания; a — угол падения. Q – горизонтальная плоскость, Р – вертикальная плоскость

Луч угла падения, расположенный на поверхности пласта, называется линией падения-восстания. Направление падения выражается азимутом падения. Азимут - горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана до данного направления по ходу часовой стрелки, изменяется от 0 до 360º. Азимуты падения и восстания пласта отличаются на 180º. Прямая в плоскости пласта перпендикулярная его падению (восстанию) называется простиранием пласта. Линия простирания – след горизонтальной плоскости на поверхности пласта, залегающего с наклоном.

На плане азимуты падения и простирания отнесенные к одной точке образуют азимутальный крест. Линия пересечения подошвы или кровли пласта с горизонтальной плоскостью, определяет положение точек с равными отметками на поверхности пласта и называется стратоизогипсой. Проекции стратоизогипс на вертикальную плоскость образуют систему горизонтальных линий, отстоящих на высоту сечения. Проекции стратоизогипс на горизонтальную плоскость образуют систему субконгруэнтных линий, расстояние между которыми называется заложением. Стратоизогипса может быть аппроксимирована отрезками прямых, каждый из которых представляет собой линию простирания на отдельном участке.

Элементы залегания пласта могут быть определены прямым замером, аналитически, путем геометрических построений по структурным картам или данным бурения.

Горный компас – угломерный прибор для определения элементов залегания структурообразующих поверхностей и ориентирования на местности (рис. 23).

Рис. 23. Горный компас. 1 — основание; 2 — лимб круга; 3 — магнитная стрелка; 4 — острие, на котором вращается магнитная стрелка; 5 — зажимный винт магнитной стрелки; 6 — отвес; 7 — лимб отвеса; 8 — зажим отвеса; 9 — северный конец магнитной стрелки (БСЭ)

Угломерная часть горного компаса монтируется на прямоугольном основании, длинные стороны которого параллельны диаметру 0-180º (СЮ) азимутального кольца (лимба). От обычного компаса он отличается тем, что 1) лимб градуирован против часовой стрелки; 2) имеет отвес (клинометр) для замеров углов падения; 3) часто снабжен уровнем; 4) имеет устройство ввода поправки магнитного склонения[110]. При замере азимута заданного направления длинную сторону горного компаса направляют «северной» стороной на визируемый предмет и берут отсчет по северному концу магнитной стрелки. Угол падения измеряют, прикладывая горный компас в вертикальном положении длинной стороной к линии падения и беря отсчет по зубцу отвеса.

В зависимости от величины угла падения различают пласты: горизонтальные (до 10^о), пологие (10-18^о), наклонные (19–35^о), крутонаклонные (36–55^о) и крутые (56–90^о). Углы падения влияют на выбор способов и схем вскрытия, условия ведения горных работ, степень извлекаемости (технологичности) запасов полезного ископаемого[111]. Группировка по углам падения обусловлена при подземных работах условиями транспортировки горной массы, а при открытых работах особенностями технологии ведения горных работ.

Рельсовый транспорт используется в горизонтальных горных выработках, транспортеры с гладкой лентой эффективны при углах падения до 18^о, скребковые конвейеры применяются в наклонных горных выработках, при крутом залегании отбитая горная масса свободно перемещается под действием силы тяжести. Эффективные средства транспортировки горной массы по поверхностям с углами наклона 36–55^о пока не разработаны. Для работы горного оборудования наиболее благоприятны углы падения пластов до 12^о, когда сила тяжести обеспечивает устойчивое положение механизмов при работе по падению или восстанию. Очистные комплексы на угольных шахтах рассчитаны для работы на пластах с падением до 35^о.

На открытых горных работах при горизонтальном и пологом залегании вскрытие производят сразу на всю глубину карьера, как правило, внешними траншеями, применяют бестранспортную систему вскрышных работ, вскрышу[112] складируют во внутренних отвалах. Наклонные и крутые пласты вскрывают внутренними траншеями, вскрышные породы направляют во внешний отвал, число уступов, находящихся в одновременной работе не постоянно, во времени объемы горно-подготовительных работ на 1 т добычи возрастают, фронт очистных работ сокращается, длина транспортных путей увеличивается. При разработке наклонного пласта по условиям устойчивости борта каарьера не требуется выемка вскрышных пород лежачего бока. При крутом залегании вскрыша производится как по висячему, так по лежачему и боку.

Морфология пласта – одна из важнейших характеристик, определяемая, прежде всего: мощностью, составом и строением, площадью распространения, характером и степенью изменчивости пласта. Морфологический облик пласта определяется сочетанием неоднородностей разного масштаба, что выражается в анизотропии мощности и строения.

Мощность пласта - расстояние между кровлей и почвой пласта – основной морфологический параметр. Различают мощность пласта: горизонтальную (m_г), вертикальную (m_в), видимую замеренную (m_сл) в случайном направлении и истинную (нормальную) (m_и) (рис. 24).

Рис. 24. Соотношения видов мощностей пласта в разрезе по линии падения-восстания (а) и

в плане (б)

Видимая мощность пласта – расстояние между кровлей и подошвой пласта, измеренное по произвольному направлению. Истинная мощность пласта – кратчайшее (по нормали) расстояние между кровлей и подошвой пласта. Между мощностями пласта по различным направлениям существует функциональная зависимость:

m_и = m_r× sin b = m_в× cos b = m_сл×(cos a× cos b + sin a× sin b)× cos y,

где b – угол падения пласта,

a – азимут замера по случайному направлению,

y – угол между азимутами падения пласта и замера.

При разведке и разработке месторождений различают также полную (общую) мощность пласта(с учётом слоев полезного ископаемого и породных прослоев, m_полн.); мощность прослоя пустых пород между слоями полезного ископаемого (m_пп); полезную мощность пласта(с учетом только слоев полезного ископаемого), равную разности полной мощности пласта и мощности прослоя пустых пород; вынимаемую мощность пласта (часть полной мощности, извлекаемая при добыче – при оставлении защитной пачки или полная мощность пласта с учетом присечки); вынимаемую полезную мощность пласта(часть мощности чистых пачек полезного ископаемого, извлекаемая при добыче) (рис. 25).

При подземной разработке угольных месторождений пласты разделяются на весьма тонкие до 0,7 м, тонкие 0,71-1,3 м, средней мощности 1,31-2-3,5 м и мощные 3,51-5->5 м. При открытой разработке мощность пластов до 3,5 м считается малой, средней от 3,51 м с учетом угла падения до 15-20 м и мощные от 15-20 м. Каждой группе поставлены в соответствие комплексы и агрегаты, обеспечивающие наиболее эффективную отработку угольных пластов определенной мощности. Весьма тонкие пласты угля в настоящее время считаются нетехнологичными.

Рис. 25. Соотношения мощностей пласта и породных слоев

Преобладающее число пластов относится к категории весьма тонких и тонких, сверхмощные пласты угля встречаются крайне редко (рис. 26). Максимальная мощность угольных пластов известна на месторождениях Хет-Крик (Канада. Kz. Б) – 475 м, Латроб-Вэлли (Австралия. Kz. Б) – 330 м, в Челябинском бассейне (Россия. Т. Б) – 250 м, Экибастузском бассейне (Казахстан) и месторождении Фушунь (КНР. P ДБ) – 200 м.

По горно-геологическим условиям принято различать одиночные, сближенные и весьма сближенные пласты. Отработка одного из сближенных пластов осложняет разработку другого. Расстояние между весьма сближенными пластами составляет менее десяти мощностей нижнего пласта.

Выдержанность пласта - свойство сохранения более или менее постоянной мощности и строения пласта на значительном расстоянии. По выдержанности мощности пласты подразделяются на следующие группы: выдержанные, когда отклонения от средней величины общей мощности не превышают 20% (для пластов средней мощности 25%); относительно выдержанные, когда отклонения от средней величины общей мощности для тонких пластов не превышают 35% (для пластов средней мощности 50%); невыдержанные, когда из-за резкой изменчивости мощности или строения пласт местами утрачивает рабочее значение. Степень выдержанности мощных пластов (залежей) оценивается в каждом конкретном случае с учетом изменчивости их мощности, морфологии и качества полезного ископаемого. Пласты, мощность которых на площади оценки во всех случаях превышает рабочую, относят к категории устойчивых.

Рис. 26. Распределение угольных пластов по мощности (выборка из 2406 пластов по 210 месторождениям) (по Волкову В.Н.)

Однородные пласты, сложенные от почвы до кровли только полезным ископаемым имеют простое строение. Два и более литологически близких слоя разделенных прослоями отличных от них горных пород меньшей мощности составляют пласт сложного строения. Мощным пластам в общем случае свойственно ограниченное распространение по площади и более сложное строение. Увыдержанных пластов строение и мощность на площади оценки изменяются незначительно.

Пласты в разрезе и по площади могут иметь слитное строение, быть расслоенными, расщепленными или выклинивающимися (рис. 27).

Типы строения: А - слитный (компактный), В - расслоенный (разобщенный), С - расщепленный, D – выклинивание.

Рис. 27. Морфологический облик пласта в разрезе

Расщепление - одна из форм генетического изменения мощности и структуры пластов, за счет появления прослоя породы, разделяющего единый пласт на самостоятельные пласты (рис. 28).

По масштабам проявления расщепления подразделяются на региональные и локальные. Расщепления происходят: в сторону почвы или кровли, с единичным или многократным и точечным в виде пучка ответвлением. Область распространения слитной части пласта оконтуривается по условной линии расщепления, за которую принимается линия определенной изомощности породного прослоя (например, для условий Воркутского месторождения 0,4 м).

Рис. 28. Схема расщепления пласта Мощного Воркутского месторождения

Выклинивание пласта - уменьшение мощности пласта до полного его исчезновения или фациального замещения[113]. Различают: тектоническое выклинивание - (утонение или выжимание) вплоть до полного исчезновения слоев, возникающее по причине горизонтального растяжения; стратиграфическое выклинивание - обычно происходит в сторону поднятий периферических частей бассейна осадконакопления до полного утонения или фациального замещения пластов. Выклинивание может происходить либо снизу из-за неровностей ложа или фациальных причин, либо сверху, со стороны кровли пласта в результате её срезания или внутриформационного размыва уже после формирования самого пласта.

Одна из форм нарушения морфологии пласта – размыв. Размыв пласта — полное или частичное уничтожение пласта в пределах ограниченной площади в результате действия водных потоков или прибрежных волнений. Размывы разнообразны по форме и размерам, встречаются в одиночку и группами, поражая пласты на значительной территории. Частичные размывы пластов тонких и средней мощности, как правило, приводят к потере их промышленной ценности. Размывы мощных пластов влияют на их промышленную значимость в меньшей степени. Помимо глубины вреза, большое значение имеет форма и размеры размыва пласта в плане. Размывы весьма распространены в Печорском и Кузнецком угольных бассейнах.

Основные закономерности образования и возрастного соотношения пластов сформулированы следующим образом:

- во время отложения осадки, формирующие пласт, отлагаются горизонтально (т. к. осадок, под действием силы тяжести выпадает из водной или воздушной среды вертикально); из пары слоев в ненарушенном залегании подстилающий слой является более древним (принцип суперпозиции) (законы Н. Стенона, 1669);

- расположение горных пород в непрерывном разрезе осадочных толщ, соответствует их расположению на площади осадконакопления (закон Н.А. Головкинского – Й. Вальтера);

- одновозрастные осадки содержат схожие комплексы ископаемых организмов, которые сменяют друг друга в определенном порядке (принцип У. Смита);

- секущая магматическая порода всегда моложе той породы, которую она рассекает (закон пересечений), а включения всегда старше вмещающей породы (закон включений) (закон Дж. Геттона);

- каждому отрезку геологического времени соответствует уникальный комплекс организмов (закон Ч. Дарвина).

Эти сейчас очевидные истины заложили основу геологического картирования.

В разрезе возможны два случая соотношений между породами различного возраста. В первом из них каждый вышележащий слой или пласт, без каких либо следов перерыва в накоплении отложений налегает на подстилающие породы. Такие взаимоотношения, отражающие непрерывность процесса накопления толщи, обуславливают согласное залегание пород. Во втором случае между вышележащими и подстилающими слоями стратиграфическая (временная) последовательность нарушается и отложения определенного геологического возраста в разрезе отсутствуют. Нарушение возрастной последовательности слоев в толще (выпадение из разреза отложений определенного геологического возраста) называется несогласием.

Различают два основных вида несогласного залегания. При стратиграфическом (параллельном) несогласном залегании разновозрастные слои залегают параллельно, комплекс верхних слоев повторяет формы залегания нижних, но отделен поверхностью размыва от древних слоев — стратиграфическим перерывом) (рис. 29).

Рис. 29. Несогласное залегание горных пород (стратиграфическое несогласие): А — древняя толща; Б — молодая толща; а — а — поверхность перерыва (размыва) (БСЭ)

При структурном (угловом) несогласном залегании разновозрастные толщи не только отделены поверхностью размыва, но и имеют различный наклон слоев (рис. 30). Несогласное залегание этого типа образуется в том случае, если ранее отложенные слои были наклонены или смяты в складки, затем были частично эродированы (например, при морской абразии) и на поверхности размыва отложились новые горизонтальные слои.

Рис. 30. Структурное несогласие: А — древняя толща, смятая в складки; Б — несогласно залегающая молодая толща; а — а — поверхность несогласия (БСЭ)

Изучение характера залегания имеет большое значение для выяснения геологической истории развития территории, помогает установить время рудообразования и др. геологических процессов.

Нарушение форм первичного залегания горных пород, вызванные тектоническими движениями земной коры, магматической деятельностью, метаморфизмом, экзогенными процессами (движения ледников, оползни, карст, речная эрозия и др.) носят названия дислокации. Дислокации подразделяются на складчатые (пликативные) и разрывные (дизъюнктивные); иногда выделяются ещё и инъективные дислокации.

Разнообразие процессов и условий образование магматических горных пород обусловливает разнообразие форм их тел. Простейшая классификация тел интрузивных и гипабиссальных пород основывается на их расположении относительно вмещающих пород. По этому признаку тела магматических пород делятся на согласные (конкордантные) и несогласные (секущие, дискордантные). Согласные тела: силлы, лакколиты и лополиты. Несогласные дайки, штоки, некки, жилы

Силл - пластообразное тело интрузивных горных пород, залегающее согласно с вмещающими слоистыми породами (рис. 31). Площадь силла может составлять несколько тысяч километров, при мощности в сотни метров. Особенно часто встречаются силлы образованные основными и ультраосновными магматическими горными породами.

Рис. 31. Разрез толщи, пораженной силлами

1, 2 и 3 - силлы

Лакколит - грибообразная (караваеобразная) форма залегания магматических горных пород, образующаяся при внедрении магмы между слоями осадочных пород, когда слои раздвигаются и сводообразно приподнимаются над интрузией. В поперечнике лакколиты могут иметь размер до 5 км.

Лополит - форма залегания магматических горных пород в виде плоской чаши с опущенной центральной частью и приподнятыми краями. Предполагают, что лополиты образуется в тех случаях, когда внедрившаяся в осадочную толщу, магма близко подходит к земной поверхности и подстилающие лополит осадочные породы прогибаются в область магматического очага. Лополиты в поперечнике могут достигать несколько сотен км.

Дайка – плитообразное тело магматических пород, секущее вмещающую толщу. Нередко дайки состоят из горных пород более прочных, чем вмещающие, и поэтому из-за выветривания выделяются над местностью в виде линейных останцов (рис. 32). Дайки могут группироваться в пояса.

Рис. 32. Выход дайки на поверхность (БСЭ)

Шток - тело горных пород цилиндрической, каплевидной или изометрической формы (рис. 33). Имеет секущие неправильных очертаний, контакты с вмещающими породами, осложнённые утолщениями и ответвлениями. Размеры в поперечнике от нескольких м до нескольких км.

Рис. 33. Шток в плане

Жилы — плитообразные тела (1 на рис. 34), образовавшиеся в результате выполнения шва трещины минеральным веществом, либо вследствие метасоматического замещения горных пород вдоль трещин. Поверхность, отделяющая жилу от вмещающих пород, называется зальбандом.

Рис. 34. Жилы

Батолит – гипотетическая форма залегания глубинных изверженных пород (главным образом гранитоидов). Батолитам приписывались огромные размеры как в глубину (до неопределённых пределов), так и по площади выхода на земную поверхность (до нескольких тыс. км²). Некоторые теории генезиса гранитов отводили батолитам очень большую роль. Предполагалось, что базальтовая магма, внедряясь в земную кору в форме гигантского магматического клина и поглощая кислую сиалическую кору, приобретает гранитный состав. По другим воззрениям, магма претерпевала кристаллизационную дифференциацию, в результате которой в верхах батолитов возникали кислые породы (граниты), а остальная часть магмы (основного состава) опускалась в подкоровые области. Геофизические исследования не подтвердили наличия в природе тел, подобных батолитам. Все гранитные тела имеют метаморфическое основание, различные формы залегания и ограниченную мощность.

Формы и размеры тел интрузивных и гипабиссальных магматических пород наблюдаемые на земной поверхности определяются в значительной мере степенью эрозии и обнаженности.

Магматические горные породы образуют и другие формы тел. Излившиеся на поверхность Земли лавы застывают в виде потоков и покровов эффузивных горных пород.

Лавовые покровы – пластообразные, часто изометричные в плане, горизонтально залегающие тела. Распространяются на площадях в десятки тысяч км² километров, а планетарная площадь распространения лавовых покровов составляет миллионы км². Лавовые потоки имеют более неправильную форму и меньшую распространенность. Образуются при течении лавы по понижениям рельефа. Протяженность потоков может превышать их ширину в десятки раз.

Метаморфические горные породы, возникшие в процессе регионального метаморфизма, залегают в виде пластообразных тел. При контактовом метаморфизме вокруг тел магматических горных пород образуются сравнительно узкие обрамления метаморфизованных пород. При метаморфизме горных пород первоначальная форма геологических тел может меняться за счет изменения объема минерального вещества. Так при серпентинизации ультраосновных пород имеет место мелкая складчатость. В слоях хрупких или прочных пород, залегающих среди пластичных, происходит тектоническое линзование (будинирование). При складкообразовании тела горных пород могут растягиваться и делиться на блоки, при этом пространство между блоками заполняется более пластичными породами. Образовавшиеся блоки прочных пород вытянуты в цепочку и носят название будин. Форма будин: параллелепипеды, линзы, пласты с пережимами и раздувами и др. Размеры будин от долей метра до сотен метров.

При динамометаморфизме метаморфизованные горные породы могут образовывать относительно небольшие (до 1 км) чечевицеобразные и серповидные образования магматических и метаморфических пород в ядрах складок (факолиты) и будины, а также формировать тела тектонитов непосредственно у сместителей разрывных нарушений.

1. Пласт 2. Пачка 3. Слой 4. Морфология пласта 5. Несогласия

Дата добавления: 2013-12-12