Конспект лекций - Карагандинский государственный
advertisement
Лекции Геокартирование Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ «GDMI 2206 Геокартирование и дистанционные методы исследования» Специальность 050706 – Геология разведка месторождений полезных ископаемых Факультет – заочно-дистанционной формы обучения Кафедра – геофизики и геологии 2010 1 Конспект лекций Геокартирование 2 Предисловие Краткий курс лекций Марченко И. А. разработан: канд. г.-м. н., доц. Т. В. Кряжевой, асс. Обсуждена на заседании кафедры геофизики и геологии Протокол № _______ от «____»______________2010 г. Зав. кафедрой ___________ М. В. Пономарева «____»___________2010 г. (подпись) Одобрена методическим бюро Горного факультета Протокол № ________ от «_____»_____________2010 г. Председатель ________________ В. М. Демин «____»____________ 2010 г. (подпись) 2 Конспект лекций Геокартирование Лекция 1 Цели и задачи науки. Организации геолого-съемочных работ План лекции 1.1 Цели и задачи науки 1.2 Масштабы и виды геологических съемок 1.3 Организация геолого-съемочных работ 1.4 Проектирование геолого-съемочных работ 1.5 Полевой период 1.6 Камеральный период 1.1 Цели и задачи науки Геологической съемкой называется совокупность работ по сбору полевых материалов и по составлению геологической карты того или иного типа и масштаба. Цель геолого-съемочных работ - изучение геологического строение полезных ископаемых и составление геологической карты того или иного масштаба. Основу этих работ составляет обобщение фактического материала в свете современных теоретических достижений в области геологических наук. При геолого-съемочных работах применяют комплекс методов: визуальные наблюдения, геохимические, геофизические исследования, аэро-, космо-, фотометоды, буровые и горные работы, различные виды опробования, лабораторные исследования, палеонтологические и стратиграфические исследования. Задачи геолого-съемочных работ 1) изучение и фиксация геологических тел, структур и явлений и составление геологических карт; 2) поиски полезных ископаемых, связанных с геологическими телами, выявление закономерностей их размещения и выделение на этой основе перспективных площадей; 3) выяснение гидрогеологических и инженерно-геологических условий для предполагаемого или уже осуществляемого строительства. Для их решения применяется целая сисЛекция методов исследования, составляются, помимо геологических карт; карты полезных ископаемых, геохимические, геофизические, геоморфологические и другие, а также на основе геологические карт — геологические разрезы, стратиграфические колонки и другие построения, позволяющие читать на картах глубинную структуру земной коры 1.2 Масштабы и виды геологических съемок Комплексные геологические съемки подразделяются на общие (региональные) и детальные. Общие (региональные) съемки делятся по способу выполнения на маршрутные, выполняемые при помощи отдельных маршрутов, и площадные, при которых обследуется с большей или меньшей детальностью площадь территории. Региональные съемки проводятся в масштабе 1 : 200 000, иногда в масштабах 1 : 500 000 и 1 : 1 000 000. Для регионов со сложным геологическим строением или с горным рельефом масштаб общих геологических съемок приходится увеличивать вплоть до 1 : 100000. В результате этих съемок получают обзорные и региональные геологические карты. Детальные комплексные геологические площадные съемки проводятся для районов, перспективных в промышленном отношении, имеющих месторождения полезных ископаемых. Эти съемки ставятся для поисков месторождений, для изучения тектоники района, литологического и фациального состава толщ, в которых возможно нахождение месторождений полезных ископаемых. 3 3 Конспект лекций Геокартирование Детальные съемки проводят в масштабах от 1 : 50 000 до 1 : 100 000. Очень редко в районах крупных месторождений полезных ископаемых масштаб детальных съемок увеличивают до 1 : 5000. В результате этих съемок получают детальные и специальные геологические карты. Структурные съемки проводят путем инструментальной привязки точек наблюдений и сопровождают сравнительно большим объемом горных и буровых работ. Такие съемки выполняются в масштабах от 1 : 50 000 до 1 : 10 000. Реже масштабы структурных съемок принимают равными 1 : 100 000 и 1 : 500 000. По методам привязки геологических данных и нанесения их на топографическую основу все геологические съемки подразделяются на глазомерные, полуинструментальные и инструментальные. Глазомерной называется съемка, при которой используется горный компас и проводится измерение расстояний шагами либо при помощи шагомера. В этом случае точность нанесения границ на карту принимается равной 0,4% знаменателя масштаба съемки. Высотная ошибка привязки картируемых этим способом объектов допускается равной величине интервала между горизонталями топографической карты данного масштаба. Полуинструментальной называется съемка, при которой используются барометр и эклиметр, а измерение расстоянии производится рулеткой. Точность нанесения геологических границ на карту в этом случае принимается равной 0,2% знаменателя масштаба съемки, а точность высотной привязки — равной половине интервала между горизонталями топографической карты данного масштаба. Инструментальной называется съемка, при которой нанесение геологических объектов на карту производится при помощи геодезических инструментов (мензулы или теодолита и нивелира). Точность нанесения геологических объектов определяется здесь требованиями к точности топографических съемок соответствующего масштаба. Геологические съемки следует осуществлять на топографической основе более крупного масштаба, чем масштаб требуемой геологической карты. Лишь в крайнем случае допускается применение топографической основы с тем же масштабом, что и масштаб составляемой геологической карты. По методике выполнения все геологические съемки подразделяются на: 1) съемки при помощи маршрутных пересечений вкрест простирания структур и пород (применяются при мелкомасштабных съемках): 2) съемки, при которых прослеживают геологические границы и стратиграфические горизонты на всей поучаемой площади (применяются при крупномасштабных съемках): 3) съемки при помощи оконтуривания обнаженных участков с выходами тех или иных пород (применяются при крупномасштабных съемках). Более подробная характеристика этих методов съемки будет дана при описании приемов полевых работ. 1.3 Организация геолого-съемочных работ Основанием для проведения картирования является геологическое задание, выданное министерством Энергетики и Минеральных ресурсов РК. Конкретные геологические работы, которыми приходится заниматься геологу при организации съемочных работ, следующие: 1) изучение естественных обнажений, их описание, зарисовка, отбор образцов горных пород, проб полезных ископаемых, окаменелостей; 2) организация и проходка выработок (канав, шурфов, скважин), документация их, отбор керна и т. д.; 3) участие в геофизических и топогеодезических работах, лабораторных исследованиях образцов и проб, отобранных в поле; 4) камеральная обработка всех собранных материалов, участие в подготовке отчетов, 4 4 Конспект лекций Геокартирование составлении карт и других графических материалов, подсчет запасов полезных ископаемых в месторождениях. 1.4 Проектирование геолого-съемочных работ Геолого-съемочные работы делятся на три этапа. Первый этап включает в себя проектирование работ, основанное на предварительном изучении территории. Предварительное изучение территории проводится во время подготовительного этапа работ и начинается с подробного ознакомления с проектом и сметой, публикациями и рукописными фондовыми материалами. Предварительное изучение геологического строения района позволяет выяснить общий характер геологотектонического строения, стратиграфию, литологию и мощность отдельных горизонтов, местонахождение опорных геологических обнажений, палеонтологических объектов, месторождений и рудопроявления полезных ископаемых, источников, гидрогеологические особенности территории, важнейшие проблемы рационального использования и охраны недр. В то же время предварительное знакомство дает возможность обратить внимание на важные, но еще спорные и еще не решенные вопросы геологического строения территории. Предварительное знакомство с минералогическими, петрографическими, палеонтологическими коллекциями и полезными ископаемыми подготавливает геолога к ориентировке в поле в геологической обстановке. Основанием для проведения картирования является мелкомасштабная карта, на которой осуществлено стратиграфическое расчленение толщ пород и намечен прогноз размещения возможных залежей полезных ископаемых. 1.5 Полевой период Во время полевых работ необходимо научиться объяснять и расшифровывать наблюдаемые явления, устанавливать причинно-следственные связи, увязывать геологотектоническое строение района с общим строением более крупного региона, решать теоретические проблемы, используя не только конкретные материалы, но и различные гипотезы, В результате полевых работ должны быть получены описания: 1) горных пород (в естественных обнажениях и в выработках, канавах, шурфах, буровых скважинах); 2) тектонических дислокации, дизъюнктивных и пликативных; 3) продуктивных горизонтов месторождений и рудопроявлений полезных ископаемых; 4) подземных и поверхностных вод и дана характеристика гидрогеологии и выхода подземных вод; 5) геоморфологии территории и различных физико-геологических процессов и, явлений и влияния деятельности человека на земную кору. Эта работа должна сопровождаться составлением графических материалов, фациальным и тектоническим анализом, общегеологическим обобщением. Во время работы должны быть собраны и обработаны различные коллекции (горных пород, полезных ископаемых, палеонтологические и т. д.). 1.6 Камеральный период На основе данных, полученных в полевой период, составляются геологические карты (карты полезных ископаемых, геохимические, геофизические, геоморфологические). На основе геологических карт составляются геологические разрезы, стратиграфические колонки и другие построения, позволяющие читать на картах глубинную структуру земной коры. Выясняются гидрогеологические и инженерно-геологические условия для предполагаемого или уже осуществляемого строительства. Выделяются прогнозные поисковые площади и выявляются закономерности размещения на них полезных ископаемых. 5 5 Конспект лекций Геокартирование 6 ЛЕКЦИЯ 2 Методы дистанционного зондирования Земли План лекции 2.1 Космические методы 2.2 Аэрометоды 2.1 Космические методы Основные виды космофотосъемок видимой части спектра электромагнитных колебаний. Космофотосъемка КФС Занимает ведущее место среди других методов космических исследований. Его преимущества: 1 максимальная степень разрешения на местности, 2 возможность получения снимков разного масштаба, 3 разная степень обзорности, 4 черно-белое, цветное и псевдоцветное изображение в нескольких диапазонах спектра Недостатки: недостаточная оперативность, имеют геометрические искажения за счет динамики самого КЛА, погрешности в работе съемочной и приемной аппаратуры. Помехи при передаче на Землю по радиоканалам. Условия фотографирования из космоса На качество космофотоматериалов оказывают влияние I технические факторы: 1 характер перемещения носителя фотоаппаратуры по орбите относительно Земли,, определяемый законами небесной механики, аэродинамики, 2 Ориентация оптических осей фотоаппаратуры по отношению к Земле, 3 Параметры фотографической аппаратуры и фотоматериалов II природные факторы: 1 Изменение условий освещенности по трассе полета зависит от высоты Солнца, его азимута, прозрачности атмосферы и отражательной способности ландшафта, наличие или отсутствие облачности, 2 Влияние атмосферы выражается в ослаблении яркости элементов ландшафта, с другой стороны наблюдается добавочное наложение яркости и собственно дымки атмосферы, 3 разнообразие элементов ландшафта, которые могут находиться в различных сезонных и временных аспектах. Телевизионная съемка Возникновение телевизионной съемки связано с метеослужбой, изучающей облачные покровы земли. На телеснимках, получаемых с метеоспутников, помимо облачности отражается так называемая подстилающая поверхность или поверхность земли. Для геологических исследований такие телеснимки являются малопригодными, Но тем ни менее часть снимков используют для различного вида региональных исследований. Телевизионной съемкой покрыта почти вся земная поверхность. Значение телесъемки в геологии: I большая обзорность, 2 высокая степень генерализации, 3 возможность регулярного получения этой информации, 4 возможность изучения любого района Земли Телесъемка использует, в основном видимую область спектра и ближнюю часть инфракрасного излучения. Особенность телесъемки - изображение земной поверхности проектируется не на фотослой, а на приемное устройство — видикон. Электрические сигналы с видикона по радиоканалу либо передаются на Землю (непосредственная передача), либо записываются на магнитную пленку, с которой затем передаются на Землю, когда КЛА 6 Конспект лекций Геокартирование находится в зоне приема радиосигналов. В наземном пункте телесигналы принимаются, усиливаются и с помощью электронно-лучевой трубки, фототелеграфного устройства воспроизводятся в виде изображения. Передача информации из космоса осуществляется при помощи: 1 телекамер - кадровое телевидение (оптическая сисЛекция); 2 сканирующих установок (оптико-механическая сисЛекция); 3 Телевизионная сисЛекция с передающей камерой производит покадровую съемку, а орбитальная полоса составляется из ряда кадров. Можно проводить съемку с перекрытием, для получения стерео модели. Площадь захвата одним кадром на местности варьирует от сотен до десятков тысяч километров. Космические исследования в невидимой части спектра электромагнитных колебаний. Приобретают все большее распространение. Получаем информацию о спектре излучения различных природных объектов, распределении теплового поля и о других физических характеристиках земной поверхности. Основные виды съемок в невидимой части спектра электромагнитных колебаний: ИНФРАКРАСНАЯ (ИК) СЪЕМЖА Основана на использовании изображения, полученного в области спектра ИК изображения. Нижний предел инфракрасной области лежит у длинноволновой границы чувствительности человеческого глаза (λ - 0,76 мкм), верхний точно не установлен (λ — 1000 мкм) и смыкается с миллиметровыми радиоволнами. Обычным источником инфракрасного излучения является нагретое тело. При небольшой температуре интенсивность излучения незначительна, при повышении температуры общая мощность излучаемой энергии растет. Методика и техника ИК съемки. Основные источники, вызывающие ИК: 1 Первичные тепловые источники (Солнце, эндогенное тепло Земли). Эндогенное тепло Земли это области современной вулканической деятельности, гидротермальной деятельности. Перепады температур в таких областях достигают десятки - сотни градусов. Солнце тоже нагревает Землю до определенной температуры, которая зависит от сезона, времени суток, влажности и распределения растительного покрова. Перепады температур могут достигать 20-30 градусов. 2 Вторичные источники, нагрев и излучение которых происходит под действием других источников (Луна, излучение поверхности нечерного тела). Тепловое излучение характерно для всех окружающих нас предметов, а температура этих предметов различна, то ИК изображение характеризует пространственное распределение тепловых неоднородностей земной поверхности. 3 Смешанные источники, характеризующиеся как собственным, так и рассеянным отражением (атмосфера, поверхность Земли). Спектр ИК излучения разделен на 3 диапазона: ближний - 0,76-1,4 мкм; средний -1,4 - 3,0 мкм; дальний -3,0 - 1000 мкм. При съемке применяют средний и начало дальнего диапазонов. На ИК съемку оказывает влияние атмосфера, которая поглощает и рас сеивает часть ИК излучения. Сильнее всего ИК излучение поглощается парами воды, углекислым газом и озоном. Это так называемые окна поглоще ния на кривых, которые регистрирует ИК съемка. ИК изображение можно получить только в том диапазоне, который соответствует полосе прозрачности атмосферы. 7 7 Конспект лекций Геокартирование Для регистрации ИК излучения различного диапазона разработаны спец. фотоэлектрические и тепловые приборы, преобразующие невид имое ИК излучение в видимое на электронно-лучевых трубках - тепловизоры, РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СЪЕМКА (РАДАРНАЯ) Радарная съемка использует для получения изображения микроволновый диапазон электромагнитного спектра (0,3 см < λ < 1 м). При этом фиксируется не только естественное радиоизлучение, свойственное окружающим нас предметам, но и искусственный радиосигнал, отраженный от различных объектов. В зависимости от природы электромагнитного излучения радарную съемку подразделяют на радиолокационную, или собственно радарную и пассивную, или радиотепловую. Радар - прибор, используемый в навигации и военном деле. Первые работы о применении радарной съемки в мирных целях появились в конце 40-х — начале 50-х годов, при анализе радарного изображения берегов Гренландии, Для решения геологических задач применяются радиолокаторы бокового обзора, которые устанавливаются на КЛА. Радарная съемка использует для получения изображения микроволновый диапазон электромагнитного спектра. Посланный радиосигнал по нормали отражается от встречающихся на его пути объектов и улавливается специальной антенной, затем передается на видикон или фиксируется на фотоэмульсии. Вследствие шероховатости поверхности отражения при боковом обзоре часть энергии посланного сигнала рассеивается, и мы фиксируем диффузное (рассеянное) отражение, Интенсивность рассеянного отражения зависит от соотношения размера и периода шероховатостей поверхности отражения с длиной волны. В случае, когда размеры частиц поверхности меньше λ/2 , они не дают рассеянного отражения. Благодаря этому радарную съемку можно вести в любое время суток и при любой погоде (облачность и туман не отражаются на качестве радарного изображения). Съемка при большой длине волны позволяет получить изображение, несмотря на обильную растительность, также через толщу несцементированных осадков. Верхний диапазон спектра радарной съемки ограничен величиной приемной антенны. Выразительность радарного изображения зависит от: - шероховатости поверхности отражения, - геометрии объекта, - угла падения луча, - степени поляризованности - частоты посланного сигнала, физических свойств поверхности отражения, В случае расчлененности рельефа часть информации на радарном изображении скрыта радарной тенью. СПЕКРОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА (СС) При помощи СС изучают спектры излучения природных объектов. В зависимости от использования спектрального интервала выделяют три вида СС. 1 Спектрометрия видимого и близкого инфракрасного спектра излучения λ =0,3 -1,4 мкм. Используют при изучении отражающих свойств земной поверхности и атмосферы. В этом диапазоне регистрируются спектральное распределение отраженного излучения. Измерив общий поток падающей радиации и радиации отраженной от земной поверхности и рассеянной атмосферой можно вычислить величину спектрального альбедо и коэффициента спектральной яркости поверхности Земли. 2 Инфракрасная или тепловая спектрометрия λ =3,0=1000 мкм. Помогает определить тепловые неоднородности поверхности излучения, Располагая данными о спектре инфракрасного излучения, можно получить энергетическую яркость и вычислить (радиационную температуру земной поверхности. Можно решить вопросы определения 8 8 Конспект лекций Геокартирование концентрации водяного пара в различных слоях атмосферы и получить вертикальный профиль температуры атмосферы. 3 Микроволновая спектрометрия λ=0,3 см - 1,0 м. Наиболее универсальная для изучения поверхности Земли, т, к, при 1=1,5 см исключается влияние атмосферы. При измерении спектральной плотности потока микроволновой радиации определяются контрасты радиояркостной температуры подстилающей поверхности, обусловленные неоднородностью коэффициентов излучения. СС проводится, как с самолета, так и с КЛА. Основное отличие СС с самолета от СС с КЛА заключается в масштабе съемки и скорости носителя. Методика СС заключается в измерении коэффициентов спектральных яркостей природных образований относительно эталона9 причем для регистрации величины спектральной яркости применяется как фотографический прием излучения, так и фотоэлектрический. И в том, и в другом случае измеряют яркость подстилающей поверхности и в то же время яркость некоторого экрана с заранее известным коэффициентом спектральной яркости, В качестве контрольного экрана используют гипсовые пластины, матовые стекла, обладающие изотропными отражающими свойствами. Определение коэффициентов спектральной яркости производится в лабораторных условиях при сравнении с специальным эталонным экраном, Процесс съемки включает в себя сканирование изображения на местности, спектральное разделение попадающего в прибор излучения, преобразование лучистой энергии в электрическую и регистрацию величин, пропорциональных получаемым сигналам. Изображение с экрана фиксируется на пленку, движущуюся синхронно с разверткой изображения местности. Помимо визуального наблюдения, получаемый сигнал подается в вычислительное устройство для последующей обработки спектров на ЭВМ, Для проведения наблюдений используют спектрографы. 2.2 Аэрометоды Основными характеристиками методики аэросъемки являются высота и масштаб, предпочтительное время и сезон съемки, а также благоприятные метеоусловия, В зависимости от поставленных целей, задач, характера применяемых ДМИ аэросъёмки выполняются как с малых высот (п-10 м), так и с больших высот (п-10 км). При этом нижняя граница, как правило, регламентируется требованиями безопасности полётов, а верхняя - потолком полёта авианосителей. В то же время есть ряд методов, которые выполняются на малых высотах в связи с ограниченной возможностью распространения и регистрации полезного сигнала (аэрогамма-, аэрозольные, лидарные методы). От высоты полёта, в целом, зависит и масштаб съёмки. Чем меньше высота, тем выше разрешающая способность съёмки, тем, соответственно, крупнее масштаб исследований. При большой высоте аэросъёмки её разрешающая способность снижается и, следовательно, уменьшается масштаб исследования. Как правило, аэросъёмка выполняется по сети параллельных профилей, равномерно покрывающих исследуемую площадь. Расстояние между смежными профилями также определяется масштабом съёмки. Чем больше расстояние, тем мельче масштаб. Для некоторых методов и при решении определённых задач, где требуется полное покрытие площади наблюдениями (например, аэрофотосъёмка), должно быть обеспечено перекрытие полос наблюдения между смежными профилями. В некоторых случаях (аэрогаммасъёмка протяжённых геологических структур), при значительном расстоянии между 9 9 Конспект лекций Геокартирование смежными профилями, площадь покрывается полосами наблюдения, между которыми отсутствует съёмочная информация. Здесь при создании аэросъёмочных карт и планов 10 используется метод интерполяции. Важным в этом случае является ориентировка полётных профилей. Они должны быть ориентированы по линии максимальной изменчивости изучаемого поля (например, вкрест простирания рудоносных структур). При планировании аэросъёмочных работ важно правильно выбрать протяжённость маршрутов. С одной стороны, она определяется характером решаемых задач, с другой стороны, - полётными характеристиками авиано-сителей. В случае применения вертолётов это расстояние может быть минимально (3-5 км), а для самолетов, даже лёгких, длина профиля должны быть не менее 25-30 км, так как расходуется много времени и топлива при разворотах и манёврах. Рассмотрим наиболее часто применяемые масштабы и высоты съёмок для разных методов. Для обеспечения фотосъёмки и ИК-съёмки в большом диапазоне масштабов используются самолёты с различной высотой полёта. Для горизонтального аэроснимка масштаб его М равен отношению фокусного расстояния f аэрофотоаппарата (АФА) к высоте фотографирования Н: M=l/m = f/H где m — знаменатель масштаба. При съёмке с самолёта несколькими АФА с разным фокусным расстоянием, обеспечивается получение снимков разного масштаба при одинаковой высоте полётов. При выполнении аэрогамма-съёмки (АГС) максимальная высота полёта со стандартной аппаратурой, при которой возможно проведение кондиционных работ, составляет 75 м. При увеличении объёма детекторов высота полёта может быть увеличена до 100=120 м. Принципиальная схема аэрогамма-съемки приведена на рисунке 1. ИК-съёмка как самостоятельный вид исследований в зависимости от решаемых задач выполняется на различных высотах. При съёмке продуктопроводов (нефте- и газопроводы), когда требуется высокая детальность исследований, работы выполняются с предельно малых высот (до 100 м), с реальным разрешением 0,1-0,2 м. Для решения вопросов пожаробезопасности лесов работы выполняются в режиме патрулирования на высотах 1~2 км (Волковицкий, Скловский, 1997). Оптимальные высоты для мониторинга геологической среды 200-1200 м. Рисунок 1 - Принципиальная схема аэрогамма-спектрометрической съемки. Р — высота полета, R — радиус эффективной площади единичного наблюдения, с которой приходит 90 % информации о гамма-излучении Высота лидарных съёмок определяется характером решаемых задач и мощностью применяемых аппаратурных систем. Так при исследовании в ИОА СО РАН (г. Томск) атмосферных процессов лидаром "Святозар-2" полёты проходили на высотах от 100 до 10 Конспект лекций Геокартирование 5000 м, а при исследовании морской воды лидаром "Святозар-З" съёмки осуществлялись с высоты 400 м (Региональный..., 1997). При работах по выявлению 11 люминесцентных аномалий в земной коре, связанных с высокими содержаниями люминесцирующих минералов (шеелит, флюорит и т. д.) или элементов (W, TR, U ...) исследования проводились на высоте до 100 м, при детальных исследованиях масштаба I : 10000-1: 25 000 (Горобец, Портнов, 1992). При комплексной геологической съёмке, включающей АГС, анализ газовых компонентов и исследование аэрозолей, высота съёмочных полётов не превышает 150 м и определяется как максимально допустимая по методике крупномасштабных аэрозольных съёмок (Бабаянц, Керцман, 1997). Метеоусловия во время аэросъёмок должны, с одной стороны, удовлетворять условиям безопасности полётов, а с другой стороны,- обеспечивать максимально благоприятные параметры съёмки. Фотосъёмка и исследование в ближнем ИК-диапозоне проводятся, как правило, в дневное время, в условиях ясной малооблачной погоды в соответствии с окнами пропускания атмосферы. На тепловую ИК-съёмку (8—14 мкм) состояние атмосферы влияет в значительно меньшей степени, но оптимальные условия съёмки зависят от характера наблюдения объектов. В этом отношении радиолокация является всепогодным методом. Требования аэрозольной съёмки учитывают (Бабаянц, Керцман, 1997) скорость ветра (не более 5 м/с) и влажность воздуха (до 90 %), так как это определяет условия формирования и переноса аэрозолей. Благоприятное время года или сезона для выполнения аэросъёмок определяется климатическими условиями района исследования и поставленными задачами. Для составления топокарт. Алогических карт5 исследования растительных сообществ в Условиях России предпочтителен летний период, для изучения чв - весна и осень, а для изучения характера и степени пылеаэрозольного загрязнения снегового покрова - ранняя весна. 11 Конспект лекций Геокартирование 12 Лекция 3 Методы дешифрирования. Дешифровочные признаки План лекции 3.1 Виды космофотоматериалов и их свойства. 3.2 Основные задачи и методы геологического дешифрирования КФСн. 3.3 Площадные объекты или Вещественно-структурные комплексы. 3.4 Линейные структуры (разломы и системы разломов). Линеаменты. 3.5 Кольцевые структуры 3.1 Виды космофотоматериалов и их свойства При геологических исследованиях используются следующие виды КФМ, поступающих к потребителю: 1 КФСнимки перспективные и плановые. 2 КФСхемы. 3 Трансформированные КФСнимки. КФСнимки Это фотографии полученные с КЛА. Каждый снимок имеет 2 номера, присвоенный ему при съемке и инвентарный номер, дату и время фотографирования. КФСн, в большинстве являются перспективными, поэтому качество их снижается из-за угла наклона, кривизны поверхности Земли, невыдержанности продольного и поперечного перекрытия и др. дефектов. Наиболее распространенные масштабы КФСн: 1:2250000, 1:7500000, 1:800000, 1:2600000. Масштаб КФСн прямо пропорционален фокусному расстоянию объектива и обратно пропорционален высоте полета. M = f/H, где М - масштаб, f — фокусное расстояние объектива, Н - высота по лета. Классификация аэрофотоснимков по масштабу Классификация Масштаб КФСн Сверхкрупномасштабные 1:50 000 — 1:60 000 Крупномасштабные 1:100 000 — 1:200 000 Среднемасштабные 1:800 000 — 1:2 250 000 Мелкомасштабные 1:2 250 000 — 1:7 500 000 При отсутствии данных о высоте съемки и фокусном расстоянии объектива масштаб КФСн определяется с помощью топокарты снимка. Измерив расстояние между одними и теми же точками на снимке и карте, масштаб может быть вычислен по следующей формуле: MC AB M K ab где Мс - знаменатель численного масштаба КФСн, Мк - знаменатель численного масштаба карты, аb - расстояние между двумя точками на КФСн, АВ - расстояние между двумя точками на карте, мм. Преимущества КФСн: 1 обзорность, 2 высокая степень генерализации, 3 высокий уровень разрешающей способности. Обзорность КФСн связана с масштабом фотоизображения, с фотографируемой площадью, размером кадра и возможностями человеческого зрения. 12 Конспект лекций Геокартирование Обзорность (О) - это отношение сфотографированной площади S к площади s, 13 которая может визуально наблюдаться при данных условиях наблюдения. O K S s где К - коэффициент, зависящий от оптического увеличения при наблюдении. При выражении сфотографированной площади через размер кадра 1 1 + 12 обзорность будет выражаться следующей формулой: K H 2 11 12 O f2 S где Н - высота съемки5 f- фокусное расстояние объектива, Детальность КФСн - возможность фотографической системы при определенных условиях фотографирования воспроизводить м при тех же условиях наблюдения различать предельно минимальные детали местности. Понижения детальности КФСн связана с влиянием атмосферы, фильтрующей высокие частоты и приводящей (с учетом масштаба изображения) к генерализации. Генерализация - это естественный при фотосъемке с больших высот отбор элементов ландшафта и природных объектов, соответствующих масштабу КФСн-ка. При этом процессе происходит отфильтровывание небольших элементов, размеры которых меньше разрешающей способности данного изображения. Уровни генерализации выражаются в виде десятичной величины, возведенной в степень (103 , 107 и т. д.). Уровни генерализации количественно пропорциональны знаменателю масштаба негативов КФСн и вычисляются по формуле: Г=Н/f, где Г - уровень генерализации, Н - высота фотографирования, f -фокусное расстояние объектива. Оценка степени генерализации производится следующими методами: 1 Эмпирическим - сопоставление АФС с космическими фотографиями одной территории 2 картографическим — сопоставление нагрузки карты и схемы дешифрирования АФС и КФС, 3 теоретическим - анализ разрешающей способности спектральной чувствительности космических приемников. КФСн объединяют в 4 уровня генерализации (табл. 3.1), исходя из разрешающей способности анализирующего изображения, равной 10 линий на 1 мм. глобальный 2. региональный уровни генерализации 1. 3. локальный 4. детальный Таблица 3.1 – Характеристика изображений, получаемых из космоса на различных уровнях генерализации Характеристика Глобальный Региональный Локальный Детальный уровня 13 Конспект лекций Геокартирование генерализации (УГ) 1 2 7 Численное 10 и мельче значение УГ Высота съемки, 1000 ~ 9000 км Обзорность, км 1 Усредненные значения разрешающей способности Преимущества Недостатки 14 3 6 7 10 -10 4 10 - 105 6 5 э 10 и крупнее 180 – 300 Более 500 или 180 - 300 широкоугольным и объективами От десятков Более 1 000 000 10 000 - Менее млн. до ½ 100 000 10000 площади Земли Продолжение табл. 3.1 2 3 4 5 Километры Сотни метров Десятки Метры метров 1. Большой охват поверхности Земли на одном По изображении качеству 2. Одновременность фотографирования большой изображени территории я близки к 3. Высокая скорость получения информации высотным большой территории АФС и 4. Отсутствие мозаичности и фотометрической имеют несопоставимости, возникающей при монтаже аналогичны разнокачественных фотографий, более е им равномерное распределение фотометрических и преимущест геометрических характеристик ва и недостатки 1. Технические трудности получения и передачи на Землю глобальных изображений с разрешением менее 1 км и крупнее 1:10000000 2. Сильная сферичность проекции и связанные с этим трудности преобразования сферического изображения в плановое 3 Неравномерная освещенность Земли и связанные с этим трудности фотометрического сопоставления аналогичных изображений 4 Значительная разномасштабность изображений и сильное искажение по краям 5 Высокая перспективность сферического изображения на краях снимка По качеству изображени я близки к высотным АФС и имеют аналогичны е им преимущест ва и недостатки Наиболее информативными являются локальные и детальные КФСн. Первичная географическая привязка КФСн осуществляется исходя из траектории орбиты КЛА, Номера витка и времени фотографирования. Более точная привязка проводится с 14 Конспект лекций Геокартирование помощью топографической карты. Основными ориентирами являются формы рельефа и гидрографическая сеть, в качестве дополнительных ориентиров можно использовать 15 дороги, населенные пункты, каналы, искусственные водоемы. Для привязки могут быть использованы и геологические карты. Космофотосхемы (КФС) - это монтаж, состоящий из наклеенных на картон КФСн, исправленных за угол наклона. Составляются для предварительных региональных обобщающих исследований. Они еще более неточны, вследствие недостаточной увязки на границах склейки. Трансформированные КФСн или космофотокарты представляют собой снимок, исправленный как за угол наклона, так и за счет кривизны поверхности, приведенной к заданному масштабу, и имеющий сетку меридианов и параллелей. 3.2 Основные задачи и методы геологического дешифрирования КФСн. 1. Изучение характера тектоники, морфологии структурных форм, их взаимоотношений, генезиса и относительного возраста. Выявление и прослеживание на площади литолого-стратиграфических комплексов, анализ их пространственных и временных соотношений. Изучение ландшафтной оболочки земной поверхности и степени отражения в ней геологических объектов. Изучение и анализ геоморфологических особенностей территории (генезис форм рельефа и их возраст). Изучение современных геологических процессов. Уточнение, детализация или создание новых карт (геологических, тектонических, геоморфологических, сейсмического районирования, инженерно-геологических, прогнозных и др.). Методы дешифрирования, 1 Количественный метод. Позволяет определять элементы залегания и мощности пород, размеры геологических тел, амплитуды разрывных нарушений. Измерения осуществляются при помощи специальных фотограмметрических приборов. 2 Качественные методы. Базируются на дешифровочных признаках, которые делятся на две группы: прямые признаки, отражающие непосредственно геологические объекты; косвенные признаки, отражающие взаимосвязь геологических объектов со всеми составными частями ландшафта и лежащие в основе ландшафтного метода дешифрирования. Применяется для закрытых районов. Прямые дешифровочные признаки 1 Геометрические (форма, тень, размеры и взаимное расположение геологических тел). На основании изучения этой группы признаков осуществляется восприятие элементов геологического строения, образующих внутреннюю структуру ландшафта. Эти признаки надежно используются только в районах открытых, лишенных растительного и почвенного покрова. Эти признаки являются неизменными на всех одномасштабных космических фотоснимках и изменяются лишь на различных уровнях генерализации. Так же как и рисунок изображения геологических объектов. Эти признаки принято называть абсолютными, так, как они образуются не изменяющимися в период съемки чертами геологических объектов. 2 Фотограмметрические (цвет и фото тон). Являются неустойчивыми из-за различной освещенности, атмосферного рассеяния, изменения состава залегающих на поверхности пород, увлажненности. Поэтому фотограмметрические признаки являются относительными. 15 Конспект лекций Геокартирование Форма - наиболее определенный, устойчивый и широко используемый признак. По характерной форме хорошо диагностируются вулканы, разрывные нарушения, 16 интрузивные тела» различные в тектоническом отношении регионы. Тень = признак, позволяющий судить о пространственной объектов на одиночном снимке. Различают собственную тень объекта и тень от другого объекта Размеры геологических тел определяются исходя из масштаба снимка. Для определения более точных размеров геологических тел используют спец стереофотограмметрические приборы. Размеры позволяют сделать вывод о происхождении тел и особенностях строения региона. Взаимное расположение геологических объектов позволяет определять их положение (пространственное и возрастное) в строении региона» особенности геологической природы, а иногда и тип горных пород. Цвет (или цветовые различия между объектами) на цветных КФСн -главный дешифровочный признак. Но цвет обладает сильной изменчивостью» Фототон — оптическая плотность изображения на черно-белых отпечатках при визуальном анализе. На черно-белых снимках меняется от белого до черного. Фототон пород определяется их составом, фактурой, влажностью покрывающих их четвертичных или современных отложений. В закрытых районах на фототон оказывает влияние почвенно-растительный покров. Рисунок изображения - сочетание изображений объектов и их частей определенной формы, размера и цвета, дополняя его новым свойством — пространственным распределением элементов изображения, их размещением, повторяемостью. К этому признаку относятся два определения: структура - более крупные элементы на снимке, у которых распознаются форма и размеры; текстура - сочетание элементов изображения, воспринимаемых, как различия в фототоне. Косвенные дешифровочные признаки Это рельеф, гидрографическая сеть, почвы, растительность, результаты хозяйственной деятельности человека и природные территориальные комплексы. Используют при дешифрировании локальных и детальных снимков в закрытых районах. Они образуют внешнюю структуру ландшафта - различные природные территориальные комплексы, В основе ландшафтного метода дешифрирования лежит анализ взаимоотношений между компонентами ландшафта (геологическим строением, рельефом, растительностью, почвами) и его элементами - территориальными комплексами разного ранга (фациями, ландшафтами, видами ландшафта). При этом как индикаторы используются как компоненты ландшафта, так и природные территориальные комплексы, отражающиеся на КФСн. Рельеф. Это универсальный индикатор проявления целого ряда геологических процессов и объектов (новейших тектонических и современных процессов, дизъюнктивных и пликативных структур и др.). На КФСн микро и мезоформы рельефа проявляются слабо и неповсеместно, влияя на Фототон при слабой расчлененности и низком положении Солнца в момент съемки. Макро и мегаформы на КФСн проявляются отчетливо. Анализ рельефа на КФСн позволяет получить разнообразную геологическую и геоморфологическую информацию: от предварительного определения вещественного состава пород до особенностей тектоники и от изучения формы рельефа. Их относительного возраста, истории развития до его происхождения. Гидрографическая сеть. К этому индикатору геологических объектов относят эрозионную сеть от крупных рек до форм первичного стока (озер, болот). Речная сеть на 16 Конспект лекций Геокартирование КФсн дешифрируется хорошо за счет бликования воды, преувеличивающем ширину реки. Это позволяет различать не большие реки до 2-3 м в ширину. По детальности 17 рисунка гидрографической сети локальные снимки сопоставимы с крупномасштабными картами. Кроме речной сети на КФСн можно установить не только тип, но и форму речных долин, границ водосбросов и речных бассейнов, следы перехвата русел и меандрирования, отличить прозрачные реки от мутных и загрязненных. Формы первичного стока — ложбины, лога в равнинных реках, могут подчеркивать характер геологического строения, разрывные и складчатые структуры, свидетельствовать о степени водопроницаемости пород и проявлении некоторых современных процессов. Поперечный профиль долины указывает на состав слагающих ее пород, Анализ сети оврагов, балок, мелких речных долин и строение профиля, характер расположения в плане может дать сведения по определению контроля коренными отложениями. Оказывается, различные породы, слагающие речные долины имеют свой, характерный рисунок речной сети. Т. е. о составе горных пород можно судить по особенностям рисунка эрозионной сети и перегибам поперечного профиля. Большое количество мелких озер и болот может свидетельствовать с наличии водоупорных отложений. Изменение глубины эрозионного вреза речных долин и русел, высоты террас и поведения речных русел (спрямленные участки, повышенное меандрирование, наличие порогов, перекатов). Изучение растительного покрова на КФСн позволяет выделять и степень созревания посевов пшеницы, а также разделять растительность по экологическим признакам. Ксерофитная растительность. Произрастающая в условиях недостатка влаги — имеет светлый тон. Гидрофитная растительность, тяготеющая к обводненным участкам - характеризуется темным тоном. Это может способствовать выделению четвертичных отложений в бассейнах и долинах рек. Особенности распределения растительности связаны еще и с широтными зонами, высотными поясами, ландшафтами, физико-географическими районами, находящими свое отражение на КФСн. Основные особенности изображения зональности растительного покрова на КФС Широтные Особенности формирования и характер изображения растительного ЗОНЫ покрова широтных зон Арктическая Неравномерное распределение светлых пятен, обусловленных распространением в летнее время покровов снега и многолетних ледников, и темных. Связанных с растительным покровом и выходами Тундра Малоконтрастное коренных пород. сочетание диффузных пятен серых тонов моховых тундр, несколько более светлых лишайниковых и более темных кустарниковых. Заметно обилие озер. Долины рек слабо выражены. Вершины гольцов большую часть лета покрыты снегом. Лесотундра. Спорадическое распределение лесов на водоразделах выражается в образовании заметной текстуры темно-серых пятен на междуречьях и темных полос вдоль долин рек. Лесная. Темно-серый тон лесных массивов, дающих неправильный пятнистый рисунок с уверенно контрастной мелкой текстурой, определяемой конфигурацией несколько более светлых безлесных территорий, с/х угодий, болот, пойм, субальпийских лугов и гольцов. Изображение лесных ландшафтов подвержено сильной сезонной ваЛесостепная. Контрастные сочетания темных лесных массивов с заметной мелкой риации. текстурой и серых безлесных площадей с прямоугольной текстурой с/х угодий. 17 Конспект лекций Геокартирование Степная. Контрастный рисунок прямоугольников с/х земель, нарушаемый темными дендритовыми полосами речных долин, оврагов, балок и округлыми пятнами западин. Пустынная. Разнородный крупный пятнистый рисунок с контрастными темносерыми полями каменистых пустынь, светло-серыми — песков со значительным развитием на остальных территориях полосчатокоренных и дендрито-перистого рисунка сухих русел и литогенногокород рисунка предгорных древне аллювиальных равнин. Саванная Ровный тон с мелкоконтрастньгм диффузным рисунком, диффузно неясными границами. На фоне которого более темными пятнами выделяются заболоченные понижения и низкогорья. Сухих Темно-серый тон с заметной текстурой, образованной более темными тропических фрагментами лесных массивов и несколько более светлыми лесов безлесных территорий, занятых с/х угодьями или мелколесных, представленных вторичными и редколесными насаждениями. Влажных Большую часть года покрыта облачностью. Выделяется наиболее тропических темными пятнами, на некоторых слабо заметны гомогенные текстуры, лесов связанные с изменением состава лесов в зависимости от рельефа и гидрографии. Почвы, как самостоятельные природные тела при дешифрировании выполняют определенную индикационную роль. Это связано с материнскими породами, влияние которых сказывается на цвете почв, их механическом составе, характере почвенного скелета, мощности, влажности и химизме. Все эти признаки определяют спектральную ясность почв на снимках. Наиболее четко почвы проявляются в аридных областях, или при отсутствии растительности в гумидных. На спектральную яркость почв оказывает влияние мощность гумусового слоя и содержание гумусовых веществ в почвенном горизонте. Почвы с повышенным содержанием гумуса отличаются более темным тоном, Яркость почв значительно меняется от влажности. Увеличение влажности приводит к снижению яркости почти в 2 - 3 раза. На спектральную яркость почв влияет минералогический состав. Светлые минералы (кварц, каолинит, полевые шпаты) увеличивают яркость, а темные минералы — снижают. Наиболее сильно снижает яркость почв окисное железо. Так же пустынный загар, латериты - придают изображению почти черный тон. Содержащиеся в почвах легко растворимые соли (сульфаты, карбонаты), обладающие высокой отражательной способностью, увеличивают яркость почв. Механический состав почв оказывает свое влияние на их яркость. Песчаные почвы более светлые по сравнению с глинистыми суглинистыми. При дешифрировании основными признаками обнаженных почв служат тон и рисунок изображения. На КФСн регионального и локального уровней генерализации позволяют различать зональные типы почв, механический состав, эродированность и комплексность почвенного покрова. Эти данные могут быть использованы При геологическом дешифрировании для получения сведений о вещественном составе материнских пород, разрывных нарушениях, проявлении новейшей тектоники, а также при гидрогеологических работах. 18 18 Конспект лекций Геокартирование Хозяйственная деятельность человека, создающая антропогенные компоненты рельефа, сокращает объем геологической информации, получаемой с КЛА, При 19 дешифрировании необходимо обнаруживать и идентифицировать антропогенные элементы, определять площадь их распространения. Дороги, дренажные системы, водохранилища, с/х угодья и т. д., все это может ввести в заблуждение при дешифрировании. В зависимости от формы антропогенного воздействия и состава используемых индикаторов различают 3 категории элементов антропогенного ландшафта. 1. Антропогенные элементы, развивающиеся и существующие одновременно со съемкой. Они распознаются по прямым признакам, К ним относят изображения пожаров, дымовых факелов, нефтяных пятен на поверхности моря, распаханных земель. 2. Антропогенные ландшафты недавнего происхождения. Они распознаются по косвенным признакам. Это изображения следов водной и ветровой эрозии почв, гарей, земель вторичного засолонения. 3. Древние антропогенные ландшафты, образованные в течение длительного времени, распознаваемые по логическим индикаторам. Космические методы могут быть использованы при изучении различных элементов антропогенного ландшафта и экологического мониторинга: 1 промышленных и городских сооружений 2 с/х угодий 3 лесохозяйственных угодий 4 орошаемых земель и водохозяйственных сооружений 5 форм водной эрозии 6 форм ветровой эрозии 7 лесных и травяных пожаров 8 загрязнения воды 9 загрязнения воздуха Учет этих элементов необходим при геологическом дешифрировании. А также при гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях. Природные территориальные комплексы - это элементы ландшафта, характеризующиеся специфическим рисунком фотоизображения. Их границы уточняются в результате стереоскопического изучения рельефа по снимкам и анализу фотоизображения других компонентов ландшафта. Наименьшая составная часть ландшафта - фация. Фация — природный территориальный комплекс. На всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат одна почвенная разность и один биоциноз. Природные территориальные комплексы, представляющие закономернопространственную систему, генетически, динамически и территориально связанных фаций, называются урочищами Урочища формируются на основе какой-либо мезоформы рельефа. Закономерное сочетание взаимообусловленных урочищ образуют местности, а сочетания местностей – ландшафты, определенные типы которых формируются в пределах рельефа, однородного по морфологии, генезису и составу слагающих его пород. Для выделения фаций и урочищ используют характерный микрорельеф, рисунок мелкой эрозионной сети, закономерная смена растительности. Конфигурация пашен, что создает специфическое и неповторяющееся изображение, Их однородность - признак принадлежности этих видов ландшафта к одному типу. 19 Конспект лекций Геокартирование В условиях равнинного рельефа границы ПТК при одинаковых климатических условиях контролируются границами геологических образований, что позволяет 20 картировать их по снимкам. На местности без снимков установить эти контакты невозможно. В горных районах связь между морфологической структурой и геологическим строением бывает сложнее, чем в равнинных. Это связано с резкой сменой климатических зон по вертикали, экспозицией склонов и строением ландшафтов. Тектонические нарушения также связаны с перестройкой всех компонентов ландшафта и изменением его морфологической структуры в пределах участка, охваченного этими движениями. И по этому признаку могут опознаваться на снимках. Площадные объекты (вещественно-структурные комплексы ВСК) при дешифрировании КФС. ВСК - геологические тела, обладающие выдержанным вещественным составом, однотипным характером дислоцировнности пород и обособляющиеся на КФС как самостоятельные площадные объекты. ВСК опознаются на КФС по признакам, раскрывающим их состав и структуру. Часто на снимках может быть определена лишь одна из характеристик комплекса (вещественная или структурная), а вторая устанавливается на основе интерпретации - сопоставления с геологическим материалом. 3.3 Площадные объекты или Вещественно-структурные комплексы (ВСК) 1 Стратифицированные ВСК 2 Нестратифицированные ВСК. 3 Стратифицированные ВСК Под вещественной характеристикой ВСК понимают преобладающий вещественный состав горных пород, слагающих на КФС геологические тела и, в тех случаях, когда это можно установить - их формационная принадлежность. Количество и объем вещественных ассоциаций определяется возможностями дешифрирования. Вещественные ассоциации объединяют в 4 генетические группы: осадочные, осадочно-вулканогенные, вулканогенные и метаморфические. Для районов с ограниченными возможностями дешифрирования КФС можно выделять обобщенные вещественные ассоциации. Внутри каждой генетической группы выделяют типы вещественных ассоциаций. Вторым параметром вещественно-структурных комплексов является их структурная характеристика, под которой понимается преобладающий характер складчатых и разрывных дислокаций, свойственных дешифрируемым на КФС космогеологическим объектам. >:■ Классификация стратифицированных вещественно-структурных комплексов. 1 Рыхлые образования 2 Сероцветные молассовые Терригенные Осадочные Коренные и молассоидные горные 3 Красноцветные и породы пестроцветные молассовые и 4 Флишевые и молассоидные 5 флищоидные Аспидные и граувакковые 6 Нерасчлененные 20 Конспект лекций Геокартирование 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 21 22 23 24 Флишевые карбонатные Нерасчлененные Терригенные и карбонатные Терригенные и кремнистые Терригенно-вулканогенные ОсадочноКремнисто-терригенно-вулканогенные вулканогенные Щелочно-бэзальтовые Вулканогенные Преимущественно лаво- Трапповые вые Преимущественно туфовые Кислые ИзвестковоСредние и основные щелочные Нерасчлененные Спилито-кератофировые Спилито-диабазовые Осадочные, осадочно-вулканогенные, вулканогенные Метаморфические сланцы Умеренно Метаморфическ по вулканогенным метаморфизован ие Метаморфические слан- ные породам цы по терригенным породам Лейкократовые (крист. Глубоко 21 сланцы, гнейсы, гранито- метаморфизован Меланокатовые (крист. гнейсы ) ные сланцы, гнейсы, амфиболиты, чарнокиты) 26 Нерасчлененные 27 Нерасчлененные 28 Нерасчлененные В стратифицированных образованиях выделяют 15 структурных ассоциаций, которые дают в сумме совокупность возможных структурных преобразований слоистых толщ земной коры, которые могут быть установлены на КФС. Нестратифицированные вещественно-структурные комплексы. Эти комплексы отвечают интрузивным и субвулканическим породам, образующим в земной коре обособления различных генетических типов, объединяемые общей чертой их внутреннего строения: отсутствием слоистой текстуры. Именно эта черта и определяет отличие их изображения на КФС от изображения стратифицированных BCК. 1 Ненарушенное первичное залегание 2 Прерывистая складчатость Субгоризонтальное залегание 3 Брахиформная 4 Диапировая 5 Сублинейная 6 Промежуточная складчатость Моноклинальное залегание 7 Гребневидная 8 Коробчатая 9 Полная складчатость Линейная открытая 10 Изоклинальная 11 Вулканотектонические дислокации Первичные 12 Переработанные блоково-складчатыми движениями 25 21 Конспект лекций Геокартирование 13 Глубинная (метаморфогенная) складчатость нерасчлененная 22 14 Чешуйчато-надвиговые дислокации 15 Складчатые дислокации нерасчлененные Ведущим фактором, определяющим различия нестратифицированных ВСК, является: 1 состав интрузивных пород 2 соотношение интрузивных пород с вмещающими или перекрывающими их стратифицированными отложениями. Нестратифицированные ВСК делятся 3 группы: 1 Плутонические 2 Субвулканические 3 Плутонические и субвулканические нерасчлененные. В составе плутонической группы ВСК: 1 ультраосновные породы 2 основные породы 3 нормально- гранитоидные породы 4 субщелочные гранитоидные породы 5 щелочные породы Субвулканические образования по вещественному составу разделены на 2 группы: 1 кислого и среднего состава нерасчлененные; 2 основного состава. Специфические формы выходов и сравнительно светлый фототон массивов первой группы позволяют легко отличать их на КФС. 3.4 Линейные структуры (разломы и системы разломов). Линеаменты. Линейные структуры (линеаменты) выделяются на КФС разных типов и масштабов по комплексу весьма устойчивых дешифровочных признаков полнее и увереннее других космогеологических объектов. На КФС континентального уровня генерализации линейные объекты, как иравило, выделяется как единые и непрерывные, протяженные структуры. На региональных и особенно локальных КФС они распадаются на полосы сгущения мелких линейных объектов, прослеживающиеся непрерывно или фрагментарно. Отдельные фрагменты их либо продолжают друг друга по простиранию, либо располагаются кулисообразно. Все линейные структуры бывают двух типов: 1 экспонированнные – вскрытые разрывные нарушения; 2 не вскрытые — затухающие к поверхности или погребенные разрывные нарушения. Все эти структуры группируются в два типа зон: 1 протяженные и сложно построенные 2 простые и одиночные структуры. 3 Внутрикоровые На КФС чаще всего, хорошо дешифрируются признаки вертикальных перемещений. Это прямолинейные разрывы, выраженные в рельефе уступом, по которому происходит смена вещественно-структурных комплексов. Менее надежно определяются горизонтальные перемещения по разрывам продольные (по сдвигам) или поперечные (по надвигам и шарьяжам). Надвиги и особенно шарьяжи имеют дугообразную или фестончатую конфигурацию в плане. 3.5 Кольцевые структуры КС - это структуры различного генезиса, имеющие в плане очертания окружности. КС по своим размерам могут быть, в диаметре от 10 км до 440-500 км. 22 Конспект лекций Геокартирование КС по генезису делятся: 23 I Эндогенные, которые в свою очередь делятся: 1 тектоногенные 2 магматогенные 2.1 плутоногенные 2.2 вулканогенные 2.3 плутоногенные вулканогенные нерасчлененные 3 ультраметаморфотенные II Экзогенные Эндогенные КС Тектоногенные КС Приурочены к чехлам плит древних и молодых платформ, краевым прогибам и орогенным впадинам. По морфологии они подразделяются: 1 пликативные положительные (своды, поднятия, купола). Дешифрируются наиболее уверенно. Около 75% из всех известных структур такого рода составляют в диаметре менее 50 км и отвечают локальным поднятиям платформенного чехла, С увеличением диаметра количество структур резко уменьшается и таки структуры соответствуют сводовым поднятиям на плитах молодых и древних платформ. Самая крупная положительная структура - Астраханская (240 км в диаметре). 2 пликативные отрицательные (впадины, котловины, мульды), выделяются реже. Выделяют на КФС по округлым и овальным участкам аномального фотоизображения, дуговым элементам рельефа (преимущественно русел рек), а также по дуговым и кольцевым полосам растительности. Многие крупные пликативные структуры осложнены более мелкими, расположенными вдоль периферии или в центральной части основной структуры. Астраханская структура. Западная Сибирь. 3 диапировые (соляные диапиры, массивы, купола). Диаметр 10 - 25 км, самая крупная достигает 75 км в Прикаспийской впадине. Тектоногенные КС могут иметь полосовое (линейное) или ареальное размещение. Полосовое размещение характерно для структур Восточноевропейской платформы, а ареальное — для Прикаспийской впадины. Магматические КС 1 Плутонические КС соответствуют вскрытым и невскрытым интрузивным телам. На КФС они проявляются в изменении фототона. Если совпадают с контурами интрузивных массивов, В иных случаях они проявлены дугообразными концентрическими элементами положительного или отрицательного рельефа. Такие КС характерны для интрузий центрального типа Хибины, Кольский полуостров, Алданский щит. КС могут наблюдаться и во внутренних частях крупных батолитоподобных массивов гранитоидов, когда они сопровождают фазовые обособления интрузивных пород, интрузивные купола или участки слабо переработанной кровли. Очень часты случаи, когда диаметр КС превышает ареал выходов интрузивных пород на поверхности, включая и зкзоконтактовые изменения пород. В ряде случаев наблюдается четкая приуроченность плутонических КС к зонам глубинных разломов, отражающая генетическую связь линейных и кольцевых структур. Монгол-Охотский глубинный разлом и приуроченные к нему КС плутоногенные диаметром около 100 км. Иногда плутонические КС располагаются тесно сближенными группами, формируя своего рода узлы, часто лежащие на пересечении двух или трех систем глубинных 23 Конспект лекций Геокартирование разломов. В некоторых случаях такие структуры окаймляют КС более крупного 24 размера. (200=3000 км). 2 Вулканические КС связаны с вулкано-тектоническими депрессиями (реже с поднятиями), вулканоплутонами (вулканическими аппаратами со вскрытым интрузивным, обычно гранитоидным ядром), кальдерами, некками, экструзиями, и отражаются на снимках преимущественно концентрическими дуговыми элементами рельефа. Вулканические КС размещаются в районах развития вулкано-тектонических дислокаций окраинно-континентальных вулканических поясов палеозойского (Ц. Каз.), мезозойского (Охотско-Чукотский, Приморский пояса) и кайнозойского (Камчатка) возраста. В мезозойских и кайнозойских поясах КС располагаются линейно, цепочками вдоль глубинных разломов, определяющих положение и зональность вулканических поясов. Ареальное расположение для вулканических КС мало характерно. 3 Плутонические и вулканические КС нерасчлененные выделяют в тех случаях, когда при помощи определенного комплекса методов дешифрирования невозможно их разделить. Ультраметаморфогенные КС Для своей генетической интерпретации требуют специализированных геологических материалов по строению глубокометаморфизованных толщ. На КФС они проявлены дугообразными концентрическими элементами рельефа и тонкой полосчатостью, отражающими концентрические линии простираний сланцеватости метаморфических толщ. Их можно разделить на две группы: 1 гранитогнейсовые и мигматитовые купола с поперечниками 15 – 50 км, до 70 км; 2 гнейсовые складчатые овалы с диаметром 1000 км и более, до 270 км. Самые крупные КС докембрийских метаморфических толщ называют нуклеары (500 - 1000 км в поперечнике). Характеризуются концентрическим структурным планом. Самые древние меланократовые толщи (серые гнейсы, апогипербазит — базитовые породы) занимают периферийную часть нуклеаров, к их центральным частям тяготеют более кислые гнейсомигматитовые толщи и секреции гранитоидного материала, отличающиеся более молодым радиологическим возрастом. Нуклеары выступают в структуре древних платформ как первичные аккумуляции материала в литосфере и эмбриональные ядра консолидации древней континентальной коры. Они обычно, сопровождаются погружениями поверхности МОХО и глубинными отрицательными гравитационными аномалиями, 24 Конспект лекций Геокартирование Лекция 4 Использование материалов дистанционного геологических исследованиях План лекций 4.1 Геологические исследования и картографирование 4.2 Геоэкологические исследования и картографирование 4.3 Прогнозирование и поиски МПИ зондирования в 4.4 Прогнозирование и поиски нефтегазовых месторождений 4.5 Дистанционные методы мониторинга С помощью дистанционных методов решается широкий круг разнообразных задач картографического, исследовательского, мониторингового плана. При этом информативность методов весьма различна в зависимости от характера решаемых задач. Всё это определяет необходимость рационального комплексирования дистанционных методов в зависимости от их возможностей, способа дистанцирования и поставленных целей. При выборе методов в каждом конкретном случае следует опираться на следующие основные положения: - комплекс применяемых методов должен соответствовать характеру исследуемых объектов и условиям их проявления в данной обстановке; - в комплексе не должно быть дублирующих друг друга методов, а выбранные методы наиболее производительны и экономичны; - выбранный комплекс методов должен обеспечить минимальные затраты времени и средств на решение поставленных задач. Вопросы комплексирования должны постоянно решаться как при выборе методов в пределах группы (например, группа аэрометодов), так и при рациональном сочетании методов в разных группах (сочетание космо-, аэро- и наземных методов). Основные решения в вопросах комплексирования всегда принимает специалист (геолог), чётко представляющий исследуемую проблему и характер тех задач, которые следует решить. Затем, на этапе подготовительных работ, необходимо рассмотреть возможности и варианты имеющегося арсенала ДМИ и определить наиболее оптимальный комплекс для решения поставленных задач» Использование ДМИ на начальном этапе оправдано в связи с необходимостью оперативного получения дешёвой обзорной информации, позволяющей определить первоочередные задачи и локализовать уяастки 9 где будут применены другие менее оперативные и более дорогие методы (например, наземные геофизические, геохимические и геологические исследования с комплексом тяжёлых горно-буровых работ). Рассмотрим особенности и примеры комплексирования ДМИ в решении разноплановых задач геологического и экологического характера. 4.1 Геологические исследования и картографирование Наиболее полно и системно требования к параметрам ДЗ и вопросы их комплексирования решены для целей геологического картографирования масштабов 1:200 000 и 1:1000 000. Так, один из информационных блоков, который необходим при создании Госгеолкарты 200, должен быть представлен материалами ДЗ. К ним отнесены материалы фотографических, сканерных и радиолокационных съёмок земной поверхности с воздушных и космических носителей в видимой, инфракрасной и радиоволновой зонах спектра ЭМИ„ Совокупность материалов Д3, 25 25 Конспект лекций Геокартирование результатов их дешифрирования и интерпретации представляют собой дистанционную 26 основу карты (ДО-200), Использование ДО-200 позволяет решать следующие основные задачи среднемасштабного геологического картирования и картографирования: - уточнение существующих представлений о геологическом стро ении района съёмки, выявление новых геологических объектов; - анализ закономерностей размещения и прогноз полезных иск опаемых; - геоморфологические исследования; - оценка эколого-геологачеекой обстановки и прогноз её развития. ДО-200 состоит из фактографической и интерпретационной частей. К основным компонентам фактографической части относятся: нормированные данные ДЗ в цифровой и аналоговой формах; результаты формализованных образований ДЗ, как правило, только в цифровой форме. Интерпретационная часть (схемы дешифрирования, схемы интерпретации результатов дешифрирования) создаётся по результатам экспертного визуального и компьютерного интерактивного анализа фотографической части с учётом имеющейся геологической, геофизической и другой информации. Исходные материалы, используемые для ДО-200, должны удовлетворять двум требованиям - детальности и обзорности, а также должны быть представлены в нескольких информативных диапазонах. Оптимальное пространственное разрешение исходных материалов ДО-200 должно составлять 10=15 м. Обзорность обеспечивается снимками, которые охватывают такую территорию» где отображается положение картируемой площади в общей структуре региона. Для удовлетворения этих требований используются данные ДЗ различных масштабных уровней - обзорного, основного детального. При создании ДО-200 использование материалов основного и обзорного масштабных уровней обязательно,, Основные должны покрывать всю площадь картирования, обзорные -территорию не менее 3° по долготе и 2° но широте, в центре которой находится соответствующий лист Госгеолкарты-200 При создании обзорного масштабного уровня ДО могут быть использованы материалы в 2,5=5 раз более мелкого масштаба, чем при основном с захватом площадей, смежных с картируемыми. Детальный масштабный уровень необязателен и ис= пользуется для расшифровки участков, сложных но строению. Исходными (базовыми) материалами при формировании фактографической части ДО200 служат материалы съёмочной системы МК-4 в спектральных диапазонах 0,52-0,57; 0,64-0,69; 0,81-0,9 мкм. Эти материалы используются при формировании как основного, так и обзорного и детального масштабных уровней ДО-200. При создании дистанционной основы листов Госгеокарты-200, территория которых не обеспечена материалами МК-4 удовлетворительного качества, следует использовать в качестве базовых материалы съёмочных систем КАТЭ-200 и (или) КФА-1000, Данные материалы являются дополнительными при наличии съёмок МК-4 хорошего качества. Дополнительными исходными материалами для основного масштабного уровня служат результаты высотных аэросъёмок, а также материалы космосъёмок фотографической системой ТК-350 и сканерной съёмочной системой МСУ-Э, Из зарубежных рекомендуется использовать материалы Laadsat-TM (и других с характеристиками не хуже), которые в отдельных случаях могут дать информацию об особенностях вещественного состава геологических тел, о геологических процессах (в том числе современных). 26 Конспект лекций Геокартирование Обзорный масштабный уровень фактографической части ДО-200 создаётся на базе съёмочных материалов МК-4, КАТЭ-200 или ТК-350; при этом как дополнительные 27 можно использовать снимки МСУ-СК и другие близкие к ним по характеристикам. Детальный масштабный уровень ДО-200 формируется по материалам космосъемок сисЛекциями МК-4: КФА-1000 и Других съёмок с разрешением на местности не менее 10-15 м, а также аэросъемочных работ. Для выявления основных объектов геологического картирования наиболее информативны материалы ДЗ длинноволновой части видимого оптического диапазона и ближней инфракрасной области. Для гидрогеологического и эколого-геологического картирования при проведении работ в районах, перспективных на нефть и газ, и, возможно, при выявлении по особенностям аномального теплового поля некоторых элементов глубинного строения, в том числе контролирующих размещение месторождений твёрдых полезных ископаемых, следует использовать данные теплового канала космических съёмок и материалы специальных тепловых самолётных съёмок. Базовые материалы основного и обзорного уровней генерализации формируются как исходная фактографическая часть ДО-200 на этапе подготовительных работ, остальные составляющие готовятся в течение всего процесса создания Геолкарты-200. Применение материалов ДО разных масштабных уровней обеспечивает последовательную детализацию дешифровочной информации, начиная с обзорных материалов. На каждом последующем уровне уменьшается глубинность получаемой информации, но увеличивается ее детальность. Информация более высокого уровня генерализации должна наноситься на схемы, создаваемые по материалам более низких уровней для выявления слабоконтрастных геологических границ и обеспечения целенаправленного поиска мелких объектов, которые могут прояснить или выявить геологическую сущность крупных структур, устанавливаемых при анализе материалов предшествующих уровней. Итоговая интерпретационная схема основного масштаба (1:200 000) должна являться результатом постепенного заполнения структурного каркаса, полученного по материалам наиболее высокого уровня, данными о строении мелких объектов,, выделяемых на более детальных материалах ДО. В цифровой форме материалы ДО обрабатываются и анализируются при поддержке ГИС-технологий, Как правило, обработка Должна проводиться в интерактивном режиме. При этом алгоритм использования преобразованных изображений в процессе составления геологических карт предусматривает четыре этапа: О анализ исходных изображений и геолого-картографических материалов; 2) выявление геологических задач, решение которых требует дополнительной информации; подбор оптимальных преобразований для выделения необходимой информации и дешифрирование преобразование изображений; интегрированный анализ исходных, преобразованных изображений и геолого-картографических материалов для явления геологических элементов, которые необходимо отобразить на геологической карте. Совместный анализ материалов ДЗ и геологических данных - естественная практика работ при использовании дистанционной информации. В дополнение к общепринятым полезны неотектонический и структурно-магматический анализ природной среды совместно с данными ДЗ, Неотектонический анализ помогает трактовке особенностей отражения разновозрастных структур на материалах Д3, их эрозионного среза, степени новейшей активности. Структурно-магматический анализ совместно с данными ДЗ 27 Конспект лекций Геокартирование способствует выявлению палеоструктурных обстановок, особенно в инверсионную (поздняя геосинклинальная) и орогенную стадии, для которых типичны полноразвитые ря- 28 ды интрузивных и вулканогенных формаций. Роль дистанционных методов при составление карт четвертичных отложений (КЧО). В закрытых районах даже при наличии значительного числа скважин границы четвертичных образований прослеживаются с помощью материалов дистанционных съёмок. При создании КЧО базовые материалы ДО-200 служат для оконтуривания основных стратиграфогенетических подразделений, а также являются основой при генерализации и сведении материалов геолого-съёмочных и картосоставительских работ масштаба 1:50 000 при увязке листов Госгеолкарты-200. Однако таких материалов часто бывает недостаточно, чтобы уверенно идентифицировать генетические типы четвертичных отложений. Поэтому для решения ключевых стратиграфо-генетических проблем для фрагментов территории следует применять космические съёмки детального уровня генерализации, материалы аэросъёмочных работ. При создании картографических компонентов Госгеолкарты-200 с применением материалов ДЗ минералогического содержания следует выявлять и изучать рудоконтролирующие факторы, определяющие закономерности размещения различных видов полезных ископаемых, В геологической литературе описаны многочисленные примеры закономерного расположения рудных объектов относительно дизъюнктивных и5 пликативных структур, вещественных комплексов, картируемых по данным ДЗ с использованием традиционных методов линеаментного и геоиндикационного анализа. Дополнительные возможности представляют современные многоспектральные космические съёмки, цифровая обработка их данных позволяет определить новью критерии минерагенической приуроченности. При картировании и картографировании эколого-геологических ситуаций (экологогеологических условий и опасностей) необходимо использование материалов Д3. В процессе картирования природных экологически неблагоприятных и опасных объектов материалы ДЗ могут быть основными или вспомогательными. При картировании антропогенной нарушенности геологической среды на земной поверхности материалы ДЗ не имеют альтернатив. Исходные (базовые) комплекты фактографической части Д0-200 должны готовиться по самостоятельным проектам на опережающем этапе работ по созданию Госгеокарты-200. Непосредственно при составлении Госгеокарты-200 базовый комплект пополняется дополнительными материалами и формируется интерпретационная часть ДО-200. Эти работы желательно выполнять силами единого коллектива, состоящего из представителей организаций-исполнителей ДО=200 и геологов-картосоставителей. Различные виды космо- и аэрометодов находят своё применение и при средне-, крупномасштабном геологическом картировании. Здесь перечень решаемых задач также весьма значителен от прослеживания геологических тел до привязки скважин и горных выработок 4.2 Геоэкологические исследования и геокариторование Геоэкологические исследования и картографирование (ГЭИК) (масштаба 1:200000=1:100000) могут проводиться самостоятельно или в составе геологической, гидрогеологической, инженерно-геологической, геокриологической съёмок, что соответственно определяет и общий комплекс видов и методов исследований, в составе которых обязательно есть дистанционные методы исследований различного вида и назначения, а так же ретроспективный анализ архивных космо- и аэроматериалов. 28 Конспект лекций Геокартирование Многоспектральная Фотографическая ИК-тепловая Радиолокационная + Фотографическая Привязка пунктов наблюдения, скважин, горных выработок и т.п. Определение границ геологических тел с точностью на местности не менее 100 м Исследование стратифицированных образований Изучение четвертичных отложений Изучение магматических пород Изучение интрузивных и связанных с ними дайковых и жильных образований Изучение метаморфических пород Изучение вулканогенных и осадочновулканогенных образований Изучение рельефа Изучение общих вопросов тектонического строения Исследование складчатых структур Изучение разрывных дислокаций Изучение кор выветривания Изучение геологических формаций Установление закономерностей размещения полезных ископаемых Телевизионная и оптико-электронная Задачи Аэровизуальные наблюдения При ГЭИК дешифрирование материалов аэро- и космосъёмок (МАКС) позволяет получить прямую информацию о характере рельефа, разломной тектонике, 29 гидрографической сети, водоёмах, проявлении экзогенных геологических процессов, почвах, частично горных породах, техногенных объектах. В некоторых случаях путём дешифрирования МАКС можно получить сведения о распространении ореолов техногенных загрязнений ГС, Виды дистанционных съемок из космоса с самолета ++ ++ ++ +++ + + ++ ++ +++ + + + + + + + + - + + + + - ++ + + + + + ++ ++ + + + + + + + + + + + + + + ++ ++ + + + + ++ ++ + +++ ++ ++ +++ ++ +++ +++ + + ++ ++ + + + - + + + + + ++ + + ++ - +++ +++ + + + + + + + + + + + + ++ + + + + Рабочим материалом для среднемасштабного ГЭИК являются МАКС масштаба 1:200000-1:100000. Для дополнительной обзорной информации используются космические фото- и сканерные снимки масштаба 1:1000000= 1:500000. Для детализации используются аэроснимки масштаба 1:100000, 1:50000-1:25000 и радиолокационные снимки масштаба 1:200000-1:1000000. 29 Конспект лекций Геокартирование Оценка источников и ореолов техногенного воздействия на ГС в районах с неблагоприятной радиационной обстановкой проводится с применением аэрогамма- 30 спектрометрической съемки (АГСС). В пределах городских агломераций и крупных горнопромышленных комплексов эффективно применение ИК-тепловой и радиотепловой съёмок. В районах с интенсивным атмосферным переносом загрязняющих веществ целесообразно проведение аэрозольной съемки! Обязательным при ГЭИК является применение лавдшафтно-индикационного метода. Сущность его заключается в использовании характерных внешних особенностей местности (хорошо заметных на МАКС) в качестве индикаторов литолого-петрографических, гидрогеологических, геокриологических и инженерногеологических условий. Основными индикаторами являются рельеф, гидрография, растительные сообщества в сочетании с литогенной основой. Ландшафтноиндикациониые исследования выполняются с широким использованием дешифрирования МАКС в сочетании с наземными методами. Уровень радиационной заражённости природных объектов анализируется на основе сочетания разномасштабных наземных радиогеохимических и АГСС съёмок. АГСС выполняется на самолётах и вертолётах в соответствии с нормативнометодическими документами. Привязка измерений общепринятая, метрологическое обеспечение производится с помощью естественных полигонов и стандартных образцов. В целях детализации и оконтуривания участков радиоактивного загрязнения природными радиоактивными элементами и радионуклидами, определения типа загрязнителей и количественной оценки их концентра-ции выделяются 3 основных типа радиоактивных аномалий: - связанные с продуктами технологических процессов; - обусловленные повышенной радиоактивностью в породах, материале дорожного покрытия, облицовке зданий; - связанные с авариями ядерных установок, в частности на АЭС (халатное хранение и использование радиоактивных изотопов). На раннее изученных территориях, обеспеченных аэрогаммаспектрометрическими съёмками, проводятся опорные (увязочные) экологорадиогеохимические профили для расшифровки и привязки к местности полученных данных, увязки радио-геохимических исследований, выполненных впредыдущие годы разными методами и разными организациями. Методы ИК=тепловой и радиотепловой (СВЧ) аэросъёмок используются в комплексе с геофизическими, буровыми и гидрогеологическими методами при картографировании изменений подземной гидросферы. При этом, особенно в районах криолитозоныэ проводится дешифрирование МАКС (спектрозональных и многозональных). Материалы дешифрирования архивных и современных МАКС находят широкое применение при выборе опорных участков для постановки детальных исследований, для картографирования нарушенности территории различными видами экзогенных геологических процессов (ЭГП) и для исследования направленности развития ЭГП и их техногенной активизации. При геолого-экологических исследованиях береговых зон и шельфа наряду с дешифрированием МАКС выполняются ДМИ в косм- и аэровариантах, а также в надводном исполнении с крупных и мелких судов. 3 последнем случае комплекс исследовании включает в себя: зхолотный промер, высокочастотное сейсмоакустическое профилирование, гидролокацию бокового обзора, 30 Конспект лекций Геокартирование гидрогазопрофилирование, фототелепрофилирова-ниеэ ИК-радиометрию для дистанционного измерения естественной и антропогенной теплоотдачи морской 31 поверхности, лазерное дистанционное зондирование надводной атмосферы. Всё это обеспечивает выявление скоплений донных биоценозов, геоморфологических, структурно-тектонических, литологических, геохимических и геокриологических особенностей строения разреза морских отложений и коренного ложа, а также взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы. Использование ДМИ позволяет определить возможные пути переноса загрязняющих веществ морскими течениями, изучить еубмарикнуго разгрузку подземных вод„ Интерпретация данных МАКС при составлении геоэкологических карт осуществляется на основе ландшафтно-индикационного метода. Работы но использованию космоаэроинформации для изучения изменений окружающей среды находят первоочередное применение в районах интенсивной геологоразведочной и горнодобывающей деятельности. Материалы космического зондирования находят широкое применение и при ландшафтно-эпидемиологических исследованиях и гигиенической оценке территорий» Так в работах специалистов г. Томска (Воробьевой и др., 1992; Волкотруб и др., 1994) показано использование аэрокосмической информации в антропоэкологических и эпидемиологических исследованиях городов Сибири (Томска, Барнаула, Омска и др.). Ими разработана методика использования аэрокосмической информации для выявления зон с различным уровнем техногенного воздействия, что дает возможность оценить уровень патологии отдельных районов городов в настоящее время и прогнозировать его на 10—15 лет вперед. 4.3 Прогнозирование и поиски МПИ Прогнозирование и поиск месторождений полезных ископаемых (МПИ) является сложнейшим геологоразведочным и научно-исследовательским процессом, в основе которого лежит ряд фундаментальных научных положений и практических подходов. Одним из определяющих является принцип «последовательных при6лижений» или «от общего к частному», который определяет рациональную последовательность, стадийность геологоразведочных работ, направленных на локализацию потенциально рудоносных участков недр, экономически приемлемых для эксплуатации в современных условиях. Это предполагает необходимость изучения на начальных стадиях геологоразведочных работ в мелком масштабе огромных по площади территорий экспрессными относительно дешевыми методами, позволяющими получить общее представление об особенностях их геологического строения и закономерностях размещения известных МПИ. Ведущими здесь являются обзорные космические методы Д3. По мере локализации перспективных площадей и увеличения детальности исследований наращивается арсенал ДМИ космическими съёмками высокого разрешения, аэро- и наземными методами ДЗ в комплексе с другими, как правило, более дорогими, прогнозно-поисковыми методами геологии, геофизики, геохимии. Другим ключевым положением является учение о критериях рудоносности (нефтегазоносности), под которыми понимается совокупность всех данных, указывающих на возможность выявления МПИ По своему назначению критерии делятся на предпосылки и признаки. Под предпосылками понимается совокупность всех данных (магматических, 31 Конспект лекций Геокартирование стратиграфических, литологических, структурных, геодинамических и т.д.), указывающих на возможность образования МПИ в данных геологических обстановках. 32 А к признакам относятся данные, указывающие на наличие МПИ в пространственно и геологически локализованных объектах (например, высокие содержания или самородные формы выделения золота, высокое содержание углеводородов в породах, водах или газах и т.д.). Таким образом, любые методы, в том числе и ДМИ, позволяющие изучить геологическое строение геоблоков, особенности их вещественного (химического, физического, минералогического и т. д.) состава, по сути являются прогнознопоисковыми методами, направленными на выделение и локализацию перспективно рудоносных (нефтегазоносных) участков недр. И вот здесь следует особо обратить внимание на следующее обстоятельство. Локализованные, перспективные участки недр только в том случае (и в тех границах) будут являться промышленными месторождениями полезных ископаемых, если их качество и количество в соответствии со способом добычи и переработки в современных нормативно-законодательных и экономических условиях позволят организовать рентабельное производство. Поэтому оценка промышленной значимости перспективно рудоносных (нефтегазоносных) участков проводится в основном с применением тяжёлых энергои материалоёмких горнобуровых работ с целью обеспечения возможности комплексных геолого-геофизико-геохимических наблюдений во всём оцениваемом объёме. Дистанционные методы здесь используются как косвенные, вспомогательные. Следовательно, границы промышленных залежей и месторождений имеют, как правило, не геологический, а экономический характер, и с изменением условий (цены, нормативы и т. п.) могут очень сильно меняться, вплоть до "исчезновения" известных и "возникновения" новых месторождений. Основой прогнозно-поисковых построений являются геологические и структурнотектонические карты, значение в создании которых ДМИ показано в начале этой главы. Здесь же рассмотрены роль и место ДМИ в комплексе прогнозно-поисковых работ на твёрдые полезные ископаемые, нефть и газ. Основной объём космической информации применяемой с целью прогноза и поисков полезных ископаемых (в металлогенических исследование ях) используется для выявления структурных факторов, контролирующих оруденение. Значительная часть этих вопросов решается при построении государственных геологических карт соответствующего масштаба. Материалы мелко-среднемасштабных геологических карт, как правило, являются основой при анализе предпосылок рудоносности. Вместе с тем, при анализе обзорных материалов космосъёмок выявляется значительно больший объём информации чем тот, который отражается на Госгеолкартах. Весь этот объем информации может и должен быть использован в металлогенических исследованиях. В связи с этим была издана Космогеологическая карта линейных и кольцевых структур территории СССР масштаба 1:5 000 000, на которой показаны все выявленные линейные и кольцевые структуры. Основная часть этих структур не картируется аэро- и наземными методами, В первую очередь к ним относятся глобальные кольцевые структуры Земли — нуклеары. Нуклеарами по определению Е. А. Павловского и М. З. Глуховского (Кац и др.,1988) называются докембрийские структурно-вещественные комплексы, обладающие центральной симметрией, которые формируют первые сиалические ядра материковой коры, В настоящее время в пределах древних платформ выделяется 33 нуклеара. 32 Конспект лекций Геокартирование Выявление и изучение нуклеаров стало возможным лишь с появлением космических снимков глобального уровня генерализации, при которых они достаточно отчётливо 33 выражены. Изучение нуклеаров имеет очень важное значение, так как позволяет поновому подойти к проблемам структурного и минерагенического районирования фундамента древних платформ. Нуклеары континентов Земли Наименование нуклеаров Размеры по максимальной Метод выявления оси, км 1. Северо-Американский 3800 Г, М, КС 2. Колорадский 200 М, Г 3. Свеконорвежский 900 КС, Г 4. 1300 КС, Г Свекофеннокарельский 5. Кольсео=Лапландский 550 KC 6. Прибалтийский 500 КС, Г 7. Скифский 1000 М, Г (Днепровский) 8. Сарматский 1000 М (Верхневолжский) 9. Прикаспийский 750 КС, М, Г 10. Обский 1500 КС, М, Г 11. Хета-Оленёкский 1100 КС, Г, М 12. Оленёкский 500 КС, Г, М 13. Тюнгский 500 КС, Г 14. Вилюйский 750 КС, Г 15. Ангарский 900 М, КС 16. Витимо800 Г, КС Олёшинский 17. Алдано-Становой 1300 Г, М, КС 18. Амурский 1400 КС, Г 19. Синокорейский 600 Г, М 20. Северо-Китайский 800 Г, М 21. Южно-Китайский 1200 Г, М 22. Индокитай 750 Г 23. Амазонский 3200 М 24. Западно3600 Г Африканский 25. Аравийско2200 Г, КС Нубийский 26. Центрально2800 Г, КС Африканский 27. Сомалийско 1700 КС, Г Аравийский 28. Танзанийский 1400 Г 29. Южно-Африканский 2400 Г 30. Дарваро1700 КС, Г Мозамбикско33 Конспект лекций Геокартирование Пилсбарский 34 31. Индо-Австралийский 2400 Г (Северо-Австралийский) 32. Иилгарнский 1200 Г 33. Юклинский (Гоулер) 1200 Г Примечание: КС - космические снимки, Г - геолого-геофизические и М- геолого-морфологические данные. К информации, выделяемой по космосъёмкам и имеющей металлоге-ническое значение, откосятся линейные и кольцевые структуры, площадные (складчато-блоковые) объекты, литолого-стратиграфические комплексы, зоны дробления и гидротермального метаморфизма пород. Кроме того, по материалам космосъёмок, в комплексе с геологическими и геофизическими данными, выделяются также разнопорядковые зоны сжатия, растяжения и сдвига, выявление которых важно при металлогенических построениях. С помощью космосъёмок при металлогенических исследованиях и поисковых работах на рудные полезные ископаемые решаются следующие задачи: - выявление скрытых структур и структур наложенного типа, имеющих важную в металлогеническом районировании роль; - ускоренное доизучение геологических объектов, контролирующих размещение рудной минерализации, и выявление вулканоплутонических структур и невскрытых плутонов как объектов для постановки поисков рудных полезных ископаемых; - выявление разломных рудоконтролирующих и рудоконцентрирующих зон глубинного происхождения: - изучение узлов повышенной тектонической проницаемости - линейных, кольцевых, очаговых и др. Проведены многочисленные исследования, показывающие однозначную приуроченность различных рудных месторождений (ртути, сурьмы, золота, алмазов, железа, серы, олова и др.) к космоструктурам различного порядка. Это используется для локализации перспективных площадей, что даёт ощутимый экономический эффект (до 20% и более) и значительно сокращает сроки выявления месторождений. Наряду с решением задач выявления и картирования предпосылок рудоносности космо- аэрометоды используются при прямых поисках полезных ископаемых. Непосредственное изучение рудоносных пород или геохимических аномалий основано на измерении спектрометрических яркостных характеристик горных пород и минералов в различных частях спектра. Особенно эффектна многозональные космосъёмки высокого разрешения, полученые и получаемые в оптическом диапазоне с помощью аппаратуры MSS и ТМ (Landsat), HRV (Spot), МСУ-Э (Ресурс МКФ-6М (Салют). Многозональные сканерные снимки используются для вы явления рудоносных гидротермально изменённых ожелезнённых пород, для поисков и картирования боксито- и никеленосных латеритов, для оконтуривания кимберлитовых трубок, для поисков гидротермальных месторождений меди, молибдена, ртути урана, золота и др. Для прогноза качественных показателей полезных ископаемых привлекаются данные ИК- и радиационного зондирования, люминесцентной, флуоресцентной и лазерной съёмок. 34 Конспект лекций Геокартирование Максимальный эффект при прямых поисках рудных месторождений даёт аэрогаммасъёмка, выполняемая одновременно с одного носителя (одной 35 геофизической станцией) совместно с другими геофизическими (магнитометрия, электрометрия) и геохимическими методами. Наибольшее применение она находит в труднодоступных, малоосвоенных и слабоизученных районах с проявленными на поверхности признаками рудоносности. Аэрогаммасъёмка используется при поисках месторождений урана, редких земельэ тантала и ниобия, оловаэ вольфрама, молибдена, меди, золота, алмазоносных кимберлитов, бокситов и фосфоритов и др. Перед постановкой аэрогеофизических методов поисков производится анализ материалов космосъёмок и других региональных данных по району с целью локализации перспективных площадей. Проведение аэрогеофизических методов сопровождается комплексом наземных геолого-геохимико-геофизических работ, выполняемых с целью разбраковки и оперативной оценки выявляемых аэроаномалий. Весьма интересным направлением применения ДМИ при поисках МПИ является измерение спектрометрических яркостных характеристик растительности и установления корреляции между ними и геохимическими особенностями субстрат (почв, горных пород). Листья деревьев, произрастающих на почвах с повышенным содержанием меди, молибдена, свинца, цинка и других элементов, имеют отличные спектральные характеристики, по сравнению с листьями деревьев, растущих на площадях отсутствия рудной минерализации. При этом установлено, что эти отличия наиболее заметны поздним летом и ранней осенью перед опаданием листьев. Выделяемые по данным космосъёмок критерии рудоносности необходимо ранжировать в соответствии с иерархией структурных уровней оруденения (провинция, район, узел, поле, месторождение) и масштабным уровнем ожидаемых месторождений (уникальное, крупное, среднее, мелкое), Так в работе (Перцов, Гальперов и др., 1999) на основе анализа космоснимков регионального уровня генерализации (масштаб 1:1000000) рассмотрены космоструктурные критерии локализации таких рудных супергигантов как Витватерсранд (ЮАР, золото, уран, платиноиды), Керк-Ленд и Керр Эдисон (Канада, золото), Мурунтау (Узбекистан, золото), Гаискос (Южный Урал, медь), Печенгский рудный район (Кольский полуостров, медь, никель), Пыркакайский рудный узел (Северная Чукотка, олово), и показано, что для крупнейших рудных объектов в ранге рудного района или узла независимо от вида полезного ископаемого существуют общие структурные критерии контроля (стандартный0 набор), выявляемые на основе материалов Д3. Дистанционные методы поисков нефтяных и газовых месторождений начали широко применять с 1950-х годов в США и с 1960-х годов в СССР. Большой опыт работ накоплен в России (а том числе по Западно -Сибирскому бассейну), США, Канаде, Западной Европе, Южной Америке, Африке, Азии, Австралии. Эти Методы играют важную роль, как при региональных прогнозных работах, так и при доразведке и эксплуатации месторождений. Вопросы применения ДМИ при нефтегазопоисковых работах в связи с высокой актуальностью проблемы рассматривается в большом числе публикаций, К важнейшим направлениям использования ДЗ в нефте-газовой геологии следует отнести следующее: уточнение геологического (тектонического) строения чехла нефтегазоносн бассейнов; анализ их глубинного строения; геодинамических анализ областей нефтегазонакопления; поиск потенциальных ловушек и путей миграции 35 Конспект лекций Геокартирование углеводородов; прямой поиск скоплений углеводородов; нефтегеологическое и 36 нефтегазопроводное районирование. Постоянное развитие дистанционных методов предполагает расширение их возможностей при решении нефтегазопоисковых задач. Однако, их реализация зависит от многих факторов и, прежде всего, от правильности выбора общего направления исследований, Проблема комплексного применения ДМИ и геолого-геохимико-геофизических методов предусматривает постоянное уточнение вопросов очерёдности использования дистанционных исследований, их места в общем комплексе геолого-разведочных работ и наиболее рационального сочетания. При решении этой проблемы возникает необходимость применения многозональной съёмки в оптическом диапазоне, а также инфракрасной, радиолокационной, лазерной, гамма-спектрометрической и других современных видов съёмок, использующих смежные с оптической зоны спектры. В целом в соответствии со стадийностью геологоразведочного процесса на нефть и газ, и в зависимости от целевого назначения, выполняются обзорные (масштаб 1:1000000; 1:500000 и мельче), региональные (масштаб 1:200000, 1:100000) и детальные (масштаб 1:50000=1:25000 и крупнее) аэро-космо-геологические исследования, которые при детальных работах дополняются наземными ДМИ, Как правило, аэрокосмические исследования осуществляются в три этапа: камеральный предполевой с предварительным анализом материалов ДЗ; полевой, связанный с наземной поверкой результатов дешифрирования; и камеральный, заключительный по окончательному дешифрированию материалов ДЗ и их комплексной интерпретации с геолого-геохимико-геофизическими данными. 4.5 Дистанционные методы мониторинга Дистанционные методы исследований составляют основу мониторинга. Они позволяют полностью решить основные задачи мониторинга (наблюдение, оценка, прогноз) и, что очень важно, они экспрессии и экономичны. Объектами мониторинга могут быть различные природные и техногенные системы (крупные промышленные центры, горнодобывающие предприятия продуктопроводы, геологическая среда, леса, реки и др.), что определяет различные цели и задачи мониторинга, а соответственно и используемые методы ДЗ. Комплекс применяемых ДМИ должен отвечать основным принципам мониторинга (комплексность, сисЛекциятичность и периодичность, полигонный характер исследований и автоматизация обработки данных). В соответствии с требованием комплексности мониторинга должны изучаться все компоненты окружающей среды (атмосфера, почвенно-растительный покров, животный мир, водные объекты, рельеф, горные породы, подземные воды, рекреационные ресурсы и т.д.). При этом необходимо обеспечить оценку фоновой составляющей, что, как правило, возможно только при ретроспективном анализе архивных данных космо аэросъемок. В методическом отношении требования комплексности реализуется через различные схемы рационального сочетания космо-, аэро- и наземных методов ДМИ с инженерно-геологическими, геохимическими, геофизическими и другими методами. В соответствии с условием сисЛекциятичности и периодичности применяемые методы мониторинга должны обеспечить непрерывное получение информации об объекте мониторинга. Оперативный анализ этой информации создаёт возможность разработки достоверных прогнозов. 36 Конспект лекций Геокартирование Полигонный характер исследований обусловлен тем9 что объекты мониторинга и зоны их возможного влияния на OС имеют, как правило, значительные площадные и 37 линейные размеры. Объекты и зоны их влияния в полном размере должны постоянно наблюдаться исследованиями относительного мелкого масштаба с возможностью оперативного выполнения детальных исследований на ограниченных участках, выявленных по данным мелкомасштабного мониторинга, В настоящее время в мире развиваются три типа систем монито ринга: - на базе стационарных комплексных станций слежения; - на базе комплексных передвижных наземных лабораторий; - на основе комплексных космо-, аэрофотосъемок. Стационарные комплексы позволяют осуществлять выборочный контроль по составу загрязнителей на ограниченной территории. Примером такого комплекса является лидар для дистанционного контроля аэрозольных загрязнений над городом Томском. Передвижные наземные лаборатории в случае их рационального комплексирования со стационарным постом позволяют проводить оперативную оценку выявленных неблагоприятных ситуаций как в промышленных центрахэ так и в районах нефтегазодобычи. Применение комплексных космо- и аэросъёмок даёт возможность за короткое время получать информацию для значительных территорий, что важно при мониторинге лесных пожаров и других масштабных явлений. Таким образом, необходимо комбинировать эти типы систем, рационально используя их явные преимущества. Рассмотрим применение основных и специальных методов ДЗ в мониторинге промышленных центров, городских агломераций и природно-технических систем. Под природно-техническими сисЛекциями (ПТС) здесь понимается совокупность состояний взаимодействия между компонентами природной сферы и инженерными сооружениями в условиях их динамического равновесия на различных стадиях их функционирования, от проектной до реконструкционной. В различных целях мониторинга практически используются все виды космо-, аэро- и наземных методов ДЗ. В настоящее время территория Республики Казахстан на 95% п окрыта государственной космической фотоинформацией масштабов 1:1 000 000 и 1:200 000. На многие районы страны имеется банк государственной космической фотосъёмки выполненной многократно с интервалом 3—5 лет. Космоинформация, имеющаяся в государственных фондах может быть получена оперативно по заявкам любых организаций на коммерческой основе, что позволяет решать задачи на предпроектных стадиях работ и частично при решении отдельных задач на всех стадиях создания и функционирования ПТС. В частности, при решении экологических задач в рамках соответствующих разделов ТЭО и проектов нефтегазового строительства эти материалы позволяют получать информацию о природно-ресурсном потенциале территорий в объёме, требуемом для составления карт масштаба 1:1 000 000 – 1:200 000. Характер получаемой при этом информации делает возможным выделение площадей различных качественных категорий с точным определением их границ. Структура площадных ареалов достаточно точно идентифицируется на уровне картографируемой масштабной генерализации. Например, по космическому снимку достоверно можно установить площади и тип загрязнения водных поверхностей, а 37 Конспект лекций Геокартирование качественные и количественные характеристики загрязнения (концентрация, 38 химический состав) определяют с помощью геохимических методов. Аналогично можно по материалам разновременных космосъемок оценить изменение размеров и формы очагов загрязнения, проанализировать тенденции развития или затухания того или иного процесса, как в качественном, так и в количественном отношение. Поэтому космическая информация весьма широко применяется при решении всех задач экологического анализа данных на уровне контурного дешифрирования распространения природных явлений и процессов в пределах ландшафтов местности с охватом водных объектов, почв, растительности, рельефа, горных пород, их сочетаний, но в масштабном диапазоне, определяемом информативностью исходных космических материалов. Весьма перспективным является мониторинг загрязнения ОС по данным космо-съёмки снегового покрова, который выполняется один раз в год, в конце зимы - в начале весны. На участках повышенной экологической опасности, а также в промышленных центрах для решения задач по оценке состояния компонентов ОС и прогнозирования возможных изменений целесообразно применение многозональной аэрофотосъемки (МАФС) в комплексе с другими аэрогеофизическими и аэрогеохимическими работами. В частности, за счет синхронной съёмки в узких интервалах спектра (от 0,4 до 0,85 мкм) с получением 4 раздельных фотоизображений в синем, зеленом, желтооранжевом и инфракрасном каналах материалы МАФС позволяют фиксировать изменчивость проявлений тепловлагопереноса в ландшафтах местности, режим развития которых связан с динамикой тепла и влаги почв и грунтов. К ним относятся мерзлотные процессы и явления, просадки, заболачивание, оползни, эрозия и другие. Отсюда вытекают возможности МАФС по получению большого объема информации о техногенной нарушенности ландшафтов (пожары, выпасы скота, лесохозяйственные, горнопроходческие выработки, следы гусеничного и колесного транспорта, различные виды загрязнения водных объектов, почв и грунтов, захоронения радиоактивных отходов). МАФС - достаточно дорогой метод исследований, его стоимость в 2,5 раза превышает стоимость более простой спектрозональной аэрофотосъёмки (СПЗ) и в 4 раза - обычной чёрно-белой панхроматической аэрофотосъемки (АФС). Но её возможности несопоставимы со старыми, традиционными аэрометодами. Достаточно широкий масштабный диапазон МАФС (в равной степени СПЗ и АФС) позволяет использовать её на всех стадиях проектно-изыскательских работ, строительства и эксплуатации ПТС. В состав аэрокомплекса дистанционного экологического мониторинга, который был использован в районе аварии Чернобыльской АЭС, а также применялся в Москве, входили гамма-спектрометрическая, газовая, и аэрозольная и ИК-съёмки. Мониторинговые работы в данном случае представляют собой регулярные сезонные площадные аэросъёмки промышленных центров и городских агломераций, выполняемые в масштабах 1:10 000-1:25 000. Тепловая инфракрасная аэросъёмка (ТИКАС) опробована в районах освоения нефте-газоконденсатных месторождений на Севере Западной Сибири в различных направлениях. При этом обоснована её эффективность на стадиях завершения строительства объектов и в период эксплуатации, когда проявляются взаимосвязи технических конструкций с природными компонентами ПТС. В этих ситуациях тепловая инфракрасная аэросъёмка надёжный и достоверный метод выявления и предупреждения: 38 Конспект лекций Геокартирование - деформаций трубопроводов, земляного полотна железных и 39 автомобильных дорог, искусственных сооружений; - подтопления сооружений и заболачивания территорий - теплового и газового загрязнения приземных слоев атмосферы и водных объектов; - утечек нефте- и газопродуктов из трубопроводов; - взрыво- и пожароопасности в местах возможных деформации трубопроводов, подземных коммуникации. Перспективным считается применение для решения рассматриваемых задач радиолокационной съемки (РЛ). РЛ эффективна в самостоятельном и опережающем варианте, в плохих метеоусловиях и в ночном режиме с больших высот, но при этом обязательно в комплексе с обычной аэрофотосъемкой. Базовое оборудование радиотехнического экологического контроля для систем авиационного мониторинга, используемое в большинстве зарубежных разработок, строится на принципах комплексного (поэтапного) использования: - поисковой разведки и целеуказания; - идентификации и выявления основных количественных характеристик очагов загрязнения; сопровождения процессов ликвидации экологических эксцессов дистанционным измерением остаточных локальных явлений с повышенной точностью. Все три фазы дистанционного мониторинга обеспечиваются поддержкой средствами оптико-электронной визуализации и документирования. К средствам, решающим задачи первой фазы наблюдении (разведки), относятся, в основном, локаторы бокового обзора, используемые главным образом при работе над акваториями с достаточно значительным радиусом обзора (десятки километров), зависящим от высоты полёта. Вторая фаза - идентификация и количественная оценка очагов - обеспечивается средствами пассивной радиометрии в миллиметровом диапазоне. Ширина полосы обзора составляет величину около 1,5-2 H Перспективные решения позволяют приблизить эффективность применения миллиметровой радиометрии по точностным показателям к возможностям базовых средств, обычно применяемых на 3-й фазе мониторинга датчикам ИК-теплового излучения. Обнаружение, идентификация и количественная оценка масштабов и объёмов разливов нефтепродуктов на акваториях (почвах) обеспечивается измерением и обработкой данных теплового радиояркостного контраста Так, при толщине нефтяной плёнки от 0,01 до 1,5 величина радиояркостного контраста достигает 150 К. 39 Конспект лекций Геокартирование Лекция 5 Методика проведения полевых работ при геологическом картировании 40 План лекций 5.1 Изучение обнажений горных пород 5.2 Сбор и изучение окаменелостей 5.3 Изучение элементов тектоники 5.4 Изучение складчатых нарушений 5.5 Изучение разрывных смещений 5.6 Изучение трещинной тектоники 5.7 Изучение несогласий 5.1 Изучение обнажений горных пород В основе геологических исследований лежит метод детального изучения естественных обнажений (выходов горных пород на дневную поверхность), а также документация искусственных выработок (канав, шурфов, буровых скважин и. пр.). Принцип документации тех и других одинаков. Обнаженность лучше всего там, где много естественных разрезов (обрывов в долинах рек, на крутых склонах гор и холмов и т. д.), но и в этих условиях почти всегда нужно делать расчистки для того, чтобы вскрыть коренные породы, закрытые сверху оползшими рыхлыми массами, и восстановить истинный разрез (рис. 5.1). Не все обнажения изучаются Рисунок 5.1 – Расчистка обнажения одинаково подробно. Наиболее полные в уступами (показана жирной линией стратиграфическом отношении 1 – аргиллит, 2 – глина, 3 – супесь, 4 – суглинок, 5 –осыпь оплывины (опорные обнажения) рассматривают детально, другие (картировочные обнажения) менее подробно. При описании пород в последних делаются сравнения и ссылки на описания слоев в опорных обнажениях. Между обнажениями по ходу маршрута проводится описание, фиксирующее изменения в геологическом и геоморфологическом строении, делаются замечания о выходах полезных ископаемых, гидрогеологических объектах, физикогеологических явлениях. В полевой книжке все пункты, где проводятся наблюдения, именуются точками наблюдения. Описание маршрута начинается с указания района его проведения, отмечаются исходное положение съемщика, направление маршрута и далее следует описание наблюдений. Маршруты обычно строятся вкрест простирания горных пород искладчатых структур (метод пересечений), для того чтобы можно было получить более ясное представление о тектоническом строении территории. Кроме того, для целей картирования используются методы оконтуривання обнажений и расположения маршрутов по простиранию. В каждой точке наблюдения выполняются следующие операции: 40 Конспект лекций Геокартирование 1. Производят точную привязку (устанавливают адрес) точки наблюдения, указывают ее номер. Делается это, например, методом засечек с помощью горного 41 компаса или буссоли. На берегу реки местоположение устанавливают с помощью промеров расстояний от устья притока, ручья, промоины, изгиба реки и т. д. Особенно тщательно определяется местоположение первой точки наблюдения в маршруте, остальные привязывают к местности и к предыдущей точке наблюдения. Точки наблюдения отмечаются на карте, нумеруются, причем их нумерация единая — сквозная. 2. Указываются размер и тип обнажения в точке наблюдения (скала, береговой обрыв, высыпка, тальвег промоины, выход из-под осыпи, выемка у дороги и т. д.); положение его в рельефе (например, склон долины, обрывистый берег реки, уступ речной террасы и т. д.); размеры его, протяженность и высота (если обнажение протягивается на значительное расстояние и располагается по падению пород, оно условно разбивается на несколько отличающихся друг от друга частей, каждую из которых отдельно нумеруют и описывают); общий характер залегания пород (горизонтальное, наклонное, породы смяты в складки, разорваны на блоки и т. д.). 3. Дается общая характеристика разреза в обнажении, при этом указывается порядок описания пород: сверху вниз или снизу вверх (приемлемы оба варианта, но последний правильнее). В опорном обнажении горные породы подразделяются визуально на слои или группы слоев. Для этого используются различные признаки: состав, окраска, слоистость и пр. Рекомендуется произвести типизацию пород, т. е. выделение наборов слоев, которые в дальнейшем упростили бы работу на других обнажениях. Это помогает также выявить закономерности в чередовании пород, обнаружить цикличность, позволяет выявить опорные (маркирующие) горизонты, имеющие важное значение при прослеживании пород от обнажения к обнажению. Опорный, или маркирующий, горизонт—слой или пласт среди толщ горных пород, отчетливо выделяющийся по внешнему виду и литологическим особенностям (цвету, составу, присутствию каких-либо включений и др.), стратиграфически выдержанный на большой площади. В осадочных породах опорный горизонт выделяется либо по вещественному составу (например, слой известняка в толще песчано-глинистых пород, слой кварцевого песчаника, пепловые туфы, прослой бентонитов, отдельные угольные пласты и пр.), либо по наличию в слое специфических включений (желваковые фосфориты, куски древесины и др.). К опорному горизонту относятся также пласты с характерным типом наслоения пород (например, косослоистые песчаники), биогоризонты (отложения с наличием крупных моллюсков или брахиопод, «рыбный» пласт, слой с древесиной) или, наоборот, слой без окаменелостей среди органогенных пород. За такой горизонт может быть принят и контакт двух толщ, резко отличающихся но литологическому признаку, поверхность несогласия или коры выветривания. В метаморфических породах за опорный горизонт могут быть приняты разновидности, обогащенные каким-нибудь легко распознаваемым минералом (гранат, дистен. амфибол и др.), пластовые тела вулканических пород и другие образования 4. При изучении четвертичной толщи, а также горизонтально лежащих или пологонаклонных древних отложений определяются абсолютные или относительные отметки основания и кровли обнажения. В поле иногда приходится определять высоту склона с помощью горизонтального или наклонного визирования. Для этого чаще всего используют горный компас, эклиметр (рис. 5.2-5.3), барометр-анероид, иногда нивелир, а также различные приспособления, (рис. 5.4). 41 Конспект лекций Геокартирование При горизонтальном визировании (рис. 5.4) наблюдатель становится у подножия склона, поднимает к уровню глаз прибор и отмечает на уровне глаз какую-либо точку на 42 склоне. Затем поднимается вверх, становится в отмеченной точке и снова визирует прибор на склон. В том случае, если используются приспособления с отвесом (см. рис. 5.3), помогает второй наблюдатель, следящий сбоку за отвесом. Для определения высоты склона необходимо умножить высоту своего роста (минус 15 см) на количество замеров. Если между замерами измерить шагами расстояние, получим данные для построения профиля склона. а б Рисунок 5.2 – Горные компасы: а – горный компас; б – горный компас со встроенным инклинометром Рисунок 5.3 Самодельное Рисунок 5.4 – Определение высоты приспособление для определения склона горизонтальным визированием с горизонтального и наклонного помощью своего роста картирования пород: а, г – самодельные комплекты, б, в – приспособления (б – из трубок и кольца, в – разнообразные треугольники с отвесом) Осуществляется описание выделенных слоев (или их групп) горных пород в обнажении по следующему плану: а. Определяется название породы по преобладанию в ней того или иного материала (например, известняк, песчаник, глина песчанистая, известняк доломитовый, гранит, гранитогнейс и т. д.). б. Указываются главные особенности внешнего вида породы (грубозернистый, разнозернистый, несортированный, кавернозный и пр.). 42 Конспект лекций Геокартирование в. Определяются мощность слоя, форма, размеры и элементы залегания слоя, если они отличаются от элементов залегания пород всего обнажения. Мощностью слоя (или 43 пласта) называют расстояние между подошвой и кровлей слоя, измеренное по перпендикуляру. Затем слои (прослои) классифицируют по мощности. Отмечаются цвет породы (на свежем сколе, на выветрелой поверхности, в сухом и влажном состоянии) и изменения цвета в разрезе пласта и по стиранию. Устанавливают степень интенсивности цвета, тона (ахроматические: белый, серый, черный; хроматические; красный, коричневы и, желты и. зеленый, синий, фиолетовый), составным прилагательным выделяют оттенки цвета (например, красновато-светло-коричневый; последнее слово — главный цвет породы, промежуточное — менее существенный признак цвета, первое — оттенок). г. Выясняют минералогическую и химическую природу цвета, характер рассеяния красящего вещества в пластах: находится ли оно в самих зернах, в цементе или в пленках на поверхности зерен. Определяют, к каким породам относится окраска (к глинистым водонепроницаемым или к пористым), как изменяется окраска у трещин, в середине обломков и т. д. Например, если водонепроницаемые породы имеют красноватую окраску, она же сохраняется и в глубоких частях породы — окраска первичная. О том же свидетельствует и совпадение окраски с границами пластов. При противоположных условиях — окраска вторичная. Изучение цвета пород часто помогает расчленять их в разрезе, производить корреляцию разрезов между собой, восстанавливать условия образования пород, часто цвет является поисковым признаком на полезные ископаемые. Для определения цвета пород разработаны специальные таблицы. Имеются приборы для определения спектральной яркости (спектрографический метод) и количественной характеристики цвета (фотометрический метод). Промышленностью выпускаются универсальные фотометры и спектрофотометры. Устанавливается крепость породы (породы слабой крепости ломаются рукой, средней крепости — рукой не ломаются, но легко разбиваются молотком» очень крепкие—с трудом разбиваются молотком). е. Выясняются структура, или строение, породы (плотная, зернистая, землистая, порфировая), а также форма и размеры кристаллов, зерен, остатков фауны и пр.; для песчаников, конгломератов и брекчий указываются состав цемента, форма и величина обломков и галек, степень окатанности последних, а также песчинок (см. раздел «Изучение структуры и текстуры горных пород»). ж. Устанавливается текстура, или сложение, горной породы. Например, у осадочных широко распространена слоистая текстура, у метаморфических — сланцеватая, у магматических — массивная т, д. (см. раздел «Изучение структуры и текстуры горных пород). з. Изучаются органические и неорганические включения, вкрапления, конкреции, эпигенетические образования (состав, величина, форма, сохранность, обильность и закономерность расположения в породе). и. Осматриваются прожилки, жилы и другие вторичные образования. к. Исследуется трещиноватость породы, сланцеватость, кливаж. л. Изучается характер контактов слоя с ниже- и вышележащими слоями (постепенные или резкие переходы, согласное или несогласное залегание, наличие следов размыва, рельеф поверхности размыва, изменение цвета и зернистости минерального состава слоев, залегающих выше и ниже изучаемого, значки ряби, трещины высыхания, фукоиды, иероглифы и т. д.). 43 Конспект лекций Геокартирование 6. В осадочных и метаморфических породах (если последние образовались из осадочных) отыскивают палеонтологические остатки и отбирают РХ для определения. 44 Особое внимание обращается на поиски руководящих ископаемых (см. раздел «Сбор и изучение окаменелостей»). 7. Из слоев обнажения отбирают образцы (со свежими сколами) типичных для изучаемой территории пород, минералов, полезных ископаемых для визуального сравнения типичных пород, залегающих на разных участках, и для составления эталонных коллекций. Отбирают и пробы для лабораторных исследований (гранулометрического, минералого-петрографического, химического, спектрального, термографического и других видов анализов), а также образцы для изготовления шлифов. Отбор образцов и проб ведут в процессе документации разрезов послойно, места отбора фиксируются в полевых книжках с привязкой их к слою и с точной фиксацией места взятия на разрезе; они нумеруются и снабжаются этикеткой. Можно использовать отдельные этикетки, но лучше этикетные книжки, состоящие из листочка, прикладываемого к образцу или пробе, и корешка контрольной этикетки, оставляемой в этикетной книжке. Нумерация образцов и проб может вестись двумя способами: 1) от образца № 1 и далее по порядку; 2) номер образца составляется из номера точки наблюдения и номера образца в обнажении (например, точка наблюдения 51, образец 1, следует писать: обр. 51/1). Последний способ значительно лучше первого. Номер проставляют и на самом образце. На твердый образец, на его сухую и ровную сторону, наклеивают кусочек лейкопластыря и на нем карандашом пишут номер. Кусочек лейкопластыря трудно отрезать от рулончика, поэтому предварительно перед маршрутом наклеивают 15—20 см лейкопластыря на рукоятку молотка ближе к металлической головке, а затем бритвой разрезают его на нужные кусочки; последние и используют в маршруте при обработке образцов. Образцы отбивают обычно от коренного выхода пород, а если его берут из осыпи или аллювия, то это отмечают на этикетке или в полевой книжке. Твердые образцы вместе с этикеткой упаковывают в бумагу. Для этого берут лист оберточной бумаги размером примерно 30х40 см, в один угол заворачивают сложенную этикетку, затем этот угол прижимают к образцу, и образец с этикеткой заворачивают (рис. 5.6). Сверху надписывают номер образца. Рыхлые породы с этикеткой упаковывают в мешочек, на котором тоже надписывают номер. Мешочки обычно изготавливаются из плотной материи (холста, тика и пр.), с завязками из тесьмы или шпагата, мешочки имеют размер 7Х13 см (для рыхлых пород, мелких образцов и окаменелостей) и 12Х20 или 20Х30 см. Для упаковки используют также картонные коробки, металлические банки и т. д. Хрупкие палеонтологические образцы, кристаллы, легко разрушающиеся породы лучше упаковывать в коробочки, банки, перекладывая их фильтровальной бумагой или ватой. Обычные размеры образцов для коллекции 9—12 см: на таких образцах, имеющих со всех сторон свежие сколы, хорошо видно строение породы. 44 Конспект лекций Геокартирование 45 Рисунок 5.6 – Порядок операций при заворачивании образца в бумагу (начало сверху вправо) Отбивается образец в два этапа: сначала от глыбы породы отбивают обухом молотка плоский кусок, затем, удерживая рукой этот кусок на весу, отбивают от него резкими ударами острой частью молотка осколки, придавая образцу нужную форму. С целью изучения горных пород производят их опробование. Пробы для таких анализов имеют разные размеры. В отдельных случаях из толщ полезных ископаемых (руды, стройматериалы) берут специальные пробы для изучения минерального и химического состава, технических и технологических свойств полезного ископаемого. 8. Из слоев обнажения отбираются и включения неорганических остатков. К ним относятся отдельные глыбы, редкая галька, стволы деревьев, гагат в мелкозернистых отложениях; к неорганическим включениям относятся и конкреции. Конкреции при определенных условиях образуются из всех гипергенных минералов. По составу они бывают карбонатные, сульфатные, фосфатные, окисные. Различны они и по размеру (диаметр от полсантиметра до нескольких метров), форме (шаровидная, эллипсовидная, желвакообразная, караваеобразная, трубчатая, ветвистая и др.), текстуре (радиальнолучистая, концентрическая, однородная, слоистая) и т. д. Слои с определенными конкрециями могут быть хорошими маркирующими, или опорными, горизонтами. Конкреции описывают по следующему плану: морфология (форма, размеры, взаимоотношения между собой и вмещающей породой, строение поверхности, в изломе, наличие включений, пустот, вторичных минеральных образований и пр.); условия залегания (первичное или вторичное, отношение конкреций к слоистости вмещающих пород). Затем определяется их состав, распределение в породе, приводятся и количественные показатели (в процентах с единицы горной массы или в килограммах с единицы площади конкрециеносного пласта). 9. Производится описание несогласий, а также видимых тектонических складчатых и разрывных нарушений. При помощи горного компаса замеряются элементы залегания, результаты записываются в полевую книжку и наносятся на карту. 10. Наиболее интересные геологические объекты (обнажение, часть его, характер контактов, тектонические структуры и пр.), а также формы рельефа, ландшафты и т. д. зарисовывают и фотографируют. Примеры зарисовок в поле приведены на рисунке 5.7. 45 Конспект лекций Геокартирование 46 Рисунок 5.7 – Примеры контурных зарисовок в поле; а – характер склонов долины; б – террасовые уступы; в – структурные выступы бронирующих пород; г – панорама поверхности выравнивания Для выполнения зарисовок В. А. Апродов рекомендует на поверхности небольших обнажений расчерчивать квадратную сетку (со сторонами от 1 до 5 м) или набрасывать на обнажения веревочную сетку и аналогичную сетку в малом масштабе вычерчивать на миллиметровой бумаге, например, в полевой книжке, и рисовать по квадратам. Ф. Г. Де-Лионде предлагает делать зарисовки в поле с использованием угломера или перспектостатива. Угломер для перспективного рисования представляет собой сдвоенную (шарниром) линейку с нанесенными на ней сантиметровыми делениями. При осмотре местности рисующим сначала намечаются центр рисунка и базисная линия, затем точки основных перегибов и схождений в рельефе. Далее, держа угломер на вытянутой руке, замеряют расстояния (в сантиметрах) между намеченными точками (например, на рисунке по горизонтали слева направо цифры 6, 9, 8, 8) и на рисунке, ориентируясь на базисную линию, производят вспомогательные построения. Далее таким же путем «снимают» углы наклонов рельефа и наносят их на составленную схему. После отрисовки контуров рельефа производят штриховку. Работа с перспектостативом проще: здесь и на смотровой, и на планшетной рамках поля разбиты нитями на одинаковое число квадратов. И все контуры «ложатся» прямо в эти квадраты. Полевые зарисовки представляют собой эскизы, на которых второстепенные детали не вырисовываются, зато подчеркиваются основные. Па зарисовках обнажений указываются номер точки наблюдения, масштаб зарисовки, номера слоев, азимут направления рисунка стенки обнажения, линейные размеры, места взятия и номера образцов и проб, замеры элементов залегания тектонических структур. Здесь же фиксируются профиль земной поверхности и пласты согласно описанию, иногда же изображаются либо общий вид обнажения с указанием важнейших деталей, либо отдельные детали обнажения, контуры местности в районе наблюдений. Особенности ландшафта всей территории хорошо отражаются на фотоснимках. Если фотографируется обнажение или какие-то детали в нем, изображения снимках должны быть воспроизведены в определенном масштабе. Для этого при съемке большой поверхности с края устанавливаются масштабная рейка, линейка; при съемке деталей 46 Конспект лекций Геокартирование обнажения для масштаба берутся мелкие предметы, размер которых также известен 47 (горный компас, геологический молоток с делениями на рукоятке и т. д.). Рисунок 5.8 – Документация канав Важное значение при полевом документировании имеет изучение искусственных обнажений — горных выработок: расчисток (размещаются обычно на склоне возвышенности или в борту долины с целью удаления растительного покрова и рыхлых пород, закрывающих коренные), копуш (ямообразные горные выработки небольшого поперечного сечения глубиной до 0,5—0,6 м, проходимые с целью геохимического опробования, отбора шлиховых проб из аллювия или для вскрытия коренных пород), разведочных канав (горизонтальные или наклонные удлиненные горные выработки глубиною до 2,5—3 м, назначение которых — вскрытие коренных пород при неглубоком их залегании, для пересечения пластов и жил, прослеживания рудных тел; канавы длиной более 50 м называются магистральными, рис. 6.8), разведочных траншей (то же, что и разведочная канава только больших размеров), шурфов (вертикальные горные выработки прямоугольного, реже квадратного сечения, которые проходятся до коренных пород или до рудной толщи; глубина обычно от 3—5 до 10—15 м, реже до 20—40 м; до 10 м — мелкие шурфы, свыше 10 м — глубокие; при проходке шурфов используются различные виды крепления), дудок (шурфы круглого сечения; проходятся в устойчивых породах без крепления). Горные выработки проходятся обычно там, где мало выходов коренных пород или где необходимо проследить рудную толщу. Данные, полученные в результате горных работ, представляют большой интерес и должны быть использованы максимально. Так, при документации шурфов в полевой книжке часто не ограничиваются описанием разреза по одной стенке, а дополняют его зарисовкой шурфа, например способом полной сопряженной развертки (рис. 5.8 и 5.10). 47 Конспект лекций Геокартирование 48 1 2 Рисунок 5.9 – Пример зарисовки полной сопряженной развертки Рисунок 5.10 – Развертка шурфа 1 – кварцевая жила, 2 – место отбора пробы и ее номер Отметим, что некоторые породы (четвертичные отложения, магматические и метаморфические породы) обладают специфическими особенностями, которые необходимо учитывать при полевых описаниях. Так, четвертичные отложения от коренных отличаются тем, что: 1) распространены повсеместно, покрывая чехлом поверхность Земли, слагая аккумулятивные формы современного рельефа; 2) обычно находятся в рыхлом состоянии (глины, пески, галечники и т. д.), практически не подвержены диагенезу, наблюдаются цементация лишь в отдельных местах и уплотнение пород со слабым низкотемпературным гидротермальным и пневматолитовым метаморфизмом в вулканических областях; 3) легко разрушаются и переносятся; 4) мощность обычно незначительна (первые метры), лишь в предгорьях и впадинах их мощности возрастают (несколько сотен, редко более 1000 м); 5) состав отло•жений чаще зависит от подстилающих пород; 6) на материках резко преобладают континентальные породы, морские — известны лишь на дне современных морей и на материках вдоль побережий морей или в местах ингрессий морей по долинам рек; 7) наблюдается быстрая фациальная изменчииость пород по вертикали и по простиранию, вызванная континентальными условиями с частой сменой физико-географических обстановок; 8) имеют смешанное или сложное происхождение. На развитие рельефа в четвертичном периоде существенное влияние оказали оледенения. В ледниковые эпохи тектонические колебательные процессы осложнялись изостатическими движениями материков и эвстатичсским изменением уровня океанов. В пределах развития древних оледенений в основании ледниковой толщи часто встречаются гляциодислокации, затрагивающие кровлю доледниковых пород (бульдозерный эффект и эффект выдавливания). Четвертичные отложения связаны с рельефом и слагают все его аккумулятивные формы. При описании их, прежде всего, указывают элемент рельефа, к которому приурочен разрез, и его гипсометрическое положение, с тем чтобы в камеральных условиях можно было составить наиболее точный разрез. 48 Конспект лекций Геокартирование 49 Рисунок 6.11 – Полевая зарисовка интрузивного тела, по В. И. Чернову. 1 – элювиальные отложения; 2 – склоновые высыпки; 3 –порфириты; 4— гранодиориты; 5 — гранодиорит-порфиры (эндоконтактовая зона); 6 —ксенолиты; 7 — экзоконтактовая зона; 8 — аргиллитовые сланцы среднего девона; 12—18—номера образцов Изучение магматических пород имеет свои особенности. При изучении интрузивных комплексов (рис. 6.11) прежде всего, обращается внимание на характер залегания интрузивного тела, а также отмечаются: а) форма и размеры тела (длина, ширина, высота и пр.), морфологический тип массива (шток, лакколит, дайка и т, д.); б) отношение тела к структуре вмещающих пород, описываются характер контактовой зоны (горячий или интрузивный, определяется по наличию эндоконтактовой зоны с ксенолитами вмещающих пород; холодный или трансгрессивный, устанавливается по экзоконтактовой зоне, где на магматические породы трансгрессивно ложится осадочная толща, в основании которой встречаются обломки нижележащих магматических пород), ее форма, положение по отношению к слоистой породе, изучается состав пород в толще, залегающей трансгрессивно на интрузивном теле; в) определяется геологический возраст интрузивного массива (по характеру соотношения с осадочной толщей); г) выясняется внутреннее строение пород; д) изучаются жильные и гидротермальные образования (определяется, связаны ли они с магматическим телом, с глубинным очагом; указываются мощность, форма, протяженность жил, их вещественный состав). Большое внимание обращается и на изучение вещественного состава (визуальное изучение, химические анализы, шлифы), его изменчивости, выяснения причин этой изменчивости (влияние вмещающих пород, повторные внедрения, гибридизм, дифференциация), выяснение трещиноватости, первичной тектоники. Вулканогенные толщи, залегающие аналогично осадочным образованиям, изучаются по приведенному выше плану, но при этом учитывается, что в вулканогенных породах изменения в составе по простиранию проявляются сильнее, чем в осадочных. В связи с этим нужно учащать точки наблюдения. Замечено, что в основании вулканогенных пород обычно залегают туфобрекчии и лавы, выше она сменяются мелкообломочными и слоистыми туфами. Типичны случаи изменения и вещественного состава: здесь часто можно обнаружить дайки, силлы, лакколиты и малые интрузии. Среди вулканогенных пород по условиям образования и залегания выделяют: 1) эффузивные породы, образовавшиеся при излиянии лавы на дневную поверхность (лавовые покровы и потоки, пенистые лавы); 2) вулканические обломочные породы, сформировавшиеся в результате эксплозивной деятельности вулканов (пирокластические потоки, отложения направленных взрывов, палящих туч); 3) жерловые породы, выполняющие подводящие каналы вулканов центрального и трещинного типа (силлы, дайки, лакколиты); 4) субвулканические породы, 49 Конспект лекций Геокартирование образовавшиеся на небольшой глубине при движении лавы к поверхности (штоки, 50 лакколиты, дайки). Породы первой и второй групп имеют черты осадочных образований, поэтому при их изучении, прежде всего, устанавливаются стратиграфические подразделения, маркирующие горизонты, перерывы в вулканической деятельности, несогласия, Особенностью их являются неустойчивость, невыдержанность и пестрота состава. Породы третьей и четвертой групп изучаются, как и секущие интрузивные образования; определяются размеры и форма, последовательность образования, изучаются контакты и т. д. Важное значение имеет и изучение текстур вулканических пород (пустоты и миндалины, шаровая, столбчатая и пластовая отдельность, пиллоу-лавы, флюидальная текстура, расположение фенокристаллов). Составление разрезов метаморфических пород обычно сопровождается расчленением пород на свиты и серии или на литолого-петрографические комплекс (ортопороды, например амфиболиты, кристаллические сланцы и пр.). Внимательно изучаются процессы метаморфизма, тектоника и присутствующие здесь же магматические породы с целью выявления тектоно-магматических циклов. Пример зарисовки обнажения метаморфических пород приведен на рисунке 5.12. Рисунок 5.12– Полевая зарисовка метаморфических пород; 1 - амфиболитовые сланцы; 2 – кордиеритовые сланцы; 3 – квацитовые сланцы, 4 амфиболиты Критериями для определения первичной природы метаморфических пород являются: 1) условия залегания пород (устанавливают первично-осадочную, вулканическую или интрузивную породу), 2) парагенетические ассоциации метаморфических пород (по определенным комплексам или наличию отдельных образований определяют парапороды или ортопороды), 3) первичные текстуры и структуры, 4) химический состав (часто хорошо сохраняются особенности состава первичных пород), 5) акцессорные минералы (среди первично-обломочных пород сохраняются наиболее устойчивые минералы, например, циркон, монацит, ксенотим, рутил и др.). При изучении метаморфических пород важно решить следующие задачи: выявить тип метаморфизма, возраст первичных пород, реликтовых текстур и структур. Среди фаций метаморфизма широким распространением пользуются глаукофан-сланцевая, зеленых сланцев, альмандин-амфиболитовая, гранулитовая др. Для прослеживания зон 50 Конспект лекций Геокартирование метаморфизма важно выделить породы, обладающий определенным парагенезисом минералов; проследить связи их между собой по условиям залегания и возраста; изучить 51 изменения минеральных ассоциаций по вертикали; проследить выделенные типы пород по простиранию. В остальном описание проводится по типовому плану. При изучении горных пород, в особенности магматических и метаморфических, важно с самого начала выработать единую для всех сотрудников номенклатуру пород района, научиться по совокупности признаков выделять близкие по составу породы и называть их по возможности одинаково (может быть даже одинаково условно). Для этого важно составить коллекцию эталонных образцов. Изучение химического и минерального состава (химические анализы, шлифы) позволит в дальнейшем уточнить названия пород. Сбор и изучение окаменелостей Обычно после отмирания большинство организмов на суше при свободном доступе воздуха подвергаются разложению, полностью разрушаются и исчезают бесследно. Однако при определенных условиях разложение могут заменить иные процессы — обугливание, окаменение, замораживание, сохранение в биологически инертных веществах (во льду, асфальте, янтаре). По сохранности выделяют 4 типа органических остатков: 1) малоизмененные; полностью сохраняются как устойчивые органические образования (пыльца, споры, кутикулы растений, мумии, животные, погребенные в вечной мерзлоте, асфальте и янтаре, рис. 5.13) либо сохраняются их неизмененные скелеты (кремневые, кальцитовые, арагонитовые и др.); 2) сильноизмененные, минеральное вещество- кремнезем, кальцит, арагонит, окислы железа — замещает органическое, образуя псевдоморфозы (известны кремневые псевдоморфозы деревьев, на срезах которых наблюдаются даже детали внутреннего строения), либо замещает скелетные образования (например, карбонатные раковинки часто замещаются пиритом, кремнеземом, стронцианитом, кости позвоночных — карбонатами, фосфатами, рис 5.14 и 5.15); 3) ядра и отпечатки; образуются когда минеральный материал (ил, глин и пр.) при разложении мягких тканей заполняет внутреннюю часть организма, например, моллюска; после растворения самой раковины этот минерал остается в форме окаменевшего внутреннего ядра; иногда образуется слепок вокруг раковины—внешнее ядро (в ископаемом состоянии часто сохраняются отпечатка раковин, листьев, тканей, медуз, насекомых и пр., рис. 5.13 -5.17); 51 Конспект лекций Геокартирование Рисунок 5.13 – Янтарь с включением насекомых Рисунок 6.14 - Аммонит 52 Рисунок 6.15 - Трилобит 4) следы жизнедеятельности; организмов (передвижения наземных позвоночных, червей, моллюсков, членистоногих и др., сверления и зарывания червей, моллюсков и т. д.). Среди всех осадков наиболее богаты окаменелостями морские отложения, образовавшиеся в верхней подзоне шельфа (на глубине 20—50 м). Континентальные отложения, как правило, бедны окаменелостями. В метаморфических толщах окаменелости встречаются очень редко, да и в плохом состоянии. Но именно ввиду этого находки любых ископаемых организмов здесь представляют особый интерес. Рисунок 5.16 - Археоптерикс считается промежуточной ступенью между рептилией и птицей. У этого существа был длинный хвост, зубы и скелет пресмыкающегося, но при этом уже образовались и перья. Крылья старожила нашей планеты южноамериканского гоацина вооружены острыми когтями, унаследованными от предков-рептилий. Лучше всего органические остатки сохраняются в мергелях, глинистых известняках, в известковистых и глауконитовых песчаниках, мелкозернистых глинистых песчаниках, глинах и глинистых сланцах. Особенно богаты ископаемой фауной коралловые, мшанковые, губковые, лилиевые известняки, раковинные-банки, а также глинистые и известковые прослои среди песчаниковой толщи, глинисто-углистые 52 Конспект лекций Геокартирование сланцы (последние часто содержат ископаемые остатки, представляющие большой интерес для изучения эволюции органического мира, — нежные отпечатки растений, 53 насекомых, птиц, рыб и т. д., рис. 5.17). В грубообломочных отложениях литорали встречаются наиболее крупные, крепкие и толстые раковины животных, обитавших в литорали, а также клети и стволы окаменелой древесины. Работа с окаменелостями на обнажении начинается с тщательного изучения взаимоотношения их с вмещающими породами и друг с другом. Вначале производятся простейшие наблюдения с целью выяснения среды обитания древних организмов и их образа жизни: дается общая характеристика ископаемых остатков, подсчитывается процентное содержание различных групп организмов по всей толще и в отдельных слоях; определяется обилие остатков (количество на единицу объема, например на 1 дм3); изучается степень сохранности органических остатков, раздроблены ли раковины до переноса, до отложения или во время окаменения; устанавливается ориентировка створок раковин (одинаковая, беспорядочная). Изучается характер приуроченности отдельных групп ископаемых организмов к определенным типам осадков. Это позволяет уточнить фациальную обстановку того времени. Кроме этого, интересно изучить конкретные взаимоотношения между отдельными группами организмов, изменчивость форм и ее зависимость от среды обитания, выпадение одних форм при изменении среды обитания и одновременное выживание и изменение других, конвергенция в строении разных организмов, обитающих в сходной среде, миграции организмов и их причины. Рисунок 5.17 - Эта древняя рыба - луна жила в юрском периоде. Выделяют два типа захоронений: автохтонное (остатки организмов погребены на месте их обитания) и аллохтонное (перенесены к месту погребения водой, ветром или льдом). При автохтонном захоронении скелеты либо сохраняются полностью, либо разрушаются, но при этом на месте сохраняются обломки; при аллохтонном — встречаются только части скелетов. Известны случаи вторичного переотложения органических остатков в результате размыва более древних пород. В связи с этим возможны ошибки в определении возраста. Особенно широко наблюдаются случаи вторичного переотложения спор, пыльцы, конодонтов. Надо иметь в виду, что условия, в которых находятся организмы во время гибели и после нее, часто не совпадают с условиями, в которых они обитали (обычно это смесь автохтонных и аллохтонных организмов), поэтому такие скопления являются уже не палеобиоценозами (совокупность древних организмов, населяющих однородный участок биосферы), а лишь ориктоценозами (от греч.— ископаемое) — сообществами окаменелостей. На определение геологического возраста вмещающих пород это не влияет (все организмы в сообществе примерно одновозрастны), но при расшифровке физико-географических условий данное обстоятельство надо учитывать. Наиболее 53 Конспект лекций Геокартирование точное определение условий обитания организмов может быть получено путем анализа комплекса автохтонных ископаемых форм, т. е. палеобиоценозов (ориктоценоз минус 54 случайные формы). После изучения в обнажении окаменелостей их обязательно отбирают, снабжают этикетками и упаковывают. Кроме отпечатков, сохраняют и противоотпечатки. Образцы, содержащие много окаменелостей, отбирают целиком. Большой интерес представляют крупные плиты с ископаемыми остатками, на которых виден и способ захоронения, и характер распределения их в породе (указывается нижняя и верхняя части плиты, а также ориентировка ее по сторонам горизонта). При осмотре обнажений и их оснований обращается внимание на конкреции (которые обычно разбиваются), они могут содержать одиночные раковины, кости, скелеты мелких животных. Органические остатки отыскивают и в керне буровых скважин: либо из древних глубоко расположенных отложений, либо при подводном бурении донных морских отложений. Особый интерес в этом случае представляют микроорганизмы. Из твердой породы окаменелости осторожно выбирают с помощью зубила и молотка: вначале откалывают крупные обломки от скалы по трещинам. Затем ископаемые отделяют, пробив предварительно на расстоянии 2—4 см от его краев борозды, по которым косым ударом отбивают небольшой кусок с окаменелостью. Из глин, суглинков, песков, лёссов и других рыхлых и мягких пород раковины вырезают вместе с породой. Сильно рыхлую породу (например, пески) при этом скрепляют, пропитывая различными клеями. Из остатков позвоночных животных наибольший интерес представляют кости конечностей, черепа, зубы. Они встречаются в «окаменевшем» виде, но чаще бывают слабыми. Для укрепления их пропитывают специальными составами, а затем осторожно упаковывают в ящики. Остатки растений встречаются в отложениях, начиная с протерозоя в морских породах, где они представлены известковыми водорослями (шары, конусы, рифы); в отложениях фанерозоя они встречаются помимо морских и в континентальных (в бурых углях, углистых сланцах, глинах и торфяниках). Особый интерес представляют листья и стволы со структурой ткани. В тех случаях, когда упаковываются отпечатки растений и тонкостенные раковинки, их заворачивают отдельно. Учетный номер на палеонтологический образец наносится следующим образом; небольшое поле образца (до 1—1,5 см2) закрашивается белой краской (лучше нитроэмалью), после высыхания которой тушью пишется его номер. Препарировка и дальнейшая обработка окаменслостей производятся на базе по возвращении. При обработке коллекции особое внимание обращается на установление руководящих ископаемых. Нужно научиться определять хорошо распространенные формы, характерные для данного и соседних районов. Это касается организмов, где не требуется применения специальных методик, например при изучении кишечнополостных, моллюсков (двустворчатых, брюхоногих, головоногих), членистоногих, иглокожих. Изучение остальной фауны, флоры, микрофлоры, микрофауны требует особых лабораторных условий. Заканчивая раздел, отметим, что и природе известны псевдофоссилии: наросты, конкреции, дендриты, очень похожие на настоящие ископаемые организмы, трудно различимые даже для специалиста — палеонтолога. При поисках древних окаменелостей это нужно всегда иметь в виду. Изучение элементов тектоники 54 Конспект лекций Геокартирование При изучении различных форм проявления тектонических движений обычно исходят из предположения о первичном горизонтальном залегании слоев осадочных 55 пород, образующихся в конечных водоемах стока (морях и озерах. Однако такое первичное горизонтальное залегание пород в природе практически не встречается. По формам нарушения первичного горизонтального залегания слоев различают складчатые и разрывные (со смещением и без смещения) дислокации. К нарушениям относится и несогласное залегание пород, в котором отражается колебательный и горообразовательный характер тектонических движений. Размещение пласта горных пород или плоскости разлома, или осевой плоскости складки и т. д., в пространстве определяется элементами залегания. Определение элементов залегания. К элементам залегания слоя пласта относятся: азимуты простирания и падения и угол падения, определяемые в полевых условиях с помощью горного компаса (рис. 5. 18). Линия простирания — это линия пересечения поверхности слоя с горизонтальной плоскостью, т. е- любая горизонтальная линия на наклонной поверхности (пласта, крыла, складки, разрыва, трещины и т. д.). Азимутом линии простирания называется правый векториальный угол между одним из двух направлений линии простирания и северным меридианом. Линия падения — линия, располагающаяся в плоскости пласта, перпендикулярная к линии простирания и направленная в сторону наибольшего падения (поверхности пласта, крыла складки, разлома, трещины и т. д.). Эта линия имеет наибольший угол наклона к горизонту по сравнению с любой другой линией, которую можно провести на поверхности слоя. Линия, направленная вверх по линии падения, называется линией восстания. Рисунок 5.18 – Измерение элементов залегания пород с помощью горного компаса Азимутом падения называют правый векториальный угол между северным меридианом и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Угол падения — угол между линией падения и проекцией ее на горизонтальную плоскость. В полевых условиях на определяемой плоскости, прежде всего, находят линию падения; ее показывает струя воды, текущая сверху, катящиеся дробина, галька и т. д. С помощью приложенного к этой линии горного компаса по отвесу определяют угол падения, который никогда не превышает 90°. Затем определяют азимут падения. Для этого горный компас кладут на определяемую поверхность (длинная сторона компаса должна совпадать с линией падения, а север лимба должен быть ориентирован по падению поверхности), приподнимают опущенный край до горизонтального положения и производят отсчет по северному концу стрелки. Записи элементов залегания в полевой книжке производят в магнитных азимутах, а во время камеральной обработки отсчеты приводят к истинному меридиану, вводя поправку на магнитное склонение (при западном склонения поправка вычитается, при 55 Конспект лекций Геокартирование восточном—прибавляется). Иногда сразу поворачивают лимб компаса на величину 56 склонения. Запись в полевой книжке выглядит таким образом: «Аз. пад. ЮЗ 230 35 (это значит: азимут падения ЮЗ 230°, угол падения 35°). Азимут простирания замеряется обязательно при вертикальном залегании пород и когда падение неясно, а простирание заметно. Точность измерений возрастает, если их произвести на нескольких площадках. Производят и контрольные измерения угла падения (отойдя от обнажения на несколько шагов), держа компас на вытянутой руке (рис. 5.19). Рисунок 5. 19 – Контрольное определение угла падения пластов горных пород Изгиб слоя может быть направлен вниз, вверх и в любую сторону. Складки образуются от весьма различных причин и имеют весьма разнообразные формы и размеры. Складчатые формы возникают не только в слоистых породах: в складки могут быть смяты плоские и линзообразные тела и массивы как осадочных, так и изверженных горных пород. В большинстве случаев складчатые формы это признак изменения первоначального горизонтального или полого-наклонного залегания горных пород. Их описание начинают с геометрической характеристики (рис. 5.20) видимых частей складок (азимут простирания оси складки, направление и угол падения шарниров складок, углы наклонов крыльев, высота, ширина и амплитуда). Замеряют и расстояние между замками складок. На зарисовках структур невидимую их часть изображают пунктиром, указывают места замеров горным компасом. Рисунок 5.20 – Элементы складок В процессе изучения складок выясняется и зависимость формы складки от литологических особенностей породы, изучается распределение трещиноватости в профиле складки, разрывных смещений, присутствие жильных тел. Следует обратить внимание на выявление соотношений мощности на крыльях и в замке складок. 56 Конспект лекций Геокартирование Существует несколько классификаций особенностей их строения (рис. 5.21). складок в зависимости от различных Рисунок 5.21 – Классификации форм складок (в поперечном ее сечении) 1– верхноеги, гибающие мелкие, 20 — параллельность осевых поверхностей крупных и мелких тесно жатых складок, 21 — веерообразно расходящиеся осевые поверхности мелких Складчатость, как правило, вызывается эндогенными процессами за счет сжатия горных пород при поднятии или опускании их, течения и раздавливания, в том числе и свободного гравитационного скольжения. Кроме того, образуются складки отраженные (при перемещениях по блокам), магматические и метаморфогенные. В природе часто наблюдаются и экзогенные складки, среди них выделяются складки уплотнения, выпирания, разбухания, обрушения, оползания, гляциодислокации. Кроме того, выделяются складки облекания, не связанные с деформацией горных пород. Изгибы образуются в результате облекания слоями горных пород рельефа морского дна. Диапировые складки образуются в тех случаях, когда ядро антиклинальной складки сложено пластическими породами вроде каменной соли, гипса, ангидрита, мягкой глины и др. В результате нагнетания пластических пород в ядро складки ядро приподнимает вышележащие слои горных пород, они изгибаются в виде свода, растягиваются и даже разрываются, и в разлом пород устремляются пластические породы ядра. Поэтому ядро диапировой складки называют ядром протыкания. Это ядро часто имеет столбообразную, штокообразную и даже расширяющуюся кверху, в виде перевернутой капли форму. Породы ядра, нередко протыкая вышележащие слои, выдавливаются даже на дневную поверхность. Для диапировых складок характерно уменьшение мощности слоев над ядром протыкания и разрыв их. Если в нижней части складки ядро протыкает слои пород, то в верхней части складки слои над ядром могут только изгибаться. На рисунке 5.22 показана серия диапировых складок с ядром из галоидных образований. 57 57 Конспект лекций Геокартирование Диапировые складки представляют переходные тектонические формы от пликативных 58 (сплошных) к дизъюнктивным (разрывным) типам нарушений. Рисунок 5.22 - Складки с ядром протыкания (диапировые) Выше мы описали главнейшие типы складчатых форм, как они выглядят в поперечных вертикальных разрезах. Но нельзя забывать, что складки – это объемные структурно-тектонические формы, из которых слагаются многие обширные области земной коры, которые так и называются складчатыми областями или зонами. Поэтому складки в земной коре преимущественно располагаются комплексами или сисЛекциями, представляя сочетание антиклинальных форм с синклинальными, хотя нередко и изолированные складчатые образования. В плане складки протягиваются или параллельными длинными рядами из отдельных форм, но отступающих несколько относительно друг от друга по своей длине (рис. 5.23), или располагаются изолированно или группами без особой какой-либо линейной ориентировки. Рисунок 5.23 - Формы различных складок в плане: а — прямые линейные; б — сундучные, в — косые, г — купола; д — брахиформные Складки в плане могут также разветвляться или сходиться в пучки, погружаться и воздыматься. Все эти формы сочетания и расположения складок в плане очень хорошо прослеживались бы в рельефе на поверхности земли, если бы складки полностью сохранились и не подверглись разрушениям в результате развития денудационных процессов. Тогда геологическая карта такого складчатого района выглядела бы очень простой. Поскольку геологической картой является картина распространения горных пород на поверхности земли, которую можно наблюдать «с высоты птичьего полета», то при полностью сохранившихся складчатых формах (за исключением некоторых диапировых) поверхность земли была бы сложена одним самым молодым складчатым слоем. На геологической карте этого района, следовательно, был бы показать условным знаком самый верхний слой, хотя он был бы интенсивно смят в складки вместе с нижерасположенными слоями горных пород. Но в природе очень редко на поверхности земли сохраняются первичные, неденудированные, структурные формы. Разрушение 58 Конспект лекций Геокартирование складок с поверхности обычно происходит одновременно с процессом их формирования. В большей степени срезаются возвышенные воздымающиеся участки в 59 рельефе, которые представляют своды, или замковые части, антиклинальных и крылья синклинальных складок. В результате этого на дневной поверхности появляются более древние породы, слагающие ядра антиклинальных форм. Наиболее молодые слои в синклинальных складках после денудации могут оставаться неразрушенными или в той и иной степени частично срезанными. При построении геологических разрезов через складчатые формы залегания пород (рис. 5.24) следует вначале определить комплексы пород, которыми слагаются структурные формы: определить наиболее древние породы и стратиграфическую последовательность всех остальных пород до самых молодых отложений. Установить, какие возрастные горизонты в стратиграфическом разрезе отсутствуют, и причину их отсутствия на поверхности (размыв, перекрытие, выклинивание, дизъюнктивные нарушения). Нередко выявить причину отсутствия того или иного слоя или горизонта в стратиграфической последовательности бывает невозможно только по анализу участка построения разреза, в таком случае необходимо прочитать геологическую карту в смежных участках и по возможности установить причину отсутствия в разрезе этих слоев или горизонтов. Если отсутствующие на поверхности слои выходят на других соседних участках, то следует проследить их по простиранию и установить, где и в результате чего они исчезают на карте. Выкопировка из геологической карты масштаба 1:50 000 Геологический разрез по линии А - Б Рисунок 5.24 - Пример составления геологического разреза по геологической карте для района, сложенного складчатыми формами Если на геологической карте участка построения геологического разреза выделяются структурные этажи, т. е. комплексы слоев, отличающихся формами залегания и падением, тогда требуется определить, какие породы входят в каждый структурный этаж и каковы соотношения в залегании между породами каждого комплекса. В складчатых формах необходимо определить расположение антиклиналей и синклиналей, пользуясь таблицей условных возрастных обозначений горных пород. На карте следует проследить расположение шарниров этих складок. Шарниры и осевые линии складок на геологической карте определяются по точкам максимумов перегибов 59 Конспект лекций Геокартирование слоев, в замковых частях периклинальных или пентриклинальных окончаний складок. По ширине выходов слоев на крыльях складок и в их периклинальных и 60 центриклинальных замыканиях необходимо определить типы складок, пересекаемых линией разреза, уточнить положение осевых поверхностей и определить направление падения слоев, относительную крутизну их наклона. Изучение разрывных смещений. К разрывным смещениям относятся шесть групп элементарных структур: сбросы, взбросы, сдвиги, раздвиги, надвиги, покровы (рис. 5.25). Рисунок 5.25 – Различные формы разрывных разрушений в поперечном сечении (1-11) и блок-диаграммах (12—14); 1 — сброс- 2 — взброс; 3 — ступенчатый сброс; 4 — ступенчатый взброс; 5 — грабен; 6 —рамп; 7 — горст; 8 — горст, ограниченный взбросами; 9 — грабен-синклиналь; 10 – горст; 11 – надвиг; 12 – сдвиг вертикальный; 13 – сдвиг наклонный;. 14 — шарнирный; 15 — направление действующих сил; 16 — направление перемещения пород В пределах каждой из этих групп разрывы различают по следующим показателям по величине угла наклона плоскости сместителя — на пологие (до 30°), крутые (30— 80°) и вертикальные (более 80°); по отношению к простиранию нарушенных пород—на продольные (простирание сместителя совпадает с простиранием нарушенных пород), диагональные (сместитель ориентирован под углом к простиранию пород), поперечные (направлены вкрест простирания пород); по соотношению наклона сместителя и нарушенных пород—на согласные (наклон пород и сместителя направлен в одну сторону) и несогласные (породы и сместитель падают в разные стороны): по направлению движения крыльев—например у сброса висячее крыло движется вниз—прямой, лежачее вверх—обратный, шарнирные (либо крылья, поворачиваются в разные стороны, либо в одну и ту же сторону, но вокруг оси, перпендикулярной к простиранию сместителя), цилиндрические (сместитель в виде дуги); по взаимному расположению в плане — на параллельные и ступенчатые (поверхности сместителей в плане и разрезе параллельны, смещение иногда имеет 60 Конспект лекций Геокартирование ступенчатый характер), радиальные (расходятся от одной точки по радиусам; они 61 возникают на куполовидных складках), перистые (образуют ветвящуюся сеть); по отношению ко времени образования отложений, нарушенных разрывами — на конседиментационные (возникают и развиваются одновременно с образованием осадочной толщи; на поднятых крыльях в сбросах и на опущенных крыльях взбросов и надвигов, стратиграфический разрез сокращен) и постседиментационные (возникают после образования осадков). Помимо элементарных структур выделяются и сложные: сложные сбросы, сложные взбросы и надвиги, грабены, рампы, горсты. Среди крупных региональных образований выделяются глубинные разломы и рифты (раздвигового происхождения). Все эти сложные и региональные структуры могут быть прослежены только при изучении крупных регионов. При полевых исследованиях возможны встречи лишь с их отдельными элементами. Описание элементарных разрывных структур следует начинать с их геометрической характеристики. Это важно для определения истинного смещения. Так, при изучении разрывных нарушений при перемещениях по падению (сбросы, взбросы, надвиги и т. д.) определяются следующие элементы: характер крыльев, вертикальная и горизонтальная амплитуда смещения, сближение или расхождение, стратиграфическая амплитуда. Если изучается структура, в которой смещение произошло строго по простиранию (сдвиг), определяется лишь амплитуда смещения (горизонтальное смещение). Далее изучаются зона нарушения, характер изменения пород в ее пределах, значение нарушения для распределения полезных ископаемых, определяются элементы залегания горных пород по обе стороны от сместителя и его плоскости. Производится описание сместителя: очертание плоскости (прямолинейная, криволинейная и т. д.), жильные минералообразования, наличие зеркал скольжения, штрихов, бороздок, выступов, брекчий трения (их мощность, состав пород в них), направление смещения крыльев сброса. Если сложно выяснить, какое из крыльев опущено или надвинуто, устанавливают это с помощью косвенных признаков: изучают завороты голов пластов, срезанных сместителем (они изгибаются в сторону смещения противоположного блока), характер поверхности скольжения, строение борозд скольжения (борозды по направлению движения противоположного блока расширяются, кроме того, в этом же направлении наблюдается большая сглаженность внутри борозды), поперечные уступчики на поверхности скольжения (они направлены в сторону движения противоположного блока). При определении относительного перемещения крыльев разрыва сравнивается возраст пород, обнажающихся па поверхности по линии разрыва. Приподнятым является то крыло, в пределах которого обнажаются более древние породы, опущенным то, где более молодые породы. Разрывные смещения устанавливаются иногда по косвенным признакам: наличию брекчий и обломков инородных пород в разрыве—сбрасывателе, резкому изменению элементов залегания пород и рядом расположенных обнажениях (при условии, что наличие складчатости на этом участке исключается), сильной тектонической трещиноватости, зонам милонитизации, обилию жильных образований, признакам эндогенного оруденения, выходам подземных вод по разломам, резким уступам в рельефе местности и т, д. (рис. 5.26). Возраст разрывных смещений устанавливается с учетом возраста нарушенных и перекрывающих пород или по косвенным данным (время формирования складчатости в районе, проявления интенсивных вертикальных движений или магматизма). 61 Конспект лекций Геокартирование Покровы, или шарьяжи, встречаются редко, как правило в предгорьях. Это крупные надвиги, перемещающиеся по пологим, горизонтальным или волнистым 62 поверхностям на большие расстояния. Здесь выделяются элементы: автохтон (лежачее крыло), аллохтон (висячее крыло, надвинутое), поверхность волочения (по ней движется аллохтон), фронт покрова (передняя часть), корни покрова (тыловая часть), тектонические окна. Там где эрозия разрушает сам покров, в отдельных местах сохраняются экзотические останцы или останцы — свидетели, клиппены. Рисунок 5.26 – Геоморфологические методы выделения тектонических нарушений до В. Н. Павлинову. 1 — сохранившиеся крутые сместители (склоны); 2 — подпруженные озера и сухие русла формы речных долин; 3 – суженные долины; 4 — резкие изгибы русел рек, изменения формы речных долин; 5—висячие долины С покровами связано образования тектонического меланжа — сложных зон пестрых глыбовых брекчий длительного развития, с зеркалами скольжения — приуроченного к крупным глубинным разломам окраин складчатых систем; олистростом — хаотических скоплений оторванных несортированных обломков горных пород часто больших объемов с последующим их скольжением по склону и дну бассейна; присутствие ультраосновных магматических горных пород — гипербазитов, происхождение которых связывают с основанием офиолитовых чешуи. Если сместитель падает в сторону опущенной части структуры, то это признак сброса, если же сместитель падает в сторону приподнятой части, то это может быть взброс или надвиг. На протяжении линии разрывного нарушения одна структурная форма может сменяться другой. Например, сброс может сменяться взбросом или надвигом (шарнирные формы). Поэтому для определения боков смещения дизъюнктивного нарушения необходимо в нескольких точках по линии разрыва определить соприкосновение разновозрастных пород (рис. 5.27). 62 Конспект лекций Геокартирование 63 Рисунок 5.27 - Блок-диаграмма участка складчатых форм, нарушенных сбросами Определить опущенный и относительно приподнятый бока (крылья) в сбросах или взбросах, рассекающих поперек или по диагонали складчатую форму, можно по конфигурации смещенных частей складки (рис. 3.24). Опущенная часть антиклинальной складки при сбросе или взбросе будет более узкой, чем приподнятая эродированная часть. В синклинальных формах, наоборот, опущенная часть складки будет более широкой. В ядре приподнятой части антиклинальной складки могут обнажаться более древние породы, тогда как в синклинальной складке в ядре опущенной части могут сохраниться относительно более молодые слои. При сбросах и взбросах не происходит смещения осевых линий при переходе их с одного бока структуры на другой, этим они отличаются от сдвигов. Сдвиги в складчатых формах выражаются горизонтальным смещением блоков и на геологических картах выглядят как смещенные по линиям разрыва части без изменения ширины складок по обе стороны разрыва, но с разрывом и относительным смещением разорванных частей осевых линий складок (рис. 5.28). Рисунок 5.28 - Складки, нарушенные сдвигами и сбросом (геологическая карта) На геологических картах тектонические нарушения показываются красными или жирными черными линиями. На сместителе указывается с помощью красных или черных стрелочек направление паления сместителя и угол его падения. Примеры изображения разрывов на геологических картах и разрезах показаны на рисунках 5.26 – 5.28. Геологические разрезы должны являться неотъемлемой частью и средне- и крупномасштабных геологических карт, как рисунок, отображающий характер залегания горных пород на поверхности и на глубине. Составление геологических 63 Конспект лекций Геокартирование разрезов позволяет не только иллюстрировать строение участка земной коры, но также и изучать залегание пород и выявлять дополнительные структуры, уточнять 64 представления о формах складчатых структур, их взаимоотношениях, уяснять положение разрывных нарушений, которые на поверхности бывают незаметны. Геологические разрезы обычно составляются по линиям через участки, наиболее важные для общей характеристики геологического строения. Линия разреза должна наноситься на карту только после того, как последняя прочитана на том участке, для которого составляется разрез. При знакомстве с залеганием пород на изучаемом участке необходимо обратить внимание в первую очередь на определение типов тектонических нарушений: выделить участки горизонтального |залегания, участки с моноклинальным залеганием пород, участки складчатого строения, участки распространения изверженных горных пород и разрывных нарушений. Если линия геологического разреза пересекает поверхность разрывного нарушения (рис. 5.29), то необходимо определить, к какому типу это нарушение по своей форме относится. Вертикальные сместители на геологических картах обычно выглядят в виде прямых линий, протягивающихся в определенном направлении независимо от пересекаемых ими форм рельефа. Выкопировка из геологической карты масштаба 1:50 000 Геологический разрез по линии Г-Д Рисунок 5.29 - Пример составления геологической карты и разреза (для района, сложенного складчатыми формами, осложненными сбросами) Крутопадающие сместители тоже на карте практически имеют след от пересечения рельефа местности в виде прямых линий. Только при очень пологом падении сместителей и несколько изрезанном, со значительными относительными превышениями точек рельефа, линии надвигов будут извилисты, а формы их целиком будут объясняться рельефом местности. 64 Конспект лекций Геокартирование Изучение трещинной тектоники. Трещины (разрывы без смещения) изучаются практически в любых горных породах. Те из них, что видны невооруженным глазом, 65 называются макротрещинами. Они подразделяются на тонкие (до 2 мм), мелкие (2—5 мм), средние (5—20 мм), крупные (20—100 мм), очень крупные (более 100 мм). По происхождению трещины бывают тектоническими (трещины с разрывом сплошности пород: отрыва, скалывания, кливаж) и нетектоническими (трещины первичные, выветривания; оползней, обвалов, провалов; расширения пород при разгрузке). Различие между первыми и вторыми состоит в том, что тектонические трещины более выдержаны и ориентированы по единому плану в различных по составу породах. Они представляют особенный интерес, потому что в тектонической трещиноватости по существу отражается структурный план земной коры изучаемой территории, а иногда и всего района. Тектонические трещины резко преобладают, что делает возможным применение статистического способа изучения трещиноватости, заключающегося в замерах элементов простираний массы трещин. В этих условиях проявление нетектонической трещиноватости затушевывается. Трещины тектонического происхождения можно наблюдать визуально при предварительном осмотре любого обнажения. Они, как правило, объединяются в системы, образующие часто правильные геометрические сетки (рис. 5.30). Рисунок 5.30 – Типы трещин и их сочетания, по В. И. Павлинову; 1 — ряд; 2 — сисЛекция трех рядов: 3 — радиальные; 4 — концентрические; 5 — кулисные; 6 — гирлянды (два кулисных ряда); 7 — торцовые; 8 — перистые; 9 — лестничные; 50 —«конский хвост»; 11 — «черепаховая структура» При изучении тектонической трещиноватости важно различать трещины отрыва и скалывания. Трещины отрыва образуются в породах, в условиях растяжения. Они обычно образуют систему из двух рядов круто наклоненных трещин, пересекающихся в плане и разрезе под прямым (или почти под прямым) углом: один из рядов развивается согласно с простиранием пород, другой с падением. Трещины эти обычно имеют неровную 65 Конспект лекций Геокартирование зернистую поверхность. Трещины скалывания образуются в условиях сжатия пород. Их стенки обычно плотно сжаты и имеют гладкую поверхность. Все зерна (в том числе и 66 гальки) срезаются, а не выдергиваются, как это наблюдается в трещинах отрыва. Трещины скалывания широко известны в областях, где наблюдаются взбросы и сдвигиЭти трещины обычно образуют два ряда, ориентированных под углом к оси сжатия. Тектонические трещины обычно разделяют на трещины I и II порядков, Первые рассекают несколько слоев различного литологического состава, вторые секут один или несколько слоев одинакового литологического состава. Тектонические трещины могут быть местными (вызванными локальными или региональными тектоническими нарушениями) и планетарными (вызванными планетарными причинами, чаще ротацонными). Характер их проявления зависит от внутренних напряжений в самой породе. Н. С. Шатский в пределах ВосточноЕвропейской платформы выявил четыре системы планетарной трещиноватости ротационного происхождения: широтную, меридиональную, северо-восточную и северо-западную. Изучение тектонических трещин важно с той точки зрения, что в геологическом прошлом в результате гидротермальных процессов в них накапливались различные минералы; многие из них представляют промышленный интерес (свинцовые, цинковые и другие руды). С трещиноватостью связана и циркуляция подземных вод. Трещиноватость изучается в любых горных породах, в различных обнажениях, Вначале на выветрелой стене скального выхода находят системы тектонической трещиноватости (определяют азимут простирания и угол падения этих систем), затем каждая из трещин изучается отдельно. При этом, производятся следующие наблюдения: визуально устанавливается происхождение трещин; подсчитывается частота развития трещин или модуль трещиноватости (количество трещин на 1 м разреза); описывается внешний вид трещин разных типов (прямолинейные, кривые, ровные, неровные, гладкие, блестящие, шероховатые, волнистые и т. д.); выясняется наличие зеркал пли штрихов скольжения на стенках трещин, а также пленок кальцита, кристаллов кварца, пирита, каолина или гипса; указывается форма отдельностей породы, ограниченных трещинами (кубическая, ромбоидальная, столбчатая, пластинчатая и т. д.); на всей поверхности обнажения подсчитываются все мелкие трещины и замеряются их азимуты простирания (около 200—300 трещин). Эти данные вписываются в таблицу, где материал располагается в двух румбах (северо-восточном и северо-западном). Число замеров суммируется в группы, кратные 5°, подсчитывается общее число замеров, и эта сумма принимается за 100%. Наибольший интерес, с точки зрения выявления общих закономерностей, представляет изучение трещиноватости на платформах — здесь меньше всего оказывается локальная. Трещиноватость, которая отчетливо вырисовывается в горных районах. Наблюдаемые в горных районах трещины чаще всего размещаются наклонно. Поэтому для графического изучения трещиноватости применяются более сложные методики, включающие и данные об их наклоне. Кливажем (от франц. кливаже—расслаивание, расщепление) называется способность деформированных пород раскалываться на тонкие пластинки и призмы по системе параллельных или почти параллельных поверхностей, секущих слоистость (секущий кливаж) или согласных с ней (послойный кливаж). Наблюдается в складчатых сисЛекциях и возникает под влиянием горизонтального сжатия: когда один слой скользит по другому, силы верхнего слоя направлены по восстанию, нижнего—по падению (кливаж образуется между ними). Мощность слоев, 66 Конспект лекций Геокартирование подвергнутых кливажу, до 200—400 м. Секущий кливаж подразделяется на 67 веерообразный, S-образный, г-образный (рис. 5.31.). Рисунок 5.31 - Типы кливажа (а) и положение трещин в кливажированном слое (б): 1 — веерообразный; 2 — г-образный; 3—S-образный; 4 — параллельный; Трещины: 5 — скалывания; 6 — отрыва Изучение несогласий. Известно два типа несогласий: стратиграфическое (оно характеризуется перерывом в осадконакоплении) и тектоническое (возникающее в результате тектонических перемещений одних толщ относительно других). При изучении стратиграфического несогласия важно вначале установить его возраст (путем сравнения возраста горизонтов, лежащих выше и ниже), затем выяснить отчетливость выражения поверхности несогласия. По этому признаку (рис. 5.32) различают отчетливое несогласие с резко выраженной поверхностью (иногда несогласие проходит по подошве базального конгломерата) и скрытое — с неопределенным положением поверхности несогласия. Рисунок 5.32 – Типы стратиграфических несогласий и строение их поверхностей (а-ж – по А. А. Богданову и А. Е. Михайлову; д – по В. Е. Хайну) а – параллельное; б – скрытое (1 – гранит; 2 – элювий гранита; 3 – аркозовый песчаник; 4 – неслоистый песчаник; 5 – слоистый песчаник среднего девона); в – географическое (α < 1°); г – слабое угловое (α < 30°); д – резкое угловое (α > 30°); е – параллельное прилегание; ж – несогласное прилегание; з - региональное угловое несогласие Далее изучается строение поверхности несогласия (ровная, карманообразная, закарстованная и т. п.), что имеет важное значение для прогноза полезных ископаемых (например, часто встречаются «карманы» с бокситами внутри толщ известняков и т. д.). Устанавливается величина наклона поверхности несогласия. Обычно по этому признаку 67 Конспект лекций Геокартирование выделяют три группы несогласий; географическое (с наклоном между слоями обеих толщ менее 1°; устанавливается лишь при изучении больших территорий); параллельное 68 (частный случай географического, когда слои по обе стороны залегают горизонтально); угловое—слои по обе стороны несогласия имеют различный угол наклона (если угол меньше 30° — слабое угловое несогласие, более 30° — резкое; выделяют и азимутальное угловое несогласие, когда простирания контактирующих толщ не совпадают). Различают два частных случая параллельного несогласия: параллельное прилегание (поверхность предшествующего размыва имеет резко выраженный характер, а новые отложения выполняют углубления, сохраняя параллельность залегания) и плащеобразное облекание (плащеобразное покрытие неровностей поверхности древнего рельефа с постепенным выполаживанием и выравниванием залегания вышележащих толщ). Выделяют краевые несогласия, возникающие в случаях, когда колебательные тектонические движения проявляются лишь в краевых (береговых) частях бассейна накопления. Разновидности краевого несогласия: помимо параллельного прилегания, рассмотренного выше, наблюдается трансгрессивное, или несогласное, прилегание, верхние слои на нижних залегают с угловым несогласием, образуются в результате постепенного расширения контуров бассейна при погружении его дна или поднятии уровня моря; регрессивное прилегание (верхние слои представлены регрессивной толщей горных пород) формируется на фоне последовательного отступания береговых линий. При наблюдении выясняется и характер распространенности несогласий: Региональные характерны для обширных территорий, а местные определяются поднятиями локальных тектонических структур. Часто региональные несогласия приурочены к зонам линейной складчатости, а местные — к районам прерывистой складчатости. Стратиграфические несогласия устанавливаются по следам выветривания и результатам других экзогенных процессов, приведших к формированию выветрелой поверхности; различным неровностям («карманам» и выступам); угловому несогласию; возрастному разрыву между возрастом нижней и верхней толщ (важнейший признак для отложений платформенных областей); различию в степени складчатости и метаморфизма между слоями; наличию базальных конгломератов на несогласии (с галькой подстилающих пород); иногда по резкому переходу от морских отложений к континентальным, и наоборот (если границы этих переходов свидетельствуют о перерывах в отложениях осадков). Тектонические несогласия вызываются тектоническими разрывами и перемещениями по ним блоков пород (взброс, надвиг, наволок, шарьнж). В результате этого по плоскости несогласия, совпадающей с тектоническим разрывом, приходят в соприкосновение толщи различного возраста и происхождения. Линия контакта между ними, как правило, более резкая и отчетливая, чем линия стратиграфического несогласия, часто она сопровождается тектонической брекчией, зоной милонитизации пород, вторичной трещиноватостыо, штрихами и зеркалами скольжения. Часто важным признаком этого несогласия является перекрытие молодых отложений древними. Тектонические несогласия на геологических картах, колонках, разрезах обозначаются знаком разрывного нарушения. Порядок геологических наблюдений в маршруте 68 Конспект лекций Геокартирование Геологические наблюдения в маршруте должны вестись непрерывно. Практически это означает, что геолог после описания какого-либо обнажения перемещается по 69 простиранию (или вкрест простирания) контакта той или иной толщи, интрузии, вулканогенного покрова или других пород. Он непрерывно наблюдает за поведением этого контакта по промежуточным между точками наблюдения выходам, элювиальным высыпкам, цвету почвы, одновременно отмечая изменение состава пород, условия их залегания и т. д. Непосредственно в поле каждым исполнителем составляются маршрутные карты, на которые наносятся точки наблюдения, места находок органических остатков, полезных ископаемых и их признаков. Основой маршрутных карт служат аэрофотоснимки и топографические карты. Точки наблюдений наносятся одновременно на обе основы. На аэрофотоснимках они накалываются иглой, а затем обводятся кружком и нумеруются с обратной стороны снимка. Полевое дешифрирование ведется на кальке, наклеенной на аэрофотоснимок. Геологическая карта поверхности должна составляться непосредственно в маршруте на маршрутных картах или аэрофотоснимках, затем уточняться в конце дня после обработки материалов всех наблюдений и дополняться данными карты полезных ископаемых, четвертичных отложений, геоморфологической карты и других, составляемых одновременно. Результаты дешифрирования аэрофотоснимков в маршруте в конце дня переносятся на уточненную аэрофотосхему, фотоплан и геологическую карту. Геологическая карта и карта полезных ископаемых периодически должны пересматриваться с учетом новых данных, а В случае необходимости на уже изученных участках должны производиться дополнительные наблюдения. Результаты геологических наблюдений на снимаемой территории должны быть увязаны с результатами съемки на соседних площадях увязка геологических карт по смежным районам должна, как правило, вестись в поле путем совместных маршрутов с персоналом соседних партий с перекрытием снимаемых площадей на границах не менее чем на 1—2 см в масштабе карты. До сих пор наши рассуждения относились главным образом к визуальным геологическим наблюдениям. Однако практически в ряде случаев целесообразно совместить геологические маршруты с геофизическими и геохимическими, одновременно вести геоморфологические наблюдения, отбор проб воды и т. д. Целесообразность таких комплексных маршрутов определяется в ряде случаев не только трудностью организации повторных маршрутов в особых условиях (таежных, высокогорных, пустынных), но и необходимостью сопоставления полученных результатов. В некоторых районах изучение в маршруте магматических образований сопровождается радиометрическими наблюдениями, причем радиометр в данном случае используется для диагностики пород различного состава. Границы пород фиксируются показаниями радиометра. Для изучения геохимического состава коренных пород и составления геохимических схем содержаний определенных элементов или их групп в породах, как правило, нет необходимости в проведении специальных маршрутов. Целесообразнее геологу одному или одновременно со специалистом-геохимиком вести отбор образцов и геохимическое опробование. Примеров совмещения маршрутов можно привести много, но нужно при этом также учесть, что многолюдность маршрута и многочисленность поставленных перед его исполнителем задач мало способствуют творческой работе и отвлекают главного исполнителя маршрута геолога от решения поставленной перед ним геологической задачи. Совмещать маршруты следует разумно, в рамках решения именно этой задачи, а не всех одновременно. 69 Конспект лекций Геокартирование 70 Лекция 6 Особенности изучения, отбор образцов и проб при геологической съемке различных геологических образований План лекций Осадочные образования и полезные ископаемые Вулканогенные породы Интрузивные горные породы Коры выветривания Осадочные образования и полезные ископаемые Отбор образцов и проб производят для следующих целей: а) непосредственного визуального сравнения (в поле или в камеральных условиях) типичных образцов пород, залегающих в разных участках; б) составления возможно более полной документационной эталонной коллекции, характеризующей по подразделениям разреза типы пород и полезных ископаемых, представленных на изучаемой территории, а также их переходы друг в друга; в) камеральных и лабораторных исследований пород и полезных ископаемых: минералого-петрографического изучения под микроскопом, различных видов химического анализа, предварительных технологических испытаний (для проб полезных ископаемых), определения физических свойств пород и гранулометрического состава, термографического и спектрального анализа и других видов физико-химических исследований, иногда необходимых для углубленного понимания состава и генезиса пород (электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ), г) комплекса специальных отраслевых исследований, в тех случаях, когда съемочные работы имеют профилирующий целенаправленный характер и ведутся на площадях распространения каких-либо полезных ископаемых (угольные, нефтяные и газовые месторождения, железные и марганцевые руды и др.). При отборе образцов пород придерживаются следующих требований. 1. Отбор образцов (и проб) ведут в процессе послойного полевого изучения и документации обнажения (выхода), из которого берут пробы. 2. Все места отбора образцов (проб) фиксируют в полевых книжках при описании обнажений (керна скважин) с точной привязкой образцов к слою и показом места взятия на схеме (зарисовке) строения обнажения. Отобранные образцы и пробы учитываются по журналу регистрации взятых образцов. 3. Каждый образец (пробу) нумеруют и сопровождают этикеткой по единой установленной форме. 4. Образцы должны характеризовать не только главные типы пород, слагающие пласты, но и переходные разности от одного типа к другому, а также и включения (конкреции). 5. По каждому виду исследований (или группе близких исследований) образцы отбирают и упаковывают раздельно, для удобства передачи таких образцов в специализированные лаборатории на обработку по отдельным сопроводительным ведомостям. 6. Количество породы образца и частота отбора определяются видом необходимых исследований. Ориентировочное количество породы в образцах и их размеры должны быть следующие: Штуфы типичных пород, см - 9х12 70 Конспект лекций Геокартирование Образцы (2) для изготовления шлифов, см – 3х2 71 Образцы для определения гранулометрического состава на ситах, кг: мелкозернистые 0,2 гравелиты 2,0 Для гранулометрического анализа гидравлическим методом (Сабанина и др.), г 50 — 100 Для определения карбонатности и термического анализа, г - 50—100 Для определения объемной массы, плотности и пористости, кг- 0,2—0,3 (с кусочком на шлиф) Для определения магнитных свойств пород (штуфы ориентируют по странам света), см 5х5х5 Для полного силикатного химического анализа пород, кг - 0,2—0,3 Для химического и минералогического анализа руд, кг - 0,5—1 Для спектрального анализа (массовый отбор штуфов через интервалы 0,10—0,20 м), г 30—50 Пробы полезных ископаемых — руд, цементных мергелей, строительного камня, глин огнеупорных, керамических и адсорбционных берут среднепластовые или секционные бороздовые либо штуфные в зависимости от характера полезного ископаемого. Методические основы опробования твердых полезных ископаемых рассмотрены Г. Д. Ажгиреем (1950 г.), А. А. Якжиным (1954 г.) и В. М. Крейтером (1969 г.), Н. В. Ивановым (в руководстве под ред. Е. О. Погребицкого, 1968 г.). Основные правила полевого отбора проб полезных ископаемых следующие. 1. Пробы берут с тщательно расчищенной невыветрелой поверхности пласта. 2. Отбор пробы производят методом борозды, равномерно выбирая породу по всей мощности пласта (или его части, при секционном опробовании) на брезент. Затем выбранный из борозды материал примерно одинаковой крупности сокращают квартованием, доводя при этом отбираемую на исследования среднюю пробу до желаемой массы. Выход слоя песка, гравелита или песчаника, интересного на присутствие в нем золотого или редкометального оруденения россыпного типа (древние россыпи), предпочтительно опробовать методом задирки, с последующим тщательным квартованием. Квартование отобранного из пласта материала ведут общепринятым методом, принимая меры против засорения пробы чуждыми примесями Технические приемы квартования проб последовательно и ясно описаны, в частности, в руководстве Г. Б. Мильнера («Петрография осадочных пород», т. 1. М., 1968 г.), а также в работах В. М. Крейтера (1969 г.) и Е. О. Погребнцкого (1968 г.). 3. При конкреционном характере распределения полезного компонента (желваковые фосфориты, осадочный колчедан, некоторые марганцевые руды и т. п.) выбранный из борозды материал разделяют (просеиванием либо ручной отборкой) на полезный компонент — конкреции — и вмещающую породу. Взвешиванием определяют выход полезного компонента в процентах от горной массы и в килограммах от кубометра выбранной бороздой по пласту горной массы (конкреции полезного компонента + вмещающая порода). В среднюю пробу после квартования раздельно берут рудные конкреции и вмещающую их породу в количестве, пропорциональном их отношению в пласте. 4. Кроме бороздовой пробы из разных частей пласта берут штуфные пробы полезного ископаемого, характеризующие его типичные морфологические разности и 71 Конспект лекций Геокартирование природные взаимоотношения пород, слагающих пласт. Только штуфные пробы берут 72 для таких полезных ископаемых, как строительный и декоративный камень. Для изучения палеомагнетизма из естественных обнажений отбирают с помощью зубила штуфные образцы пород (по 1—3 штуфа из каждой точки) в виде кубиков с ребром 5 см. Одно ребро штуфа должно быть ориентировано по линии простирания, другое — по линии падения. Обе эти линии, а также направление юг—север отмечают на штуфе до его взятия из обнажения (А. Н. Храмов, 1963 г.; А. Н. Храмов, Г. Н. Петрова и др., 1961 г.) Количество материала, отбираемого в лабораторную пробу, ориентировочно должно быть следующим: Песок или порода для протолочки на шлиховой анализ, кг ....... 10—40 Глина для полузаводских технологических испытаний, кг ........ 100 Глина для лабораторных исследований, кг 3—4 Цементное сырье (глина, гипс) для лабораторных исследований, кг 5—6 Песок и гравий для лабораторных исследований как строительный материал, кг: песок . . . . . . 2 гравий ......... 20 Камень для предварительных лабораторных испытаний как строительный материал, штуф, ребро которого 7 см .... 5 Камень строительный для детальных технологических испытаний в крупных кусках, кг - 25—30. Вулканогенные породы Методика опробования магматических пород для выявления их минералогических и геохимических особенностей имеет существенное отличие, поэтому, поэтому отбор проб из магматических пород следует рассматривать самостоятельно. Одна из главных причин, осложняющих изучение минералогических и геохимических особенностей вулканогенных пород, заключается в слабой их раскристаллизованности и ярко выраженной рассеянности в них химических элементов. В вулканогепных породах выход минералов тяжелых фракций значительно ниже, чем в интрузивных, и для получения достаточного количества минералов нужно отбирать пробы большого объема. Кроме того, в силу плохой раскристаллизованности эффузивных пород отдельные минералы в них часто наблюдаются только в виде скелетных форм. В связи с этим изучать минералы приходится в более мелких классах, чем это делается для интрузивных пород, и, чтобы вскрыть максимальное количество минеральных зерен, приходится более тонко дробить пробу. Для решения стратиграфических вопросов опробование должно производиться по разрезам с отбором образцов из всех наблюдаемых покровов. Пробы обычно отбираются по нескольким профилям вкрест простирания изучаемой толщи. Опробование целесообразнее всего проводить штуфным способом, так как при нем сохраняется геологическая, минералогическая и геохимическая индивидуальность каждой точки отбора. Таким образом, из каждого слоя-покрова, характеризующегося однообразием состава и структуры, берут штуф до 0,5 кг. Опробованию подвергаются только неизмененные разности эффузивов, без прожилков и с минимальным количеством миндалин и включений, а измененные породы составляют предмет самостоятельного изучения при поисках полезных ископаемых. 72 Конспект лекций Геокартирование Из однообразных по составу вулканогенных толщ и отдельных покровов значительной мощности пробы отбирают по профилю вкрест простирания их с 73 интервалами между точками отбора не более 10 м. Жерловые и субвулканические образования (некки, экструзивные купола, силлы, лакколиты, штоки и дайки) опробуют так же, как интрузивные породы. Для субинтрузивной группы вулканогенных пород можно считать достаточной площадку опробования размером 10х10 м. Общее количество проб во многом определяется разнообразием пород в изучаемых телах, степенью обнаженности и глубиной их эрозионного среза. При изучении вулканогенных образований с целью решения вопросов петрологии и металлогении необходимо сравнивать между собой не отдельные части свит, а свиты или серии в целом, поэтому нет надобности в частом опробовании разрезов отдельных свит. С другой стороны, при установлении комагматичности эффузивных, субвулканических и интрузивных образований часто важное значение имеют элементыпримеси в минералах, для спектрального и тем более химического исследования, которых требуется достаточно большое количество вещества того или иного минерала, что обусловливает достаточно большой объем проб. В целом каждая разновидность пород, имеющая определенное геологическое положение, должна быть охарактеризована 25 — 30 пробами, что необходимо для достоверности выводов, получаемых с помощью соответствующей маЛекциятической обработки. Для получения сопоставимых результатов совершенно необходимы одинаковые условия отбора и обработки проб и желательна одинаковая их масса. Опробование интрузивных пород Породы всех выделенных при геологических наблюдениях интрузивных фаз и фаций, а также продукты контактового метаморфизма подлежат опробованию, целью которого является отбор материала для определения различных качественных и количественных характеристик пород и минералов. Универсальной системы отбора проб не существует, поэтому можно дать лишь самые общие рекомендации. Выбор того или иного метода опробования зависит от задач, которые ставит перед собой исследователь. При этом необходимо иметь четкое представление о качестве материала, из которого берутся пробы, т. е. знать, в какой степени он пригоден для решения поставленной задачи. Породы, из которых отбираются пробы для определения первичного состава, должны быть наиболее свежими, без корок или каких-либо других следов поверхностного разрушения и выветривания. Они не должны содержать жильного материала, ксенолитов вмещающих пород и нести признаков гибридизма, кроме случаев, когда этот процесс является целью исследования, При сильной фациальной изменчивости пород приходится самостоятельно опробовать центральные, приконтактовые и придонные части интрузивных тел. Это требование становится обязательным при изучении небольших гипабиссальных интрузий, характеризующихся широким развитием процессов гибридизма. Опробуемые породы не должны быть затронуты наложенными процессами, пробы предназначенные для изучения характеристики наложенных процессов, берутся из пород, измененных в разной степени. Опробованию подлежат не только главные петрографические разности пород, но и все связанные с ними жильные производные, в том числе и кварцевые жилы. 73 Конспект лекций Геокартирование Чем больше объем пробы, тем ближе она отвечает среднему значению для интрузивной фазы, поэтому большинство исследователей предпочитает пробы большой 74 массы, составленные из мелких штуфов, отобранных точечным способом с площади определенных размеров. Чем меньше число проб или чем больше требуемая точность, чем обширнее должна быть площадка опробования. Например, при взятии лишь одной пробы на силикатный анализ, характеризующий химический состав той или иной интрузивной фазы, площадкой опробования может служить вся территория развития данной интрузивной фазы. Минералогические пробы, число которых на фазу обычно не превышает 5—10, чаще всего с площадки размером 10х10 или 20х20 м. В первом случае при массе пробы 10 кг достигается получение средних проб для ведущих акцессорных минералов, во втором—средних проб практически для всех имеющихся в породе минералов, в том числе и для минералов поздней стадии образования, распределенных крайне неравномерно. Если желательно избежать разнобоя в методике отбора проб, то приходится использовать штуфной способ, который применим в любых условиях, включая опробование горных выработок и керна. При этом необходимая точность исследования должна достигаться за счет увеличения числа проб. Оптимальная масса штуфных минералогических проб составляет 2 кг, геохимических—0,3 кг. Но обычно отбираются пробы массой на 1—1,5 кг больше с тем, чтобы эту часть пробы использовать для очистки дробилки от материала предыдущей пробы. Особенно тщательно приходится отбирать пробы из пегматитов и кварцевых жил, в которых рудные минералы и химические элемента распространены чрезвычайно неравномерно, образуя отдельные участки с очень высоким содержанием тех или иных компонентов. В этих случаях пробы следует отбирать бороздовым способом вкрест простирания жил. В случае зональных тел каждую зону опробуют отдельно. Для некоторых видов анализов (определения абсолютного возраста отбора мономинеральиых фракций и т. п.) могут понадобиться пробы 10, 20 и даже 200—500 кг. Необходимый вес таких проб определяется геологом исходя из предварительной, обычно визуальной, оценки содержаний интересующего его минерала в породе и потерь при дроблении которые могут составлять до 1/3 от исходной пробы. Для радиологических проб учитывается еще и предполагаемый возраст пород и минералов. Естественно, что по одной пробе нельзя судить о колебаниях состава пород, поэтому из каждого выделенного геологического подразделения рекомендуется отбирать несколько проб. Считается, что для точной количественной характеристики объекта необходимо иметь 30—50 проб. При меньшем объеме опробования мера доверия к полученным результатам снижается. Пределом, при котором еще можно оценить точности данных, является 5 определений. Такое число проб принимается как минимальное при отборе материала на дорогостоящие виды анализ; (силикатный, минералогический, радиологический). Разности пород, играющие в строении интрузивной фазы подчиненную роль, в этом случае опускаются или характеризуются 2—3 пробами, позволяющими произвести сравнение их вещественного состава с составом типичных разностей. Пункты отбора проб должны быть расположены по возможности равномерно, иначе придется учитывать объем отдельных частей интрузивного тела, для которых данные пробы являются представительными. Это обычно приводит к увеличению необходимого количества проб, так как каждая часть объекта опробуется самостоятельно. Вместе с тем последний метод наиболее точен, так как позволяет учитывать отдельные прослои с различным составом, например горизонты, 74 Конспект лекций Геокартирование обогащенные магнетитом или хромитом в стратифицированных интрузиях. Таким образом, систему опробования, как правило, можно улучшить и уменьшить связанные с 75 ней ошибки путем увеличения числа проб. С другой стороны, это приводит к дополнительным затратам, которые могут быть оправданы лишь в том случае, когда при более простой системе опробования не достигается требуемая точность получаемых данных. Все виды опробования сопровождаются взятием образцов, шлифов, иногда аншлифов. Поскольку эти же образцы служат материалом для петрофизических исследований, они должны обладать примерно кубической формой с приближенно плоскими гранями, без каверн и выступов на поверхности. При необходимости составления детальной петрофизической классификации интрузивных пород и петрофизических карт района целесообразно отбирать дополнительное количество образцов по отдельным опорным профилям, пересекающим интрузивные массивы вкрест их удлинения. Точки отбора образцов по профилям следует выбирать по возможности с равными интервалами, сгущая их вблизи контактов пород, зон дробления и тектонических нарушений. При выборе расположения опорных профилей необходимо учитывать данные карт физических полей, составленных на основании геофизических работ. Профилями следует пересекать основные магнитные, радиоактивные и гравитационные аномалии, установленные в районе работ. В пунктах отбора проб и образцов выполняются дополнительные геологические наблюдения. В полевом дневнике приводятся детальное описание опробуемой породы, ее геологическое положение и характер обнаженности. В журнале опробования отмечается факт взятия пробы, указывается, типична ли она для изучаемой фазы или представляет собой редкую разновидность. Если пробы берутся для характеристики процессов гибридизма, метасоматоза или выветривания, необходимо уточнить степень изменения породы. Места пробоотбора отмечаются на карте фактического материала с указанием вида пробы. Отбор фауны и флоры Описание захоронений и отбор остатков фауны и флоры с последующим их определением производятся в целях уточнения корреляции разрезов, а также для обоснования геологического возраста выделяемых на карте литостратиграфических подразделений. Кроме того, родовой состав фауны и флоры в сочетании с литологическими данными, палеоэкологическими и тафономическими наблюдениями (см. выше) дает дополнительные материалы для восстановления условий осадконакопления, уточнения фаций и палеогеографических обстановок. Все это в совокупности помогает оценить перспективность толщи на определенные виды осадочных полезных ископаемых. Помимо общепринятых правил составления этикетки и тщательной упаковки хрупких образцов необходимо при сборах фауны и флоры иметь в виду следующее. 1. Все местонахождения фауны и флоры, а также сборы из них точно фиксируют на карте, в дневниках и на схемах (зарисовках) строения разрезов, где привязывают к слоям. Отобранные палеонтологические образцы вписывают в журнал регистрации образцов фауны и флоры. 2. Отбирают из коренного залегания типичные формы наилучшей сохранности и, кроме того, вариететы по размерам и характеру сохранности. Если наблюдается массовое скопление одной или нескольких форм, то отбирают большое количество экземпляров для биостатистической обработки показателей каждого вида. 75 Конспект лекций Геокартирование 3. При описании массового местонахождения оценивают количественное 76 соотношение разных форм и отбирают пропорциональное их количество. 4. При отборе палеонтологических материалов из осыпей устанавливают с максимальной достоверностью происхождение материала из определенного горизонта разреза. Однако и в этом случае в дневнике и на этикетках указывают, что образец взят не из коренного залегания. 5. При возможности отбирают крупные плиты породы с фауной (флорой), показывающие способ ее захоронения и распределения в породе. При этом обозначаются нижняя и верхняя поверхность плиты и ориентировка ее по странам света (приведенная для дислоцированных пород к нормальному положению). При совместном захоронении фауны и флоры весьма желателен отбор плит породы с естественным взаимным расположением в них типичных форм. 6. Особо хрупкие остатки или нежные отпечатки отбирают только вместе с вмещающей породой для квалифицированного их извлечения при камеральной обработке. 7. Образцы породы для картологических исследований отбирают в большом количестве — по 1—2 кг углистой «растительной трухи» для последующей отмывки семян и плодов. 8. Сбор материала из местонахождений флоры необходимо проводить послойно и наиболее полно, с отражением всех имеющихся в местонахождении видов, форм захоронения и степени сохранности. При большой насыщенности породы растительными остатками наиболее желателен отбор их в поле в виде крупных плит, которые в камеральной обстановке должны быть отпрепарированы специалистами. 9. Если имеется углефицированная или минерализованная древесина (стволы, пни, ветки), сохранившая растительную структуру, то такие образцы отбирают отдельно для определения родовой принадлежности древесины. 10. Раскопки скоплений костей и скелетов позвоночных проводят палеонтологи. Отдельные кости и части скелетов, если они непрочны, либо извлекают вместе с породой, либо аккуратно окапывают и извлекают после закрепления на месте залегания. Принципы отбора образцов для микропалеонтологических и палинологических исследований. Для увязки разрезов и датировки осадочных толщ в последние годы все шире используют различные микропалеонтологические методы. К ним относятся в первую очередь определения спор и пыльцы растений, остатков скелетных простейших—диатомей, радиолярий, мелких фораминифер и других микрофоссилий, а также ракообразных—филлопод и остракод. Палинологические определения иногда служат единственным надежным способом увязки и датировки континентальных толщ, в которых нередко отсутствуют макрофауна и листовая флора. Доказана также полная применимость палинологического метода для отложений моря в пределах континентального шельфа, куда обычно обильно заносится пыльца с прилегающей суши. И, наконец, совершенно неоценимы палинологические данные для корреляции смежных разнофациальных разрезов морских и континентальных толщ. При отборе образцов на палинологический анализ следует учитывать, что споры и пыльца обычно лучше сохраняются в глинистых разностях пород и, как правило, отсутствуют в красноцветных отложениях (на спорово-пыльцевой анализ отбирают породы из серо- и зеленоцветных прослоев), а, напротив, обильны в углистых и битуминозных осадках восстановительных геохимических фаций. Для правильной стратиграфической и палеогеографической интерпретации палинологических анализов совершенно необходимо иметь в виду разную способность 76 Конспект лекций Геокартирование видов пыльцы переноситься ветром и водой, а также сохраняться в ископаемом состоянии. Эти факторы могут оказывать существенное влияние на состав аллохтонных 77 в морских толщах палинологических комплексов, заметно изменяя их сравнительно с синхронными комплексами континентальных отложений того же региона. На изучении мелких фораминифер иногда бывают основаны региональное расчленение и межрегиональная корреляция монотонных пелагических отложений фаций открытого моря, где в отличие от прибрежных фаций моллюсков мало. Обычно мелкие фораминиферы являются породообразующими организмами в мергельномеловых отложениях теплых морских бассейнов мезозоя и кайнозоя. В более холодных водах породообразующая роль обычно переходит к кремнистым простейшим — диатомовым, радиоляриям и отчасти к силикофлагеллатам—жгутиковым. Их панцири составляют существенную часть опок, опоковых глин и диатомитов. Здесь комплексы мелких кремнистых организмов обычно служат основой для расчленения и корреляции морских толщ. Однако в областях господства фораминиферовых илов—современных мергельномеловых пород—бывают участки и стратиграфические интервалы, изобилующие диатомеями. Довольно широко распространены диатомеи и в озерно-континентальных отложениях, особенно в вулканических областях, где воды обогащены кремнеземом. Обилие свежих вулканических продуктов способствует местному накоплению диатомитовых осадков и в морях; напротив, среди кремнистых песчаников, песков и опок наряду с разнообразными диатомовыми можно встретить и фораминиферы. Последние в таких случаях чаще принадлежат к так называемым агглютинированным формам, скелетный панцирь которых склеен из мелких песчинок. Особое место в корреляции морских палеонтологически слабо охарактеризованных толщ с недавних пор принадлежит нанопланктону, и в частности группе микроскопических водорослей кокколитофорид (кембрий—неоген). Морфологически разнообразные элементы их карбонатного панциря — кокколиты — выявляются под электронным микроскопом (3000х—10000х) даже в перекристаллизованных карбонатных толщах, считавшихся ранее «немыми» (С. И. Шумейко, 1976, 1967 гг.; Б. М. Камелл и Д. Рауп, 1973 г.). Мелкие ракообразные—остракоды и филлоподы—встречаются и в морских осадках и в озерных (солоноватоводных и пресноводных) от палеозоя до кайнозоя. Руководящее значение они имеют преимущественно для континентальных — озерных и болотно-озерных—отложений застойных вод. Их остатки нередко находятся здесь в массовом количестве на плоскостях наслоения. При этом остракоды, имеющие раковину из углекислого кальция, приурочены главным образом к известковистым пелитовым осадкам палеозоя и мезо-кайнозоя. Они иногда переполняют породу, образуя топкие белесые прослои (в несколько сантиметров)—«остракодовые горизонты». Поиски горизонтов с остракодами проводят непосредственно в поле, путем тщательного просмотра под лупой плоскостей наслоения глинисто-алевритовых карбонатных пород. Листоногие ракообразные — филлоподы — обитатели мелководных и прибрежных участков солоноватоводных и пресноводных водоемов. Массовые отпечатки их хитиновых раковинок встречаются на плоскостях наслоения у древних береговых линий и отмелей, в других же местах они рассеяны в глиннсто-алевритовых осадках. Они характерны для углистых пород палеозоя и мезозоя. Встречаются нередко в непосредственной близости от почвы и кровли угольных пластов в фациях застойных озер; на основе комплексов филлопод главным образом построена биостратиграфия 77 Конспект лекций Геокартирование некоторых угленосных бассейнов. Образцы на определение филлопод отбирают после 78 просмотра плоскостей наслоения глинистых пород под лупой. Остатки насекомых местами образуют значительные скопления (Каратау) и могут служить для датировки вмещающих их толщ (Dз). Для нижнепалеозойских толщ руководящими микропалеонтологическими остатками могут быть различные проблематические органогенные образования либо недавно обособленные новые группы ископаемых. К ним, например, относятся следующие. 1. Конодонты — микроскопические зубоподобные остатки организмов, состоящие из фосфорнокислого кальция. Предполагают, что они произошли или от примитивных рыб, или червей, или брюхоногих. По искусственной морфологической классификации выделено около 250 родов и 2600 видов конодонтов (С. П. Сергеева, 1969 г.). Наибольшее количество конодонтов находят в отложениях ордовика, силура и девона. 2. Хитинозои — новая группа ископаемых остатков организмов. Представляют собой субмикроскопические (до 2 мм) хитиноидные скелетные образования, происхождение которых связывают с червями или гастроподами. Находят часто вместе со сколекодонтами—хитиноидными остатками челюстного аппарата червей (А. М. Обут, 1969 г.). По искусственной сисЛекциятике выделено 4 семейства и 35 родов, приуроченных к стратиграфическому интервалу ордовик — силур — девон в карбонатных осадках платформенных морей (например, в Прибалтике, Скандинавии, Подолии). 3. Акритархи — генетически, по-видимому, неоднородные и морфологически различные микрофоссилии, классификация которых основана на скульптурах оболочек. Их происхождение чаще связывают с древними одноклеточными морскими планктонными водорослями. Для выделения из карбонатных пород микрофоссилии применяют метод кислотной обработки специально отбираемых образцов. Надо подчеркнуть, что для правильного использования в стратиграфических целях палеонтологических данных решающую роль играет определение всего комплекса форм, количественного соотношения видов в комплексе и установление тенденций изменения палеонтологических комплексов по разрезу. Только соблюдение этих трех условий делает эффективным и убедительным использование палеонтологических методов для увязки разрезов и датировки горизонтов осадочных толщ. В частности, палеонтологическим методом можно установить явление стратиграфической конденсации—совместного залегания разновозрастной фауны в результате скрытого перемыва осадков (такова, например, толща известняков «аммонитико Россо» в Средиземноморье, с фауной ранней, средней и поздней юры). При отборе образцов на те или иные виды микропалеонтологических определений целесообразно исходить из общих закономерностей распространения палеонтологических групп по типам пород и фациям, учитывать прежние сборы по району и иметь в виду необходимость характеристики микроостатков по всему геологическому разрезу. Особенно детального палеонтологического изучения требуют отложения, вмещающие осадочные полезные ископаемые,— сам продуктивный горизонт, породы его почвы и кровли. Тщательно проводят поиски и сбор органических остатков из толщ, имеющих активные контакты с магматическими телами, для обоснования возраста последних. Основные технические правила отбора образцов на микропалеонтологический анализ сводятся к следующему. 1. Исходя из требований к детальности расчленения разрезов при геологической съемке масштаба 1 : 50000 («Основные положения ...», 1968 г.), интервал отбора 78 Конспект лекций Геокартирование образцов на микропалеонтологические исследования, как правило, не превышает 0,5 м. Образцы должны характеризовать весь разрез изучаемого слоя (толщи). Наиболее часто 79 (через10—20 см) их берут у кровли и почвы или в вызывающих сомнения участках разреза, реже—в однородной средней части слоя (для мощных однообразных пачек через 1—2 м). 2. Отбор образцов удобнее вести одновременно с описанием разреза. С расчищенной свежей поверхности описываемого слоя (или керна) отбирают штуф породы на палинологический и диатомовый анализы по 0,2—0,3 кг, на определение мелких фораминифер и других микрофоссилий—до 1 кг. Должна быть исключена возможность заноса материала со стороны. 3. Соблюдается последовательность отбора и составления этикеток для образцов, с точной фиксацией их положения при описании разреза и на его схеме. 4. Отбор образцов на палинологический, диатомовый, картлогический анализ предпочтительно вести из наиболее тонкозернистых пород, обогащенных органическим материалом (ископаемые почвы, гумусированные и сапропелитовые илы, углистые породы). На микрофауну лучше отбирать мергелистые породы, прослои с глауконитом или окрашенные органическим материалом. Гидрогеологические наблюдения Подземные воды — основной источник питьевой воды, ценный источник водоснабжения. Геологическая деятельность подземных вод заключается главным образом в растворении, выщелачивании некоторых горных пород, участии в гидрохимических реакциях с окружающими минеральными образованиями. В результате в подземных водах содержится более 60 химических элементов: ионы, образующие истинные растворы, коллоидные вещества, из которых легко образуются гели; газы, органические соединения, твердые взвеси, животные и растительные организмы. Общая минерализация воды оценивается по сухому, или плотному остатку (в г/л или мг/л), получаемому после выпаривания и высушивания солей при температуре 110°С. Подземные воды по степени минерализации делятся на пресные (с сухим остатком до 1 г/л), солоноватые (1—10 г/л), соленые (10—50 г/л), рассолы (более 50 г/л). Вода, имеющая минерализацию более 2—3 г/л, уже не пригодна для питья Подземные воды в районе работ изучаются в естественных (родники, источники и т. д.) и искусственных (колодцы, шурфы, рудники, буровые скважины и т. д.) выходах. Эти водопункты осматриваются и описываются по следующему плану: устанавливаются точное его нахождение (или группы источников), положение на местности (склон, долина, водораздел и пр.), относительная высота над меженным уровнем реки, речки, озера; выясняется приуроченность водопункта к стратиграфическому горизонту, определяется, с каким водоносным горизонтом он связан—с верховодкой, с грунтовыми и межпластовыми напорными (артезианскими) водами, затем даются краткая характеристика водоносного горизонта, условия его залегания, пород, характер слоистости, трещиноватость и состав водоупорного слоя. Описываются характер выхода источника (одна струя или несколько, спокойное истечение или в форме грифона), размеры и форма головки источника или родника. Указываются каптаж водопункта (сруб, желоб, лоток и пр.), его форма, размеры, материал. Если источник вытекает из трешины, определяют ее происхождение, размеры, падение, простирание, дастся схематическая зарисовка водопункта. При описании колодца (шурфа, скважины) важно сделать промеры глубины от поверхности земли до дна, уровень воды в метрах от поверхности земли, назначение водопункта. 79 Конспект лекций Геокартирование Отбор пробы производится в бутылки, вымытые дистиллированной водой. На куске фанеры, привязанной к бутылке, указывается номер источника, пробы, время 80 взятия, подпись. Затыкается бутылка чистой пробкой, которая заливается сверху сургучом. В малых источниках дебит определяется с помощью мерной посуды, в малых водотоках — водосливов и мерной посуды, в больших — изометрической; вертушки или поплавков, в искусственных водопунктах — откачкой (ведрами, желонками и т. д.). Солоноватые воды, выделяемые в эту категорию В. И. Вернадским, иногда подразделяют на две: слабосоленые (1—5 г/) и солоноватые (5—10 г/л). По величине дебита (в л/сек) источники делятся (по О. Мейнцеру и Г. А. Максимовичу) на восемь классов: I—гигантские (10000), II — исполиновые (1000—10000), III — очень большие (100—1000), IV — большие (10—100), V—значительные (1—10), VI — малые (0,1—1), VII—незначительные (0,01—0,1), VIII—весьма незначительные (< 0,01). Определяют физические свойства природных вод: температуру, прозрачность мутность, цвет, запах, вкус. Температура определяется с помощью термометра (родникового термометра, который опускается в головку источника). По этому признаку воды подразделяются (по О. А. Алехину) на исключительно холодные (ниже 0 °С), весьма холодные (0—4 °С), холодные (4—20 °С), теплые (20—37 °С), горячие (37—42 °С), весьма горячие (42—100 °С), исключительно горячие (более 100 °С). Последние наблюдаются лишь в гейзерах. Прозрачность воды — способность ее пропускать световые лучи — зависит от толщины слоя воды, наличия в ней взвешенных примесей, растворенных веществ. Мутность—количество наносов, содержащихся в единице объема воды. Качественное определение прозрачности производят в пробирке или стеклянном цилиндре, просматривая слой воды сверху. По степени прозрачности различают воды: прозрачные, слабо опалесцирующие, опалесцирующие, слегка мутные, мутные, сильно мутные. Степень мутности определяют количественно в стеклянном цилиндре с плоским дном и высотой не менее 30 см: отмечают в сантиметрах наибольшую высоту водяного столба, при которой читается печатный шрифт, подложенный под дно этого цилиндра, эта высота показывает прозрачность столба воды. Цвет определяется визуально: чистая вода обычно бесцветна, окраску ей придают примеси. Желтоватая или бурая окраска часто вызывается наличием растворенных в воде гуминовых кислот (болотные воды), желтая —жоллоидной гидроокисью железа, зеленовато-голубоватая— солями записного железа, голубая—солями меди и т. д. Запах воды определяют двумя приемами: в холодном виде после взбалтывания и в подогретом до +50—60 °С. Вода бывает без запаха, с очень слабым запахом, заметным, отчетливым, очень сильным. Добавляется и качественная характеристика: запах землистый, хлорный, болотный, сероводородный и пр. Вкус определяют качественно при температуре -1-20—25 °С путем пробы. Вода бывает пресная и солоноватая, соленая и горькая, кислая и вяжущая. Часто вокруг источников скапливаются минеральные отложения: охры, натеки, налеты, карбонатные туфы, соли, грязи. Эти отложения изучаются, описываются условия их залегания, форма накопления, размеры в плане и разрезе возраст. Они позволяют выявить генезис самого источника и характер водоносного горизонта. Источники могут быть полезны и в поисковых целях; в нефтегазоносных районах они могут выносить пленки нефти, газ. Отбор газовой пробы производят так: бутылку со вставленной в горлышко воронкой заполняют водой, затем опрокидывают в источник. Газ собирается воронкой, постепенно вытесняя воду. Когда газа соберется более 2/3 80 Конспект лекций Геокартирование бутылки, ее закрывают пробкой, затем заливают сургучом или варом. Бутылки с 81 пробами хранятся кверху дном. При осмотре водопунктов необходимо определить, как используется вода .источников местным населением. Среди подъемных вод выделяют минеральные. Чаще всего к ним относятся воды минерализованные, содержащие соли более 1 г/л, а также некоторые пресные с лечебными свойствами, например высокотемпературные, с большим содержанием газов (сероводорода или углекислоты), с повышенной радиоактивностью, содержащие повышенное количество таких элементов, как йод, бром, мышьяк и др. Минеральные воды делятся на углекислые (при содержании свободной углекислоты более 0,750 г/л), сероводородные (общий титруемый иодом сероводород составляет не менее 0,010 г/л), радоновые, или радиоактивные, сульфатные солоноватые (лечебный эффект вызывается наличием в них сульфатных, кальциевых или натриево-кальциевых солей—от 1,5 до 5—6 1/л), хлоридные соленые воды и рассолы (с хлоридными натриевыми и кальциево-натриевыми солями). К минеральным относятся и другие воды, содержащие ионы различных веществ. Это воды железистые, литиевые, фтористые, бромистые, йодные и др. Получив сведения о минеральных водах, полезно произвести сопоставление их с классическими бальнеологическими районами и продумать вопрос о возможном использовании минеральных источников в лечебных целях. Коры выветривания Коренные скальные горные породы часто перекрыты рыхлыми отложениями различной мощности. Поэтому для их изучения и картирования применяются искусственные обнажения — горные выработки или различные виды буровых работ. Горные выработки и керн буровых скважин помогает геологам изучать и породы покровного комплекса. Коры выветривания также обычно перекрыты отложениями четвертичного или покровного комплексов, поэтому геологическая съемка их проводится с обязательным применением горнопроходческих и буровых работ; при этом должны быть учтены данные геофизических исследований, степень закрытости кор выветривания и мощность перекрывающих отложений. При геологической съемке кор выветривания в районах одноярусного строения горнопроходческие работы проводятся главным образом для вскрытия кор выветривания на участках, где они перекрыты четвертичными отложениями, имеющими мощность до 3 м. Плотность размещения горных выработок зависит от размеров площади распространения элювиальных продуктов. Шурфы должны быть пройдены так, чтобы можно было проследить геологические границы между элювиальными горизонтами и, в конечном счете, оконтурить площади их распространения. Расстояния между профилями шурфов определяются исходя из масштаба геолого-съемочных работ, изменчивости состава изучаемых геологических образований и размеров занимаемых ими площадей. В местах сложного строения и изменчивого очертания границ между горизонтами кор выветривания сеть шурфов может сгущаться. С целью детального изучения пограничных зон между элювиальными горизонтами, контактов кор выветривания разных исходных пород, при небольшой мощности четвертичного покрова целесообразно проходить канавы (расчистки). Канавы могут использоваться также для изучения деталей строения кор выветривания. Геологических материалов, полученных путем проходки мелких горных выработок, обычно бывает недостаточно для выяснения строения кор выветривания, поэтому на каждой площади геологической съемки необходимо провод?1ть бурение 81 Конспект лекций Геокартирование скважин на полную мощность коры выветривания. Глубина скважины зависит от мощности перекрывающих отложений и собственно кор выветривания. Максимальная 82 мощность кор выветривания для наиболее типичного площадного типа обычно достигает 50—60 м, поэтому глубины скважин будут составлять в большинстве случаев примерно 60—70 м при мощности перекрывающих отложений до 10 м. Разумеется, в корах выветривания линейного типа скважины будут достигать глубины 100 м и более. Вскрытие кор выветривания на полную мощность для их детального изучения рационально производить с помощью буровых скважин, распределяемых вдоль центральной части площади их распространения, где они полнее сохранились. Каждая скважина после пересечения коры выветривания обязательно должна углубиться в неизмененные исходные породы на 5—10 м. Геологическая съемка кор выветривания в районах двух- и трехъярусного строения, перекрытых мощными (более 10м) отложениями четвертичного или покровного комплексов, производится с применением буровых и геофизических работ. Скважины должны задаваться с учетом характера погребенного рельефа (фундамента), на котором развиты коры выветривания, а именно, на склонах структурных выступов и межструктурных понижениях. При геологической съемке районов с погребенными корами выветривания важно полнее использовать имеющиеся геофизические материалы и результаты бурения скважин, ранее пройденных для других целей (гидрогеологических, поисковых, разведочных и т. д.). Обобщение этих материалов с целью выяснения особенностей распределения элювиальных от геоморфологических условий (типы, формы и гипсометрическое положение) может помочь составлению карты распространения погребенных кор выветривания. Среди геофизических методов, которые могут применяться для определения мощности, а в некоторых случаях и состава коры выветривания, а также для выявления характера древнего рельефа, в котором залегает кора выветривания, можно назвать ВЭЗ и сейсмику малых глубин (микросейсмику). Что же касается изучения состава коренных пород, то геофизические методы его изучения указаны в соответствующем разделе книги. Описание элювиальных пород должно быть подробным и подкреплено ориентированными зарисовками разрезов, выполненными в масштабе (нормальные колонки и развернутые зарисовки шурфов и канав), схематическими профилями, схемами-планами распространения опорных горизонтов коры выветривания и других важных геологических признаков. Необходимо обратить серьезное внимание на фотографирование деталей строения кор выветривания (структурные и текстурные признаки, характер контактов, формы разных включений, степень трещиноватости, изменение окраски пород и др.). При изучении кор выветривания выполняется петрографическое описание неизмененных материнских пород. При этом главное внимание обращается на изучение особенностей изменения петрографических признаков исходных пород в разрезе. Выветривание отражается, прежде всего, на физических свойствах пород, поэтому должны быть подробно описаны характер и степень трещиноватости, кавернозность, пористость. Изучение вторичных текстурных признаков приобретает определенное практическое значение, ибо некоторые из них, в частности крупные трещины и пустоты, служили гнездами для локализации полезных минеральных образований (например, магнезита и благородного опала в элювии начальных стадий выветривания ультраосновных пород). 82 Конспект лекций Геокартирование Выветривание отражается непосредственно на окраске пород. Цвета элювиальных продуктов кислых, средних и частично основных изверженных пород, большинства 83 метаморфических и песчано-глинистых осадочных пород изменяются от светло-серых, серых и зеленоватых тонов (гидрослюдистые, гидрохлоритовые и смешанного состава элювиальные породы промежуточной стадии выветривания) до белых и светло-зеленых (каолинитовые, монтмориллонитовые и сложного состава элювиальные породы конечного разложения). Элювиальные продукты исходных пород, сильно насыщенных цветными породообразующими минералами, особенно железисто-магнезиальными силикатами (например, ультраосновные породы), приобретают чаще светло-зеленые тона. Так, глинистый элювий серпентинитов — нонтронит — светло-зеленый, травянистозеленый, лишь присутствие окислов марганца окрашивает его в темные цвета. Глубоко разложенные элювиальные породы окисляются, обогащаются гидроокислами железа и приобретают различные оттенки желтого и красного цветов, причем интенсивность их возрастает по мере увеличения железистости пород. Элювиальные продукты пород, сложенных цветными минералами, имеют большую железистость и соответственно интенсивнее окрашены в темно-красные и коричневые цвета. Охристые и бурожелезняковые элювиальные железные руды образуются в верхней части коры выветривания ультраосновных пород и над залежами полиметаллических руд, связанных с породами основного состава (Майкаинское и другие месторождения). Детальное изучение структурных и текстурных особенностей позволяет различать элювий разных горизонтов. Обычно одновременно с постепенным изменением физических свойств, окраски и минерального состава пород также изменяются первичные структурные и текстурные признаки их. Они становятся менее ясными, однако, несмотря на это, в большинстве случаевможно определить исходные породы кор выветривания и отличить элювиальные породы от осадочных. При полевом изучении кор выветривания особое внимание уделяется выяснению минерального состава элювиальных продуктов путем внимательного изучения изменения первичных минералов. В состав элювиальных пород входят минералы разных групп, в частности минералы кремнезема (кварц, халцедон, опал), глинозема (гиббсит, бёмит, диаспор), окислов и гидроокислов железа (гематит, гётит, лимонит и др.), марганца, карбонатов (кальцит, магнезит, доломит), разнообразные силикаты магния и никеля (керолит, гарниерит, ревдинит, непуит и др.) и многочисленная группа глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, галлуазит и др.). В ходе элювиогенеза минеральные зерна сначала теряют блеск, мутнеют, становятся матовыми, хрупкими, цветные минералы обесцвечиваются, хотя расплывчатые контуры зерен могут сохраниться; минералы превращаются частично в тонкодисперсную чешуйчатую массу гидрослюдистого, гидрохлоритового и смешаннослойного состава. При глубоком химическом выветривании исходные силикатные минералы переходят в светлую (обычно белую) алюмосиликатную глинистую массу. Полевые шпаты дают белые каолинитовые глины, шелковистые, жирные на ощупь. Пироксены, амфиболы и хлориты образуют монтмориллонитовые, каолинитовые и смешанного состава глины. Оливин в конечную стадию разложения образует обычно нонтронитовые, реже монтмориллонитовые глины. Оливинитовые породы, сильно обогащенные слюдой (флогопитом), при элювиальной минерагении последовательно преобразуются в де-зитегрированные, гидрофлогопитовые, вермикулитовые и 83 Конспект лекций Геокартирование сунгулитовые породы (Ковдорский массив Кольского полуострова). В дезинтегрированых и выщелоченных продуктах выветривания ультраосновных пород 84 отлагаются в трещинах и пустотах кальцит (арагонит), доломит, магнезит, опалолиты и элювиальные кварциты халцедонового и кварц-халцедонового состава. Элювиальные кварциты в разрезе коры выветривания имеют тонкозернистое сложение, серый цвет, неоднородное строение благодаря чередованию силицифицированных и карбонатизированных участков; обычно изобилуют мелкими кавернами, в которых наблюдаются охристые примазки. Кремнистые и окремненные породы при выветривании образуют белую кремнистую муку (маршаллит). В обнажениях и искусственных выработках детально изучаются границы между элювиальными горизонтами, ибо правильное установление их — необходимое условие обоснованного расчленения разрезов кор выветривания. Образцы отбираются послойно с таким расчетом, чтобы по результатам лабораторного изучения их можно было охарактеризовать химический и минеральный состав всех разновидностей элювиальных пород, рудоносных образований, а также выяснить общий характер поведения химических элементов в ходе элювиогенеза. Отбираемые образцы пород записываются в специальный каталог с указанием целевого назначения каждого образца (эталонный, для шлифов, для химического, спектрального, термического, рентгенографического, электронографического и других анализов). При отборе образцов особое внимание обращается на рыхлые элювиальные породы, многие из которых являются полезными ископаемыми (каолиниты, монтмориллониты, нонтрониты, охры, маршаллиты и др.). Образцы этих пород должны отбираться осторожно, чтобы сохранить их структуру и текстуру. Необходимо строго следить за чистотой отбираемых образцов (проб), так как они могут засоряться породами перекрывающей толщи, проникающими сверху по трещинам и гнездам. В таких образцах аналитические показатели содержания полезных компонентов (например, никеля и кобальта в нонтронитах и охрах) будут сильно искажены. Наиболее полные, типичные разрезы кор выветривания по обнажениям и искусственным выработкам изучаются более детально с частым отбором образцов (по нескольку штук из каждого слоя). Эти разрезы будут опорными для характеристики типоморфных разрезов кор выветривания изучаемого района. 84 Лекции Геокартирование Рекомендуемая литература Сократов Г. Н. «Структурная геология и геокартирование», 1972 г. Михайлов А. Е. «Структурная геология и геокартирование, 1984 г. Павлинов В.Н, «Структурная геология и геологическое картирование с основами геотектоники», 1990 г. Корчуганов Н. M., Баранов Ю. Б., Попов Г. Б. - Практикум по курсу «Дистанционные методы исследования», 1990 г. Кац Я. Г., Тевелев А. В., Полетаев A. И. Основы космической геологии, 1988 г. Петрусевич М.Н., Казик Л.И. «Практическое руководство по аэрофотогеологии»,1977 г Поцелуев А. А., Архангельский В. В. Дистанционные методы исследования окружающей среды, Томск, 2001 г. Кинг Э., Космическая геология. Введение, 1979 г. Космогеология СССР, 1987 г. Гонина Г. Б., Стрельникова С. И. Космическая фотосъемка и геологические Кац Я. Г., Рябухин А. Г., Трофимов Д. M. Космические методы в геологии, 1976 г. Контрольные задания для СРС (Лекция 1) [1, 2, 8] 1. Цель и задачи геологического доизучения площадей (ГДП). 2. Особенности Объемного геологического картирования (OГК). 3. Аэрофотогеологическое картирование. 4. Ультрафиолетовая съемка 5. Лазерная съемка 6. Магнитная съемка 7. Радиационная съемка 8. ИК съемка при геологических исследованиях. 9. Применение PC в геологии 10. Применение СС для изучения поверхности Земли. 11. Фотографическая обработка изображений, получаемых из космоса 12. Особенности фотограмметрической обработки КФСн, 13. Природные территориальные комплексы 14. Антропогенные компоненты рельефа 15. Почвы как самостоятельные природные тела при дешифрировании КС. 16. Особенности дешифрирования линеаментов 17. Кольцевые структуры экзогенного происхождения 18. Астроблемы 19. Признаки импактного метаморфизма. 20. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для геологических исследований и картографирования 21. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для геоэкологических исследований и картографирования. 22. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для прогнозирования и поисков МПИ. 23. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для прогнозирования и поисков нефтегазовых месторождений 24. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для дистанционных методов мониторинга. 25. Особенности составления стратиграфических разрезов 26. Оформление палеонтологических образцов в полевых условия 27. Оформление коллекций образцов горных пород 28. Особенности построения разрезов через складчатые структуры. 29. Признаки разрывной тектоники. 85 Конспект лекций Геокартирование 30. Особенности полевого изучения трещинной тектоники 31. Особенности полевого изучения несогласий. 86 86
