Построение инженерно-геологических разрезов по данным бурения инженерно-геологических скважин

Методические указания к практическим работам

Задание 1

А. Построение стратиграфической колонки; Б. Сопоставление разрезов (по палеонтологическим признакам и литологическим данным); В. Составление сводного стратиграфического разреза

А. Построение стратиграфической колонки. Первый этап стратиграфического исследования состоит в установлении в отдельных конкретных разрезах (обнажениях, буровых скважинах, карьерах и т.п.) стратиграфических единиц, отличающихся друг от друга различными признаками (как литологическими, так и палеонтологическими). Первоначально все стратиграфические единицы последовательно (обычно снизу вверх) описываются словесно. Затем они могут быть изображены графически (в виде вертикальной колонки) с помощью условных знаков литологического состава (прил. 2). Мощность стратиграфических единиц изображается в соответствии с выбранным масштабом. Границы между единицами в непрерывных разрезах показываются прямой горизонтальной линией. Если стратиграфические единицы отделены друг от друга перерывом, то граница между ними показывается волнистой линией.

Стратиграфические единицы на колонке нумеруются снизу вверх или сверху вниз, в соответствии со словесным описанием разреза. Если установлена принадлежность выделенных единиц к подразделениям международной стратиграфической шкалы (или региональных и местных шкал), то они обозначаются индексами этой шкалы (прил. 1).

Данная часть задания предусматривает графическое построение колонок 2-4 разрезов.

Б.Сопоставление разрезов (по палеонтологическим и литологическим данным). После расчленения отдельных разрезов на какой-либо территории наступает второй этап стратиграфического исследования – сопоставление этих разрезов, т. е. выделение одновозрастных стратиграфических единиц в каждом из них. Для выполнения этой части задания необходимо все графически отстроенные (в одном масштабе) колонки частных разрезов разместить на бумаге в соответствии с расположением их на местности: западные разрезы слева – восточные справа и т.д. Колонки не следует располагать близко одна от другой, так как между ними необходимо оставить место для номеров слоев (нумерация в каждом разрезе независима от нумерации в других разрезах), индексов, а также для линий сопоставления.

Одновозрастность стратиграфических единиц может быть установлена на основании палеонтологических данных. В этом случае одновозрастные единицы обозначаются сходными индексами подразделений международной стратиграфической шкалы (или региональных и местных шкал). При отсутствии палеонтологических данных одновозрастность устанавливается по сходству литологического состава (сопоставляются литологически тождественные или очень сходные стратиграфические единицы). Кровля и подошва одновозрастных стратиграфических единиц соединяются линиями сопоставления. В случае, если в каком-либо разрезе некоторые единицы выпадают («выклиниваются»), то линии сопоставления их подошвы и кровли сходятся.

Вторая часть задания выполняется на основе разрезов, составленных при выполнении первой части задания.

В.Составление сводного стратиграфического разреза и изображение его графически. Сводный разрез представляет собой обобщение данных частных разрезов района. В сводный стратиграфический разрез должны быть включены все стратиграфические единицы, выделенные в отдельных разрезах. В нем показываются максимальные мощности единиц, наблюдаемые в данном районе. В разрезе должны быть отражены условными обозначениями (прил. 3) основные изменения литологии по площади (фациальные изменения).

Рассматриваемая часть задания предполагает составление упрощенного сводного разреза, в котором дается лишь последовательность выделенных в пределах района слоев. В отчеты геологи помещают стратиграфические колонки, в которых не только дана последовательность слоев, но и приводится словесная обобщенная характеристика их литологического состава, указываются руководящие ископаемые, цифры мощностей, а также принадлежность установленных единиц к подразделениям международной (региональной, местной) стратиграфической шкалы (прил. 4).

Задание 2

Анализ изменений физико-географических условий во времени

Для всех составленных в соответствии с предыдущими заданиями сводных разрезов проанализировать и изложить письменно изменения физико-географических условий во времени. При этом следует обратиться к соответствующему разделу учебника и к легендам литолого-палеогеографического атласа СССР. Ниже приведем пример такого анализа.

Разрез (снизу вверх):

1. Известняки, сложенные колониальными кораллами, мощность – более 5 м.

2. Глины бурые с многочисленными прослоями гипсов – 20 м.

3. Пески желто-серые, кварцевые, среднезернистые, косослоистые, с остатками пресноводных моллюсков и рыб с прослоями серых глин – 40 м.

4. Глины темно-серые, тонкослоистые, с остатками пресноводных моллюсков и наземных растений – 10 м.

5. Пески желтые, мелкозернистые, с включениями отдельных мелких галек, с разрозненными створками морских двустворчатых моллюсков, члениками стеблей морских лилий и иглами морских ежей – 20 м.

Анализ физико-географической обстановки:

1. Формирование коралловых рифовых построек в условиях мелководного тепловодного морского бассейна с нормальной соленостью.

2. Морской бассейн регрессирует. Наступают лагунные условия с периодическим осаждением гипсов.

3. Лагунные условия сменяются речными.

4. Речные условия сменяются озерными. В озерном водоеме накапливались глины, обогащенные органическим веществом, что обусловило их темную окраску. В водоеме обитали двустворчатые моллюски; берега были покрыты растительностью.

5. Вновь трансгрессия моря. В мелководных условиях накапливаются пески с редкими гальками. Морской бассейн нормальной солености, судя по присутствию в разрезе остатков иглокожих.

6. Небольшая мощность отложений (первые десятки метров) свидетельствует о платформенных условиях и т.д.

Задание 3

Построение эпейрогенических и палеогеографических кривых

По сводному разрезу

В качестве исходного материала используются сводные разрезы. Приступая к заданию, необходимо прежде всего вспомнить о сути понятия «фация». В зависимости от изменения во времени глубин образования отложений на какой-то территории изменяется фациальный характер слоев, залегающих последовательно друг над другом в разрезе (вспомним предыдущее задание 2). На этом основан метод изучения эпейрогенических движений, называемый методом анализа последовательности напластования. Его суть кратко сводится к следующему.

Если земная поверхность располагается достаточно высоко над уровнем моря, то здесь будут преобладать процессы размыва и сноса обломочного материала в более низменные участки. В геологическом разрезе этим условиям будут соответствовать перерывы в образовании отложений. В условиях низкой суши будут накапливаться континентальные отложения (речные, озерные и т. д.). Там, где земная поверхность расположена ниже уровня моря, накапливаются морские отложения определенного фациального характера в зависимости от глубины. Поскольку в основе чередования континентального и морского осадконакопления (а в пределах последнего — мелководного и глубоководного), как правило, лежат эпейрогенические движения земной коры, при анализе характера этих движений прежде всего в самых общих чертах определяют условия, в которых накапливаются отложения, слагающие разрез. Эволюция этих условий во времени графически отражает палеогеографическая кривая. Иными словами она отражает колебания во времени поверхности осадконакопления (для морских бассейнов это колебания глубины).

Чтобы построить палеогеографическую кривую, нужно взять систему координат. На горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки, соответствующие промежуткам геологического времени, для которого хотят восстановить характер и величину эпейрогенических движений. Этими промежутками могут быть периоды, эпохи, века — в зависимости от детальности членения разреза. Отрезки, откладываемые на горизонтальной оси, могут соответствовать абсолютной продолжительности промежутков времени и тогда эти отрезки, естественно, не будут равными. Или для всех промежутков времени одного ранга, вне зависимости от их абсолютной продолжительности, могут быть условно выбраны равные по величине отрезки. При этом, если в анализируемом разрезе какие-то стратиграфические подразделения могут выпадать, то шкала времени всегда остается полной.

На вертикальной оси координат откладываются изменения уровня расположения земной поверхности (в м). За начало отсчета (0) принимается уровень моря. Палеогеографическая кривая располагается несколько выше (условно) нулевого уровня, если соответствующая часть разреза представлена континентальными осадками. Если в разрезе отмечается перерыв в образовании отложений, то ее уровень поднимается на условную величину выше (точные оценки здесь невозможны). Если осадки лагунные, свидетельствующие о положении береговой линии во время осадконакопления около нуля, то палеогеографическая кривая так же проводится около нулевой линии. Палеогеографическая кривая располагается ниже нулевой линии, но не ниже отметки 150–200 м на вертикальной оси, если осадки соответствующего возраста характеризуются признаками накопления в неритовой зоне. При этом галечниково-песчаные отложения обычно указывают на крайнее мелководье. Накопление глин может начинаться с различных глубин, но чаще всего в современных шельфовых морях они появляются со 100 м — линии илов. Карбонатные и кремнистые илы (известняки, опоки) могут быть отнесены к нижней части шельфа и глубже. Кривая опускается ещё ниже, если отложения соответствующего возраста имеют признаки глубоководного происхождения.

Палеогеографическая кривая, как правило, отражает характер эпейрогенических движений, которые лежат в основе трансгрессий и регрессий. Однако полного представления о величине погружения палеогеографическая кривая дать не может, так как глубина бассейна зависит не только от движений земной коры, но и от мощности накопившихся за рассматриваемый промежуток времени отложений (т.е. от интенсивности осадконакопления). Более точно эпейрогенические движения отражает изменение уровня любой погребенной четко выраженной поверхности (раздела возрастных толщ) внутри анализируемого разреза. Кривая его перемещения и будет представлять собой собственно эпейрогеническую (палеотектоническую) кривую.

Для построения эпейрогенической (палеотектонической) кривой удобнее всего выбрать наиболее низко расположенную в разрезе четкую стратиграфическую поверхность, лучше всегда близ его основания, чтобы иметь возможность проанализировать максимальный временной интервал. В каждый момент времени данная поверхность оказывается ниже поверхности осадконакопления на величину суммарной мощности накопившихся над ней осадков. Таким образом, эпейрогеническую (палеотектоническую) кривую можно построить, исходя из палеогеографической кривой, учтя суммарную мощность отложений, накопившихся в каждый момент времени над выбранной нами в разрезе реперной поверхностью.

Для этого от пунктов палеогеографической кривой, соответствующих окончанию каждого выбранного отрезка времени (периода, эпохи и т. д.), откладываются вниз отрезки, соответствующие мощностям накопленных отложений (над реперной поверхностью). Эти отрезки откладываются в масштабе, в котором строилась палеогеографическая кривая. Полученный ряд точек определяет положение эпейрогенической (палеотектонической) кривой. Эта кривая плавно идет вниз, если в разрезе, на основе которого строится график, нет несогласий. Последние свидетельствуют о том, что погружение и осадконакопление сменились поднятием и размывом, т.е. эпейрогенические движения отрицательного знака сменились эпейрогеническими движениями положительного знака. Величину эпейрогенического поднятия в отличие от величины погружения, как уже упоминалось, определить нельзя, так как о ней нет никаких данных. Поэтому, как только в разрезе встречается стратиграфическое несогласие, в график эпейрогенической (палеотектонической) кривой вводят условно произвольно выбранную величину. В соответствии с этой величиной эпейрогеническую (палеотектоническую) кривую несколько приподнимают над первоначальным положением, показывая тем самым, что было поднятие, величина которого неизвестна. Эта условная величина, введенная в график, учитывается при дальнейшем построении, и мощность впоследствии накопившихся осадков прибавляется к сокращенной на принятую условную величину суммарной мощности ранее накопившихся осадков (прил. 5).

В заключение напомним, что трансгрессии и регрессии могут быть следствием эвстатических колебаний уровня мирового океана, а земная кора оставаться неподвижной. В действительности же происходит сложение этих двух сил – движения поверхности под действием тектонических сил и изменения положения уровня Мирового океана (эвстатики). В одних случаях они слагаются (когда их действия противоположны), в других вычитаются.

Задание 4

Построение инженерно-геологических разрезов по данным бурения инженерно-геологических скважин

На основании имеющихся инженерно-геологических данных необходимо построить три инженерно-геологических разреза. Построение инженерно-геологических разрезов необходимо производить на миллиметровой бумаге простым карандашом. Далее описаны основные этапы выполнения задания.

1. Выбирается масштаб построения. Рекомендуемые масштабы: вертикальный 1:100, а горизонтальный 1:1000.

2. Исходя из заданных абсолютных отметок устья скважины (в первой колонке) строится линия вертикального масштаба. На расстоянии в полсантиметра от нее закладывается точка первой скважины. Далее скважины откладываются друг от друга на расстоянии 20 м (в рекомендуемом масштабе 1:1000, это на расстоянии 2 см друг от друга). После нанесения точек расположения скважин они соединяются простым карандашом плавной линией, тем самым получается изображение рельефа местности, на которой производилось бурение инженерно-геологических скважин.

3. От точки, отображающей устье скважины, строго вертикально вниз откладываются мощности слоев, вскрываемых скважинами и представленные в 5 колонке таблицы. После этого отложения одного возраста соединяются плавной линией. Если отложения определенного возраста встречаются в одной скважине, а в соседней нет, то линию следует выклинивать к середине расстояния между скважинами.

4. После того как все слои отображены на разрезе, следует закрасить их цветом, определяющим их стратиграфическую принадлежность. Цвет каждого стратиграфического подразделения берется из стратиграфической схемы.

5. Затем на закрашенные слои, наносится информация о литологическом составе пород. Условные обозначения унифицированы ГОСТом 21.302-96.

6. Если в задании имеется информация о глубине залегания грунтовых вод, то она наносится в последнюю очередь. Данные о глубине залегания грунтовых вод представлены в последней колонке. Значение глубины грунтовых вод откладывается от устья скважины в рекомендуемом масштабе. Уровни грунтовых вод расположенные в одновозрастных отложениях соединяются синей пунктирной линией.

7. Далее на свободном месте под построенным графиком или справа от него наносятся условные обозначения, использованные при построении разреза. Также студент подписывает свою работу указанием фамилии и инициалов, специальности, номера группы и формы обучения.

Задание 5