Реферат: Министерство образования Российской Федерации Уральская государственная горно-геологическая академия

Министерство образования Российской Федерации Уральская государственная горно-геологическая академия


В.П. Алексеев


литолого-фациальный

анализ





Екатеринбург-2003





Министерство образования Российской Федерации Уральская государственная горно-геологическая академия


В. П. Алексеев


^ ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ


Допущено

Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области прикладной геологии в качестве учебного пособия по дисциплине "Литология" для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов "Прикладная геология"


Екатеринбург - 2003





УДК 551.3 :552 А 47

Алексеев В.П. Литолого-фациальный анализ: Учебно-методическое посо­бие к практическим занятиям и самостоятельной работе по дисциплине "Литология". Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003.147 с.

Рассмотрены основы литолого-фациального анализа, являющегося одним из ведущих методов изучения осадочных отложений. Последовательно изложе­ны, с иллюстрацией на конкретных примерах, методика и практические приемы работ: выделение слоев и ориентировка образцов; определение диагностиче­ских признаков; установление фации; построение колонки скважины, выделе­ние литоциклов. Определенное место отведено способам количественной обра­ботки информации. Показано, как использовать полученные результаты для решения различных геологических задач, в том числе при выполнении курсо­вых и дипломных проектов (работ).

Для студентов геологических специальностей вузов, аспирантов, слуша­телей различных форм повышения квалификации в области литологии и геоло­гии горючих ископаемых.

Табл. 25, рис. 81, библ. 46 наим.

Рецензенты: к.г.-м.н. Н.И.Кагарманова; лаборатория литологии Институ­та геологии и геохимии УрО РАН

Печатается по решению Редакционно-издательского совета УГГГА.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (грант Е 00-9. 0-99).

Alekseev V.P. Lithofacies analysis: Teaching-methodical instruction of sediments and self-learning in lithology. - Ekaterinburg: the Ural Academy of Mining & Geology, 2003, - 147 p.

The principles of lithofacies analysis being on of the leading methods of sedi­ments research are examined. The procedure and practical modes (such as stratums allocation and samples orientation, diagnostic criterions identification, facies deter­mination, borehole column modeling, determination of lithological cycles) arc pre­sented in series with particular examples for the purpose of illustration. A certain place is given to methods of quantitative information processing. An implication of received results for the solution of different geological tasks including execution of term papers and graduation thesis is shown.

For geological specialities students of higher school, post-graduate students, different kinds of advanced training courses, training and retraining courses,

Tabl. 25. П. 81.Rеf.46.

© Алексеев В.П., 2002 г. Дон. тираж, 2003 г.





Цикличность без углубленного фаци­ального анализа - лишь формальный, меха­нический прием. Анализ фаций без цик­личности - как вышивка без канвы - лишен направляющего стержня.

Ю.А. Жемчужников, 1947

ВВЕДЕНИЕ

Литология как наука об осадочных породах располагает обширным набо­ром методов их изучения - от разнообразных аналитических, реализуемых на минеральном, а часто и на атомно-молекулярном уровнях организации вещест­ва, до крупных обобщений, охватывающих состав и эволюцию формирования литосферы Земли в целом. Среди этих методов (с нестрогих позиций) можно выделить три основные группы, соответствующие крупным уровням организа­ции геологических тел.

^ Вещественно-петрографические (лабораторные), связанные с исполь­зованием специальных приборов инструментов, и требующие предварительной подготовки анализируемого материала.

Полевые, основанные на визуальном изучении (описании, документа­ции) доступной для изучения исходной информации (обнажения, горные выра­ботки, керн скважин), а также ее первичной обработке.

Синтезирующие (обобщающие), имеющие как практический (напри­мер, построение разного рода карт), так и специальный научный характер.

Естественно, что все эти группы теснейшим образом взаимосвязаны. При этом с усложнением структуры изучаемых геологических тел используемые методы становятся все более "абстрактными", специфическими и все более трудно "стандартизируемыми" - это показывает весь путь развития геологиче-ского знания.

К настоящему времени уверенно можно судить о высокой степени разра­ботанности методик, касающихся изучения вещества (s.lato) осадочных пород. Это нашло отражение в большом количестве научных и справочных изданий, а также в специальной литературе учебного характера. Методика исследований обобщающего характера уже по своему определению практически не может иметь учебных пособий: требуя от исполнителя имеющейся и, как правило, вы­сокой квалификации и наработанного опыта, она реализуется в виде либо инст­руктивных рекомендаций, либо творческого осмысления исходных данных. В особом положении находятся методы, условно отнесенные нами к "полевым". С одной стороны, имеется достаточно много тех же инструкций и справочни­ков, регламентирующих действия геологов, например, при документации керна скважин. С другой - обучение этим действиям на практике зачастую сводится к принципу: "делай, как я", поскольку редко встречаются достаточно простые пособия, благодаря которым исполнитель (нередко прежде просто не встречав­шийся с осадочными породами) может отличить, например, косую слоистость от горизонтальной.





В этом отношении практически не превзойденными остаются уникальное издание "Методы изучения осадочных пород" (1957 г., в 2-х т.), и органично дополняющее его "Справочное руководство по петрографии осадочных пород" (1958 г., в 2-х т.), в которых на тот период времени наиболее полно охаракте­ризованы первая и вторая группы методов, выделенные выше. Однако значи­тельный период времени, прошедший после их опубликования, что естествен­ным путем привело к малой доступности, а также весьма солидный объем каж­дого издания привели автора к необходимости составления данного пособия, имеющего весьма конкретную учебно-практическую направленность.

Цель настоящего пособия - прежде всего показать начинающему в облас­ти изучения осадочных пород простейшие приемы работы с образцом. В ре­зультате его описания получается исходная информация, которая достаточно простыми средствами трансформируется в конкретный геологический доку­мент - колонку (скважины), которая в свою очередь является базой для даль­нейших геологических работ различной детальности и назначения.

Пособие состоит из 7 глав. К каждой из первых шести прилагается свой список источников в основном из 5-6 наименований, позволяющий заинтересо­ванному пользователю более глубоко ознакомиться с тем или иным вопросом. Эти ИСТОЧНИКИ в основном не повторяются, хотя некоторые работы использо­ваны при написании почти каждой главы. Ссылки на издания, указанные в списках литературы для соответствующей главы, приводятся в квадратных скобках: например, [1]. Другие ссылки указывают фамилию автора и год изда­ния работы. В главе 7 приводится перечень преимущественно узкоспециальных изданий, скомпонованный но отдельным направлениям изучения осадочных порол и предназначенный для самостоятельного поиска в обилии литературы по осадочным породам.

Исходными данными для написания предлагаемого пособия послужили личные исследования, начавшиеся с прохождения небольшого курса "Литоло­го-фациальный анализ" в стенах Свердловского горного института иод руково­дством О.В.Жукова, в 1968 г. Базовым учебным пособием при этом служила монография Л.Н.Ботвинкиной "Методическое руководство по изучению слои­стости" (1965). В последующем полученные навыки шлифовались при изуче­нии многих угленосных толщ России и Северного Казахстана, совместно с В!А.Князсвым, В.Н.Кошевым, С.В.Кривихиным, Е.Б.Печининой, В.И.Русским и другими коллегами по работе. С перерывами, под разными названиями и для студентов разных курсов учебная дисциплина "Литолого-фациальный анализ" читается в СГИ-УГГГА 35 лет. Весь накопленный материал и приобретенный опыт явились основой для составления предлагаемого пособия.





^ 1. ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ


В первой половине XX века в геологическом цикле наук в самостоятель­ную дисциплину оформилась литология (гр. lithos - камень, logos - учение), включающая собственно петрографию осадочных пород, различные методы их изучения и исследования общих закономерностей процессов седиментации (лат. sedimentation - осаждение). Повышенный интерес к осадочным породам во многом определяется тем, что, занимая не более 10 % объема даже самой верхней части литосферы (до глубины 15-20 км), они служат источником при­мерно 90 % добываемого в настоящее время сырья (по стоимости): это соли, горючие ископаемые, значительная часть руд черных и цветных металлов, строительных материалов и т.д. Кроме того, осадочные породы покрывают 75 % суши. Таким образом, бурный прогресс в развитии литологии - одной из самых молодых геологических дисциплин - во многом вызван требованиями практики. В свою очередь ряд положений, развиваемых литологией, имеет об­щегеологическое значение. Среди них прежде всего можно отмстить фациаль­ные исследования, о которых в той или иной мере и пойдет речь на всем про­тяжении работы.

Геология сама но себе - наука прежде всего историческая. В настоящее время геолог имеет дело с горными породами - "немыми свидетелями прошло­го", запечатлевшими события, протекавшие обычно много миллионов лет на­зад. Естественно, что восстановить условия их формирования можно лишь при­близительно - с той или иной степенью достоверности. При любых реконст­рукциях исследователь пользуется принципами моделирования, и уже в по­строении функциональных (динамических) моделей заложен принцип интер­претации их статических свойств. В основу создания моделей могут быть по­ложены разные принципы и методы: физические, химические, математические и т.д. Все они абстрактны, конкретному нашему восприятию доступны лишь процессы, протекающие сегодня (в геологическом смысле), т.е. в лучшем слу­чае - на протяжении истории человечества. Понятно, что осадочные породы имеют преимущества в сравнении с другими: процессы осадконакопления мы можем наблюдать и отчасти воспроизводить в настоящее время, тогда как, ска­жем, процессы постдиагенетических преобразований нашему непосредствен­ному восприятию явно недоступны.

Возможность перенесения нашего знания о современных процессах осад­конакопления на древние, овеществленные в породах, заключена в актуали­стическом методе (лат. actualis - современный). Уже в трудах М.В.Ломоносова сознательно и умело используются данные о современных геологических про­цессах и явлениях в качестве метода изучения далекого прошлого Земли. Одна­ко при метафизическом признании абсолютного тождества геологических про­цессов современным актуализм переходит в униформизм Ч.Ляйеля, что убеди­тельно критиковалось Ф.Энгельсом. В биологии над ортодоксальным унифор­мизмом поднялся великий преобразователь естествознания Ч.Дарвин. В геоло-





гии же значительный прогресс в применении актуалистических концепций на­метился лишь в 20-30-х гг. нашего столетия.

Особое значение для развития советской литологии имело Всесоюзное литологическое совещание 1952 Г. и предшествовавшая ему дискуссия, обна­жившая две крайние точки зрения на возможность и правомерность примене­ния в литологии актуалистического метода. Наиболее рациональным проявил себя подход группы исследователей (Н.С.Шатский и др.), считавших неправо­мерным как полный отход от актуализма Л.В.Пустовалова, так и крайнее пре­увеличение его значения Н.М.Страховым. При этом специфика объектов геоло­гического исследования обусловила появление нового - более совершенного -сравнительно-исторического метода исследования. Его жизненность можно по­казать на простом примере: если в 50-х гг. была признана работоспособность сравнительно-исторического метода до мезозоя включительно и для палеозоя -с рядом ограничений, то в настоящее время он с успехом используется для изу­чения не только палеозойских, но в ряде случаев и докембрийских отложений. В наиболее полном виде основы метода изложены в работе его создателя Н.М.Страхова "Основы теории литогенеза" (1960-1962), удостоенной Ленин­ской премии.

Базируясь на диалектической идее всеобщего развития, а также на де­тальном изучении процессов современного осадконакопления, сравнительно-исторический метод не позволяет механически переносить последние на геологическое прошлое, но предусматривает обязательный учет эволюционных про­цессов по тем или иным данным. Наиболее ярко воплощение метод получил в угольной геологии. Обусловлено это как наличием в угленосных толщах таких "реперных", легко диагностируемых горизонтов, как угольные пласты (иско­паемые торфяники), аллювиальные пачки и т.д., так и широким диапазоном ус­ловий формирования отлагавшихся осадков в рамках достаточно "жесткого" тектонического режима стабильного прогибания с полнокомпенсированным осадко- и торфонакоплением. Поэтому работы геологов-угольщиков по интер­претации условий формирования угленосных толщ ряда регионов страны сле­дует признать эталонными, а выработанные ими методические приемы иссле­дований - базовыми для развития наших исторических познаний.

Первым ключевым элементом рассматриваемой методики является уста­новление фации. Основоположником учения о фациях (лат. facics - лицо, об­лик) справедливо считают швейцарского геолога А.Грессли, в трудах которого (1839 и др.) этим термином неоднозначно отмечались как одновозрастные по­роды с различным литологическим составом, так и изменения комплекса орга­нических остатков в пределах единого стратиграфического горизонта. Таким образом, изначально в термин "фация" вкладывалось разное содержание. Одно направление его толкования заключается в соотнесении с обстановкой форми­рования, овеществленной в осадках или породах (его мы и будем придержи­ваться), второе - понимание под фацией условий осадконакопления, присущих определенным стратиграфическим уровням. Наконец, третье предопределяет обозначение этим термином признаков среды формирования осадка, либо при-





знаков порода (например, геохимическая фация). Из более чем 100 известных определений термина "фация" остановимся на следующем.

^ Фация — это обстановка осадконакопления, овеществленная в осадке или породе, или, иными словами, не только комплекс физико-географических усло­вий среды осадконакопления, в результате которых сформировались осадки, но и сами осадки, обладающие определенным сочетанием первичных признаков (Жемчужников и др., 1959; Тимофеев, 1969). В двух словах, фация - это "усло­вия + осадок".

Попытаемся определить место фации в иерархии геологических тел. Сле­дуя принципу системности, выделим следующие уровни организации вещества для материального геологического мира:

атом (молекула) - минерал - горная порода - литоцикл (циклит) - форма­ция.

В данном ряду понятие "фация" отображает условия формирования гор­нопородною уровня - это элементарная единица палеоландшафта. Она включа­ет один или несколько (как правило, 2 - 4) литогенетических (генетических) типа пород - литологических разностей, обладающих устойчивой совокупно­стью определенных диагностических признаков. В свою очередь, более крупная единица, объединяющая комплекс сопряженных фаций в пределах крупных участков палеоландшафтов, - макрофация.

В настоящее время известно несколько методов изучения генезиса отло­жений с помощью реконструкции обстановок их формирования [3]. В условиях настоятельной необходимости стандартизации литологических и генетических исследований оформился в некоторой мере синтетический литолого-фациальный анализ, являющийся начальным этаном формационного анализа осадочных толщ. В его основе лежит определение условий формирования по­роды (на базе диагностических признаков) уже на полевой стадии работ и даль­нейшая детализация при последующей обработке материалов. Первоначально он предложен под названием фациально-циклического анализа, предусматри­вающего такую последовательность выполнения исследований. "Детальное изучение и описание разреза в обнажении или по керну, составление литологи-ческой колонки, определение литогенетических типов и фаций, выделение цик­лов, составление литогенетических профилей и, наконец, построение фациаль-ных и палеогеографических карт - таков путь анализа и обобщения материалов исследования, с постоянной взаимной, так сказать "обратной" проверкой ис­ходных данных и предыдущих построений и выводов" [4J.

Таким образом, вторым важнейшим этапом в проведении работ является установление цикличности. Хотя закономерности (повторы) в строении оса­дочных толщ отмечались отдельными исследователями еще в ХIХ в., система­тически явления периодичности (цикличности) начали изучаться лишь в два-дцатых-тридцатых годах нашего столетия (Дж.Уэллер, Ю.А.Жемчужников и др.). Переломным же рубежом, приведшим к действительно широкому призна­нию наличия цикличности в осадочных (прежде всего в угленосных) толщах является период между I (1944) и II (1955) Всесоюзными угольными совеща­ниями. В дальнейшем существенными вехами на путях изучения цикличности





явились симпозиум по циклической седиментации в Канзасе (США, 1964) и Всесоюзная конференция по изучению цикличности (Новосибирск, 1975). В на­стоящее время наличие закономерностей в строении осадочных (и не только!) толщ не подлежит сомнению: это явление широко исследуется с различных по­зиций и различными способами. Тем самым интенсивно реализуется образное высказывание Ю.А.Жемчужникова, еще в 1944 г. призвавшего геологов мыс­лить циклами. В то же время как в методологии изучения цикличности, так и в терминологии, связанной с характеристиками повторяемости элементов разреза (слоев), до сих пор нет единства. Одно из различий связано с употреблением терминов "ритм" (гp. rhytmos - равномерное чередование чего-либо) и "цикл" (гр. kyklos - колесо, лат. cyrcle - круг - движение по кругу). В последнем слу­чае понятие "цикл" следует сравнивать не с замкнутым процессом, а с витком спирали, отражающей общую эволюцию процесса. Для отличия вещественных проявлений осадочного процесса от собственно временных, т.е. для комплексов пород, предложены десятки различных терминов, из которых наиболее употре­бительным стал циклит (в зарубежной литературе часто встречается понятие циклотема — cyclothem). Л.Н.Ботвинкиной в 1978 г. предложен термин "лито-цикл", обладающий рядом преимуществ. Под полным литоциклом (ЛЦ) пони­мается комплекс различных отложений, генетически связанных направленно­стью изменения их признаков сначала в одном, а затем в противоположном на­правлении. Для равномерного, тонкого чередования 2-3-х типов пород целесо­образно употребление термина "литоритм", не смешивая его с породным поня­тием "ритмит".

Огромное внимание к изучению цикличности легко объяснимо тем, что оно органично заполняет пустовавший до того промежуток между неплохо изученными горными породами и формациями как их комплексами - обычно крупными геологическими телами. Представляя таковые в виде горнопородно­го и формационного уровней организации вещества, определим для комплексов горных пород надгорнопородный или циклический уровень (см. выше). При де­тальном рассмотрении он представляет сложнопостроенную систему реализа­ции межпородных связей. Наличие эмерджентного свойства цикличности (рит­мичности) для всех без исключения стратифицированных толщ, включая сло­женные вулканическим материалом и независимо от их возраста, предопреде­ляет возможность создания теории циклогенеза (СИ. Романовский, 1985). Од­нако таковая пока не вышла за рамки концепции без выяснения причин цикли­ческой седиментации, для раскрытия которых предстоит еще немало порабо­тать.

В угольной геологии, как и в целом для осадочных толщ, довольно отчет­ливо проявилось два подхода к изучению цикличности: структурный и генети­ческий. Приоритет первого прослеживается в работах Г.А.Иванова, предло­жившего фациально-геотектонический метод. В целом для изучения циклично­сти он наиболее полно представлен в многочисленных работах Ю.Н.Карого-дина. Второй - наиболее ярко реализуется в исследованиях Ю.Л.Жемчужни-кова и последователей его школы. В принципе эти методы не столь противоре­чивы, ибо каждый из них вобрал в себя элементы другого. Необходимость их





синтеза очевидна, ибо лишь "Генетический подход в соединении со структур­ным придает всякой науке необходимую ей законченность..." (Б.М.Кедров, 1941). Но все же следует постоянно иметь в виду, что "...при системно-структурном подходе мы неизбежно начинаем с генетического, поскольку ус­тановление геологической системы связано с реконструкцией прошлого" (Л.И.Равикович, 1977). Этим подчеркивается необходимый тезис: цикличность должна рассматриваться не как простой повтор, а повторяемость в пространст­венно-временном аспекте. Поэтому в целом рассмотрение цикличности должно сопровождаться и изучением эволюции геологических процессов.

Для оценки трудностей в использовании генетических исследований со­шлемся на высказывание видного отечественного литолога В.Н.Шванова, кото­рого никак нельзя отнести к сторонникам фациальных исследований. Отмечая, что проведение генетического анализа не всегда необходимо и не всегда дикту­ется производственным заданием, им прямо указана главная причина, сдержи­вающая его широкое внедрение: "Фациально-генетический анализ требует и специальных исследований, и достаточно грамотных специалистов, подобно тому как палеонтологическая работа предусматривает участие палеонтологов, а минералогическая - минералогов. Распространенное мнение, что седиментоло-гией может заниматься каждый, является ошибочным. Поэтому так часто гене­тический анализ сводится к замене его генетическими ярлыками" (Шванов, 1992).

В весьма удачном виде структура литолого-фациальных - формационных исследований отображена П.П.Тимофеевым (рис. 1.1): наглядно изображено, как, отталкиваясь от первоначального "кирпичика" — образца, слоя - проводят­ся исследования, ориентирующиеся, с одной стороны, на изучение повторяемо­сти слоев и образуемых ими компонентов в разрезе (цикличность), а с другой -на определение их положения на площади (палеогеография). В сумме это дает представление о формации как объемном геологическом теле.

Приходится констатировать, что в настоящее время существуют самые различные толкования генетических понятий, что отчасти показано выше. По­скольку дискуссии по данному поводу продолжаются, и вообще вряд ли когда-либо могут быть закончены, приведем принятые в настоящей работе определе­ния, сведенные в табл. 1.1. В ней не нашло отражения широко используемое понятие "генетический тип отложений", которое определяет прежде всего ме­ханизм их формирования. Поэтому - и не только в данной работе! - мы остав­ляем данный термин в качестве понятия свободного пользования.










Используемые термины и их сравнение (основа по [1], с дополнениями по [2, 5] и автора)



Литература


1.Ботвинкина Л.Н. Генетические типы отложений областей активною вулканизма. - M.: Наука, 1974. - 318 с. (Тр. ГИН АН СССР. - Вып. 263).

Македонов А.В. Методы литофациального анализа и типизация осад­ков гумидных зон. - Л.: Недра, 1985. - 243 с.

Методы формационного анализа угленосных толщ. - M.: Недра, 1975. -

200 с.

Строение и условия накопления основных угленосных свит и угольных пластов среднего карбона Донецкою бассейна / Ю.А.Жемчужников, В.С.Яблоков, Л.И.Боголюбова, Л.Н. Ботвинкина, А.П.Феофилова, М.И.Ритенберг, П.П.Тимофеев, З.В.Тимофеева. M.: Изд-во АН СССР. - Ч. 1, 1959. - 331 с; ч. 2, 1960. - 346 с. (Тр. ГИН АН СССР. - Вып. 15).

Тимофеев П.П. Геология и фации юрской угленосной формации Юж­ной, Сибири. - M.: Наука, 1969. - 556 с. (Тр. ГИН АН СССР. - Вып. 197).

Тимофеев П.П. Юрская угленосная формация Южной Сибири и усло­вия ее образования. - M.: Наука, 1970. - 204 с. (Тр. ГИН АН СССР. - Вып. 198).



2. ^ ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ


2.1. Подготовка керна

Уже длительное время основным (а для "закрытых" толщ - часто и един­ственным) источником для непосредственной доступной к изучению новой информации является керн скважин. Эффективность выполняемых работ, есте­ственно, зависит от его состояния и особенно - от процента выхода (выноса): в любом случае он должен быть не менее 70-80 %. Весьма важна и аккуратность при его укладке в керновые ящики и сопутствующей маркировке. Пример пра­вильной укладки и маркировки приводится на рис. 2.1.







Работа документатора значительно упрощается, если керн выложен в со­ответствии с его положением в колонковой трубе (что определено всеми из­вестными инструктивными материалами). К сожалению, на практике это часто не выполняется, и перед началом описания следует убедиться в правильности расположения извлеченного керна - как используя специфические следы меха­нического истирания, скола и т.п., так и имеющиеся знания об истинном зале­гании пород, что в основном и будет рассматриваться в пособии.

Наиболее часто нарушается ориентировка отдельных кусков керна, реже

его последовательность. Восстановление истинного положения керна перед выполнением описания нередко является довольно непростой процедурой, сходной со знаменитым дедуктивным методом. Пример ее выполнения показан на рис. 2.2. Помимо последовательности элементов микроциклитов (куски кер­на 1, б, 7) и седиментационных признаков (кусок 5), большое значение здесь имеют неповторимые конфигурации сколов (куски 1-6; 3-2; 4-5; 7-8 на рис. 2.2

колонка Б).


Рис. 2.2. Восстанов­ление истинного расположе­ния керна в керновом ящике по седиментационным приз­накам пород и конфигурации сколов кусков керна (по Р.Э.Эйнасто; из [2])

А - спутанное расположе­ние керна; Б - восстановленное расположение керна; а, б, в, г -элементы микроциклитов





Не всегда простым является определение глубин конкретных контактов, залегания отдельных элементов разреза и пр. внутри интервала бурения, при выходе (выносе) керна менее 100 %, что практически всегда имеет место в свя­зи с истиранием породы в колонковой трубе (рис. 2.3).














Принципы определения глубин (контактов, конкретных элементов и пр.) в таком случае поясним на конкретных примерах, изображенных на рис. 2.4.

На рис. 2.4,а показано распределение интервалов при примерно одинако­вых физических характеристиках геологически (литологически) различных слоев. Оно осуществляется путем введения поправки, вычисляемой посредст­вом соотношения длины интервала бурения и линейного выхода керна.

Рис. 2.4,б,в иллюстрируют определение глубин при наличии контрастных но физическим параметрам (буримости) пород. В случае, изображенном на рис. 2.4,б нижний слой представлен слабо сцементированным, рыхлым песча­ником - мы имеем все основания полагать, что именно значительная часть дан­ного материала не извлечена на поверхность. С особой уверенностью об этом можно судить при наличии на контакте между слоями особо твердого включе­ния (конкреции), что проявляется также при "вывалах" из стенок скважин крепких пород (особенно в начале рейсов бурения). Противоположный случай показан на рис. 2.4,в: здесь имеют место достаточно крепкий песчаник в ниж­ней части интервала и слабо сцементированный алевролит — в верхней, и рас­пределение дефицита керна произведено в "обратном" варианте.

Более сложный случай показан на рис. 2.4,г. Здесь мы можем считать, что недостаток керна обусловлен его потерей при прорезке весьма слабого в физи­ческом отношении угля (что всегда происходит при бурении одинарными ко­лонковыми трубами). "Место" угольного пласта часто можно определить по его характерной подпочве, с обилием корневых остатков растений.









Определившись с распределением керна по интервалу бурения, устано­вить глубины конкретных контактов не представляет труда. Допустим, что глу­бина проходки составляет от 100 до 105 м (5 м), а мощности выделенных в кер­не слоев при его выходе 4 м по варианту, показанному на рис. 2.3,а, составляют (сверху вниз) 1.6, 2 и 0.4 м. Тогда глубины конкретных слоев составят:




2.2. Выделение слоев


Основным изучаемым объектом в литологии является слой "...стратиграфическое обозначение свободного пользования, объединяющий отложения, имеющие общие литологические или палеонтологические призна­ки" (Геологический словарь, 1973). Иначе говоря, это наименьшая устойчивая единица геологического разреза. Уже при предварительном просмотре изучае­мых обнажений, горных выработок или керна скважин примерно выделяются естественные единицы (слои), по которым и будет производиться описание. Инструктивными материалами определено, что в самостоятельные, как прави­ло, выделяются слои видимой мощностью 40-50 см и более, а при наличии рез­ко отличных признаков (органические остатки, гальки и т.д.) - и мощностью 5-10 см (реже 1-3 см). Однако на практике это чаще всего не наблюдается.

Процедура изучения объектов, начинающаяся с их разделения на слои, опирается на знания о геологических границах. Ю.А.Косыгиным (1983) разли­чается шесть их классов: резкостные, дизъюнктивные, условные первого, вто­рого и третьего классов и произвольные. При исследовании осадочных отложе­ний наиболее часто мы имеем дело со следующими границами:

резкостными ("очевидными"), наблюдаемыми по резкой смене при­знаков или их характеристик (чаще всего - по изменению гранулометрического состава породы);

условными первого класса, зависящими как от распределения значений свойств вещества в пространстве, так и от процедуры, применяемой при их вы­делении;

3) произвольными ("субъективными"), зависящими от удобства постро-
ений, например, при недостаточном выходе керна скважин - ведущего источ-
ника информации при разведке месторождений полезных ископаемых
(см. п. 2.1).

Операцию разбиения разреза на слои целесообразно проводить для ин­тервала в 15-20 м (обычно 2-4 керновых ящика), охватывающего, как правило, 7-12 слоев. Этим, с одной стороны, мы как бы заглядываем вперед, избегая опасности "загрубить" или, наоборот чрезмерно детализировать описание. С другой - достаточно легко можно удержать в памяти в пределах зрительного восприятия предварительно рассмотренный интервал.

Существенное значение имеет обычно задаваемое заранее требование к детальности описания. Поясним это на следующем примере. Нередко опреде­ленные интервалы изучаемого разреза представлены частым чередованием двух-трех однотипных пород. Такие интервалы можно описывать как переслаи­вание данных разновидностей, каждая из которых должна быть тщательно оха­рактеризована, а впоследствии установлена степень равномерности их чередо­вания и направленность изменения отдельных признаков (табл. 2.1). Не следу­ет, впрочем, чрезмерно увлекаться этим приемом, так как в крайнем, гипертро­фированном, случае вся угленосная толща, например, может быть представлена как достаточно монотонное переслаивание песчаников, алевролитов и пластов угля.



Таблица 2.1

Описание слоев при мощности менее 40 см


Состав, %

Характер перехода между слоями

Основная фрак­ция

Другие фракции

Резкий

Постепенный

100-90

0-10

В общем описании выделяются прослои

Визуально обычно не об­наруживаются

90-70

10-30

Описываются как при­месь, с указанием при-уроченности по интерва­лам

70-30

30-70

Выделяются группы слоев одинакового облика, описывае­мые как переслаивание, (тонкое: 1-5 см, мелкое: 5-10 см, грубое: более 10 см)

четкое постепенное


Наиболее сложным моментом является выделение слоев при наличии не­которой "зоны" при переходе одного слоя в другой. Поясним это на примере для такой зоны, выделяемой как слой 2 (рис. 2.5). Особо отмстим, что перехо­ды, изображенные на рис. 2.5.в,г, на первый взгляд, кажутся сходными, но, с точки зрения понимания изменений в процессе седиментации (особенно цикли­ческой), они принципиально различны: в случае в новые условия наступают в конце слоя 1, а в переходной зоне (2) наблюдаются лишь реликты нижнего слоя, постепенно исчезающие. В случае г смена условий седиментации - в на­чале слоя 3, но несколько раньше в переходной зоне (2) начинают появляться признаки нового.








Рис. 2.5. Типы постепенных переходов между слоями: а - за счет изменения структуры (или состава) слоя 1 через слой 2 в слой 3; б и в - в слое 2 на фоне состава слоя 3 проявляются реликты состава нижнего слоя (б - рассеянные, в - в виде постепенно убывающих линз); г - проявление на фоне слоя 1 признаков слои 3 (яв­ление, обратное случаю в); д - постепенный переход через переслаивание элементов слоев I и 3 (с убыванием значения первых снизу вверх)


18





Указанная выше минимальная мощность слоя, подлежащего к самостоя­тельному выделению и описанию - 40 см - определяется и разрешающей спо­собностью последующего показа информации: при наиболее распространенном масштабе отстраиваемых колонок 1:200 эта мощность соответствует 2 мм. Од­нако на практике мощность выделяемых слоев завышается до 7-12 и даже 15-20 м, что совершенно недопустимо. Практика детальных литолого-фациальных работ по угленосным толщам показала, что средняя мощность слоя, реально отображающая изменчивость горных пород, составляет от 0.5—1 м в тонкозернистых до 1.5-3 м в грубозернистых толщах, в среднем составляя 0.8-1 м. Понятно, что в толщах иного состава и генезиса эти цифры могут зна­чительно меняться.

2.3. Подготовка к описанию конкретного образца

Занятия в учебных аудиториях традиционно ведутся посредством изуче­ния образцов, уже отобранных (без участия студента) из естественных обнаже­ний, горных выработок или керна скважин. Наиболее часто этот образец имеет площадь 5-7x10-12 см; желательно, чтобы он был распилен и пришлифован. Располагая конкретным, заданным образцом, следует определиться, как он бу­дет описываться (см. разд. 2.2). На рис. 2.6 показаны наиболее типичные и час­то встречающиеся случаи.








Рис. 2.6. Возможные варианты выделения интервалов для самостоя­тельного описания:

А - однородный образец с различны­ми включениями (галек, растительных ос­татков и пр.);

Б — два самостоятельных слоя (1 и 2), разделенных резким контактом;

В - три самостоятельных слоя (1, 2 и 3) с постепенными переходами один в другой;

Г - переслаивание двух одинаковых типов породы (1 и 2), каждый из которых Может характеризоваться одним описанием





Проиллюстрируем изложенное на конкретных примерах. В образце, показан­ном на рис. 2.7, отчетливо выделяется 5 самостоятельных слоев. При этом слои 1 и 4; 2 и 5 достаточно схожи между собой, и при их раздельном описании может использо­ваться сравнение вида "аналогично описанному ранее". Для образца, показанною на рис. 2.8, целесообразно использовать понятие "переслаивание" (см. табл. 2.1) с выде­лением двух типов: 1 и 2. При этом тип 1 преобладает с отношением 2:1; контакты между типами весьма четкие в средней части образца. Выделение еще более мелких слойков явно нецелесообразно.





Рис. 2.7. Мелкое чередование Рис. 2.8. Мелкое переслаивание

нескольких слоев, каждый из кото- двух типов пород, каждый из которых

рых характеризуется самостоятель- характеризуется своим набором при-

ным набором признаков (см. рис. знаков (см. рис. 2.6,г)
2.6,в)


Весьма важным моментом является ориентирование образца в вертикальной плоскости (определение "низа" и "верха"). Очевидно, что эта операция практически н