9. Методика построения структурных карт.

Знание условий залегания осадочных, изверженных и метаморфических пород в земной коре открывает возможность методически правильно подойти к выявлению и прогнозам размещения заключённых в них полезных ископаемых. В настоящее время хорошо известна приуроченность отдельных видов полезных ископаемых к определённым видам структур. Например, залежи нефти и газа большей частью располагаются в сводах антиклинальных складок, а промышленные запасы подземных вод, наоборот, сосредоточены в центральных частях синклиналей. Учёт зависимости размещения полезных ископаемых от формы залегания, состава и других особенностей строения заключающих их горных пород позволяет обоснованно и с большим эффектом направлять поисковые и разведочные и, что особенно важно, вести поиски месторождений, расположенных на глубине и не обнажающихся на поверхности (слепых).

Структурное картирование позволяет решать и другие практические вопросы в области региональной геологии, геотектоники, гидрогеологии, инженерной геологии, геоморфологии и освещает ряд общих проблем геологических наук. Структурные карты служат средством изображения формы и размеров залежей отдельных видов минерального сырья. Методика их составления опирается на теоретические обобщения геологических наук и представляет собой итог огромного практического опыта геологических исследований. Существуют методы построения структурных карт : а) составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности; б) составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности методом схождения; в) составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности по профильным разрезам;

а) Составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности.

Маркирующими поверхностями называются поверхности (слои) горных пород, обладающие относительно широким распространением, выдержанной мощностью и признаками, позволяющими легко выделить их среди окружающих пород. Величина мощности при этом существенного значения не имеет. Важное значение при выделении маркирующих горизонтов имеет характерная окраска, присутствие какого-либо одного или нескольких видов окаменелостей, конкреций, различного рода включений, характерная текстура. Частота выделяемых маркирующих горизонтов должна быть такой, чтобы они достаточно чётко отражали структуру, но и перегружать карту.

Структурные карты, это карты на которых с помощью линий одинаковых высот (изогипс) изображается положение опорных поверхностей. Наиболее широко распространены карты, составлены по опорным стратиграфическим горизонтам или горизонтам, включающим полезные ископаемые.

Вычисление абсолютных отметок опорного горизонта производится следующим образом. Берём высоту расположения опорной точки от которой находили глубину залегания опорного горизонта и глубину залегания опорного горизонта. Из первого вычитаем второе, полученная величина является абсолютной отметкой маркирующей поверхности. По полученным данным производят построение структурных карт.

б) Составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности методом схождения.

Структурной картой схождения называется карта, на которой изолиниями отображены изменения мощности каратируемого тела. Обычно она показывает изменение вертикальной мощности слоя или другого тела, тем самым отображается расхождения и схождения кровли и подошвы или выклинивание тела.

Построение производится следующим образом. Сначала вычисляют абсолютные отметки во всех точках, нанесённых на основу, или отметки относительно какой-то условной опорной поверхности. Затем приступают к построению карты в изогипсах. Для нанесения изогипс все имеющиеся на карте точки с высотными отметками соединяют прямыми неперекрещивающимися линиями, из которых образуется сеть треугольников. Плоскость каждого треугольника должна примерно совпадать положением картируемой поверхности. При соединении точек с высотными отметками необходимо отметить на карте линии главных прогибов и поднятий и общее простирание структур.

Стороны треугольников между высотными отметками, например, 10м, 75м, 40м, необходимо затем разделить на равные части, соответствующие количеству изогипс. Изогипсы проводят плавными изгибающимися линиями, соединяющими точки одинаковых высот на сторонах треугольника. Далее для составления структурной карты подошвы слоя, если известна что его мощность не меняется на всей площади, потребуется по структурной карте кровли определить высотные отметки подошвы слоя. Это производится путём вычитания из отметки кровли вертикальной мощности слоя. Далее построение карты подошвы по высотным отметкам делается, как описано выше.

в)Составление структурных карт по абсолютным отметкам маркирующей поверхности по профильным разрезам.

Точки необходимые для составления структурной карты, можно также получить путём построения ряда разрезов с изображением опорного горизонта. Таких разрезов должно быть достаточное количество, с тем чтобы они освещали положение опорного горизонта на всей площади карты. Высотные отметки для каждой из точек вычисляются по разрезам и затем наносятся по линиям разреза на карту. Точность построенной таким образом структурной карты зависит от обоснованности разрезов. Вычисление абсолютных высотных отметок производится тем же способом, что и для метода схождения.

г) Построение структурных карт в изолиниях на ЭВМ (по Дж. Девису)

Главными причинами развития машинных методов построения геоло­гических карт в изолиниях является экономическая и точностная.

Построение карт по произвольно расположенным на плоскости точ­кам наблюдений; начинается с получения регулярной сети точек.

Это достигается использованием, различных способов, которые ха­рактеризуются различной точностью, своими преимуществами и недостатка­ми. В данном случае рассмотрим способ, характеризующийся упрощенной процедурой построения карты.

Желающим ознакомиться с другими способами рекомендуем обра­титься к Уолтерсу.

Набор значений, по которому строится карта в изолиниях, вводится в машину в виде матрицы порядка n x 3, в которой каждая строка содержит три элемента: X, Y - координаты и Z - корректируемая характеристика, заданная как функция на множестве точек значений координат. В ЭВМ вводится толь­ко эта матрица в порядке, удобном для следующих построений.

После этого задается прямоугольная сеть точек, по которым будут строиться изолинии. В данном случае расстояние между точками выбирается автоматически и равно расстоянию между строк печатающего устройства ЭВМ — принтера.

На рисунке показаны точки наблюдений, охарактеризованные значе­нием координат X и Y, а также значением корректируемой переменной Z — значением высоты над уровнем моря.

Перенумеруем точки, приписав каждой из них номер i. В новых обо­значениях точка с номером i имеет координаты Xi и Yi, а также абсолютную отметку Zi. На рисунке приведена правильная регулярная сеть точек, по которой будут строиться изолинии. Каждой из этих точек, можно приписать соответствующий номер k. Таким образом, точка этой сети будет иметь координаты Xk и Yk и вычисленные значения Zk.

Нам нужно вычислить оценку Zk no n ближайшим к ней исходным точкам наблюдений. Поэтому сначала нужно найти эти n ближайших точек и подсчитать соответствующие им расстояния от точки с номером к регуляр­ной сети. После определения n ближайших точек нерегулярной сети к задан­ной точке k регулярной сети, необходимо определить расстояние от точки с номером i до точки с номером k. Согласно теореме Пифагора, расстояние Dik от точки с номером i до точки с номером k будет равно:

D_iк=√(Χ_k-Χ_i)²⁺(Ү_k-Үi)²

Вычислив расстояние Dik для всех n ближайших точек, можно под­считать значение Zk по следующей формуле:

Zk=

Процесс этих вычислений покажем на примере данных, приведенный на рисунке. Для этого произвольно выберем четыре ближайшие, точки (т.е. n = 4) и подсчитаем Zk. На рисунке числа 1, 2, 3, 4 являются номерами точек. Тогда:

D_lk = √(2,0 -1,5)² + (3,0 - 3,6)² = √0,61= 0,75

D_lk = √(2,0 - 3,0)² + (3,0 - 3,0)² = √1,00 = 1,00 D_lk = √(2,0-2,0)²+(3,0-2,4)² = √0,36= 0,60 D_lk = √(2,0-1,0)²+(3,0-2,9)² = √1,01= 1,00

Последовательность вычислений для построения изолиний при нахождении значений в узлах сетки (По Дж. Девису, 1977)

Используя полученные расстояния, можно вычислить Zk. Числитель выражения будет равен:

6,0/0,78+ 6,0/ 1,00 +7,0/ 0,6 +7,0/ 1,00=32,36

Соответственно знаменатель определится как:

6,0/0,78+6,0/1,00+7,0/0,6+7,0/1,00=32,36

Отсюда:

Z_k=32,36/4,95=6,54

Точно также можно выполнить эту процедуру и для других точек вы­бранной регулярной сети.

Вычисление значений для построения карты в изолиниях произ­водится с помощью программы SURFER.

После вычисления значений дальнейшее действие заключается в интерполяции между значениями, соответствующими точкам заданной сети и определении координат линии, проходящей между ними. Это обычно дела­ется с помощью линейной интерполяции.