Lisää

1.14: Geologiset kartat ja poikkileikkaukset - geotieteet

1.14: Geologiset kartat ja poikkileikkaukset - geotieteet


1.14.1 Rock-yksiköt

Maanpinnan alueen taustalla olevan kallioperän tutkivat ja kartoittavat kenttägeologit yrittävät tunnistaa kallioyksiköt, joita he voivat sitten edustaa geologisilla kartoilla. Kivityypit eivät ole sattumanvaraisesti järjestetty maapallon kuoreen, vaan ne esiintyvät yleensä erillisissä kappaleissa, joita kutsutaan rock-yksiköt. Rock-yksiköt ovat suuret kolmiulotteiset kivirungot, joiden koostumukset ovat erottuvia ja erilaisia ​​kuin vierekkäiset kallioyksiköt. Kivityypit vaihtelevat suuresti kooltaan, muodoltaan, koostumukseltaan ja alkuperältään.

Kallioyksiköt muodostuvat jonkin tietyn prosessin tai prosessisarjan - esimerkiksi sedimentin kerrostumisen, magman tunkeutumisen tai puristamisen tai metamorfismin - vaikutuksesta. Kallioyksiköt voivat koostua sedimentistä, magmakivestä tai metamorfisesta kivestä. Kallioyksikön määrittelevä ominaisuus on, että tietyt prosessit toimivat jonkin aikaa tuottaa kappalekappaleen tai massan, jolla on melko tasainen kalliotyyppi, tai ehkä kahden tai useamman kalliotyypin johdonmukainen vuorottelu.

Tässä on joitain esimerkkejä kivilajeista, joita geologi saattaa tunnistaa kentällä:

  • Peräkkäin yhden tai useamman kivityypin sedimenttikerrokset, jotka kerrostuvat eräässä erottuvassa sedimenttiympäristössä. Tällaisen yksikön paksuus voi vaihdella useista metreistä moniin tuhansiin metreihin, ja sivusuuntainen laajuus voi vaihdella satoista metreistä muutamiin satoihin kilometreihin.
  • Peräkkäin vulkaanisia kiviä, joilla on erottuva koostumus. Tällaiset yksiköt voivat olla yhtä ohuita kuin yksi laavavirta (joka voi olla niin ohut kuin muutama metri) tai niin paksu kuin satoja metrejä. Tällaiset yksiköt voidaan sijoittaa myös sedimenttikiviyksiköihin.
  • Yksi magminen tunkeileva runko. Sellaiset tunkeilevat yksiköt leikkaavat muita kallioyksiköitä, jotka tunkeutuvat.
  • Tietyn koostumuksen metamorfisten kivien yksikkö. Tällaisella yksiköllä voi olla erittäin monimutkainen geometria johtuen metamorfismiin liittyvästä voimakkaasta muodonmuutoksesta. Metamorfismin voimakkuus voi vaihdella järjestelmällisesti alueelta toiselle metamorfisen kallioyksikön sisällä.

Kiviainesyksikön vähimmäismitat voivat olla esimerkiksi metrejä tai jopa desimetrejä, esimerkiksi ohuiden magma-patojen tapauksessa. Pieniä yksiköitä ei tavallisesti esitetä geologisella kartalla, ellei kartoituksen tarkoituksena ole näyttää hyvin pienen alueen geologiaa hyvin yksityiskohtaisesti, kuten esimerkiksi suurella rakennustyömaalla.

Kallioyksiköt ovat kosketuksessa toistensa kanssa kolmiulotteisilla pinnoilla tai suhteellisen ohuilla siirtymä- tai porrastusalueilla. Geologisella kartalla kallioyksiköiden välisiä kontakteja edustavat viivat ovat todellisten kolmiulotteisten kosketuspintojen ja itse maan pinnan leikkauslinjat. Kallioyksiköiden välisten kontaktien luonteen tunnistaminen ja tulkitseminen on keskeistä geologisessa kenttätyössä. Alueen geologinen historia selvitetään suurelta osin tulkitsemalla tällaisten kontaktien luonnetta.

Monet rock-yksiköt saavat muodollisia nimiä. Sedimenttikivikiviyksikkö (ja myös muodonmuutos- ja tulivuorikivikiviyksiköt) on muodostus. Muodostumilla on kaksiosaiset nimet: ensimmäinen osa on paikannimi, kuten kaupunki, joki tai vuori, ja toinen osa on joko sana "Muodostus" tai kalliotermi, kuten "Hiekkakivi". Tulivuoren ja metamorfisen kiven yksiköillä on samanlaiset kaksiosaiset nimet. Muodostumat voidaan jakaa alaryhmiin jäsenet, jolla voi olla joko muodollisia nimiä tai vain epävirallisia nimiä. Liittyvät muodostelmat voidaan koota yhteen suuremmiksi yksiköiksi, joita kutsutaan ryhmät, jotka vastaanottavat paikannimet samalla tavalla kuin muodostelmat. Tunkeilevilla magmayksiköillä, varsinkin suurilla yksiköillä, voi olla muodollisia nimiä, mutta pienempiä yksiköitä, vaikka ne olisivatkin kartoitettavissa, ei yleensä nimetä virallisesti.

1.14.2 Geologiset kartat ja poikkileikkaukset

A geologinen kartta On kartta, joka näyttää maan pinnalla paljastuvan tai ohuen pintamaaperän tai sedimentin alle haudatun kallioperän jakautumisen. Geologinen kartta on muutakin kuin vain kalliotyyppinen kartta: Useimmat geologiset kartat esittävät kallioyksiköiden sijainnit ja suhteet.

Jokainen kallioyksikkö on tunnistettu kartalla jonkinlaisella symbolilla, joka selitetään legendalla tai avaimella, ja usein se on myös erottuva. Osa geologisen kartan selityksestä koostuu yhdestä tai useammasta sarakkeesta, joissa on pieniä suorakulmioita, sopivilla väreillä ja symboleilla, jotka tunnistavat kartalla näkyvät eri kallioyksiköt. Legendan tässä osassa on usein hyvin lyhyt kuvaus yksiköistä. Yksiköiden suorakulmiot on järjestetty laskevan ikän mukaan ylöspäin. Yleensä näytetään myös yksiköiden ikät suhteellisen geologisen aikaskaalan suhteen.

Kaikki geologiset kartat välittävät myös tiettyjä muita tietoja. Ne osoittavat symboleja, joita käytetään kuvaamaan sellaisia ​​piirteitä kuin taitokset, viat ja tasomaisten piirteiden, kuten kerrostumisen tai lehtien, asenteet. Heillä on tietoa leveys- ja pituusasteista ja / tai sijainnista suhteessa johonkin tavanomaiseen maantieteelliseen ruudukkojärjestelmään. Niillä on aina asteikko, joka ilmaistaan ​​sekä merkittynä mittakaavapalkkina että niin kutsuttuina "edustavina murtoina", esimerkiksi 1: 25 000, joiden ensimmäinen numero on etäisyyden yksikkö kartalla ja joiden toinen numero on vastaava etäisyys todellinen maanpinta.

Kaikki geologiset kartat (lukuun ottamatta ehkä hyvin erikoiskarttoja, jotka näyttävät kaikki yksityiskohdat alueelta, joka saattaa olla pienen huoneen kokoinen!) Sisältävät jonkin verran yleistystä. Tällainen yleistys on kartoituksen tekevän geologin vastuulla. On selvää, että ei ole käytännöllistä esittää muutaman metrin ohuita ominaisuuksia kartalla, joka kattaa useita neliökilometrejä: kartan piirteen leveys olisi paljon ohuempi kuin ohuin mahdollinen muste. Yleistymisen aste väistämättä kasvaa kartan kattaman alueen kasvaessa. Voit helposti nähdä tämän itse, jos sinulla on pääsy jonkin pienen alueen geologiseen karttaan yhdessä vastaavan koko alueen geologisen kartan kanssa: valtion kartan pienen alueen yksityiskohdat olisivat paljon pienemmät kuin koko maan kartalla että pieni alue.

Useimpiin geologisiin karttoihin liittyy yksi tai useampi pystysuora poikkileikkaukset, mitkä ovat näkemykset miltä geologia näyttäisi kuvitteellisessa pystytasossa alaspäin jostakin maanpinnan viivasta. Geologi rakentaa nämä poikkileikkaukset kartan valmistuttua. Heidän sijaintinsa on valittu siten, että geologian kolmiulotteisuus voidaan parhaiten paljastaa. Poikkileikkaukset rakennetaan heijastamalla alaspäin pinnan havaittuja geologisia piirteitä ja suhteita. Poikkileikkausten rakentaminen edellyttää, että geologi pystyy visualisoimaan geologian mielessään. Poikkileikkauksessa esitetty geologian varmuusaste pienenee alaspäin syvyyden ollessa pinnan alapuolella.


Geologiset poikkileikkaukset

Geologinen poikkileikkaus on graafinen esitys maanpinnan geologisten kappaleiden leikkauspisteestä tietyn suuntaisen pystytason kanssa. Se on osa maastoa, jossa erityyppiset kivet, niiden rakenne ja sisäinen rakenne sekä niiden välinen geometrinen suhde on esitetty. Se on likimääräinen malli kivien todellisesta jakautumisesta syvyydessä, sopusoinnussa pinnalla ja maanalaisella pinnalla saatavilla olevien tietojen kanssa. Se voi myös edustaa topografisen pinnan yläpuolelle syöpyneiden rakenteiden materiaalien jatkoa.

Poikkileikkaukset ovat välttämätön täydennys geologisista karttakartoista ja poikkileikkaukset ovat tulosta kivien järjestelyn tulkinnasta käyttämällä erityyppisiä tietoja, yleensä epätäydellisiä ja eriasteisia epävarmuustekijöitä. Molemmat ovat geologisen todellisuuden kaksiulotteisia esityksiä ja antavat meille yhdessä mahdollisuuden ymmärtää kivisten tilavuuksien kolmiulotteisen rakenteen ja siten vyöhykkeen geologisen historian.

Geologisilla poikkileikkauksilla on erittäin tärkeä taloudellinen ja sosiaalinen merkitys. Ne ovat perusta suunnittelutyön suunnittelulle, pohjimmiltaan pintaan ja maanpintaan vaikuttaville lineaarisille töille (tiet, tunnelit, apuohjelmat) sekä geologisten resurssien: veden, kivien, mineraalien ja energian etsimiselle ja tuotannolle.

Geologisen poikkileikkauksen rakentaminen

Geologisen poikkileikkauksen rakentamiseen sisältyy kalliorakenteen tulkinta sekä syvyydessä että topografisella pinnalla. Tämä koostuu kaikkien käytettävissä olevien pinta- ja pintatietojen interpoloinnista yhtenäisen geologisen mallin rakentamiseksi. Tästä syystä geologisten poikkileikkausten rakentaminen vaatii kaiken alueen geologisten ominaisuuksien tuntemuksen soveltamista, joka on tulkittu hetkellisen teoreettisen tiedon puitteissa.

Pinnan tiedot saadaan suoraan kentältä (kerrosten tai muiden rakenteiden suunta ja pudotus, kosketustyypit, stratigrafisten yksiköiden paksuus, niiden väliset sivusuhteet jne.) (Kuva 1) tai ne on erotettu olemassa olevasta geologinen kartta (geologinen muodostuma tai kartografinen yksikkö, kalliotyyppi, topografisen pinnan leikkauskulma, pistetiedot).

Kuvio 1: Geologiset poikkileikkaukset voidaan muodostaa suoraan ekstrapoloimalla pinnan havainnoista. Usein maiseman geologinen tulkinta antaa riittävästi tietoa geologisen poikkileikkauksen rakentamiseksi, erityisesti rotkoissa. Kuvassa on esitetty kalkkikiviosan maanpinnan ja pinnan pinnan sekä sen alapuolelle ja yläpuolelle tulevien kivien pidennys. Kattavuus on suhteellisen rajallinen.

Epäilemättä geologisen poikkileikkauksen laatu ja tarkkuus liittyvät suoraan hyvään geologisen kartografian pohjaan, jonka avulla voidaan päätellä kivien kolmiulotteinen järjestely, niiden väliset ajalliset suhteet ja geometrian sekä rakenteiden ikä jotka vaikuttavat heihin. Geologisen kartan avulla voimme tietää ja rajata alueet, joille on tunnusomaista saman tyyppinen rakenne, jota kutsutaan "rakennetyyliksi" (kuva 2).

Kuva 2: Nämä luvut esittävät kaavamaisesti yleisimmät "rakennetyylit". a) vaakatasossa tai hieman upotetuilla vuodevaatteilla, b) taitoksilla, c) normaaleilla, venytysvioilla, d) työntövoimilla, sopimusvirheillä, e) taittumisilla ja niihin liittyvällä pilkkoutumisella. Samalla alueella voidaan usein tunnistaa useita "rakennetyylejä", kuten esimerkiksi taittorakenteet kellarissa, joiden päälle tasaisen rakenteen sedimenttimateriaalit ovat päällekkäin ja joihin laajentumisviat vaikuttavat kokonaisuuteen (f).

Enimmäismäärä maanalaisia ​​tietoja on tarpeen mahdollisten tulkintojen rajoittamiseksi ja geologisten peruskäsitteiden järjestelmällisen soveltamiseksi. Pintatiedot saadaan suoraan porausytimien talteenotosta, joka suoritetaan tietyssä pisteessä (kuva 1), tai epäsuorasti geofysikaalisin menetelmin, jotka analysoivat kivien fysikaalisten ominaisuuksien jakautumista pinnalta mitattuna (kuva 3) tai kaivojen sisäpuolelta. Yleisimpiä ovat pystysuuntaiset sondilangat (VES), jotka rekisteröivät sähkönjohtavuuserot ja joita käytetään hyvin paljon pohjaveden etsinnässä.

Kuva 1: Jatkuvien porausydinten talteenotto antaa meille mahdollisuuden tietää omakohtaisesti kivisen maanalaisen yksikön rakenne ja paksuus.

Kuva 3: Geofysikaaliset tekniikat antavat tietoa maanalaisten kivien fysikaalisista ominaisuuksista. Kuvassa on seisminen profiili (a), jossa voidaan havaita niin sanottuja heijastimia: nämä ovat vastaus seismisiin aaltoihin heijastavien horisonttien kautta. Ne antavat samanlaisen kuvan kuin kliininen ultraääni. Seismisprofiilien pystysuuntainen asteikko viittaa aikaan, jonka seismiset aallot menevät pinnalla sijaitsevasta päästölähteestä niitä heijastavaan horisonttiin ja takaisin, jotta reseptori rekisteröi ne tämän vertikaalisen asteikon ajan, porrastettu millisekunteina on kaksisuuntainen matka-aika (TWT). Seismisten aaltojen pystysuoran asteikon muuttaminen TWT: ssä pystysuuntaiseksi mittakaavaksi metreinä on tiedettävä väliaineen tiheys, jonka läpi aallot liikkuvat, ja niiden nopeus. Näiden parametrien määrittämiseksi käytetään muita geofysikaalisia tekniikoita, yleensä taittomenetelmää tai gravimetriaa, jota tuetaan, jos mahdollista, porausdatalla. Viivapiirros (b) yksilöi heijastimet, jotka voidaan havaita seismisissä profiileissa, ja näyttää kivisten muodostumien sijoittumisen maanpintaan. Lopuksi muodostetaan tulkittu profiili (c).

Geologisten poikkileikkausten laatu ja toteutuskustannukset liittyvät läheisesti alueelliseen geologiseen tietoon, vaikka geologisen poikkileikkauksen rakentamisesta päätetään myös geologisen poikkileikkauksen rakentamisesta, kuten jo geologiselle kartografialle omistetussa osassa kommentoitiin.

Geologisen poikkileikkauksen rakentaminen vaatii sarjan vaiheita ja erityisten tekniikoiden soveltamista sen validointiin. Kiviaineksen tulkinnan asteen pienentämiseksi minimiin ja poikkileikkauksen luotettavuuden varmistamiseksi käytetään geometrisia tekniikoita, jotka mahdollistavat mahdollisimman suuren tietomäärän oikean integroinnin (kuva 4), koska on välttämätöntä välttää virheiden kasaantumista poikkileikkauksen rakentamisen eri vaiheissa, erityisesti alkuvaiheissa. Joten alueilla, joilla on yksinkertainen, tasainen rakenne, matalilla ja jatkuvilla kerrostumien pudotuksilla, tietojen ekstrapolointi on paljon laajempaa. Toisaalta alueilla, joilla on taitoksia, normaaleja vikoja tai työntövoimia, on tarpeen soveltaa joitain rajoituksia kullekin rakennetyypille tyypillisten geometristen mallien mukaisesti.

Kuva 4:Tietojen, sekä pinnan että pinnan, ekstrapolointia rajoittaa "rakenteellinen tyyli", kuvio havainnollistaa laajentuneiden (a) ja supistuvien (b) vikojen geometrisia malleja.

Pinta- ja maanalaisen datan projektio poikkileikkaustason yli on kriittinen vaihe geologisen poikkileikkauksen rakentamisen aikana. Tätä varten olisi määriteltävä kolmiulotteinen geometrinen malli, joka on sovitettu erilaisten pintojen suuntaukseen, koska tiedot voidaan projisoida vain poikkileikkaustasolle yhdensuuntaisesti rakenteiden kanssa.

Geologisen poikkileikkauksen pystysuoran mittakaavan tulisi aina olla sama kuin vaakasuora, jotta vältetään geologisten kappaleiden muodonmuutos. Geologisen kartan mukana olevissa poikkileikkauksissa on vielä tärkeämpää, että molemmat asteikot ovat samat tietojen vertailun ja integroinnin helpottamiseksi. On tapauksia, joissa geologisen kokoonpanon graafinen esitys kartoissa ja poikkileikkauksissa on hyvin samanlainen, esimerkiksi kun geologisten rakenteiden havaitaan olevan jyrkkiä. Joten minkä tahansa 45º: n kallistuneen kohteen geologisen poikkileikkauksen kuva, kuten uppoakselilla varustettu taite, on sama kuin vaakatason mukaisen poikkileikkauksen kuva ja hyvin samanlainen kuin sen kartografinen esitys.

Kun halutaan edustaa viimeaikaisten tai suhteellisen ohuiden kerrostumien poikkileikkausta, on välttämätöntä liioitella poikkileikkausten pystysuoraa mittakaavaa (kuva 5). Tätä esitysjärjestelmää käytetään lineaarisissa työprojekteissa (kuva 6), joissa kaikkia ihmisen luonnollisia tai rakentamia maanalaisia ​​esineitä on liioiteltu lukemisen helpottamiseksi.

Kuva 5: Alueilla, joilla on viimeaikaisia ​​esiintymiä, pleistoteenia ja holoseenia, niiden erityiset geologiset poikkileikkaukset rakennetaan liioitellulla pystysuoralla mittakaavalla. Tämä näyttää erityisesti Banyoles-järven travertiiniä ja karbonaattimuta (Katalonian geologinen kartta 1: 25.000).

Kuva 6:Geologinen osa maanalaisesta työstä kaupunkien maaperässä. Pystysuora asteikko ja siten kaikkien esineiden korkeus on pystysuunnassa liioiteltu.

Poikkileikkausten syvyys riippuu työskentelyasteesta, vyöhykkeen geologisista ominaisuuksista, poikkileikkauksen tavoitteista ja käytettävissä olevista tiedoista maanpinnalla. Siksi esimerkiksi yleisten geologisten karttojen mukana olevien ja pinnan tietoja käyttäen tehtyjen geologisten poikkileikkausten syvyys vaihtelee satojen tai tuhansien metrien välillä. Alueilla, joilla on tietoja hiilivetyjen etsintäkampanjoista, lähinnä poraus (kuva 7) ja heijastusmenetelmä (kuva 3), poikkileikkausten syvyys on jopa 6 tai 7 kilometriä.

Kuva 7:Öljynetsintäkaivojen sijaintikartta, maalla ja offshore-alustalla. Tutkimusten toimittamat tiedot ovat välttämättömiä geologisten poikkileikkausten rakentamiseksi.

Toisaalta rakenteellisesti monimutkaisilla alueilla, joihin vaikuttaa useita taittojärjestelmiä, kuten usein havaitaan Hercynian materiaaleissa, poikkileikkausten pystysuora ulottuvuus on yleensä paljon pienempi, koska tietojen ekstrapolointi syvyyteen on vaikeaa. Uusimpien materiaalien, kuten juoksevien kerrostumien, edustussyvyys ylittää harvoin muutamia kymmeniä metrejä (kuva 5).

Kun tieto maankuoren ja litosfäärin rakenteesta ja käyttäytymisestä etenee (kuva 8), yli 100 km syvyisten poikkileikkausten rakentaminen on tullut rutiiniksi maapallon tai litosfäärin mittakaavassa lisääntyvän saatavuuden vuoksi. syvät maanalaiset tiedot, kuten seisminen heijastus, magnetotelluric, gravimetria ja seisminen tomografia.

Kuva 8:Maan sisäinen rakenne ja rakenne tunnetaan tulkitsemalla geofysikaalisia tietoja. Klassinen jako viittaa erilaisten kerrosten koostumukseen: dynaaminen jako viittaa niiden mekaaniseen käyttäytymiseen. Yllä yksityiskohta maapallon uloimman osan rakenteesta (muokattu Kearey ja Vine, 1990).

Tasapainoiset poikkileikkaukset ja palautetut poikkileikkaukset

EYleisin tapa arvioida ja vahvistaa geologisen poikkileikkauksen alueelta, jolla on määritellyt rakenteelliset tyylit (taittorakenteet, venytysviat tai työntövoimat), on tarkistaa, mitä kutsutaan sen "retro-deformoituvuudeksi". Toisin sanoen muodonmuutoksen pitäisi olla mahdollista kumota, jotta pystytään tulkitsemaan, miten eri geologiset yksiköt järjestyivät ennen muodonmuutosta. Retro-deformoituvaa poikkileikkausta kutsutaan tasapainotetuksi poikkileikkaukseksi, jos poikkileikkaus tai poikkileikkaukset, jotka asteittain kumoavat muodonmuutoksen, ovat osittain tai kokonaan palautettuja poikkileikkauksia (kuva 9).

Kuva 9:Geologinen poikkileikkaus, tasapainoinen poikkileikkaus ja geologisesti palautettu poikkileikkaus epämuodostumattomaan tilaan. Nämä osoittavat kallioisten tilavuuksien tilanteen ja suhteen geologisen historiansa eri hetkinä ennen muodonmuutoksia ja heikentymistä.

Palautettu poikkileikkaus säilyttää kivien koheesion ennen muodonmuutosta ja sen jälkeen ilman päällekkäisyyksiä tai aukkoja kahden vaiheen välillä. Rakenteiden tulkinnan tasapainotetussa poikkileikkauksessa tulisi aina olla johdonmukaista alueella havaittujen rakenteiden kanssa, toisin sanoen rakenteellisen tyylin kanssa. Palautetun poikkileikkauksen ja muodonmuutoksen välisen vaiheen, kuten on tulkittu tällä hetkellä, tulisi olla elokuvallisesti ja mekaanisesti johdonmukainen. Tasapainoisten poikkileikkausten rakentamisen päätavoitteena on välttää geometristen virheiden syntymistä geologisten poikkileikkausten rakentamisen aikana. Tämä tekniikka mahdollistaa myös tektonisten rakenteiden muodostumiseen liittyvän lyhennyksen ja venytyksen arvojen laskemisen ja palinsipastisten rekonstruointien tekemisen, ts. Sellaiset, joissa geologiset materiaalit sijaitsevat sijainnissa, jossa ne olivat geologisen historian määrättyinä hetkinä .

Viime vuosina tietojenkäsittelytieteen kehitys on antanut meille mahdollisuuden kehittää geologisten mallien rakennusmenetelmiä suoraan kolmessa ulottuvuudessa. Lähitulevaisuudessa työ ja visualisointi kolmiulotteisessa laskennassa ovat rutiinia, ja kartat ja poikkileikkaukset muodostavat osan samaa todellisuutta eri näkökulmista katsottuna.