Определение пространственной ориентации слоев горных пород с помощью компаса Брантона

Determining Spatial Orientation of Rock Layers with the Brunton Compass

JoVE Science Education
Earth Science

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Science Education Earth Science

Determining Spatial Orientation of Rock Layers with the Brunton Compass

3.5: Physical Properties Of Minerals II: Polymineralic Analysis

26,349 Views

•

05:36 min

•

February 27, 2015

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Overview

Источник: Лаборатория Алана Лестера – Университет Колорадо в Боулдере

Большинство горных пород имеют ту или иную форму плоских поверхностей или линейных особенностей. Примеры включают залегающие поверхности, поверхности разломов, трещин и стыков, а также различные формы расслоения и выравнивания минералов. Пространственная ориентация этих объектов формирует критически важные исходные данные, используемые для ограничения моделей, учитывающих происхождение и последующую деформацию горных пород.

Несмотря на то, что прошло уже более 100 лет с момента его изобретения и внедрения, компас Брантона (Рисунок 1) остается центральным инструментом в арсенале современного геологического полевого оборудования. Он по-прежнему является основным инструментом, используемым для получения полевых данных о геометрической ориентации плоских поверхностей горных пород или линейных объектов горных пород. Эти измерения ориентации называются простиранием и падением и предоставляют фундаментальные данные для составления геологических карт. Кроме того, компас Брантона также может функционировать как традиционный компас для упражнений по определению местоположения и триангуляции. Наконец, он также может служить карманным транзитом для измерения угловых высот.

Рисунок 1. Компас Брантона.

Principles

Большинство слоев горных пород (либо осадочные слои, либо магматические слои, либо метаморфические полосы/слоистость) могут быть описаны как плоская поверхность в пространстве. Таким образом, поверхность имеет угловое отклонение от горизонтали в диапазоне от 0° до 90°. Это угловое отклонение известно как «провал» (рис. 2). Все поверхности горных пород с углом наклона более 0° имеют линейное пересечение с воображаемой горизонтальной плоскостью, а направление этого линейного пересечения по всему компасу (линия, образованная пересечением слоя породы и горизонтальной плоскости) называется «страйком» (Рисунок 3).

Чтобы определить удар и падение поверхности породы, компас Брантона должен быть правильно подготовлен, а затем выровнен по оцениваемой поверхности.

Рисунок 2. Наклон или отклонение от горизонтали геологического объекта.

Рисунок 3. Простирание, или отклонение от севера, геологической особенности.

Procedure

1. Подготовка

Проверьте свободное движение иглы. Убедитесь, что игла беспрепятственно удерживается в горизонтальной плоскости. Некоторые компасы имеют ограничительные кнопки, которые удерживают стрелку на месте, и если они есть, убедитесь, что нажатие на ограничитель не перемещает стрелку.
Проверьте центрирование и непрерывность «пузыря бычьего глаза». Этот пузырь является одним из двух выравнивающих пузырей и используется для определения горизонтальности компаса. Другой пузырь используется для измерения наклона.
Проверьте правильность настройки магнитного склонения. Поскольку магнитные и географические полюса Земли не совпадают, для точной оценки направления компаса (относительно истинного севера) контакт склонения должен быть установлен на правильное магнитное склонение для места использования.

2. Установите подходящую репрезентативную поверхность для измерения

В полевых условиях геолог должен установить подходящие репрезентативные поверхности для измерения. Идея состоит в том, чтобы приблизительно определить общую ориентацию оцениваемого объекта (залегание, сочленение, слоистость и т.д.) в этом конкретном месте. Один из самых простых способов сделать это — поместить блокнот или планшет на камень в этой средней и репрезентативной ориентации.
В лабораторной демонстрации в качестве репрезентативной поверхности может быть использована любая плоская поверхность (доска/модель на столе или архитектурный элемент здания).

3. Установите компас на поверхность

Затем нижний край компаса Брантона устанавливается на поверхность таким образом, чтобы весь край находился на одном уровне с поверхностью.

4. Центрируйте “пузырь бычьего глаза”

Не отрывая ни одной части этого края от поверхности (распространенная ошибка), компас Брантона вращается до тех пор, пока «пузырь бычьего глаза» не будет отцентрирован.

5. Прочитайте ориентацию по азимуту, или Измерьте удар

Центрируя пузырь бычьего глаза, компас Брантона выравнивается в горизонтальной плоскости, и это позволяет считывать азимтальную ориентацию линии, образованной пересечением поверхности скалы и горизонтали — т.е. определение «страйка».
Примечание: Условно простирание измеряется в северном квадранте. Например, направление S30°E (30° к востоку от строго на юг) будет указано как N30W.

6. Измерьте Dip

Последним этапом является измерение погружения. Оно измеряется перпендикулярно направлению удара и определяется как угловое отклонение поверхности от горизонтали. Например, почти вертикально ориентированный слой породы может иметь магнитуду погружения 85SE, что указывает на то, что поверхность опускается на 85° от горизонтали в юго-восточном направлении.
Примечание: Направление падения указывается в общем смысле (NE, SE, SW, NW), потому что его точное направление всегда находится под углом 90° от простирания.

Роль геологии заключается в понимании Земли в четырех измерениях: пространственном и временном.

Компас Брантона, несмотря на свою более чем 100-летнюю историю, по-прежнему является основным инструментом для получения геологических полевых данных. Компас состоит из нескольких ключевых компонентов, включая прицельный рычаг, магнитную стрелку, клинометр, указательный штифт, а также уровни пузырьков и клинометров. Компас используется для сбора полевых данных о геометрической ориентации плоских поверхностей горных пород, известных как простирание и падение. Эта информация является фундаментальными данными для создания геологических карт.

В этом видео будет продемонстрирован правильный способ измерения удара и падения с помощью компаса Брантона.

Большинство горных пород демонстрируют ту или иную форму плоской поверхностной структуры, такую как залегание. Слои горных пород можно описать как плоскую поверхность в космосе. Любое угловое отклонение по горизонтали известно как «провал». Падение выражается в градусах в диапазоне от 0 до 90. За значением следует общее направление погружения.

Помимо отклонения от горизонтали, геологи также измеряют отклонение поверхности породы от севера, или «простирание». Простирание можно визуализировать как линейное пересечение горизонтальной плоскости и исследуемой поверхности. Сообщается об ударах в градусах с севера.

Теперь, когда вы понимаете принципы, лежащие в основе удара и падения, давайте посмотрим, как он измеряется в полевых условиях.

Прежде чем проводить измерения с помощью компаса, необходимо проверить функциональность компонентов.

Во-первых, игла должна быть беспрепятственной при удержании в горизонтальной плоскости. Во-вторых, убедитесь, что подъемный штифт фиксирует иглу на месте при нажатии.

В-третьих, убедитесь, что уровень «бычьего глаза» может быть центрирован плавно, непрерывно. Пузырь используется для определения горизонтальности компаса.

Наконец, в то время как географический Северный полюс является статичным местоположением, магнитный северный полюс перемещается со временем. Из-за этого для коррекции разницы используется штифт склонения. Найдите склонение на местной топографической карте и установите установочный винт на соответствующее значение.

Поскольку естественные поверхности по своей природе шероховатые, необходимо создать репрезентативную плоскую поверхность. Одним из способов создания поверхности является размещение блокнота или планшета на камне в репрезентативной ориентации.

Приложите компас к поверхности. Вращайте компас до тех пор, пока пузырь не окажется по центру на уровне бычьего глаза.

Когда яблочко выровнено, компас теперь выровнен в горизонтальной плоскости. Удар обозначается стрелкой компаса. Значение на обоих концах иглы является правильным, но по соглашению используется значение, расположенное ближе к северу.

Падение измеряется перпендикулярно простиранию. Установите компас на бок, выровняв его по склону вниз. Отрегулируйте инклинометр до тех пор, пока пузырь не выровняется. Величина падения указывается по показаниям инклинометра. Кроме того, обозначается общее направление падения.

Процесс сбора значений простирания и падения продолжается для всех интересующих единиц породы.

При проведении измерений важно практиковать хорошую технику и убедиться, что компас работает правильно. Это обеспечит хорошую точность данных.

Точность данных зависит от однородности естественной поверхности. Проведение нескольких измерений одной и той же поверхности может повысить точность.

После того, как значения простирания и падения были правильно записаны в поле, они объединяются в геологические карты. На этих картах показаны границы между горными породами, а данные простирания и падения дают пространственную ориентацию каждой породы.

Данные простирания и падения являются отправной точкой для понимания более сложных геологических структур.

После создания геологических карт можно сгенерировать геологические сечения. Информация на геологической карте экстраполируется для определения структуры горных пород под поверхностью. В свою очередь, это может дать информацию о физической эволюции местности.

Еще одним применением данных простирания и падения является идентификация антиклиналей. Антиклинали – это восходящие складки в пластах горных пород, вызванные сжимающими напряжениями. Когда один из пластов антиклинали непроницаем, под ним задерживаются плавучие газ и нефть. Буровые компании могут использовать эту информацию для определения местоположения буровых площадок.

Вы только что посмотрели представление компанией JoVE компаса Брантона. Теперь вы должны понять настройку компаса, правильное использование и то, как измерять удар и падение. Спасибо за просмотр!

Results

Набор данных простирания и падения для слоя породы без погружения имеет диапазон значений. Точность одного измерения, конечно, связана с механическими ошибками компаса и опытом пользователя компаса. Точность окончательного анализа зависит от однородности естественной поверхности (многие номинально «плоские» слои горных пород имеют некоторую степень присущих им волнистостей поверхности) и количества проведенных измерений.

Данные простирания и падения первоначально записываются в полевые журналы, а затем переводятся в табличную форму и, в конечном итоге, на геологические карты (Рисунок 4). Все геологические карты показывают границы между горными породами, а данные простирания и падения (символы столбцов и палочек) обеспечивают трехмерную составляющую, описывающую пространственную ориентацию каждой единицы породы.

Простирание и провал пласта, наиболее распространенный вид данных об ориентации породы, отображается в определенном месте символами, подобными приведенным ниже.

Помимо простирания и падения пласта, существует много других видов плоских и/или линейных пород, которые имеют простирание и падение, и некоторые из них показаны на рисунке 5.

Рисунок 4. Простирание и провал подстилки на карте. Простирание и провал пласта, наиболее распространенный вид данных об ориентации породы, отображается в определенном месте символами, подобными приведенным ниже.

Рисунок 5. Ключ карты удара и падения. Ключ к карте для плоских и/или скальных объектов, демонстрирующих простирание и падение.

Applications and Summary

Geologists strive to understand the earth in four-dimensions. The goal is to interpret the structure of rocks on the surface, in the subsurface, and through time. Strike and dip information generated by the Brunton Compass is the starting point with which geologists make geologic maps, and then those maps can be used to make cross sectional diagrams, showing the structures in the subsurface (Figure 6).

Understanding rock structures in the three spatial dimensions and also through time provides a window on the physical evolution of our planet. In addition, this kind of knowledge is central to many industrial and economic applications. One example is the identification of rock up-warps, where layers have been bent in domes or fold structures called anticlines— and it is at the apex of these structures that oil and gas often collect.

Figure 6. Geologic cross section. Geologic cross sections are representations of underground geology. The line (D-D’) on the map is the line along which the cross section was drawn. Anticlines, synclines, and faults can be seen in cross sections.

Transcript

Роль геологии заключается в понимании Земли в четырех измерениях: пространственном и временном.

Компас Брантона, несмотря на свою более чем 100-летнюю историю, по-прежнему является основным инструментом для получения геологических полевых данных. Компас состоит из нескольких ключевых компонентов, включая прицельный рычаг, магнитную стрелку, клинометр, указательный штифт, а также уровни пузырьков и клинометров. Компас используется для сбора полевых данных о геометрической ориентации плоских поверхностей горных пород, известных как простирание и падение. Эта информация является фундаментальными данными для создания геологических карт.

В этом видео будет продемонстрирован правильный способ измерения удара и падения с помощью компаса Брантона.

Большинство горных пород демонстрируют ту или иную форму плоской поверхностной структуры, такую как залегание. Слои горных пород можно описать как плоскую поверхность в космосе. Любое угловое отклонение для горизонтали известно как «провал». Падение выражается в градусах в диапазоне от 0 до 90. За значением следует общее направление погружения.

Помимо отклонения от горизонтали, геологи также измеряют отклонение поверхности породы от севера, или «простирание». Простирание можно визуализировать как линейное пересечение горизонтальной плоскости и исследуемой поверхности. Сообщается об ударах в градусах с севера.

Теперь, когда вы понимаете принципы, лежащие в основе удара и падения, давайте посмотрим, как это измеряется в полевых условиях.

Прежде чем проводить измерения с помощью компаса, необходимо проверить функциональность компонентов.

Во-первых, игла должна быть беспрепятственной при удержании в горизонтальной плоскости. Во-вторых, убедитесь, что подъемный штифт фиксирует иглу на месте при нажатии.

В-третьих, убедитесь, что уровень «бычьего глаза» может быть центрирован плавно, непрерывно. Пузырь используется для определения горизонтальности компаса.

Наконец, в то время как географический Северный полюс является статичным местоположением, магнитный северный полюс перемещается со временем. Из-за этого для коррекции разницы используется штифт склонения. Найдите склонение на местной топографической карте и установите установочный винт на соответствующее значение.

Поскольку естественные поверхности по своей природе шероховатые, необходимо создать репрезентативную плоскую поверхность. Одним из способов создания поверхности является размещение блокнота или планшета на камне в репрезентативной ориентации.

Приложите компас к поверхности. Вращайте компас до тех пор, пока пузырь не окажется по центру на уровне бычьего глаза.

Когда яблочко выровнено, компас теперь выровнен в горизонтальной плоскости. Удар обозначается стрелкой компаса. Значение на обоих концах иглы является правильным, но по соглашению используется значение, расположенное ближе к северу.

Падение измеряется перпендикулярно простиранию. Установите компас на бок, выровняв его по склону вниз. Отрегулируйте инклинометр до тех пор, пока пузырь не выровняется. Величина падения указывается по показаниям инклинометра. Кроме того, обозначается общее направление падения.

Процесс сбора значений простирания и падения продолжается для всех интересующих единиц породы.

При проведении измерений важно практиковать хорошую технику и убедиться, что компас работает правильно. Это обеспечит хорошую точность данных.

Точность данных зависит от однородности естественной поверхности. Проведение нескольких измерений одной и той же поверхности может повысить точность.

После того, как значения простирания и падения были правильно записаны в поле, они объединяются в геологические карты. На этих картах показаны границы между горными породами, а данные простирания и падения дают пространственную ориентацию каждой породы.

Данные простирания и падения являются отправной точкой для понимания более сложных геологических структур.

После создания геологических карт можно сгенерировать геологические сечения. Информация на геологической карте экстраполируется для определения структуры горных пород под поверхностью. В свою очередь, это может дать информацию о физической эволюции местности.

Еще одним применением данных простирания и падения является идентификация антиклиналей. Антиклинали – это восходящие складки в пластах горных пород, вызванные сжимающими напряжениями. Когда один из пластов антиклинали непроницаем, под ним задерживаются плавучие газ и нефть. Буровые компании могут использовать эту информацию для определения местоположения буровых площадок.

Вы только что посмотрели представление компанией JoVE компаса Брантона. Теперь вы должны понять настройку компаса, правильное использование и то, как измерять удар и падение. Спасибо за просмотр!

Tags

Компас Брантона геология пространственная ориентация слои горных пород полевые данные удар и падение компоненты компаса геологические карты метод измерения плоская структура поверхности залегание угол падения угол простирания