Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Earth Science

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

ביצוע חתך רוחב גיאולוגי
 
Click here for the English version

ביצוע חתך רוחב גיאולוגי

Overview

מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר

מפות גיאולוגיות נוצרו לראשונה ונוצלו באירופה, באמצע עד סוףהמאה ה -18. מאז, הם היו חלק חשוב מחקירות גיאולוגיות בכל רחבי העולם השואפות להבין את התפלגות הסלעים על פני כדור הארץ, בתת הקרקע, ואת השינוי שלהן לאורך זמן. מפה גיאולוגית מודרנית היא ייצוג עשיר בנתונים של סלעים ומבני סלע בתצוגת תוכנית דו-ממדית. הבסיס לרוב המפות הגיאולוגיות הוא מפה טופוגרפית, שעליה הוצבו וריאציות צבע כדי לייצג יחידות סלע ספציפיות. הגבולות בין יחידות הסלע נקראים אנשי קשר. בנוסף לקווי המגע, מפות גיאולוגיות מכילות סמלים המייצגים תכונות מפתח, כגון טבילה ושביתה של יחידות הסלע, קו נגדים וקווי סינכרון ועקבות של משטחי תקלה.

למרות שתצוגת המפה הדו-ממדית שימושית, אחת המשימות המרכזיות של גיאולוג היא להסיק את סוג הסלעים ואת הכיוון שלהם בתת-הקרקע. זה נעשה באמצעות כללים גיאולוגיים, הסקת מסקנות ותחזיות כלפי מטה מפני השטח. התוצאה היא חתך גיאולוגי, נוף שבעצם מספק תמונה מנותקת, בדומה ל see על קיר קניון או בחתך כביש.

פרוסה היפותטית זו לתוך האדמה, המספקת ממד שלישי (עומק), היא המפתח לשורה של יישומים גיאולוגיים. חתך משמש להערכת מודלים זמניים של היווצרות סלע לאורך זמן. במילים אחרות, המטרה היא ליצור מחדש רצף שלב אחר שלב שבו סלעים ומבנים הגיעו ראשונים, אחרונים, ובין לבין. הם משמשים גם כדי לקבוע מצבים ספציפיים של עיוות - אם סלעים עברו דחיסה, הרחבה, או לחצים אחרים.

חתך גיאולוגי מסייע בזיהוי אזורים של תנועת מי תהום, להעריך אתרים פוטנציאליים עבור מרבצי מינרלים כלכליים ולאתר מאגרי נפט וגז.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

קפלים הם עדות לעיוות פלסטיק - הם נוצרים בדרך כלל כתוצאה משיעורי זן נמוכים, לחצים גבוהים וטמפרטורה גבוהה. לעומת זאת, תקלות מעידות על עיוות שביר - הן נובעות בדרך כלל משיעורי מתח גבוהים, לחצים נמוכים וטמפרטורות נמוכות יותר.

עיוות מסוג Fold-type שמייצר שכבות מעוותות(כלומר מקבילות לקערה הפוכה) מכונה תעלולים או אנטיפורמים; וקפלים אלה הכוללים שכבות מעוותות כלפי מטה הם סינכרוניקים או סינפורמים. במקרים רבים, אזור שעבר קיפול יציג סטים מרובים של סינקווים ותעלולים, כמו קמטים על שטיח.

בשני סוגי הקיפול (סינכרוניקים וקווים נגדיים) השכבות טובלות בכיוונים מנוגדים, לכיוון או הרחק, ממה שמכונה ציר הקיפול. לדוגמה, עם קו נגדה, השכבות טובלות למטה והרחק מציר הקיפול, בדומה שלבקת חוגרת על גג טובלת הרחק מקו הרכס. כיוון המצפן של ציר הקיפול מכונה כיוון ה"שביתה" של הקיפול.

השלב הראשון בבניית מפה גיאולוגית הוא לקחת מפה טופוגרפית ולאחר מכן לקוד צבע את האזורים המכילים סוגי סלע שונים. בין כל יחידת סלע יש קו שנקרא "מגע" בין יחידות הניתנות לזיהוי. בתוך כל סוג סלע (ולפעמים על המגע עצמו) מקבלים סמלי טבילה / שביתה כדי להראות את כיוון היציאה של פני השטח של שכבות הסלע. (הערה: שביתה וטבילה מוגדרים בסרטון קודם הכולל שימוש במצפן ברנטון. בקצרה, טבילה היא פשוט הזווית ששכבות הסלע עושות עם מישור אופקי, ופגיעה היא כיוון המצפן אזימוטי התוצאה של הקו המייצג את הצומת של יחידת הסלע עם מישור אופקי.) זוהי אקסטרפולציה של מטבלים אלה ופגיעות לתוך תת הקרקע - דרך השימוש של חתך גיאולוגי - שניתן להשתמש בו כדי לעזור להסיק את סוג מבנה הקיפול הקיימים. לדוגמה, מיטות השקועות הרחק מציר מרכזי מעידות על תעלולים, ואילו מיטות הטבולות לכיוון ציר מרכזי מעידות על סינכרון. לאחר זיהוי המבנה, המפה תסומן בסימבולוגיה המציינת את סוג הקיפול המסוים הקיימים ואת התקיפה של ציר הקיפול.

ראוי לציין כי גיאולוגים יכולים לעתים קרובות להסיק מבנים אלה רק על ידי התבוננות במפה הגיאולוגית של תצוגת התוכנית, אך תצוגת החתך מספקת נקודת מבט חזותית תלת-ממדית המשפרת מאוד את היכולת להעריך מבני קיפול ותקלות, ולאתר אותם בדיוק רב.

אחד השימושים העיקריים בחתך הגיאולוגי הוא לשחזר קפלים ותקלות שהם מעט מסתוריים, כתוצאה מהשחיקה בהסרת תכונות פני השטח שלהם. קו נגד לא צריך להיות גבעה (עיוות של חומר אדמה) וקו סנכרון לא צריך להתבטא כעמק (עיוות למטה של חומר כדור הארץ). טופוגרפיה פני השטח של כדור הארץ לא תמיד מרמזת על סוג מסוים של מבנה קיפול או תקלה בעומק.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here
  1. זהה שתי נקודות שמגדירות פרופיל חתך, למשל A-A'. נקודות אלה נבחרות כך שהקו ביניהן מאונך בערך לכיווני השביתה של יחידות הסלע המתערבות.
  2. פרופיל טופוגרפי מצויר בין שתי הנקודות, A-A'. הוראות הגעה ליצירת פרופיל טופוגרפי מסופקות בסרטון אחר.
  3. קח רצועה של נייר וליישר אותו לאורך הקו, בזהירות סימון המגעים בין יחידות הסלע השונות.
  4. העבר את אנשי הקשר לפרופיל הטופוגרפי.
  5. בכל מגע, הטבילה של השכבות הסמוכות משמשת להקרנת גבול זה לתוך תת הקרקע. כל עוד לפרופיל הטופוגרפי אין הגזמה אנכית, ניתן להשתמש ישירות במטבלים מהמפה. לדוגמה, אם הטבילה בגבול אבן גיר/אבן חול (מגע) היא 20°, ניתן לצייר את המגע הזה כהרחבה אל תת-הקרקע בזווית של 20°.
  6. השתמש בהקרנה זו ובידע של הגיאולוגיה המקומית כדי להסיק את הקפלים או הפגמים בתת הקרקע. לדוגמה, שכבות סלע הטבולות הרחק מהציר המרכזי (שוב, כמו שלבקת חוגרת על גג פסגות) עשויות להצביע על נוכחות של קו נגדי או אנטיפורמה. בנוסף, אם שכבות הסלע לאורך הציר המרכזי ישנות יותר מאלה שנמצאות ברציפות רחוק יותר מהציר, זהו אישור נוסף למבנה נגדי.
  7. הרחבת שכבות הסלע לאזור הקרקע הנ"ל באמצעות קווים מנוקדים; זה מראה את הנוכחות הסיק של סלעים לפני הסחף.
    כפי שנדון בסעיף עקרונות, הקווים המנוקדים מעל פני השטח הם למעשה ייצוג של מבנה גיאולוגי שהיה קיים בעבר, אך הוסר על ידי סחף.

חתך גיאולוגי יכול להעריך מודלים זמניים של היווצרות סלעים לאורך זמן.

באמצעות מפות גיאולוגיות, ניתן ליצור חתך שחוזה את שכבות תת-פני השטח של הסלעים, ולהעריך את צורת הסלע מעל פני הקרקע לפני הסחף.

החתך המתקבל הוא תמונה מנותקת בדומה לאלה שנראו בקירות הקניון או חתכי כביש. בעוד גיאולוגים עשויים להיות מסוגלים להסיק תכונות כאלה ממפה גיאולוגית לתצוגת תוכנית, התוספת של חתך מספק ממד שלישי של מידע שיכול לשפר מאוד את היכולת להעריך קפלים ותקלות.

וידאו זה ימחיש את תהליך יצירת חתך הרוחב הגיאולוגי, ויבליט חלק מהשימושים הנרחבים בכלי גיאולוגי זה.

השלב הראשון ביצירת מפה גיאולוגית הוא לקחת מפה טופוגרפית ולקוד צבע זה את האזורים המכילים סוגי סלעים שונים. בתחום, גיאולוגים מתבוננים בתכונות מינרלוגיות וטקסטואליות, המשמשות לזיהוי סוגי סלעים ויחידות סלעים נפרדים. הקווים בין כל קטע יחידת סלע הם אנשי הקשר. בתוך כל סוג סלע יתווספו נתוני שביתה וטבילה כדי להמחיש את כיוון היציאה של פני השטח של שכבות הסלע.

נתוני שביתה וטבילה אלה מצביעים על עיוותים מסוג קיפול היוצרים שכבות מעוותות, הדומה לקערה הפוכה, המכונה תעלולים. הקפלים הכוללים שכבות מעוותות הם קווי סנכרון. לעומת זאת, תקלות הן תוצאה של עיוות שביר, לפיו סלעים נשברים במקום להתכופף לאורך משטח-של-קרע ברור. המשטח הזה הוא "מטוס השבר".

יחד, סוג סלע, מיקום וכיוון, משמשים ליצירת חתך גיאולוגי. השלב הראשון הוא ליצור פרופיל טופוגרפי, המציג את הגובה ותיאור של אזור היעד. הנתונים הגיאולוגיים מתווספים לאחר מכן לפרופיל זה. כעת ניתן להשתמש בחתך רוחב זה כדי להסיק את המבנה התת-קרקעי. לדוגמה, מיטות השקועות הרחק מציר מרכזי מעידות על תעלולים, ואילו מיטות שטובלות לכיוון מצביעות על קווי סינכרון.

יתר על כן, חתך גיאולוגי משמשים לשחזור קפלים ותקלות שעשויים להיות מסתוריים, בשל ההשפעות של סחף על תכונות פני השטח. זה מושג על ידי אקסטרפולציות של נתוני פני השטח והתת-קרקעי הקיימים כלפי מעלה מעל המישור הקיים.

כעת, כאשר אנו מכירים את העקרונות העומדים מאחורי בניית חתך גיאולוגי, בואו נסתכל על האופן שבו זה מתבצע על מפת דוגמה.

כדי לבנות חתך גיאולוגי, תחילה קח מפה גיאולוגית של אזור סקר היעד. התחל בבחירת שתי נקודות המגדירות פרופיל חתך רוחב של עניין. תייג נקודות אלה כ- A ו- A'. אלה צריכים להיבחר כך קו ביניהם יהיה מאונך ככיווני השביתה של יחידות הסלע מתערב. חבר נקודות אלה וצור פרופיל טופוגרפי, ללא הגזמה אנכית, בהתבסס על קווי המתאר המצטלבים בין הקו. לאחר מכן, קח רצועת נייר ויישר אותה לאורך קו A-A, וסמן בזהירות את המגעים בין יחידות הסלע השונות.

בכל איש קשר, מידע הטבילה של השכבות הסמוכות משמש להקרנת הגבול אל תת הקרקע. שים לב כי בהקרנה אל תת הקרקע, אנו משתמשים בטבילה ממוצעת על פני הקיפול. זה שומר על עובי מיטה קבוע בהקרנה.

בעזרת מד זווית, מודדים את זווית הטבילה לפי המפה המקורית, ומרחיבים את שכבות הסלע בקווים ישרים מתחת לפני השטח. הקרנת מידע זה בכל נקודת מגע תעניק מבט חוצה חתך מחוספס של שכבות הסלע מתחת לפני השטח. לאחר מכן, חפש דפוסים בתחזיות הסלע שעשויות להצביע על קפלים מאותו סוג של שכבות סלע. אם נראה כי קווי השכבות החזויים הללו נפגשים, הדבר מצביע על קיפול של אותו מצע, ויש לצרף אותם להקרנה חלקה המבוססת על סדרי הגודל הניתנים על פני השטח.

לבסוף, להרחיב את שכבות הסלעים לתוך אזור הקרקע מעל. זה מראה את הנוכחות הסיק של סלעים ומבנה גיאולוגי לפני הסחף.

המפה המשמשת להדגמה זו מציגה חלק של מייסוןוויל, קולורדו, מרובע 7.5 דקות, מפת גיאולוגית USGS. שכבות הסלע והמגעים הועברו לפרופיל הגיאולוגי, והתחזיות נעשו לתוך תת הקרקע ופני השטח. במקרה של אחת היחידות, קבוצת דקוטה, המסומנת KD ומודגשת בירוק, אנו רואים את השכבות טובלות בצד אחד של מה שמכונה קו נגד, מזרחה, ומערב בצד הנגדי. בסך הכל, התחזיות מציעות שילוב של קו סינכרון נגדים, ופסגת הקו נגדי נרשמת במפה המקורית עצמה כקו מקווקו, כאשר שוקת (מבוטאת "trof") של קו הסינקן המצוינת במערב על-ידי קו מקווקו אחר. שילוב זה גורם לסט מקושת של תצורות סלע, ומבנה קידה, המיוצר על ידי לחצים דחיסתיים בעבר על שכבות הסלע. קבוצת דקוטה, העוקבת אחר תבנית זו של סינקליין אנטיקלין, היא יחידה בעלת חשיבות שכן היא מייצגת אבן חול, שתכיל מים או נפט, אשר עשויים לעניין כרייה.

חתך גיאולוגי הם כלים שימושיים עבור מספר סוגים של חקירה גיאולוגית. חלק מהיישומים האלה נחקרים כאן.

ניתוח רצפים של תצהיר, חדירה, עיוות או שחיקה לאורך זמן יכול ליידע לא רק את הממדים המרחביים של הסלע, אלא גם את הממד הזמני. באמצעות מידע זה, ניתן גם לדמות ולצפות שינויים עתידיים במבנה כדור הארץ, כגון שחיקה של חומרים רכים יותר, משאיר סלע קשה חשוף.

מרבצי המינרלים החשובים ביותר מבחינה כלכלית; כולל זהב, כסף, נחושת מוליבדן; קשורים לסלעים מציתים. אם סלעים כאלה נמצאים על פני השטח במהלך סקר גיאולוגי, וניתן להעריך את מגעי פני השטח שלהם, ניתן להשתמש בחתך גיאולוגי כדי להסיק היכן ניתן למצוא עפרות אפשריות בתת הקרקע.

חתך גיאולוגי הוא המפתח להערכת זרימת הנוזלים בתת הקרקע. הבנת הכיוון של שכבות משפרות זרימה, או אקוויפרים, לעומת זרימה המונעת שכבות, או אקווילודות, מאפשרת לגיאולוגים לחזות את תנועת מי התהום, ופוטנציאל לקבוע אזורים מתאימים לקידוח בארות. באופן כללי, סוגי סלעים המכילים שטח נקבוביות ניכר, כמו אבן חול, יהיו אקוויפרים, ואלה עם מבנה צפוף יותר ומרחב נקבוביות קטן, כמו צפחה, ישמשו אקוויקלודות. באופן מכריע, מידע זה מאפשר גם ניתוח של תנועה מזהמת מימית, ופיתוח אסטרטגיות הקלה אפשריות באירועים כאלה.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לחתך גיאולוגי. כעת עליך להבין כיצד ליצור פרופיל גיאולוגי ממפה גיאולוגית, ואת השימושים והיישומים של חתך גיאולוגי זה.

תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

להדגמה זו, חלק מאגם קרטר, קולורדו, USGS 7.5 דקות מרובע מפה שימש. משמעות ההסמכה היא ש-7.5 דקות של קו אורך ו-7.5 דקות של קו רוחב מגדירים את גבולות E-W ו-N-S במפה. בצד המזרחי של קו החתך A-A, שכבות הסלע טובלות ממערב; לעומת זאת, בצד המערבי, השכבות טובלות מזרחה. ניתן להסיק כי שכבות אלה נפגשות בתת הקרקע כדי ליצור מבנה מתקפל בצורת קערה, המכונה syncline. בסופו של דבר, כל הקפלים (בין אם עיוותים כלפי מטה, כגון קווי סינכרון או עיוותים למעלה, כגון קו נגדים) הם תוצר של עיוות בסגנון דחיסה. כאשר סלעים נסחטו, הם מראים תכונות עיוות פלסטיק (קיפול), במיוחד אם עיוות התרחש במהירות יחסית, עם לחצים גבוהים וטמפרטורה גבוהה בקרום העליון של כדור הארץ. לעומת זאת, יישום מהיר של מתח, לחץ נמוך confining, וטמפרטורות נמוכות נוטים יותר לייצר עיוות שביר, המכונה תקלה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

חתך רוחבי מספקים אמצעי לנתח ולהעריך את הכיוון התת-קרקעי של יחידות סלע. גיאולוגים משתמשים בכללי ההיכרויות היחסיים של חיתוך צולב וסופרפוזיציה כדי לקבוע את תזמון התצהיר והעיוות. לדוגמה, כאשר שכבה אחת יושבת מעל שכבה אחרת, ניתן להסיק שהשכבה העליונה ככל הנראה צעירה יותר מהשכבה שמתחת. יתר על כן, אם תקלה חותכת על פני יחידת סלע מסוימת, אז התקלה היא ככל הנראה צעירה יותר מיחידת הסלע שהיא מקזזת.

כמה יישומים ספציפיים כוללים את קביעת ההיסטוריה הגיאולוגית, ניתוח זרימת מי התהום, מרבצי מינרלים ומאגרי נפט וגז. טכניקות היכרויות יחסיות מאפשרות הערכה של רצף של אירועים גיאולוגיים, כולל תצהיר, חדירה, עיוות (קפלים ותקלות). גיאולוגים מבקשים להבין את כדור הארץ לא רק בשלושת הממדים המרחביים, אלא גם בהקשר של ממד זמני - הרעיון הוא לשחזר את השינוי הגיאולוגי לאורך זמן.

חתך רוחבי הם מפתח להערכת זרימת הנוזלים בתת הקרקע. הבנת הכיוון של שכבות משפרות זרימה (אקוויפרים) לעומת שכבות מונעות זרימה (אקווילודות) היא המפתח להערכת התנועה של מי תהום. זה גם מספק יישום לקביעת היכן הטוב ביותר לקדוח בארות. זה מאפשר ניתוח של תנועה מזהמת מימית ואסטרטגיות הקלה אפשריות. באופן כללי, סוגי סלעים המכילים שטח נקבוביות ניכר(למשל אבן חול או סלעים מציתים /מטמורפיים סדוקים מאוד) יהיו אקוויפרים. לעומת זאת, סוגי סלעים המכילים שטח נקבוביות מוגבל (או נקבוביות חסרות קישוריות) יהיו סבירות יותר להיות אקווילודות.

רוב מרבצי המינרלים הכלכליים(למשל,Au, Ag, Cu, Mo וכו ') קשורים לסלעים מציתים. אם סלעים מציתים מנוכרים על פני השטח, וניתן להעריך את מגעי פני השטח שלהם, ניתן לקבוע היכן ניתן למצוא עפרות אפשריות בתת הקרקע. רוב מאגרי הנפט והגז קשורים לסלעי מכשך, מכיוון שמדובר בסוגי הסלעים המכילים מקורות פחמימנים (אורגניים רקובים, יבשתיים וימיים כאחד). כאן, ניתוח חתך רוחב הוא קריטי לחלוטין כדי לקבוע היכן מלכודות קיפול או תקלה צפויות להתקיים, ואם הם מכילים משאבי נפט. לדוגמה, עיוותים למעלה (תעלולים) הם מיקום קלאסי לקידוחי נפט וגז. הסיבה לכך היא פחמימנים ניידים נוטים לזרום כלפי מעלה, בתוך שכבות חדיר, עד שהם מגיעים לשיא (או ציר) של קו נגד. אם השכבה החודרת מכוסה בשכבה בלתי חדיר, אז מאגר פחמימנים מצטבר ובריכות בשיא הקיפול.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter