Слайд 1Глава 4
Structural Geology Структурная геология
Слайд 2Structural Geology 4
Цели изучения: знать и уметь
Знать главные типы
структурных элементов з. к.
Определить характеристики структурных элементов
Описать
основные типы разломов и их соотношение с тектоникой
Описать типичную геометрию складок, образованных в главных тектонических условиях, знать их взаимоотношение с другими структурными элементами
Понимать важность трещин и трещиноватости и их влияние на движение жидкости в пласте
Описать системы трещин, ассоциирующих со складчатостью
Определять структурные элементы по керну и по каротажным данным (наклономер/микросканеры)
Определять структурные особенности по керну, по картам, по геологическим разрезам и сейсмическим профилям
Охарактеризовать и распознать обстановку, способствующую образованию экранирующих разломов
Слайд 3Структурная геология / Structural geology - раздел тектоники, изучающий формы
залегания и деформации геологических тел, закономерности их размещения и сочетания
в земной коре.
ПОЧЕМУ ВАЖНЫ ДЕФОРМАЦИИ ?
1. Все резервуары несут на себе следы деформаций;
2. Иногда трещины закладываются и видны с самого начала жизни резервуара;
3. Чаще они проявляются вторично;
4. Деформации исключительно важны для нефтяников;
Слайд 4Значимость структурной геологии для инженера-нефтяника
Structural Geology 4
Изучение деформирования горных пород
С
позиций формирования ловушек УВ
Влияние их на продуктивность резервуара
Задачи и инструменты
обычной и нефтяной структурной геологии разные
Свойства структурных элементов на поверхности и на глубине различны
Слайд 5Structural Geology 4
Важна при геологоразведочных работах
Определение механизма образования ловушек –
складки и разломы
Реконструкция истории развития – накопление осадков, влияние тектоники
и воздымание
Определение структурных элементов на сейсмических профилях, каротажных кривых и по керну
Важна и при разработке месторождений
Оценка влияния трещин на продуктивность
Определение свойств разломов – экранирующие, субсейсмические
Оценка свойств разломов – диаграммы смещения блоков, коэффициент размазывания глин вдоль разлома
Учет влияния стрессов
Слайд 6Отображение структурных элементов
Блок-диаграмма
Разрез
Карта
Structural Geology 4
а) block
diagram
b) cross-section
c) map
Слайд 7Элементы залегания пласта
Для описания положения плоскости в пространстве используют 2
термина: падение пласта (Dip) и простирание пласта (Strike), которые носят
название элементов пласта.
Слайд 8 Элементы залегания пласта
Structural Geology 4
Угол падения (Dip) –
угол отклонения «вниз» от горизонтали плоскости разло-ма; т.е. угол наклона
пласта.
Простирание (Strike) – направление линии пересече-ния пласта с горизонтальной плоскостью. Всегда составля-ет прямой угол с направлени-ем падения.
Правило левой руки (Left-Hand Rule)
Слайд 9Правило левой руки (Left-Hand Rule)
Слайд 11Structure ? Primary ore secondary ?
Слайд 12Три стадии деформации
Напряжение – измеримая внешняя сила, действующая на
твердое тело на единицу площади;
Деформация – изменение формы и
размеров тела под действием напряжения;
Слайд 13Деформация: изменение объема и формы тела под действием приложенной к
нему силы.
Типы деформаций:
Пластичные – складчатость
Хрупкие – разломы и трещины
Упругие
– изменение сечения скважины
Structural Geology 4
Слайд 14Причины деформаций в земной коре
Приводят к сжатию и утолщению
з.к.
Приводят к уменьшению мощности земной коры
Перемещают 2 блока коры
в разных направлениях
Слайд 15Деформации в земной коре
Взброс - Revers Fault
Сброс –
Normal
Fault
Сдвиг - Transform Fault
Складки – Folds
Зоны сдвига –
Слайд 16Разломы (Faults) – хрупкая деформация
Разлом – поверхность или зона трещин
в породе, вдоль которых происходит смещение пород амплитудой от неск.
см до неск. км.
Разломы отражают
локализацию деформации
в данном месте
Большинство разломов
не вертикальные
Structural Geology 4
Слайд 17Плоскость разлома делит массив горных пород на две части, на
два блока:
Для невертикальных разломов:
Лежачий блок (footwall),
лежащий под разломом;
Висячий
блок
(hangingwall) – лежащий
над разломом.
Слайд 19Типы разломов
по смещению вдоль плоскости разлома
1. Strike-slip Fault –
сдвиг со скольжением по простиранию. Разлом в результате которого наблюдается
смещение пород параллельно его простиранию. Normal Fault – сброс, скользящий по падению, висячий блок движется вниз. Revers Fault - взброс, перевернутый разлом, у которого висячий блок движется выше лежащего.
Structural Geology 4
Слайд 202. Normal Fault - нормальный субвертикальный сброс у которого висячее
крыло смещено вниз по отношению к лежачему. Угол падения сброса
обычно составляет 50 – 90 градусов. Син. Gravity fault, normal slip fault, slump fault.
Слайд 223. Reverse Fault – обратный разлом или надвиг (взброс). Разлом
с падением менее 45 градусов, в котором висячее крыло смещено
вверх относительно лежачего крыла и надвинуто на него. Характерной чертой надвига является преимущественное горизонтальное сжатие, а не вертикальное смещение. Син: Thrust Fault, Revers-slip Fault, Thrust-slip Fault, Thrust.
Reverse Fault. Death Valley, CA
Слайд 254. Strike-slip Fault – сдвиг, разлом со смещением по простиранию.
Смещение происходит практически параллельно его простиранию. Син: Strike-shift Fault. М.б.
левосторонний – Left-lateral и правосторон-ний – Right-lateral. Их называют поперечными или горизонтальными сбросами или сдвигами.
Aerial view of right-lateral fault.
Near Las Vegas, Nevada.
Notice that this photo shows both right- and left-lateral faults.
Слайд 26Направление смещения / Slip Direction
Слайд 27Structural Geology 4
Типы зон разломов
Types of Fault zones
Простая
Составная
Сдвиговая зона
Слайд 29Примеры типов зон деформаций
Трещины, характерные для верхних, хрупких зон
деформаций
Слайд 30Зона скалывания пород – Ductile shear zone
Слайд 32Горсты и грабены (Horsts and Grabens)
Structural Geology 4
Синтетический (synthetic) и
Антитетический (antithetic) разло-
мы - меньшие по размеру, оперяющие крупные разломы
Слайд 33Listric Fault - листрические разломы, имеющие ковшеобразную вогнутую кверху форму,
круто погружающиеся на мелких структур-ных уровнях и полого погружающиеся на
более глубоких уровнях.
надвиги (thrusts)
Надвиг, южные
предгорья Пиреней
Structural Geology 4
Слайд 34Схемы структурных режимов
А) Расширения;
Half graben – опуще-нный вниз блок,
но только одной сторо-ной. Приподнятая часть – ловушка для УВ
Б) Сжатия
Слайд 35Дать азимут простирания (strike) и угол падения (dip) сместителя
По наклону
сместителя: вертикальные (vertical) и невертикальные
пологие (shallow dip), средние (moderate
dip) и крутые (steep dip)
10-300 40-600 70-890
По направлению смещения: нормальный (normal) (сброс), обратный (reverse) (взброс), горизонтальный (strike-slip) (сдвиг) – левосторонний (left-lateral) или правосторонний (right-lateral)
По отношению к другим: согласный (synthetic) или несогласный (antithetic)
По отношению к парному: горст (horst) или грабен (graben), полуграбен (half graben)
По форме сместителя: листрический (listric) или нет
По тектонической обстановке: надвиг (thrust) или нет
По размерам: субсейсмический (subseismic)
Классификация (описание) разломов
Structural Geology 4
Слайд 36Structural Geology 4
Складка – искривление или изгиб плоскостного структурного элемента
(слоев г.п. или плоскостей напластования) в результате пластической деформации.
Два
главных типа складок: антиклинали (Anticline) с более древними породами в ядре (центр. части) складки и синклинали (Syncline) с более молодыми породами в ядре.
2.2. Складки (Folds) – пластическая деформация
and
Слайд 401. Crest line / Замок, ось антиклинали – линия, соединяющая
наиболее высокие точки складки. Син: Crest.
2. Trough Line /
Шарнир складки – линия, соединяющая самые низкие точки складки. Син: Trough.
3. Inflection Line / Линия перегиба – граница между выгнутой вверх и прогнутой вниз частями поверхности.
Геометрические элементы складчатой поверхности
4. Culmination / кульми-нация – высшая точка структурной формы. Син: Axis culmination, Apex.
5. Depression / низшая точка структуры.
Слайд 41Крыло и шарнир складки
Limbs and Hinges
Structural Geology 4
Шарнир (hinge)
– точка максимального искривления или изгиба складки. Син: Flexure.
Крыло (limb) – боковая часть складки, которая явля-ется общей для сопряженной пары складок. Син: Flank.
Одношарнирные Многошарнирные
Single-hinges Multi-hinges
Слайд 42Зона шарнира антиклинали / The Hinge Zone
Слайд 43Межкрыльевой угол / Interlimb Angle
Interlimb Angle – геометрическая характеристика формы
складок, параметр, который увязан с кажущейся сжатостью складки или угловатостью
ее шарниров.
Слайд 44Structural Geology 4
Классификация складок по углу между крыльями
Слайд 47Structural Geology 4
Амплитуда и ширина складок
Симметричные складки / Symmetrical Folds
– имеют крылья равной длины и вертикальную осевую плоскость.
Fold
amplitude – половина расстояния между изгибающи-мися поверхностями;
Median Surface – срединная поверхность, связывающая точки перегиба;
Wavelength – длина складки, рав-ная расстоянию между сопос-тавимыми точками перегиба.
Слайд 49Асимметричные складки / Asymmetrical Folds – имеют
крылья разной длины;
одно крыло падает круче другого, а
осевая плоскость наклонена.
Слайд 50Structural Geology 4
Осевая поверхность / Axial surface – осевая поверхность,
свя-зывающая оси перегиба всех слоев складки; в синклинали это мульдовая
поверхность (Trough surface); в антиклинали – гребневая поверхность (Crest surface). Син: Axial plane.
Поверхность перегибов / Inflection surface – поверхность, объе-диняющая все точки перегиба, определяющая область складок
Воображаемые поверхности, разделяющие смятую в складки толщу пород
Слайд 51Structural Geology 4
Погружающаяся складка / Plunging Fold – складка, имеющая
негоризонтальную ось; погружение шарнира складки, измеренное по отношению к горизонтальному
положению.
Линия погружения определяется по направлению погружения
Слайд 52Элементы залегания шарнира
Линия шарнира складки параллельна горизонтальной плоскости
Слайд 53Линия шарнира наклонена. Падение линии шарнира складки это угол между
линией шарнира и горизонтальной плоскостью.
Слайд 54Structural Geology 4
Параллельные Parallel
Подобные
Similar
Концентрические
Concentric
Схема классификации складок
Схема основана на
изменениях или постоянстве толщины слоев, смятых в складку.
Слайд 55Structural Geology 4
Классификация складок по положению изогон падения
Понятие изогоны
Классификация
Основана
на распределении линий равных наклонов (изогон). Изогона / Isogon –
линия, объединяющая точки на разных поверхностях имеющих одинаковый наклон.
Слайд 56Structural Geology 4
Классификация складок на основе падения осевой поверхности и
погружения оси
Существует набор терминов, обеспечивающий связь складок с ориентиров-кой скважин.
Термины основаны на сжатости складок (величина межкрылье-вого угла), их симметричности, погружении осевой поверхности, погружении шарнира складки.
Слайд 57Structural Geology 4
Классификация складок на основе падения осевой
поверхности и
погружения оси
Слайд 58Structural Geology 4
Соотношение длины и ширины складок
Купола и Мульды
1:1
Брахискладки 1:3
Нормальные
Складки
1:10
Слайд 59Structural Geology 4
Последовательность описания складки:
Симметричность
Угол между крыльями
Наклон осевой плоскости
Угол погружения
оси
Антиклиналь или синклиналь
Параллельная, подобная или концентрическая
По изогонам
По
соотношению осей
Слайд 60Structural Geology 4
Типы флексур (механизм формирования)
Флексура Flexura - от
лат. изгиб, тектоническая структура, образованная в результате изгиба слоев горных
пород.
Слайд 61Складкообразование и трещины
Structural Geology 4
Слайд 62Structural Geology 4
2.3. Взаимоотношение разломов и складок
Структуры сжатия с сочетанием
разломов и складок: частое явление в складчато-надвиговых поясах, сложенных крупномасштабными
асиммет-ричными складками, чьи опрокинутые крылья разбиты разломами.
Что было раньше ?
Слайд 63Structural Geology 4
Кинематические модели сжатия и ее основные элементы
Форма разломов,
угол лежачего блока,
угол висячего блока,
состояние мощности пласта в
складке,
постоянство смещения по разлому,
накопление синдеформационных осадков и
их вовлечение в процесс деформации
Факторы влияющие на построение кинематической модели:
Слайд 64Structural Geology 4
Перевернутая антиклиналь / Roll-over anticlines
Структуры растяжения
При деформации растяжения
ори-ентация большинства разломов направлена под высокими углами к напластованию. Условия:
вверху есть жесткий упор, в который упираются поднимающиеся плас-ты. Опускающаяся часть подвер-жена стрессовой деформации. Сила направлена по разлому, вдоль его плоскости под углом. Начинается изгиб, заворот и переворачивание складки.
Слайд 65Structural Geology 4
2.4. Трещины и кливаж Fractures and Joints
Реакция пород
на давление:
Отличие разломов и трещин
Слайд 66В структурной геологии термин «Cleavage» обозначает свойство или тенденцию породы
расщепляться вдоль вторичных трещин или вдоль других пространственно сближенных плоскостных
структур или текстур, образовавшихся в результате деформаций или метамор-физма. При этом для обозначения плоскости кливажа следует употреблять термин «Cleavage plane».
Слайд 67
Кливаж
Залив Дрейка, Осадочные породы ф-ции Дрейка залегают субгоризонтально, разбиты
субвертикальным кливажом, ориентированном субширотно, т.е. вдоль
простирания берега (прямое указание на
разлом (сброс).
Желтые обрывы сложены песчаником плиоценового
возраста которая обнажается в р-не гор Санта Круз к югу от Сан Франциско,
Слайд 68Трещины / Fractures - нарушения сплошности, по которым не происходит
смещения, параллельного данному нарушению. Трещи-ны могут быть открытыми кверху или
зияющими. Имеют в з.к. очень широкое распространение; это проявление хрупкой реакции вещества на приложенные силы растяжения, сжатия или изгиба.
Также трещины формируются при остывании даек, силлов, некков, потоков лавы.
Dominantly Type 2 fractures, terminating at bedding plane (mechanical unit boundary)
Network of highly connected fractures, important for fluid flow
Слайд 69Трещина, отдельность / Joints – поверхность реального или потенциального разрыва
или расчленения горной породы без сме-щения; обычно это плоская поверхность,
образующая вместе с такими же параллельными ей поверхностями систему трещин (Joint set).
Columnar jointing
Слайд 70Отдельность столбчатая / Columnar Joint - формируется под прямым
углом к остывающей поверхности.
От вулканического массива отделяется здесь своеобразная
"дорога в никуда". Сверху она выглядит, как мощеная шестигранной брусчаткой дамба, уходящая в море на 150 метров, а затем внезапно обрывающаяся. Вот только "булыжники" этой брусчатки немного великоваты: каждый метра полтора в поперечнике! Дамба возвышается над морем на шесть метров и состоит примерно из 40 000 базальтовых колонн. Она похожа на недостроенный мост через пролив, задуманный каким-то сказочным великаном, и носит название " Мостовая гигантов".
Характерное скопление базальтовых колонн, невероятно плотно прилегающих друг к другу и разделенных минимальным зазором. Геологи называют этот зазор "трещиной", а образование в целом - столбчатой отдельностью. Толщина колонны около 46 см, и более. Мостовая Гигантов - особенно яркий пример этого уникального явления.
Слайд 71Гигантское столбчатое образование базальтовой лавы - Девилс-Тауэр (башня дьявола), возникшее
50 миллионов лет назад. Его высота от подножия до вершины
264 м. Диаметр башни в основании - 300 м, а к вершине он уменьшается до 84 м. По индейскому преданию башня получила свое мистическое название из-за злого демона, бившего на вершине в барабан и порождающего гром.
Фото: архив национальных парков USA
Отдельность столбчатая в базальтах
Слайд 72Сланцеватость / Foliation – общее обозначение плоскостной ориентировки текстурных или
структурных признаков в любом типе пород. Термин используется для определения
плоскостных текстур горных пород, образованных планпараллельным расположением пластинчатых или листоватых минералов. Основными элементами текстуры являются уплощенные минеральные зерна. Это морфологический термин, обозначающий микроскопическую текстуру. Сланцеватость - одна из наиболее часто встречающихся текстур метаморфических горных пород.
В осадочных породах, cильно диагенетически преобразованных (алевролиты, филлиты), отмечается микро-сланцеватость - текстура, возникающая при перекристаллизации слюд при уплотнении породы. Это дотектонической текстурой (т.е. не связанная с региональными тектоническими деформациями), возникая в обстановке субвер-тикального сжатия под действием нагрузки вышележащих толщ.
Слайд 73Зеркало скольжения / Slickenside – отполированная и покрытая штрихами поверхность,
образующаяся благодаря трению вдоль плоскости разрыва.
Слайд 74geogenic slickenslides along fault face
( AGI: courtesy: Marli Miller )
Слайд 75Будинаж / Boudinage - структура разлинзования, про-являющаяся обычно в сериях
сильно деформированных осадочных и метаморфических пород, где слой (пласт) жесткой
породы, залегающий между более пластичны-ми (некомпетентными) слоями, подвержен сдавливанию, растяжению и разделению через правильные промежут-ки на отдельные блоки. Они напоминают тектони-ческие линзы – будины (boudin), имеют четковидную форму и вытянуты параллельно оси складки. Син: Sausage structure.
Слайд 76Будинаж. Дайки пород основного состава испытали хрупкие деформации с обособлением
блоковых будин, а мигматиты – пластические, с образованием межбудинных складок
Слайд 77Structural Geology 4
Группы и ассоциации трещин
Анализ трещиноватости:
Распределение, геометрия систем
и
ассоциаций трещин
Рельеф трещин
Последовательность образования
Положение трещин относительно других структур
Трещины и кливаж
Слайд 78Стилолиты / Stylolites - сильно извилистые, часто зазубренные зоны раст-ворения
в карбонатных породах, выполненные глинисто-углистым, реже рудным, веществом. Стилолиты (стилолитовые
швы) формируются параллельно слоис-тости при постдиагенетическом уплотнении карбонатных пород. При складко-образовании стилолиты могут формироваться под большими углами к слоистости. Оычно наблюдаются в тонкокристаллических (микритовых) карбонатных породах и имеют мощность десятые доли мм (иногда больше). являются динамическими индикаторами (образуются нормально к оси сжатия), а также указывают на состав и температуру породного флюида, активно растворяющего карбонатное вещество. Растворение имеет рассеянный характер только на начальных стадиях, быстро переходя к концентрации в отдельных достаточно немногочисленных зонах.
Слайд 79Structural Geology 4
Строение поверхности трещин
Криволинейные ребра
Зеркала скольжения
Кристаллы минералов
Трещины и
кливаж
Слайд 80Structural Geology 4
Местоположение трещин
1. Приразломные трещины
Согласные и
несогласные
с
разломом
Трещины и кливаж
Слайд 81Structural Geology 4
Местоположение трещин
2. Трещины в шарнирах складок
3. Трещины
растяжения и сжатия
4. Трещины в обнажениях
Трещины и кливаж
Слайд 82Structural Geology 4
Структуры напряжения
Деформационная структура породы
Ориентировка минералов и трещин
Слайд 83Structural Geology 4
Диапиры / Diapirs
Соляные и
глиняные
диапиры
Диапиры – структуры
протыкания
Механизм образования: Выдавливание пород менее плотных чем вышележащих, и способных
течь в условиях высоких давлений
Слайд 84Соляной купол / Salt dome - диапир или структура проты-кания,
с центральным, почти изометричным соляным ядром, обычно 1-2 км в
диаметре, которое выдавливается сквозь вме-щающие породы из подстилающего пласта соли с глубины от 5 до 10 км. Вмещающие осадочные породы обычно запрокинуты и вблизи соленного ядра разбиты сетью сложных сбросов; они часто служат резервуарами для накопления нефти и газа.
Возникают при внедрении тел влажной пластичной соли, выжи-маемой из глубинных слоев в верхние горизонты осадочных слоев. Пласты расположенные над соляными куполами, выдавливаются вверх, растрескиваются и изгибаются по бокам.
Слайд 85Structural Geology 4
Ловушки, приуроченные к диапирам
Диапиры
Слайд 86Structural Geology 4
Основные черты строения диапиров и структур роста
Приуроченность к
пассивным окраинам
Изменение мощностей и структуры вращения
Син- и антитетические разломы
Присутствие растущих
разломов на флангах диапира
Разность плотностей пород
Растяжение в верхней части растущего разлома и сжатие в основании
Диапиры и структуры роста
