Изображение точки, вектора, линии, поверхности и их соотношений на геологических чертежах

Большая часть материала этого раздела изучается в курсах геодезии и топографии, а также инженерной графики, поэтому его изложение здесь дано очень кратко. Изображение точек, линий и геологических границ в нужном масштабе осуществляется нанесением их на топографическую основу. При этом обычно пользуются компасом.

Для изображения точки ее наносят на топооснову, пользуясь различными методами привязки (по ситуации, методом обратных засечек). Точка, привязанная к карте, имеет три координаты -широту, долготу и высоту, если эта точка расположена на поверхности Земли. Если же абсолютная отметка (альтитуда) точки расположена ниже или выше поверхности Земли, её обозначают числом. С помощью условных знаков указывают, какой именно объект обозначает данная точка (пункт геологического наблюдения, устье скважины, нефтепроявление, место в недрах с какими-либо конкретными свойствами, численное значение данного свойства).

Прямую в геологии принято изображать на карте обозначенной на карте точкой, лежащей на прямой, и элементами ее залегания. Элементы залегания прямой - это два угла. Один - азимут прямой - располагается в горизонтальной плоскости и является правым углом, отсчитываемым от севера до проекции прямой на горизонтальную плоскость. Этот угол всегда измеряется в градусах. Азимут может меняться от 0° до 360°(северное направление). Восточное направление имеет азимут 90°, южное - 180°, западное - 270°. Этот угол на карте избражается графически в виде вектора. Другой угол называется углом погружения или падения прямой. Он показывает наклон прямой к горизонтальной плоскости и измеряется в градусах, либо в тангенсах. Горизонтальная плоскость имеет угол падения 0°, вертикальная - 90°, а наклонная может принимать любые значения в этом промежутке. Этот угол записывают рядом с точкой цифрами (рис. 3.2 а). Проекция падения на горизонтальную плоскость часто называется линией падения. Направление, противоположное падению, называется восстанием.

Вектор на карте изображают точно так же, только точку с элементами залегания ставят в начале вектора (рис. 3.2 б).

Отрезок прямой изображается либо вектором и длиной отрезка (рис. 3.2 в), либо двумя точками, соответствующими краям отрезка (рис. 3.2 г). У отрезка прямой можно определить превышение - разность высотных отметок между максимальным и минимальным значением высот точек (А Н). Иногда для отрезков линий, особенно в случае малых наклонов, погружение задают не в градусах или тангенсах, а указывают непосредственно превышение (например, 10 метров на километр).

При решении различных задач структурной геологии часто приходится интерполировать или градуировать отрезки. Интерполирование (градуирование) отрезков изучается в курсе инженерной графики, а также геодезии и топографии.

Кривая линия в геологии изображается ее траекторией на карте, а на отдельных характерных участках этой траектории проставляются величины погружения кривой (рис. 3.2 д).

Плоскость в геологии чаще всего изображают с помощью падения и простирания (рис. 3.3). Падением плоскости называется вектор, лежащий в плоскости пласта и имеющий самый большой наклон в сторону наименьших отметок. Противоположное падению направление называется восстанием. Так как падение - это вектор, геологи определяют его пространственное положение так же, как любого другого вектора - азимутом падения и углом падения. Азимут падения - угол, отсчитываемый по часовой стрелке от северного направления до проекции линии падения на горизонтальную плоскость (на рис. 3.3 вектор ББ2). Угол падения (а) - это максимальный угол наклона плоскости, то есть, это угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Горизонтальная плоскость имеет угол падения 0°, вертикальная - 90°, а наклонная может принимать любые значения в этом промежутке. На геологических документах азимут и угол падения принято записывать следующим образом: Аз. пад. 60 угол 20. Знак, обозначающий градус, в записи не ставится.

Простиранием называется любая горизонтальная линия, лежащая в рассматриваемой наклонной плоскости (кровле или подошве пласта, плоскости разрыва). Простирание всюду имеет одинаковые абсолютные отметки, является линией пересечения рассматриваемой плоскости с горизонтальными плоскостями и перпендикулярна и линии падения, и самому падению. Простирание может быть только у наклонных и вертикальных плоскостей. Направление, перпендикулярное простиранию (падение или восстание), называют направлением «вкрест простирания».

На картах элементы залегания наклонной плоскости Означаются значком в виде буквы «Т» с длинной перекладиной (4 мм по стандарту), ориентированной в соответствии с простиранием плоскости и коротким основанием (2 мм по стандарту), ориентированным в сторону падения плоскости. Угол падения надписывается цифрами около значка (рис. 3.4 а). Горизонтальные плоскости ни падения, ни простирания не имеют и изображаются симметричным крестом (рис. 3.4 б). Вертикальную плоскость изображают одним из значков, приведенных на рис. 3.4 в, причем длинная сторона указывает направление простирания.

В зависимости от исходных данных существуют различные методы определения элементов залегания пласта. При полевых исследованиях — непосредственно горным компасом, в других случаях - с помощью вычислений или графических построений.

Широко распространен графический метод определения элементов залегания по трем точкам. Им можно определить элементы залегания плоскости, если эти точки не лежат на одной прямой и хотя бы одна из них имеет отличную от других абсолютную отметку. Для построения необходимо также знать положение точек на карте или плане. Точками могут быть три скважины, три шурфа, три обнажения горных пород, три пересечения геологической границы с горизонталями рельефа и др. В нефтяной геологии из-за того, что интересующие нефтяников пласты, расположенные обычно глубоко под землей и вскрытые только буровыми скважинами, недоступны непосредственным измерениям компасом, метод определения элементов залегания по трем точкам имеет особое значение.

Плоскость можно интерполировать и изображать также с помощью изогипс — линий равных высот. Для наклонной плоскости изогипсы имеют вид серии параллельных равноотстоящих друг от друга прямых, являющихся линиями простирания. При изображении слоистых горных пород изогипсы называются стратоизогипсами (stratum — пласт).

В структурной геологии чаще всего приходится иметь дело не с плоскостями, а с неправильной формы кривыми поверхностями. Типичной неправильной поверхностью является рельеф Земли с его выпуклыми и вогнутыми неровностями. Такая поверхность называется топографической. Поверхность реальных геологических тел еще более сложна, чем математическая топографическая поверхность. Главные отличия заключаются в их неоднозначности (например, при вертикальных и опрокинутых залеганиях слоев одному и тому же X и У соответствуют несколько Z) и прерывистости (например, когда слой разбит разломом или серией разломов (рис. 3.5). Тогда реальная сложная геологическая поверхность складывается из отдельных простых частей, каждая из которых изобразится на чертеже системой непересекающихся изолиний.

Пересечение линии и поверхности (прямой и поверхности). Линия и поверхность (прямая и поверхность) пересекаются там, где пересекаются их одновысотные проекции. Геометрически эту задачу проще всего решить, построив структурную карту поверхности в изолиниях и спроецировав на этот же чертеж линию. Если при этом задачу непосредственно решить не удалось из-за слишком большого сечения изолиний, прибегают к интерполяции в окрестности предполагаемого пересечения или строят разрез через точку пересечения и прямую (рис. 3.6). В нефтегазовой геологии эту задачу в разных вариантах приходится решать постоянно при определении точки пересечения проектируемой скважины и пласта или залежи,

Пересечение двух поверхностей. Поверхности пересекаются там, где пересекаются их одновысотные проекции. Это правило установлено Оуэном еще в XVI веке. Геометрически эту задачу проще всего решить, построив структурные карты двух поверхностей в изолиниях, отметив точки пересечения изолиний с одинаковыми значениями и соединив плавными линиями полученные точки (рис. 3.7).

В структурной геологии эту задачу приходится решать постоянно, когда необходимо построить выход пласта на дневную поверхность, определить линию пересечения водонефтяного контакта с кровлей продуктивного горизонта и т.д.