8.
Cvičení - geologické struktury
Geologickou strukturou se rozumí
prostorové uspořádání strukturních prvků v zemské kůře, které se projevuje
jednak tvary geologických těles (strukturní formou) a jejich vzájemným uspořádáním
a jednak uspořádáním strukturních prvků uvnitř geologických těles (Kumpera,
1986).
Strukturní formy dosahují
různých měřítek. Tvoří jak drobné struktury (řádově metrové rozměry), tak velké
struktury (řádově 10 m - 104 m),
nebo i struktury dosahující regionálních rozměrů (řádově stakilometrové) a
v neposlední řadě také globální struktury (tisícikilometrové rozměry).
Mezi základní vnější strukturní
tvary geologických těles patří vrstva u sedimentů, kupa, lakolit, lávový proud
u vyvřelin (primární - syngenetické geologické struktury), dále flexury, vrásy,
příkrovy, zlomy, pukliny, kupole, dómy aj., jako sekundární geologické
struktury, vzniklé deformací primárních struktur.
Součástí geologických struktur
jsou také prvky, které jsou určitým způsobem uspořádány v geologickém
tělese v souladu s jeho strukturním tvarem. Jedná se např. o plošné
strukturní prvky jako jsou vrstevní plochy, foliace, kliváž a o lineární prvky
jako jsou vrásové osy, či různé druhy tektonických lineací.
Přesná interpretace geologických
struktur pomocí analýz dostupných strukturních prvků má zásadní význam, a to
často z hlediska ekonomického. Zejména se jedná o oblast, kde strukturní
tvary přímo určují, např. genezi ložiska (ložiskové pasti kapalných a plynných
uhlovodíků aj. obr. 8.1).
V tomto případě je nutné si uvědomit, že správná interpretace vede ke
snížení nákladů na drahé technické průzkumné práce (vrty, průzkumné štoly
atd.).
8.1
Interpretace tvarů a vztahů geologických struktur na základě
terénního mapování
Při této interpretaci se často
vychází ze studia drobných výchozů (obr. 8.1.1) nalezených
v terénu (řádově decimetry až desítky metrů). Výchozy se pečlivě
zaznamenají, popíší, popř. dokumentují kresbou nebo fotografií v terénním
deníku. Velké struktury (řádově desítky metrů až tisíce kilometrů) se pak
zakreslují do geologických řezů ve vztahu k pozorovaným drobným strukturám.
Při této analogii je potřeba se řídit
pravidlem, že tvary velkých geologických struktur odpovídají tvarům drobných
geologických struktur, za předpokladu, že jsou tvořeny stejnými horninami. Nelze tedy korelovat
velké tvary sedimentárních těles říčního původu podle tvaru drobných těles
původu mořského atd. (Kumpera, 1986).
8.1.1
Vrásové
struktury v mapě nebo horizontálním řezu
Vrása představuje spojitou
geologickou strukturu, která je výsledkem změn tlakového pole napětí. Vrásy
jsou charakterizovány periodickým opakováním strukturních tvarů a vytvářejí
většinou regionálně rozsáhlé vrásové systémy.
Při popisu vrásových struktur se
vychází zpravidla z jejih geometrizace, na základě níž se vymezuje
především antiklinála (část vyklenuta nahoru), synklinála (část vyklenuta
dolů), vrásová osa (b-osa), která je totožná s linií maximálního zakřivení
(zámková linie, vrásový uzávěr), osní rovina vrásy, střední rameno vrásy,
rameno vrásy, šířka a výška vrásy (obr 8.1.1.1). Podle pozice osní
roviny (tzn. podle tvarů) se vrásy klasifikují na přímé, šikmé, překocené,
ležaté a ponořené (obr.
8.1.1.2). Podle velikosti úhlu sevřeného rameny vrás se dělí na rozevřené, otevřené,
zavřené, sevřené, izoklinální a zaškrcené (obr. 8.1.1.3). Podle
3D geometrizace (tzn. průběhu vrásových os a poměru mezi antiklinálami a
synklinálami) se vrásy dělí na konické (kuželové) a cylindrické (též válcové, obr. 8.1.1.4).
Jestliže se šířka vrás blíží jejich délce, označuje se antiklinální část jako
kopule, synklinální jako mísa atd..
Podrobněji se touto problematikou
zabývají učební texty: O. Kumpera, K. Müller, J. Foldyna, 1986; J.
Foldyna, V. Homola, R. Kořínek, 1983; J. Foldyna, A. Grmela, 1988.
Interpretace geologických
struktur se často provádí z geologických map nebo horizontálních řezů.
Přesnou interpretaci struktur lze však provést pouze u těch map, které mají
strukturní čitelnost. Ta zahrnuje zejména určení stratigrafického pořadí
geologických vrstev, dostatek strukturních dat v mapě (jako směry a sklony
vrstev, zlomů), zobrazení topografie atd.
Charakter vrásových struktur se
určuje zpravidla pomocí způsobu opakování geologických těles v mapě. To
umožňuje rozlišit antiklinálu, synklinálu, či monoklinální uložení vrstev. Je
však nutné interpretaci provést kolmo na osu struktury, tzv. příčný řez. Pokud
se interpretace provede v tzv. podélném řezu struktura se nemusí zobrazit
(viz. obr. 8.1.1.5).
Jak už bylo uvedeno, přítomnost
vrásové struktury je zřejmá z existence opakování vrstev v mapě.
Bude-li nejstarší vrstva označená symbolem a, mladší b,c,d,e ...atd., pak řada
a,b,c,d,e představuje vrstvení sled v normální poloze, v tomto
případě monoklinální zapadání vrstev. Pokud bude mít řada formu a,b,c,d –
d,c,b,a (při zachovaném označení a-nejstarší), pak se jedná o synklinální
uložení vrstev (nejstarší vrstvy na okraji, nejmladší v jádře vrásy). Při
řadě d,c,b,a – a,b,c,d, tzn. opačné schéma, se jedná o antiklinální uložení
(nejmladší vrstvy na okraji, nejstarší v jádře vrásové struktury, obr. 8.1.1.6).
V případě, že není doložena
stratigrafická posloupnost, případně ani směr vrstev a úklon vrstev (strukturní
pozice vrstev), lze z map interpretovat více odlišných geologických
struktur, u vrás však pouze synformy a antiformy. Tzn., vrásové struktury
klenuté dolů nebo vzhůru, bez zohlednění pozice nejstarší nebo nejmladší vrstvy
(obr.
8.1.1.7).
Z obou dvou obrázků (obr. 8.1.1.6-7) jasně
vyplývá, že bez znalostí stratigrafické pozice vrstev a uvedení strukturních značek,
je řešení strukturní stavby velice obtížné.
8.1.1.1 Vliv
morfologie na interpretaci vrásových struktur
8.1.1.1.1 Projekce vrásové struktury v případě
rovinné topografické plochy
Průběh průsečnic vrstevních
ploch s rovinnou, nebo jen mírně zvlněnou topografickou plochou umožňuje
dobře určit druh a povahu vrásy, oddělit jednoduché vrásy od superponovaných,
určit vrásy s přímými osami od vrás příčně zvlněných apod. Mají-li vrstvy
v různých částech zobrazované vrásy stejnou mocnost, je šířka tělesa
v mapě nepřímo úměrná velikosti úklonu (viz. obr.
8.1.1.1.1.1). Tzn., že stejná šířka ramen vrás v mapě představuje jejich stejný úklon. Současně lze
předpokládat, že se jedná o přímé nebo izoklinální vrásy. V případě různě
širokých projekcí vrásových ramen v mapě se jedná o vrásy zpravidla šikmé nebo
překocené.
Pokud se vrstvy v mapě
opakují podle určitého schématu (viz. kap. 8.1.1) a průsečnice vrstevních ploch
s topografickou jsou paralelní nebo jen mírně sbíhavé, vrása se
interpretuje jako cylindrická (válcová) se subparalelními horizontálními
osami (obr. 8.1.1.1.1.2a). Je-li osa cylindrické
vrásy ukloněná pak se půdorysné stopy zvrásněné plochy sbíhají až postupně
dochází k jejich spojení. Nejde však o skutečné zakončení vrásy, ale pouze
o její ponoření, přičemž vrása pokračuje dále ve svém osním směru. Tzn., že nedochází
ke změně její amplitudy. V mapě se tyto struktury potom projevují
jako vrásové uzávěry nebo často také jako oboustranné vrásové uzávěry, které
jsou podmíněny změnou směru úklonu vrásové osy o 180° (obr.
8.1.1.1.1.2b).
V případě, že osní roviny
vrásy mění výrazně směr úklonu a úklon, vzniká vrása necylindrická, jejíž
interpretace je mnohdy velice obtížná, neboť nejde prakticky stanovit pouze
jednu geometrickou osu takovéto vrásy (obr. 8.1.1.1.1.2).
Výjimku tvoří konické vrásy, jejichž charakteristickým rysem je vyznívání
amplitudy ve směru vrásové osy a zámkové linie nekorespondují s osou
rotace vrásy. Projev konických vrás v mapě je obdobný jako u vrás
noncylindrických (cylindrické vrásy
s ukloněnou osou), kdy se průsečnice ploch výrazně sbíhají, či rozbíhají
(konvergují, divergují) do vrásových uzávěrů (obr. 8.1.1.1.1.3).
U rovinných topografických
ploch, lze z geologické mapy charakterizovat také tvarové vlastnosti
celých vrásových systémů. Např. systémy zpeřených vrás se projevují
nepravidelně zvlněnými vrásovými osami, které ve směru podélné osy vytvářejí
osní elevace a deprese. Mapový obraz zpeřených vrásových systémů je
charakteristický neprůběžnými stopami vrstevních ploch, které v místech
osových depresí a elevací vytváří subovoidální obrazce (obrazce podobné
vejčitému tvaru), zatímco skupiny subparalelních ploch tyto obrazce obklopují (obr.
8.1.1.1.1.4).
Při velmi plastických
deformacích dochází často ke vzniku superponovaných (naložených) vrásových
systémů, které jsou výsledkem opakované polyfázové deformace – vrásnění (obr. 8.1.1.1.1.5).
Charakteristické jsou pro ně kromě hlavního vrásového systému také dílčí
vrásové systémy, které vrásní první vrásy a často nemají shodné směry os
s prvními vrásami. Celkově mají velice složitý projev v mapě a proto
se často pro řešení superponovaných vrásových systémů využívají tektonogramy.
8.1.1.1.2 Projekce vrásové struktury v případě
složité topografické plochy
Interpretace struktur
z geologické mapy v případě složité topografické plochy je velmi
často nejednoznačná, a proto je potřeba mít pro správnost interpretace
k dispozici řadu strukturně-tektonických měření. Složitost zobrazení
vrásových struktur na topografickou plochu je patrná např. z průniku různě
ukloněných vrstev (obr.
8.1.1.1.2.1). Vodorovně uložené vrstvy vytvářejí v členitém terénu
pruhy, jejichž omezení probíhá souhlasně s vrstevnicemi. Vertikální polohy
probíhají v členitém terénu přímočaře. Ukloněné vrstvy se v členitém
terénu projevují jako pásy ve tvaru písmene V. Zvrásněné vrstvy se zobrazují
jako pruhy, které se zpravidla opakují atd.
Dalším příkladem vlivu členité
topografické plochy na projev vrásové struktury je obr.
8.1.1.1.2.2, z kterého je zřejmé, že mapový obraz téže antiklinály má
v morfologické depresi a elevaci zcela odlišný projev.
Současně si je třeba uvědomit,
že šířka zobrazovaných geologických těles kolísá podle sklonu topografické
plochy. V těchto případech proto již nelze vždy předpokládat, že stejná
šířka ramen vrás v mapě představuje jejich stejný úklon a naopak.
Charakterizovat tedy vrásové struktury pouze z průběhu vrstevních ploch
v mapě, bez znalosti charakteru reliéfu je mnohdy unáhlené. Např. projev
pronikových křivek z mapy zobrazené na obr. 8.1.1.1.2.3
budí dojem, že před sebou máme systém noncylindrických vrás, ve skutečnosti se
však jedná o cylindrické vrásy s horizontálními osami v morfologické
elevaci.
Pravidlo
V
Různě ukloněné vrstevní plochy
(ramena vrás) se zobrazují v mapě s členitým reliéfem složitým
způsobem. V případě, že nejsou k dispozici strukturní měření, lze
směr ukloněné vrstvy určit pomocí tzv. pravidla V. Pravidlo určuje směr
ukloněné vrstvy na základě orientace ˝špičky˝
vrstvy, vytvářející v topografické ploše tvar písmene V, vůči směru spádu
údolí. Je-li směr špičky totožný se směrem spádu údolí je vrstva ukloněna
stejným směrem. Je-li špička ukloněna proti spádu údolí, potom i vrstva
se uklání proti spádu údolí (obr. 8.1.1.1.2.4).
8.1.2
Zlomové
struktury
Zlomy (dislokace, obr. 8.1.2.1)
představují druhotné nespojité struktury, u kterých došlo k vzájemnému
pohybu ker geologického tělesa podle vzniklé plochy nespojitosti. Plochy
nespojitosti, u nichž nedošlo k vzájemnému pohybu sousedních ker, se
označují jako pukliny.
Zlomové sousední kry jsou vůči sobě
omezeny zlomovými plochami a jsou od sebe odděleny zlomovými spárami. Ty bývají
buď volné, druhotně vyplněné, nebo zastoupené drcenou horninou až milonity.
Pokud se zlomové spáry ztotožňují s průběhem vrstevních ploch, označují se
jako mezivrstevní, též intraformační.
Veškeré deformační jevy ve
výplni zlomové spáry nebo v zóně drcení i jiné prvky přetvoření (porušení)
v blízkosti zlomových ploch se celkově označují jako indikátory pohybu.
Směr a úklon zlomu se zaměřuje
na zlomové ploše. V souvislosti s velikostí úklonu se hovoří o zlomech
plochých, strmých a svislých. Podle orientace směru zlomu vůči směru vrstev se
rozlišují zlomy příčné (kolmé), podélné (rovnoběžné) a diagonální (kosé, obr. 8.1.2.2). Podle
toho, zda je úklon zlomu ve stejném směru jako vrstva, označuje se jako
souklonný nebo protikloný (obr. 8.1.2.2).
Základní klasifikace zlomu
vychází z geometrické klasifikace, jejíž hlavním kritériem je dnešní vzájemná
poloha ker, tzn., že nezohledňuje způsob pohybu, kterým se kry do dnešní podoby
dostaly. Podle vzájemné polohy se potom rozlišuje pokles, přesmyk a horizontální posun.
Pokles je
definován jako zlom, u něhož je nadložní kra níže než kra podložní, tzn., že
nadložní kra vykonala relativní pohyb dolů. V případě pomalých deformací
(pomalý nárůst napětí) se pokles může vyvíjet z flexury postupným
vytažením a přetržením ramene flexury (obr. 8.1.2.3b).
Během rychlých deformací (náhlé zatížení) se zpravidla vytváří kerný pokles (viz. obr.
8.1.2.3a) Jedná se často o strmé zlomové plochy s úklonem od 50° do
80° s různým hloubkovým dosahem (od vrstev až po souvrství). Při
identifikaci je pro pokles typická přítomnost zóny, ve které se sledovaná
vrstva (horizont) úplně ztrácí (viz. obr.
8.1.2.3a).
Poklesy mají v geologických
mapách charakter čáry představující směr zlomu s krátkými kolmými čárkami
průběžnými ve směru úklonu zlomové plochy. Čárky jsou zpravidla doplněny údajem
o velikosti úklonu nebo výšce skoku (viz. obr. 8.1.2.4).
Přesmyk je
definován jako zlom, u něhož je nadložní kra výše než kra podložní, tzn., že
nadložní kra vykonala relativní pohyb nahoru. Rozeznává se kerný přesmyk (obr. 8.1.2.5a),
který vzniká při náhlém zatížení, nebo podél již dříve existujících ploch
nespojitosti a vrásový přesmyk, který je výsledkem přetržení středního ramene
překocené vrásy (obr. 8.1.2.5b).
Na rozdíl od poklesů mají přesmyky plošší úklon, okolo 30°-50° a dosahují i
menších hloubek. Typickým znakem je pro ně přítomnost zóny, ve které se
sledovaná vrstva (horizont) opakuje dvakrát (viz. obr.
8.1.2.5a).
Přesmyky se v geologických
mapách značí obdobně jako poklesy, navíc jsou však doplněny šipkou směřující proti
směru úklonu zlomu. Tím se jednoznačně odliší od poklesů (obr. 8.1.2.6).
Horizontální posun
představuje zlom, jehož kry jsou vůči sobě posunuty ve směru horizontály.
Vzájemná pozice ker je proto přibližně ve stejné úrovni (obr. 8.1.2.7).
Zlomové poruchy, či zlomová
pásma se projevují často na morfologii krajiny. Někdy se vytváří až tektonická
(zlomová) údolí, jako výsledek menší odolnosti dislokační výplně vůči
zvětrávání. Většinou vyšší propustnost poruchových pásem podmiňuje přítomnost
dislokačních pramenů podzemních vod, které vytvářejí pramenní linie.
8.1.2.1 Zlomové
struktury v mapě nebo horizontálním řezu
Zlomy se v geologických
mapách nebo v horizontálních řezech interpretují především podle způsobu,
kterým porušují obraz jiných geologických struktur v mapě.
Příčné a kosé zlomy
se v mapě projevují přerušením průběhu hranic geologických těles a jejich
opětovným nasazením stranou, tzn., že způsobují posun obrazů geologických těles
v mapě. Při monoklinálním uložení vrstev (nebo v jediném vrásovém
křídle) lze rozlišit pokles od přesmyku, ale ne vždy od horizontálního posunu,
což je patrno z obr.
8.1.2.1.1. Obrázek ukazuje, že výsledný posun geologických těles u
monoklinálně zapadajících vrstev je obdobný u příčného horizontálního posunu a
příčného poklesu, v případě příčného přesmyku je výsledný posun obou ker
opačný.
Ve vrásových systémech lze
příčné a kosé poruchy interpretovat na základě srovnání šířky antiklinál a
synklinál v sousedních krách. Při příčném horizontálním posunu se rozestup
(šířka) vrásových ramen nemění, avšak ramena jsou vůči sobě posunuta stranou (obr. 8.1.2.1.2).
V případě příčného poklesu
již není zachována stejná šířka synklinál a antiklinál. Šířka synklinály je
v nadložní kře větší než v podložní a naopak, šířka antiklinály je v nadložní
kře menší než v podložní (viz. obr. 8.1.2.1.3)
Příčný přesmyk se ve vrásových
systémech projevuje zcela opačným způsobem než příčný pokles. Šířka synklinály
je zde v nadložní kře menší než v podložní a šířka antiklinály je
v nadložní kře větší než v podložní (viz. obr. 8.1.2.1.4)
V geologickém prostředí se
lze často setkat nejen z vrásami přímými (viz. výše), ale také s vrásami
šikmými nebo překocenými, či ukloněnými. Mapový obraz takových vrásových
systémů porušených příčnými nebo kosými zlomy je mnohdy velice složitý. Na obr. 8.1.2.1.5 je
znázorněna překocená antiklinála porušená příčným přesmykem, na obr. 8.1.2.1.6 je
mapový obraz šikmé vrásy se zapadající vrásovou osou, která je porušena příčným
poklesem.
Podélné zlomy způsobují porušení úložních poměrů
vrstev a jejich opakování, či vymizení. Zdvojení obrazu geologických těles
v mapách způsobují podélné přesmyky, naopak k vymizení těles (ponoření)
dochází u podélných poklesů (obr.
8.1.2.1.7).
Přehled hlavních projevů
geologických struktur a současně naznačené možnosti jejich řešení, které jsou v
kapitole uváděny, představují jen základní a nejjednodušší případy. Je potřeba
mít na paměti, že se lze v určité zájmové oblasti setkat s celou
řadou složitých projevů geologických struktur, jako např. celé systémy vrás,
kosé zlomy, křížící se zlomy, kombinace horizontálních posunů a přesmyků,
či poklesů atd. Významnou úlohu hraje také členitost reliéfu. Všechny uvedené
případy způsobují složitost mapového obrazu, která vede k vyšším nárokům
na jejich interpretaci, jejíž úspěšnost se také odráží od schopnosti řešitele
vidět geologickou situaci v prostoru.
8.1
Úlohy
a programy
Program č.1
V blokdiagramu vykreslete příčný a podélný řez a
charakterizujte strukturu.
V jednotlivých blokdiagramech 2 a 3 interpretujte
průběh sledované vrstvy
Klasifikujte zobrazenou geologickou strukturu a
tektonickou dislokaci
Klasifikujte zobrazenou geologickou strukturu a
nakreslete obraz vrstev v druhé kře zlomu
V jednotlivých blokdiagramech 2 a 3 interpretujte
geologickou strukturu a klasifikujte zlom
Program č.2
Z geologické mapy sestrojte příčný řez strukturou
V jednotlivých blokdiargramech 2 až 4 interpretujte
průběh sledovaných vrstev
Klasifikujte zobrazenou geologickou strukturu a
tektonickou dislokaci
Klasifikujte zobrazenou geologickou strukturu a
nakreslete obraz vrstev v druhé kře zlomu
V jednotlivých blokdiagramech 2 a 3 interpretujte
geologickou strukturu a klasifikujte zlom
