mapy geomorfologiczne - Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony

mapy geomorfologiczne - Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony

MAPY JAKOŚCIOWE
ZARYS POMOCNICZYCH MATERIAŁÓW TEKSTOWYCH DO
WYKŁADÓW Z PRZEDMIOTU KARTOGRAFIA WGŁĘBNA
BARTOSZ PAPIERNIK
KRAKÓW 2008
1
NIEKTÓRE RODZAJE MAP JAKOŚCIOWYCH
I.
MAPY ODWZOROWUJĄC KSZTAŁT POWIERZCHNI ODNIESIENIA
Mapy geomorfologiczne
Mapy tektoniczne
Mapy lineamentów
II.
.
MAPY ODWZOROWUJĄCE WSPÓŁCZESNĄ BUDOWĘ
GEOLOGICZNĄ NA POWIERZCHNI ODNIESIENIA.
- Mapy używające informacji z odsłonięć powierzchniowych
Mapy geologiczne –zakryte
Mapy geologiczne na podstawie interpretacji zdjęć lotniczych (fotogeologiczne)
- Mapy odwzorowujące budowę geologiczna na arbitralnie dobranym poziomie odniesienia (na ogół na powierzchni niezgodności)
Mapy geologiczne odkryte – powierzchni różnowiekowych i równowiekowych
Mapy ścięcia poziomego lub skośnego
Mapy geologiczne „podszewki” powierzchni niezgodności (worm’s eye
map)
III.
MAPY ODWZOROWUJĄCE „SKŁAD” WYDZIELEŃ
Mapy litofacjalne
Mapy „logów” i „panelowe”
Mapy biofacji
Mapy genetyczne materii organicznej
IV.
MAPY REKONSTRUUJĄCE WARUNKI DEPOZYCJI LUB CZASOPRZESTRZENNĄ EWOLUCJE
JEDNOSTEK
2
Mapy odwzorowujące współczesny lub pierwotny układ depozycyjny panujący w
wybranym momencie rozwoju jednostki
Mapy ekologiczne bądź paleo-ekologiczne
Mapy paleogeograficzne
Mapy paleogeologiczne
Mapy palinspastyczne
Mapy paleotektoniczne
Mapy opisujące postedpozycyjny etap ewolucji jednostki
Mapy stopnia diagenezy skał
Mapy stopnia diagenezy materii organicznej
3
MAPY GEOMORFOLOGICZNE
Umożliwiają kartograficzną reprezentacje cech zmienności uwidaczniających na powierzchni jednostek geomorfologicznych, mogących
służyć jako wskaźniki wgłębnej budowy strukturalnej.
Sposób wykorzystania
Analiza ukształtowania powierzchni terenu prowadzona z zastosowaniem MG obejmuje interpretację istniejących map topograficznych oraz
fotointerpretację zdjęć lotniczych. Jako technika wspomagająca kartografie wgłębna, interpretacja MG ma na celu uchwycenie na powierzchni terenu cech mogących stanowić odzwierciedlenie budowy wgłębnej.
Osiągnięciu tego celu służą: - wyodrębnienie na mapach sieci drenażu; - określenie kątów nachylenia stoku; - wyodrębnienie stref (domen)
wykazujących jednorodny typ ukształtowania terenu; - wychwycenie kierunkowych cech zmienności topografii (lineamentów). Dla potrzeb KW
szczególnie cenne mogą być prawidłowa interpretacja występowania i
datowanie aktywności neotektonicznej.
Interpretacja MG może posłużyć w wielu wypadkach do opracowania map hipotez strukturalnych i zaprojektowania przebiegu przyszłych
profili sejsmicznych. Na powierzchni terenu szczególnie dobrze mogą się
manifestować aktywne współcześnie diapiry solne i iłowe, przebieg głęboko zakorzenionych dyslokacji tektonicznych oraz struktury powstałe w
wyniku inwersyjnej lub normalnej aktywności uskoków.
4
Wykorzystywane materiały
Mapy topograficzne i geograficzne
Zdjęcia lotnicze i satelitarne
Profile litologiczne i stratygraficzne
Profile sejsmiczne
Mapy strukturalne powierzchni wgłębnych
MAPY TEKTONICZNE
Należą do najstarszych rodzajów map geologicznych (Gressly 1838: Tectonic scheme of the Jurassic)
MT stanowią graficzne odzwierciedlenie syntetycznie przedstawionej budowy tektonicznej regionu oraz jego cech strukturalnych znajdujacych potwierdzenie w wykształceniu kartowanej powierzchni. (za Serra et al. 1997).
Wykorzystanie MT
MT Są często bardziej czytelne od map geologicznych, gdyż stosowane
na nich uproszczone wydzielenia stratygraficzne umożliwiaja bardziej syntetyczne spojrzenie na budowę geologiczna kartowanego regionu. MT można
wzbogacać wprowadzając na nie izohipsy wybranych powierzchni strukturalnych.
MT ułatwiają interpretacje genezy zjawisk geologicznych (np. określenia
następstwa powstawanie dyslokacji), należy jednak traktować je z wielka
ostrożnością, gdyż należą one do najbardziej subiektywnych rodzajów opracowań geologicznych.
MT są bardzo pomocne (wręcz niezbędne) jako materiały pomocnicze
przy konstruowaniu map ilościowych, narzucający tym opracowaniom geologiczne ograniczenia, takie jak zasięgi jednostek strukturalnych i tektonicznych,
przebieg dużych stref dyslokacyjnych i fałdów.
5
MAPY LINEAMENTÓW
ML przedstawiają wykształcenie cech (struktur) kierunkowych i lineamentów (także fotolineamentów) widocznych w morfologii terenu.
Wykorzystanie ML
Do wykonania ML wykorzystywane są archiwalne mapy geologiczne topograficzne, a przede wszystkim zdjęcia lotnicze i satelitarne.
ML podobnie jak mapy geomorfologiczne mogą odzwierciedlać wykształcenie dużych stref dyslokacyjnych przybierających na zdjęciach postać
fotolineamentów, a także przebieg zasięgów jednostek geologicznych.
Na obszarach zagospodarowanych mapy ML są podatne na znaczne
błędy interpretacyjne wynikające z trudności odróżnienia form antropogenicznych od naturalnych form krajobrazu.
W dużych skalach analizy lineamentów mogą obejmować interpretacje
kierunków i gęstości spękań, mikrospękań osi fałdów, itp., w odsłonięciach
bądź w rdzeniach. Wyniki tych badań mogą ułatwić odtworzenie następstwa
czasowego deformacji ciągłych i nieciągłych w badanym rejonie (pośrednio informacja ta może być wykorzystana w kartografii wgłębnej).
Jednym ze sposobów prezentacji wyników analiz lineamentów jest wykonanie diagramów sumarycznych długości spękań w sektorach o szerokości
5 -10o na diagramach biegunowych.
MAPY GEOLOGICZNE I FOTOGEOLOGICZNE
MAPY GEOLOGICZNE
MG ukazują rozprzestrzenienie jednostek wydzieleń stratygraficznych
obserwowane na powierzchni terenu. MG mogą być wykonane klasycznymi
technikami – na podstawie terenowego zdjęcia kartograficznego lecz jeśli to
możliwe uwzględniają również wyniki fotointerpretacji.
6
Materiały wspomagające do wykonania MG obejmują profile glebowe,
profile litologiczne (sondy), profile wierceń. MG muszą również uwzględniać
archiwalne materiały bibliograficzne i kartograficzne.
Podstawowe rodzaje powierzchniowych MG ukazują rozkłady warstw
wraz z pokrywą czwartorzędową (utwory polodowcowe, deluwia, aluwia, pokrywy glebowe). Mapy tego typu są przydatne dla celów gospodarczych –
umożliwiają lokalizację występowania stanowisk surowców potencjalnie użytecznych gospodarczo. W przypadku miąższych pokryw utworów najmłodszych mapy zakryte maja nieznaczna użyteczność dla poszukiwań naftowych.
Dla celów KW największe znaczenie mogą mieć MG odkryte, bez utworów IV-rzędu. Wykorzystywane wraz z mapami lineamentów oraz mapami
geomorfologicznymi, umożliwiają one dokonanie wstępnej predykcji budowy
wgłębnej i lokalizacji prac sejsmicznych.
Dla płytko położonych, częściowo zerodowanych warstw, wynurzających
się na powierzchnię, informacje z map geologicznych (upady, miąższości, litologia, parametry zbiornikowe) mogą być używane do konstruowania map
wgłębnych.
MAPY FOTOGEOLOGICZNE (MF)
Mapy fotogeologicze są wykonywane na podstawie zdjęć lotniczych lub satelitarnych z zastosowaniem stereoskopu. Stereoskopowe widzenie zdjęć powoduje uwypuklenie obserwowanych w naturze kontrastów wysokościowych pozwalające precyzyjnie wychwycić istotne z punktu widzenia geologii lub geomorfologii cechy budowy powierzchni terenu.
Wyniki geologicznej fotointerpretacji zdjęć mają wielorakie aspekty. Pozwala ona dokonać interpretacji ilościowej interpretacji topografii ( przestrzenne rozkłady i wysokości wydzielanych form terenu) oraz pomierzyć powierzchnie wydzielanych jednostek). Na podstawie analizy odcieni zdjęć można dokonać interpretacji litofacjalnej wydzielając tzw. facje fotogeologiczne. MF umoż7
liwiają również interpretację stratygraficzną ( przebieg wychoddni, zasięg powierzchni niezgodności itp.) czy wreszcie strukturalno – tektoniczną.
MF mogą mieć szczególnie duże zastosowanie na obszarach słabo rozpoznanych szczegółowym powierzchniowym zdjęciem geologicznym, w obszarach trudno dostępnych ( wysokie góry, bagna, pustynie).
Najwyższą jakość fotointerpretacji można uzyskać na obszarach słabo
zagospodarowanych oraz rejonach posiadających ubogą pokrywę roślinną.
W przypadku interpretacji małoskalowych zdjęć satelitarnych bądź lotniczych (skale mniejsze niż 1:100 000) MF mogą stanowić tani i stosunkowo dokładny sposób oceny geologii odsłaniającej się na powierzchni. W przypadku
zdjęć dużoskalowych Mogą stanowić precyzyjne uzupełnienie map geologicznych wykonywanych tradycyjnymi metodami.
GEOLOGICZNE MAPY ODKRYTE (GMO)
[subcrop map, peel map, submask map]
GMO odtwarzają współczesne wykształcenie wybranej wgłębnej powierzchni geologicznej. Najczęściej ukazują rozkłady wychodni na powierzchni
niezgodności. Są to linie intersekcji warstw podścielających powierzchnie niezgodności. W pasach fałdowo- nasunięciowych GMO odtwarzają intersekcję
warstw autochtonicznych oraz powierzchni nasunięcia.
Mapy te są konstruowane i interpretowane w taki sam sposób jak wcześniej opisane mapy geologiczne. Do ich wykonania mogą być wykorzystane
wyniki interpretacji sejsmiki refleksyjnej. GMO maja są stosowane do interpretacji następstwa deformacji w obrębie starszych kompleksów strukturalnych.
Znajdują również zastosowanie jako wprowadzające ograniczenia geologiczne
przy konstruowaniu map ilościowych tych kompleksów. Bezpośrednia ich inter8
pretacja pozwala rozpoznać rozkład dyslokacji synklin antyklin itp. Wykształconych w pogrzebanych kompleksach strukturalnych.
Nałożenie na GMO izohips powierzchni niezgodności w wielu wypadkach ułatwia interpretację zjawisk geologicznych a także pozwala bardziej precyzyjnie wykreślić prawdopodobny przebieg zasięgów warstw. Wspólna interpretacja GMO oraz map miąższości warstw leżących nad powierzchnią niegodności w niektórych przypadkach umożliwia wykrycie stref wyklinowania
(wykrycie linii brzegowej).
MAPA GEOLOGICZNA SPĄGU (PODSZEWKI) POWIERZCHNI
NIEZGODNOŚCI [Worm’s eye map Lap-out map] (MPGSN)
Rodzaje map opisane przez L.B. Turka (1953 Significance and use of
lap–out maps in prospecting for oil and gas. Bull. AAPG, 34,3 p 625) oraz
W.C. Krumbeina i L.L. Sloss’a (Worm’s eye map; 1963 Stratigraphy and Sedimentation W.H. Freeman and Co. San Francisco).
Mapy tego rodzaju odzwierciedlają przestrzenne rozkłady warstw (intersekcję) zalegających na powierzchni niezgodności lub wychodni warstw zalegających na powierzchni nasunięcia.
Wykorzystanie map podszewki
Mapy tego typu mogą być używane w geologii naftowej do oceny jakości
uszczelnień. Dobre rezultaty może dawać ich wspólna interpretacja z mapami
strukturalnymi powierzchni niezgodności, geologicznymi mapami odkrytymi dla
tej samej powierzchni, mapami miąższości warstw niżej i wyżej ległych oraz
mapami porowatości i przepuszczalności tych samych warstw. Uskoki obserwowane na tych mapach są młodsze niż wiek sekwencji przedstawianej na
mapie.
9
MPGSM są konstruowane z wykorzystaniem tych samych materiałów,
które są używane do opracowania map geologicznych i geologicznych map
odkrytych.
MAPY OPISUJACE SKŁAD JEDNOSTEK GEOLOGICZNYCH
Mapy tego typu w jakościowy syntetyczny sposób opisują dominujące
składniki litologii, biofacji bądź rodzaj materii organicznej dominujące w analizowanym interwale stratygraficznym.. Największe znaczenie w tej grupie mają
mapy zmienności litofacjalnej (ML). Mapy Tego typu mogą być uznane za
wiarygodne jeśli reprezentują krótki wycinek historii rozwoju basenu. Nieco
większe interwały czasowe można na nich przedstawiać tylko wtedy, gdy na
badanym obszarze panowały ustalone warunki sedymentacyjne
MAPY ZMIENNOŚCI LITOFACJALNEJ (ML)
ML są najistotniejszym i najczęściej wykonywanym rodzajem map zaliczanych do opisywanej grupy. W zależności od zastosowanej techniki przygotowania danych i wizualizacji, zalicza się je do map jakościowych bądź ilościowych.
Wstępnym etapem opracowania ML jest przygotowania danych umożliwiające wydzielenie udziału poszczególnych litofacji w profilach dokumentacyjnych. Jest ona najprostsza w przypadku litologii dwuskładnikowych np. piaskowce –mułowce. Wówczas w profilach wydzielane jest procentowy udział
poszczególnych litologii. Kryteria wydzielania poszczególnych pól facjalnych
nawiązują wówczas do znanych z literatury klasyfikacji , a rezultatem finalnym
jest wyznaczenie na mapach pół facjalnych gdzie dominuję konkretny typ litologii- np. czyste piaskowce będą znaczone w strefach gdzie wkładki piaskowców stanowią od 100 do 75 % profilu analizowanego interwału , facja piasz10
czysto – mułowcowa będzie występować w rejonach gdzie piaskowce stanowią 75 – 50% profilu wiercenia, facja mułowcowo-piaszczysta w strefach,
gdzie piaskowce tworzą 50 - 25 % profilu, zaś fację mułowcową wyznaczymy
w strefach gdzie uzawartość utworów piaszczystych nie przekracza 25%.
W przypadku bardziej złożonych zmienności litologicznych do wydzielenia litofacji należy użyć trójkątów klasyfikacyjnych, a skrajnie - przypadku
udziału 4 głównych typów litologicznych - nawet czworościanów klasyfikacyjnych.
W przypadku litologii obejmującej 3 główne typy litologiczne, klasyfikacji
litofacjalnej poszczególnych profili wykonuję się stosując trójkąt klasyfikacyjny.
Do każdego z wierzchołków przypisujemy konkretny typ litologii zaś podział
powierzchni trójkąta – a w konsekwencji klasyfikację litofacjalną profili opieramy na podziałach procentowych, współczynnikowych, wspólczynikowo-procentowych, bądź zaczerpniętych z literatury funkcjach klasyfikacyjnych.
W praktyce konstruując ML dla obszarów jednostki gdzie można się
spodziewać występowania 4 głównych typów litologii należy:
• Wybrać typ trójkąta klasyfikacyjnego, który będzie używany
• Nanieść obserwowane w profilach dokumentacyjnych stosunki litologiczne
na trójkąt, definiując w ten sposób uśredniony typ litologiczny dominujący w
danym profilu.
• Przenieść wyznaczone na trójkącie klasyfikacyjnym oznaczenia na mapę
lokalizacyjną
• Wykreślić granice stref litofacjalnych.
11
Kreśląc granicę facji należy się wspomagać mapami:
• paleogeograficznymi, które dają nam informacje o przestrzennym zasięgu
poszczególnych środowisk sedymentacyjnych, determinujących możliwość
występowania poszczególnych typów litologicznych;
•
miąższości które również dają informacje o możliwych kierunkach dystrybucji facji.
•
mapami paleostrukturalnymi i paleotektonicznymi bądź strukturalnymi i tektonicznymi, również pozwalającymi wnioskować o możliwych przestrzennych rozkładach facji.
Materiały wejściowe
Bezpośrednimi danymi używanymi do skonstruowani ML są profile litostratygraficzne wierceń uzyskane na podstawie rdzeni próbek okruchowych, bądź
profilowań geofizyki wiertniczej. Najlepszą jakość można uzyskać używając
materiału rdzeniowego, gdyż umożliwia on wykonanie analiz sedymentologicznych oraz petrograficznych badań mikroskopowych (np. precyzyjne określenie
litologii węglanów).
12
MAPY OPISUJĄCE WARUNKI DEPOZYCJI I ROZWÓJ CZASO-PRZESTRZENNY BASENÓW SEDYMENTACYJNYCH
Jednym z celów geologii jest odtworzenie środowisk sedymentacyjnych i
oraz rekonstrukcja czasoprzestrzennej ewolucji basenów sedymentacyjnych.
Istnieje szereg odmian map jakościowych służących temu celowi. W dalszej
części tekstu opisane zostaną niektóre z nich.
MAPY PALEOGEOGRAFICZNE
Są to mapy przedstawiające geografię oraz w niektórych przypadkach
przestrzenne rozkłady środowisk sedymentacyjnych w wybranym, na ogół
krótkim wycinku czasu geologicznego.
Wykorzystanie map paleogeograficznych w KW
Dla celów geologii naftowej szczególnie duże znaczenie mają MP obrazujące rozkłady środowisk sedymentacyjnych. Pozwala to określić położenie
potencjalnie macierzystych i zbiornikowych środowisk sedymentacyjnych.
Przykład rekonstrukcji paleogeograficznej węglanowych środowisk sedymentacyjnych może stanowić MP utworów dolomitu głównego. Wyróżnione na niej
facje uwzględniają różnorodne czynniki takie jak skład litologiczny i wykształcenie teksturalne skał. Reżim sedymentacyjny jaki panował w trakcie ich depozycji (wody spokojne lub burzliwe), odległość strefy od linii brzegowej, głębokość basenu sedymentacyjnego w trakcie depozycji. W morskich środowiskach węglanowych mapy paleogeograficzne mogą również ukazywać położenie struktur rafowych i ich relacje z otaczającymi facjami potencjalnie macierzystymi bądź uszczelniającymi. W morskich środowiskach klastycznych
mapy paleogeograficzne mogą przybliżać przestrzenne relacje piaszczystych
13
facji plażowych, barierowych czy deltowych i innych potencjalnie mniej korzystnych zbiornikowo facji.
W środowiskach lądowych obiektem szczególnego zainteresowania są
rozkłady facji eolicznych oraz piaszczystych utworów rzecznych.
MP mogą być stosowane tylko względem krótkich wycinków czasowych,
charakteryzujących się względnie stabilnymi warunkami sedymentacyjnymi.
Lecz nawet w takiej sytuacji są to wyłącznie mapy syntetyczne w poszczególnych strefach basenu ukazujące występowanie najdłużej występującej tu facji (
środowiska sedymentacyjnego. MP są konstruowane na podstawie map miąższości, map izolitów, map litofacjalnych (w tym ostatnim przypadku to relacja
wzajemna), oznaczeń biofaunistycznych.
Mapy te mogą być wykorzystywane jako modele „sterujące” mapami ilościowymi, np. parametrów zbiornikowych.
Odmiany MP to mapy ekologiczne i paleoekologiczne, paleoklimatyczne, paleooceanograficzne, paleobatymetryczne itp.
MAPY PALEOGEOLOGICZNE (MPL)
Pod pojęciem MPL rozumiem odmiany map mających na czaso-przestzrenna rekonstrukcję wykształcenia jednostek chrono i/lub litostratygraficznych
występujących na analizowanych obszarze, dla arbitralnie wybranego okresu
rozwoju basenu, gdy jego geometria była odmienna od współczesnej.
MAPY PALINSPASTYCZNE (MPS)
MPS są mapami które odtwarzają położenie basenów, jednostek strukturalnych lub warstw w okresie poprzedzającym ich deformację tektoniczną lub
w wybranym interwale czasowym charakteryzującym geometrię w trakcie de-
14
formacji. (Kay G.M 1945. Paleogeographic and palinspastic maps. Bull. AAPG,
29, 4 pp. 426-450)
Dane wejściowe dla MPS stanowią wyniki analiz stratygraficznych, litologicznych i strukturalnych, obejmujące mapy facjalne tektoniczne, odkryte
mapy geologiczne, mapy miąższości, przekroje strukturalne i in.).
Mapy palinspastyczne mogą odwzorowywać pierwotną geometrię
warstw (basenów) w strefach o budowie fałdowo-nasunięciowej, bądź odtwarzać położenie warstw w strefach silne zdyslokowanych, gdzie stwierdzono
występowanie elementu przesuwczego w ruchu skrzydeł uskoków.
Materiałem wejściowym do stworzenia map palinspastycznych są przekroje strukturalne wykonane w jednakowej skali pionowej i poziomej.
Wielkość skrócenia warstw jest mierzona (krzywomierzem bądź z zastosowaniem digitizera) wzdłuż stropu warstwy wykazującej największą ciągłość (jeśli to możliwe poziomu izochronicznego). W przypadku wyciągnięcia
warstw w strefach przyuskokowych (ścinanie) lub odchylenia linii przekrojowej
od regionalnego upadu warstw następuje pozorne wydłużenie stropu. Zjawisko
to jest eliminowane z zastosowaniem współczynnika miąższości, gdyż wydłużeniu warstw towarzyszy zachowanie ich objętości.
Wynikowe mapy palinspastyczne są przedstawiane w formie map izotym - linii równego przemieszczenia wyrażonego w metrach bądź procentach
(pprojekcja współczesna), bądź jako mapy ukazujące pierwotny zasięg rekonstruowanych jednostek (projekcja pierwotna).
MAPY PALEOTEKTONICZNE (MPT)
MPT maja na celu rekonstrukcję zasadniczych elementów budowy tektonicznej i strukturalnej analizowanego obszaru, dla wybranego czasu w historii jego rozwoju.
15
MPT na ogół kładą nacisk na tektoniczny aspekt rozwoju jednostek.
Umożliwiają one wyróżnienie na analizowanych obszarze stref stabilnych , rowów tektonicznych stref orogenicznych dyslokacji o starszych za łożeniach
tektonicznych. MPT odwzorowują paleogeometrię struktur oraz wzajemne relacje struktur.
Mapy paleotektoniczne są bardzo zbliżone do wcześniej omawianych
map tektonicznych. Jednak nie mogą one stanowić prostego odniesienia geologii do wgłębnej powierzchni odniesienia, takiej jak np. powierzchnia niezgodności erozyjnej, gdyż wówczas mamy do czynienia z mapą geologiczna odkrytą lub odkrytą mapa tektoniczną. W przypadku MPT z odwzorowywanej powierzchni wgłębnej należy, usunąć wszelkie dyslokacje i struktury powstałe w
okresie późniejszym niż wiek, w którym została ukształtowana odwzorowywana struktura. Chronologię deformacji i (ewentualnie) działania erozji należy
uwzględnić również przy wyznaczaniu zasięgu jednostek strukturalnych. Zagadnienie to będzie jeszcze omawiane w bloku dotyczącym map ilościowych
(mapy paleostrukturalne).
16