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 5-10 o 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 umoż- 7
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 inter- 8
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 piasz- 10
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 CZA- SO-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