Реологічні механізми дислокаційних перетворень гірських порід

Дислокаційні перетворення гірських порід, які призводять до формування відзначених вище структур, відбуваються за допомогою крихкої та пластичної деформації, а також в'язкої (чи до неї подібної) течії гірських порід. Механізми таких перетворень залежно від реологічних властивостей середовища – різноманітні. На форми їх прояву тією чи іншою мірою впливають: 1) мінеральний склад та текстурно-структурні особливості порід, 2) ступені літифікації осадових порід, 3) характер внутрішньої структурної організації геологічних тіл (наявністю чи відсутністю в них шаруватості та інших видів структурної анізотропії), 4) Р-Т умови (і в першу чергу температурні), в яких відбуваються дислокаційні перетворення.

З урахуванням відзначеної залежності виділяють наступні реологічні механізми дислокаційних перетворень (у систематиці за Є.І.Паталахою і А.В.Смирновим, 1986, з уточненнями – п. 6, 10, 13 і додатком автора – п. 2, 4, 7, 8, 11, 12).

1. Гідропластична течія, що відповідає в'язкій і являє собою взаємне зміщення частинок на плівках води, які облямовують ці частинки. Характерна для мулів. Крім того, до неї можна віднести в'язку течію гелеподібних кременистих та деяких карбонатних осадків, а також насичених водою глинистих та глиновмісних слабодіагенезованих осадових порід.

2. Пухка в'язкоподібна течія– рух сипкого та легкоспроможного до механічної дезінтеграції матеріалу.Характерна для незцементованих та слабозцементованих уламкових осадових порід, а також землистих продуктів вивітрювання.

3. Сколювання та відрив – тріщиноутворення в умовах пружного середовища та пов'язаний з ним малоамплітудний рух порушеної тріщинами блочкової маси.

4. Катакластична течія– багаторазове дроблення порід (брекчування, катаклаз і мілонітизація) і фрикційне ковзання частинок, які виникли при такому руйнуванні. Відбувається в низькомепературних (нульового метаморфізму) умовах пружного середовища.

5. Кліважна пластичноподібна течія– зміщення по системі паралельних крихких мікророзривів-сколів способом простого зсуву в низькотемпературних умовах або за системою в'язких мікророзривів (у супроводі динамометаморфізму зеленосланцевої та епідот-амфіболітової фацій) способом чистого зсуву.

6. Сланцювата пластична течіяй у тому числі: 1)механічно-сланцювата шляхом обертання і односистемного орієнтування видовжених та сплощених частинок породи та зерен, лусок мінералів у слабо та помірно діагенізованих осадових породах та слюдистих метасоматитах і 2)кристалізаційно-сланцювата – кристалографічно орієнтована перекристалізація породи в умовах амфіболітової та частково гранулітової й епідот-амфіболітової фацій метаморфізму.

7. Гнейсувата та трансляційно-сланцювата течія– мінерально вибіркова на зерновому рівні пластична деформація гірських порід за допомогою трансляції та двійникування кристалічної гратки та міграції границь зерен мінералів, а також ковзання частинок по поверхням мікросланцюватості. Відбувається у високотемпературних умовах і при цьому нею охоплюються, головним чином, середньо- та крупнозернисті полімінеральні породи типу гранітоїдів, габроїдів тощо.

8. Кристалізіційно-грануляційна та рекристалізаційна пластична течія, яка реалізується переважно шляхом перебудови структури, без суттєвої зміни мінерального складу. При цьому кристалізаційно-грануляційнатечія – це пластична деформація породи, яка досягається за рахунок зменшення розмірів зерен, а рекристалізаційна – аналогічна деформація, яка відбувається шляхом збільшення розмірів зерен порід. За допомогою подібних механізмів пластично деформуються мономінеральні породи типу кам'яної солі, мармурів, карбонатитів, кварцитів, а також деякі полімінеральні породи типу метаморфічних гранулітової фації. При цьому в кам'яної солі вона здійснюється в низкотемпературних умовах, а у мармурах, карбонатитах, кварцитах – виключно при температурах, котрі як найменше відповідають зеленосланцевій фації метаморфізму, а в полімінеральних породах – переважно в умовах гранулітової фації.

9. В'язка течія аморфних та тонкодисперсних (аморфноподібних) порід. До порід, що потрапляють у сферу дії цього механізму, належать вулканічне скло, псевдотахіліти, ультрамілоніти, а також яшми та яшмоїди. Здійснюється така течія виключно при високих температурах.

10. Мігматична течія– сумісна течія твердої й рідинної (чи суспензійної) фаз речовини за допомогою одного з відзначених вище пластичних механізмів і в'язкої течії відповідно. Характерна для зон ультраметаморфізму.

11. Суспензійна течія –в'язка течія напіврозплавленої маси чи магми, насиченої твердими залишками субстрату (реститами, ксенокристалами, ксенолітами тощо). Характерна для зон анатексису та гранітизації.

12. Бластезно-трахітоїдна (порфіробластезна) течія– своєрідна пластична деформація порід зі збільшенням об'єму, яка забезпечується порфіробластезом. Така течія стимулюється високотемпературним метасоматозом і здійснюється одночасно з ним. Реалізується шляхом компенсаційного росту крупних, орієнтованих паралельно напрямку течії порфіроподібних зерен овоїдоподібної, веретеноподібної, призматичної та іншої форми.

13. Вигин –утворення вторинної хвилястої або сферичної поверхні пластинчастих тіл.

Кожний механізм, за винятком останнього, зумовлює утворення певної елементарної дислокаційної структури, а комбінації цих механізмів приводять до виникнення простих та складних дислокаційних структур.

Докладніше зміст цих механізмів розглядається нижче в розділах, які стосуються елементарних дислокаційних структур.

3.1.2. Вплив Р-Т умов на механізми реалізації дислокаційних процесів та уявлення про структурно-реологічну розшарованість земної кори

Відзначена вище різноманітність механізмів дислокаційних перетворень свідчить про те, що реологічні властивості геологічного середовища на різних ділянках по латералі та вертикалі земної кори неоднакові. Якщо, наприклад, порівняти між собою дислокаційні структури різних ерозійних зрізів та структурно-формаційних зон земної кори, то ця різноманітність стає ще більш разючою. Зокрема, дислокаційні структури гранітно-метаморфічних комплексів древніх щитів, які являють собою найбільш глибокі ерозійні зрізи земної кори, представлено високопластичними формами і несуть структури кристалізаційно-сланцюватої, гнейсуватої, мігматичної течії та інших наближених до них механізмів течії. У той же час аналогічні дислокаційні структури у фанерозойських складчастих поясах, що мають середній, порівняно з древніми щитами, ерозійний зріз, відповідний зеленосланцевій фації метаморфізму, демонструють кліважні форми прояву, тоді як у відносно слабоеродованих мезо-кайнозойських складчастих областях та в чохлах фанерозойських платформ проявлено переважно безкліважні й у тому числі крихкі деформаційні форми. Подібна різноманітність відображає неоднорідність фізичних умов і відповідних цим умовам реологічних механізмів реалізації природних деформацій на різних гіпсометричних рівнях земної кори, тобто по вертикалі.

Вище, при знайомстві з типами деформаціями, відмічалося, що одним із найважливіших факторів, який впливає на реологічні форми прояву дислокаційних перетворень, є в'язкість гірських порід у стартових умовах. Величина останньої в геологічних середовищах залежить від мінерального складу порід та Р-Т умов цих середовищ, а в осадових товщах, крім того, – від літогенетичного стану осадових тіл. Якщо врахувати ту обставину, що земна кора являє собою термоградієнтне тіло, то зміна в'язкості порід у ній також, як і зміна температури, носить градієнтний характер, тобто зменшується в напрямку зверху донизу синхронно зі збільшенням температури та ступенів метаморфізації гірських порід. Що ж стосується впливу в цьому відношенні літогенетичних станів, то з ними пов'язано зростання в'язкості порід у зворотному напрямку (зверху донизу по вертикалі), але до певної межі, після котрої знову набуває чинності влив температури. Причому температурний вплив на в'язкість гірських порід носить загальнокоровий характер, тоді як сфера дії літифікаційного фактора обмежується межами розповсюдження осадових товщ.

Відзначені тенденції зміни в'язкості порід, а разом із нею реологічних властивостей середовищ, дозволяють умовно, у загальному вигляді поділяти земну кору на області пружну (крихку) та пластичну. Перша охоплює верхню, відносно найбільш холодну частину земної кори, яка відзначається нульовими Р-Т умовами метаморфізму. У ній, якщо не враховувати присутності ділянок, складених відносно слабо та помірно літифікованими осадовими породами, панують крихкі та наближені до пружних крихко-пластичні механізми деформаційних перетворень. Друга охоплює певні більш глибинні частини земної кори, у межах котрих гірські породи розігріті до температур, що відповідають умовам зеленосланцевої та ще більш високотемпературних фацій метаморфізму, і де деформації носять переважаючий пластичний або в'язкий характер.

Відзначена тенденція зміни форм прояву деформацій у земній корі по вертикалі надала підставу ряду дослідників (А.В.Пейве, 1961, А.В.Лукьянов, 1980, Є.І.Паталаха, 1981, Kirby, 1983, О.Б.Гінтов, В.М.Ісай, 1988 та ін.) розглядати цю кору як реологічно (структурно-реологічно) розшаровану (стратифіковану), тобто фактично поділену на певні горизонти (шари, зони), які відрізняються між собою за реологічними властивостями гірських порід, а якщо точніше – спроможністю цих порід деформуватися за допомогою того чи іншого реологічного механізму.

На наш погляд, найбільш логічну модель такої розшарованості запропонував Є.І.Паталаха (1981). Зокрема, він поділяє земну кору на наступні структурно-реологічні обстановки: 1) епізону, 2) мезозону та 3) катазону(рис. 3.1.1). Ці зони певною мірою відповідають петрологічним зонам Груберманна, але визначаються вони не стільки за ступенями чи фаціями метаморфізму, а в першу чергу за реологічними властивостями порід та відповідними цим властивостям механізмами реалізації дислокаційних процесів і структурними формами. Відзначені зони не мають жорсткої прив'язки по вертикалі!

Розглянемо характеристику цих обстановок більш докладно.

Рис. 3.1.1. Ідеалізована схема структурно-реологічної

розшарованості земної кори у складчастих областях: