Флексури

Флексурою (назва походить від англ. flexura– вигин) називають коліноподібні вигини шарів чи будь-яких інших пластинчастих тіл.Такі структури, на відміну від кінкбанд, є похідними відносно пластичного поперечного вигину шарів.

Складаються флексури із двох колін (2 на рис 3.4.1) – різких або плавних вигинів,та внутрішнього крила (3 на рис 3.4.1) – місця найбільшого вигину шарів між колінами. За це флексури іноді називають однокрилами складками.

Рис. 3.4.1. Флексура та її геометричні частини і елементи (пояснення в тексті)

Крім відзначених елементів, пропонується вділяти медіанну поверхню флексури (4 на рис 3.4.1) – умовну площину, котра поділяє внутрішнє крило та флексуру в цілому на дві віддзеркалені, але повернуті одна відносно другої на 180°, частини. У флексур, які контролюються розломом, ця поверхня співпадає зі зміщувачем, а у безрозломних подібних структурах вона умовно проходиться через місце найбільшого вигину (і взагалі найбільшої деформованості) шарів у внутрішньому крилі.

Ті частини первинних форм залягання порід (або первинної монокліналі), які із зовні безпосередньо притикаються до колін, називають зовнішніми крилами флексури (1 на рис 3.4.1).При цьомувиділяють підняте й опущене таке крило. Перше знаходиться гіпсометрично вище другого. Відстань між цими крилами за вертикаллю називають амплітудою флексури (Аф).

Рис. 3.4.2. Типи флексур: а – пряма, б – нахилена. Пунктирною лінією показана медіанна поверхня. Аф – амплітуда флексури

Флексури поділяються на вертикальні та горизонтальні.До перших належать ті, котрі сформувалися за рахунок переміщення зовнішніх крил по вертикалі. Такі крила залягають горизонтально або нахилено. У свою чергу до горизонтальних відносяться флексури, які утворилися за рахунок вигину крутопадаючих шарів при горизонтальному зміщенні зовнішніх крил. Такі крила падають вертикально.

Окрім того, серед вертикальних флексур за нахилом медіанної поверхні виділяють прямі і нахилені (рис. 3.4.2). У прямих флексур медіанна поверхня (або розвинений на її місці розлом-зміщувач) орієнтована вертикально, а у нахилених – під кутом до горизонту.

Формування флексур тісно пов'язане з блоковими зміщеннями у фундаменті. Вони часто є прямим продовженням у чохлі над фундаментом розломів-скидів чи -врізів (рис.3.4.3).

Треба зауважити, що нахилені флексури, які ускладнені розломами-підкидами та насувами, прийнято називати прирозломними складками (див. наступний розділ).

Рис. 3.4.3. Флексура мезо-кайнозойських та пермських відкладів, яка відображує зміщення за крутим скидом у кристалічному фундаменті. Профіль через долину річки Рейна біля Базеля (за А.Геймом, із кн. Г.Д.Ажгірея, 1966). 1 – алювіальні тераси, 2 – кайнозой, 3 – юра, 4 – верхній тріас, 5 – середній тріас, 6 – ангідрит, гіпс, 7 – нижній тріас, 8 – перм, 9 – породи кристалічного фундаменту

Флексури в абсолютній більшості випадків формуються в первинній епізоні (у чохлах осадових порід, що знаходяться у діагенетичному та катагенетичному стані) за допомогою пластичного або крихко-пластичного вигину.

Пластичний вигин реалізується без суттєвого руйнування геологічних тіл шляхом ковзання по поверхнях шарів та пошарової (паралельно поверхням шаруватості) кліважної або сланцюватої течії гірських порід, а також інших механізмів, які спроможні забезпечити пластичну зсувну деформацію (течію) гірських порід. Пластичність у даному випадку зумовлюється відокремленням шарів (порушенням між ними зв'язків) та поділом шарів на дуже тонкі (до перших міліметрів і менше) мікролітони та мікропластиночки, поява котрих різко знижує межу текучості геологічного тіла в цілому. Найбільш ефективно такий вигин проявляється у глинистих та глинистовмісних осадових породах. Часто такий вигин підсилюється в'язким будинажем.

На ефективність пластичного вигину в розглянутих ситуаціях впливають ступені первинної розшарованості товщ та потужність шарів. Ефективність такого вигину найбільша в тонко розшарованих товщах і навпаки найменша у грубошаруватих товщах.

Пластичний вигин певною мірою реалізується навіть у такому класичному пружному середовищі як вторинна епізона, якщо у сферу дії вигину потрапляють породи, що уже несуть структурну анізотропію типу інтенсивного кліважу або кристалізаційної сланцюватості. Але в такому випадку деформуються не шари, а кліважні мікролітони або сланцюваті мікропластинки.

Крихко-пластичним вигин здійснюється за допомогою одного з механізмів пластичної течії гірських порід при участі крихкого руйнування. Вигин подібного типу відбувається тільки в середовищах, наближених до пружного, у яких текучість порід не достатня, щоб самостійно забезпечити пластичну деформацію. До таких середовищ відноситься ті частини первинної епізони, у межах яких осадові породи знаходяться в катагенетичному та метагенетичному стані.

Крихко-пластичний вигин шарів в осадових породах забезпечується: 1) міжшаровим ковзанням, 2) порушенням шарів як мінімум трьома ортогональними системами тріщин, 3) літологічно вибірковим пошаровим крихким кліважуванням, 4) крихким будинуванням.

Міжшарове ковзання проявляється в будь-якій ситуації і реалізується як поздовжнє зміщенням-ковзання шарів по поверхнях нашарування (рис. 3.4.4). Дія такого ковзання тим ефективніша, чим тонше шаруватість, тобто чим більше кількість поверхонь розділу шарів. При дуже значних деформаціях вигину поверхні ковзання з'являються й у внутрішніх частинах шарів, використовуючи для цього всі неоднорідності останніх. Траєкторія цих поверхонь має параболічну форму, кривизна котрої керується радіусом вигину.

Рис. 3.4.4. Структури міжшарового і внутрішньошарового ковзання (тріщини R₁ та пошаровий крихкий кліваж) – як наслідок крихко-в'язкого вигину – у фаменських червоноколірних пісковиках на внутрішньому крилі Чокпарської флексури в Південному Казахстані (фрагмент цієї структури приведений нижче на рис. 3.4.7): а – відносно грубі при пологому падінні порід (тектонофація ІІІ), б – інтенсивні, які підкреслюються розвитком кліважеподібних тріщин R₁ та розлінзуванням шарів пісковиків, при крутому падінні порід (тектонофація VII)

Тріщинуватість при крихко-в'язкому вигині представлена наступними системами: 1)поздовжньою (концентричною) – R₁, 2)нормально-поперечною (радіальною) – R₂ та 3)нормально-повздовжньою – R_3, які разом утворюють майже прямокутну систему тріщин, котра поділяє породи на призмоподібні блочки-сегменти (рис. 3.4.5, 3.4.6). Поряд із цими трьома системами, іноді розвинена діагональна.

Тріщини першої системи орієнтуються паралельно поверхням нашарування і мають сколову природу, відіграючи роль додаткових поверхонь ковзання шарів. Тріщини другої системи, являють собою поперечні відриви. Тріщини третьої системи орієнтуються нормально до поверхонь нашарування і найчастіше мають сколову природу. Усі три (або чотири, якщо ще розвинена діагональна) системи тріщин забезпечують сегментацію параболічної поверхні та деяке обертання утворених ними блочків-сегментів до положення, яке диктується орієнтуванням генеральної поверхні вигину. При цьому інтенсивність тріщинуватості і відповідно сегментації зростає синхронно зі збільшенням кута падіння шарів. Крім того, таке збільшення інтенсивності носить вибірково літологічний характер. Зокрема, в рівних умовах тріщинуватість у шарах дрібнозернистих порід завжди на декілька порядків інтенсивніша, ніж у шарах грубозернистих порід.

Рис. 3.4.5. Схема орієнтування тріщин відносно поверхні нашарування (ІІ при куті a) при крихко-пластичному вигині (пояснення в тексті). І – первинне положення поверхні нашарування

Крихке кліважування реалізується як розвиток дуже інтенсивної мікротріщинуватості по трьох відзначених напрямках. Воно має місце, головним чином, у відносно пластичних породах типу алевролітів, аргілітів, пелітоморфних вапняків. Таке кліважування поділяє породи на мікролітони олівцевого, призматичного та іншого подібного габітусу. Воно діє в тісному зв'язку з міжшаровим ковзанням. Його питома участь зменшується при зростанні ступенів літіфікації цих порід.

Крихкий будинаж включаються у забезпечення крихко-пластичного вигину переважно на тих ділянках флексур, де падіння шарів перевищує 40-50°. Але цей кут, у залежності від літологічного складу товщ, стану літогенетичних перетворень осадових порід та деяких інших факторів, може бути і менше чи навпаки більше.

1. Флексури в дислокаційному відношенні завжди структурно зональні. Зокрема, ступені порушення первинних форм залягання та дислокаційних перетворень порід у них поступово зростають у напрямку від зовнішніх крил до медіанної поверхні. Зональність подібного типу чудово описується десятибальною шкалою тектонофацій. Так, тектонофації відносно найнижчих балів маркують зовнішні крила, а найвищих балів – внутрішнє крило (рис. 3.4.7). У відзначеному напрямку збільшуються кути падіння шарів та синхронно з цим збільшенням зменшується їх потужність і зростає інтенсивність тріщинуватості та кліважування. При кутах, рівних приблизно 50-60° (у жорстких породах навіть при менших кутах), з'являється будинаж, а при падіннях 70-80° розвинені брекчування та катаклаз, а в деяких випадках навіть мілонітизація (та відповідно шов крихкого розлому –R).

Рис. 3.4.6. Фрагменти внутрішніх крил флексур, які демонструють крихко-пластичний вигин шарів крейдяних флішових відкладів у середній течії р. Латориця (Карпати). На лівому знімку – типовий літологічно вибірковий пошаровий крихкий кліваж в алевролітах (3) і аргілітах (4) та тріщинуватість відносно інтенсивна в алевропісковиках (2) та груба в пісковиках (1). На правому знімку – типова для подібної ситуації тріщинуватість по трьох взаємно перпендикулярних напрямках у пісковиках (1а та 1б), яка поділяє ці породи на призматичні блочки. Чітко видно, що дуже добре розвинена поздовжня (концентрична) тріщинуватість (R₁), яка підсилюється біля розкліважеваного прошарку алевроліту (2)

Рис. 3.4.7. Ліва половина майже класичної Чокпарської флексури в Південному Казахстані, яка маркується тектонофаціями від ІІ до Х (вони відзначені графіком). 1 – сучасний делювій, 2-3 – фаменські червоноколірні відклади (2 – алевроліти, 3 – пісковики), 4 – мілонітовий шов крихкого розлому (R), який співпадає з медіанною поверхнею

Структурні парагенезиси флексур.При крихко-пластичному вигині такі парагенезиси складаються з: 1) крихких тріщин, упорядкованих відносно шаруватості трьох або чотирьох систем, 2) пошарового (концентричного) крихкого кліважу в шарах тонкоуламкових осадових порід, 3) структур крихкого будинажу на внутрішньому крилі. При пластичному вигині у складі парагенезисів присутні: 1) тектонічна сланцюватість одного певного типу, 2) структури в'язкого будинажу на внутрішньому крилі.