Разрывные нарушения

Разрывным нарушением называется деформация пластов горных пород с нарушением их сплошности, возникающая в случае превышения предела прочности пород тектоническими напряжениями. Тектонические разрывы, как и складки, необычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и другим параметрам. В разрывном нарушении, как и в складке, различают его элементы. Рассмотрим их более подробно (рис. 13.9).

В любом разрывном нарушении всегда выделяются плоскость разрыва или сместителя и крылья разрыва, т.е. два блока пород по обе стороны сместителя, которые подверглись перемещению. Крыло или блок, находящийся выше сместителя, называется висячим, а ниже – лежачим. Важным параметром разрыва является его амплитуда. Расстояние от пласта (его подошвы или кровли) в лежачем крыле до этого же пласта (его подошвы или кровли) в висячем крыле называется амплитудой по сместителю. Кроме того, различают стратиграфическую амплитуду, которая измеряется по нормали к плоскости напластования в любом крыле разрыва до проекции пласта; вертикальную амплитуду – проекцию амплитуды по сместителю на вертикальную плоскость; горизонтальную амплитуду – проекцию амплитуды по сместителю на горизонтальную плоскость.

Рис.13.9.Параметры сброса: лежачее крыло (приподнятое - А), висячее крыло (опущенное - Б), плоскость сместителя (В), угол падения сместителя (a), вертикальная амплитуда (а₁-б₂), горизонтальная амплитуда (б₁-б₂), стратиграфическая амплитуда (а₄-б₁), горизонтальный отход (а₃-б₂), вертикальный отход (а₂-б₁).

Положение сместителя в пространстве определяется, как и ориентировка любой другой плоскости, с помощью линий падения, простирания и угла падения.

Основные типы тектонических разрывов. Среди различных типов разрывных нарушений можно выделить главные: сброс-сместитель вертикален или наклонен в сторону опущенного крыла (рис. 13.10).

Рис. 13.10. Типы разрывных нарушений

Угол падения сброса может быть разным, но чаще всего составляет от 40 до 60^oС. Сбросы образуются в условиях тектонического растяжения. Взброс - сместитель наклонен в сторону поднятого крыла с углами больше 45^oС. Надвиг – тот же взброс, но угол падения сместителя пологий, обычно меньше 45 ^oС. Следует отметить, что это подразделение условное. Надвиги и взбросы образуются в условиях тектонического сжатия, и поэтому их формирование сопровождает процессы складчатости. Сдвиг – разрыв с перемещением крыльев по простиранию сместителя. Как правило, сместитель у сдвигов ориентирован близко к вертикальному положению. Различают правые и левые сдвиги. Правым сдвигом называют разрыв, у которого крыло за сместителем, по отношению к наблюдателю, смещается вправо и, наоборот, при левом сдвиге дальнее крыло смещается влево.

Покров, или шарьяж, – разрыв с почти горизонтальным положением сместителя. У покрова различают собственно тело покрова, или аллохтон, т.е. ту его часть, которая перемещается; автохтон – породы, подстилающие покров. В самом теле покрова – аллохтоне – выделяют фронт покрова и корень покрова – место, откуда происходит его перемещение. Если аллохтон расчленяется эрозией таким образом, что обнажаются породы автохтона, тоих выход на дневную поверхность называется тектоническим окном. Если от фронтальной части аллохтона эрозией отделены его блоки, то они именуются тектоническими останцами. Сместитель в покрове часто называют поверхностью срыва или волочения.

Нередко аллохтон сам подвергается распаду, расщеплению на покровы или пластины меньшего размера – дигитации. В том случае, когда движение аллохтона приводит к срыву и некоторому перемещению отдельных толщ автохтона, но они при этом не утрачивают связи С подстилающей толщей, говорят о параавтохтоне ("пара" – близко, возле). Образование покровов нередко происходит в подводных условиях. Фронтальная часть покрова разрушается, и формируется олистострома, состоящая из отдельных глыб разного размера – олистолитов, заключенных в матриксе из осадочных пород. Крупные оползшие части пластов называются олистоплаками.

Покровы, или шарьяжи, – важные структурные элементы земной коры и, как сейчас выясняется, не только ее самой верхней части. Покровные тектонические нарушения могут образовываться различными путями: в процессе складчатости, т.е. быть синскладчатыми, образуясь на подвернутых крыльях лежачих складок или в результате поддвига под складчатое сооружение жесткого блока, массива и т. д. Они могут быть и доскладчатыми, а затем сминаться в складки или формироваться после складчатости. В настоящее время известны покровы с доказанной амплитудой более 200 км. Так, Скандинавские каледонские складчатые сооружения надвинуты на метаморфические докембрийские породы Балтийского щита на 150–200 км, и последние обнажаются в ряде тектонических окон. Кристаллические породы Аппалачских гор по горизонтальной поверхности надвинуты на неметаморфизованные нижнепалеозойские толщи более чем на 200 км. В Скалистых горах США в штате Вайоминг установлен надвиг, уходящий под углом около 40^o до глубины в 24 км.

Тектоническое раздробление аллохтона по его сместителю - поверхности срыва – приводит к формированию тектонической брекчии или смеси – меланжа, состоящего из перетертых, сдавленных обломков, как аллохтона, так и автохтона со следами тектонических перемещений. Часто меланж образуется в офиолитовой ассоциации, что значительно облегчается увеличением объема ультраосновных пород при их серпентинизации, которые действуют как "смазка", улучшающая скольжение обломков относительно друг друга. Следует заметить, что олистострома может сформироваться за счет меланжа и, наоборот, меланж может развиваться по олистостроме.

Строение поверхности сместителя может быть разным. В простейших случаях он представлен плоскостью, по которой происходит смещение пород. Нередко на такой плоскости развиваются так называемые зеркала скольжения или трения - блестящие, как бы отполированные поверхности с бороздами и уступчиками отрыва, указывающие направление перемещения. Бороздки возникают в том случае, если в плоскость разрыва попадают мелкие обломки пород, которые, вдавливаясь, оставляют на плоскости царапину, бороздку, исчезающую, когда обломок разрушится. В более крупных разрывах в зоне сместителя образуются брекчии трения или милониты (греч. "милоc"-мельница), представляющие собой перетертые обломки пород крыльев. Как правило, благодаря проницаемости для растворов милониты ожелезнены, окремнены, по ним развивается кальцит и т.д. Мощность милонитов может быть разной: от первых сантиметров до многих сотен метров.

Сочетание разрывов и их соотношение со складчатостью. Тектонические нарушения обычно формируют целые системы. Так, сбросы, располагаясь параллельно, образуют ступенчатую структуру, в которой каждый последующий блок опускается всениже и ниже. В условиях растягивающих напряжений нередко образуются встречные сбросы, и центральная часть структуры оказывается опущенной. Подобная структура называется грабеном (рис. 13.11). В случае параллельных взбросов центральная часть структуры, наоборот, приподнята, и такую структуру называют горстом.

Рис.13.11. Разрывные нарушения: грабен и горст

Протяженные в сотни и тысячи километров сложные системы грабенов, часто сочетающихся с горстами, называются рифтами (англ. "рифт" - расхождение, зияние). Известны современные крупные рифтовые системы, например срединно-океанские и континентальные Восточно-Африканская, Байкальская и др.

Важное значение на континентальных окраинах и в рифтах приобретают так называемые листрические сбросы, сместители которых выполаживаются и на глубине сливаются в единую поверхность смещения.

По отношению к вмещающим породам разрывы, это чаще касается сбросов, могут быть поперечными и продольными, а по отношению к наклону слоев – синтетическими, если сместитель наклонен в ту же сторону, что и падение пластов, и антитетическими, если наклон сместителя противоположный.

Складкообразование в условиях общего тектонического сжатия обычно сопровождается формированием взбросов, надвигов и покровов. Опрокидывание складок приводит к срыву их лежачего крыла, поэтому подвернутые крылья складок благоприятны для образования взбросов и надвигов, которые в поперечном разрезе близко параллельны осям трансверсии складок, а в плане - осевым поверхностям складок. Сбросы в плане чаще всего пересекают складчатые структуры или располагаются по отношению к ним диагонально. В горных сооружениях, таких, например, как Карпаты, Южный склон Большого Кавказа, Канадские Скалистые горы и другие, создана чешуйчато-надвиговая, моновергентная складчатая структура с наклоном складок и сместителей разрывов в одном направлении, в сторону более жестких элементов – платформ и срединных массивов.

Сдвиговые нарушения возникают в условиях сжатия складчатой системы по нормали к простиранию складок, при этом образуется система диагональных левых и правых сдвигов, как, например, в новейшей тектонической структуре Кавказа. Помимо сдвиговой компоненты нередко имеется сбросовая или взбросовая составляющая. Тогда можно вести речь о сбросо-сдвигах или взбросо-сдвигах. Сдвиги не простираются бесконечно, их сдвиговая амплитуда уменьшается, они расщепляются на мелкие частные сдвиги и, наконец, затухают. В этом случае образуются структуры типа "конского хвоста".

Говоря о разрывных нарушениях всех типов, следует иметь в виду, что они могут образовываться одновременно с осадконакоплением, и тогда они называются конседиментационными или после накопления отложения – постседиментационными. Весьма характерны конседиментационные сбросы, ограничивающие грабены, которые заполняются продуктами разрушения их "плеч". Длительно функционирующие сбросы приводят к тому, что в опущенном крыле мощность одновозрастных отложений намного больше, чем в поднятом. Знак движений в крыльях длительно живущих разломов может со временем меняться. Такие разломы обычно контролируют размещение фаций и мощностей.

Особую категорию образуют глубинные разломы. Они были впервые выделены А. В. Пейве в 1945 г. и характеризуются большим протяжением, мощностью и длительным развитием, что свидетельствует обих глубоком заложении. Сейсмическими исследованиями было подтверждено, что эти разломы смещают даже поверхность М, т.е. раздел кора – мантия. Подобные разломы установлены во многих складчатых областях. На поверхности глубинный разлом может иметь ширину в десятки километров и состоять из серии более мелких кулисообразных разломов, между которыми зажаты блоки пород, в нем могут быть конседиментационные впадины, поднятия, мощные зоны брекчирования и т. д.

Соляная тектоника. Там, где присутствуют залежи каменной соли, например в Днепрово-Донецкой впадине, в Закарпатском прогибе, в Прикаспийской впадине, Предуральском передовом прогибе и в других структурах, развиты соляные купола, представляющие собой столбообразные, грибообразные и другие формы, "протыкающие" вмещающие породы, приподнимающие их и образующие на поверхности, если только не появляется соль, куполовидные антиклинальные складки, нарушенные кольцевыми и радиальными сбросами, создающими характерный рисунок типа "битой тарелки".

Собственно соляной купол, или диапир, обладает сложной складчатой структурой, сформировавшейся при движении пластичной соли вверх. По краям купола нередко встречается оторочка брекчий, вмещающие породы "задираются" вверх, в них появляются сбросы. Купола, как правило, соединяются "ножкой" с соляным пластом на глубине, однако такая связь может и прерываться и тогда купол имеет вид перевернутой кроны. Купола растут со скоростью нескольких сантиметров в год. Решающим условием их возникновения является инверсия плотностей, так как плотность пород в среднем 2,3–2,5 г/см³, а соли 2,0–2,2 г/см³ . В условиях достаточной мощности соляного пласта (превышающей 100 м) и перекрывающих пород (не менее 300–400 м) при малейших тектонических движениях начинается перетекание соли и она всплывает в виде "капли" или "гриба". Кроме куполов часто образуются соляные валы длиной 10–15 км и более. Очень характерны диапиры в областях распространения мощных глинистых толщ, например майкопской сериий олигоцена - нижнего миоцена в Керченско-Таманском и Апшеронском периклинальных прогибах БольшогзиКавказа. С глиняный диапирами связаны активный грязевой вулканизм, проявления нефти и газа и аномально высокое пластовое давление (АВПД), которое и провоцирует образование диапиров, так как инверсия плотностей здесь уже не работает.

Первичное горизонтальное залегание горных пород нарушается тектоническими движениями, приводя к образованию складок и разрывов. Изменение формы и объема тела называется деформацией, которая подразделяется на однородную и неоднородную. Пластическая деформация приводит к образованию складок, хрупкая – разрывов. Закономерное сочетание складок и разрывов образует складчатые пояса. Складчатые структуры образуются в результате продольного и поперечного изгибов, а также нагнетания.

- ? –

1. В чем причина деформаций горных пород?

2. Какие существуют виды деформаций?

3. Какие различаются элементы складки?

4. Какие существуют типы складок и по какому признаку они классифицируются?

5. Что можно рассказать о типах складчатости и условиях их образования?

6. Какова классификация разрывных нарушений?

7. Какие существуют элементы разрыва?

8. Каково строение поверхности сместителя и от чего оно зависит?

9. Как образуются соляные купола?

10. Что такое тектонические покровы и какова их амплитуда?

Литература

· Белоусов В.В. Структурная геология. М., 1986.

Глава 14.

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Ежегодно на земном шаре регистрируется более 100000 землетрясений. Большинство из них мы вообще не ощущаем, некоторые отзываются лишь дребезжанием посуды в шкафах и раскачиванием люстр, зато другие, к счастью гораздо более редкие, в мгновение ока превращают города в груды дымящихся обломков. На побережьях море отступает, обнажая дно, а затем на берег обрушивается гигантская волна, сметая все на своем пути, унося остатки строений в море. Крупные землетрясения сопровождаются многочисленными жертвами среди населения, которое гибнет под развалинами зданий, от пожаров, наконец, просто от возникающей паники. Землетрясение – это бедствие, катастрофа, поэтому огромные усилия затрачиваются на предсказания возможных сейсмических толчков, на выделение сейсмоопасных районов, на мероприятия, призванные сделать промышленные и гражданские здания сейсмостойкими, что ведет к большим дополнительным затратам в строительстве.

За последнее время катастрофические землетрясения произошли в Чили (1960), на Аляске (1969), в Гватемале (1976), в Китае (1976). На территории СНГ не раз отмечались очень сильные землетрясения: Андижанское (1902), Кеминское (1911), Хаитское (1949), Ашхабадское (1929 и 1948), Муйское (1957), Ташкентское (1966), Газлийские, Дагестанское (1970, 1976, 1984) и, наконец, страшное Спитакское землетрясение в Армении (1988).