Системы сбросов и взбросов

Классификация трещин

По отношению к текстурным особенностям пород трещины делятся на: поперечные, продольные, косые (косо к простиранию и падению) и согласные (параллельно слоистости или сланцеватости).

По углу наклона трещины делятся на: вертикальные (80-90⁰), крутые (80-45⁰), пологие (10-45⁰) и слабонаклонные (0-10⁰).

По генезису трещины делятся на тектонические и нетектонические. Последние подразделяются на: а) первичные; б) выветривания; в) оползней, обвалов, провалов; г) трещины расширения пород при разгрузке. При тектонических деформациях возникает три главных вида трещин: трещины отрыва, скалывания и сжатия.

Трещины отрыва возникают при растяжении. Они нередко в той или иной степени открыты или заполнены минеральным веществом. Протяженность каждой трещины обычно невелика, но системы трещин, часто располагающихся кулисообразно, могут прослеживаться на значительное расстояние.

Трещины отрыва обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены каких-либо следов перемещения (зеркал скольжения). Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выпадают из породы. Такие трещины обычно быстро выклиниваются по простиранию и падению, но рядом можно найти новые в том же направлении.

Трещины отрыва возникают при сжатии, параллельно оси главного напряжения. Разрастание происходит стадийно. Вначале редкие, удаленные друг от друга, затем сгущаются и постепенно заходят друг за друга, а в третью стадию (последнюю) смыкаются, соединяются, с образованием бидинажа[3].

Трещины отрыва образуются в условиях растяжения и характерны для: а) смыкающих крыльев флексур; б) бортов прогибов; в) чехлов платформ; г) орогенных комплексов, испытавших общее растяжение.

Трещины скалывания ориентированы под углом, близким к 45⁰, по отношению к направлению сжатия. Эти трещины, обычно закрытые, обладают большой протяженностью. Поверхность их ровная, нередко со следами скольжения. Трещины скалывания сопровождают взбросы и сдвиги, а также складчатые дислокации.

Трещины сжатия (расплющивания) ориентированы перпендикулярно к оси главного сжатия. Они развиваются вдоль ослабленных направлений, возникающих при пластичном течении вещества под нагрузкой тектонического сжатия. Наиболее яркое выражение трещин сжатия представляет кливаж.

Кливаж – это совокупность параллельных плоскостей, разделяющих горные породы на тончайшие пластинки: образуются при различных тектонических деформациях. Из многочисленных разновидностей кливажа можно выделить две главных: послойный кливаж и кливаж осевой плоскости складчатых структур. Послойный кливаж возникает в результате внутреннего течения вещества в ходе пластической деформации. Особенно характерен он для метаморфических пород. Кливаж осевой плоскости возникает при формировании складок продольного изгиба. Он ориентирован перпендикулярно к напряжению сжатия и сечет слоистость как в замках складок, так и на крыльях.

Рис. 1. Разновидности кливажа: а – послойный; б–д – секущий (б – веерообразный, в – обратный веерообразный, г – S-образный, д – параллельный).

В механическом отношении кливаж выражается в образовании многочисленных поверхностей скольжения и срезывания, по которым в процессе пластической деформации частицы смещаются относительно друг друга. Образование кливажа соответствует последней стадии пластической деформации, характеризующейся потерей прочности пород перед разрывом. Кливаж бывает хорошо заметен на поверхности выветривания горных пород, а в свежих породах он улавливается с трудом и только по смещениям элементов горной породы (структурно-текстурные элементы). Разновидности кливажа показаны на рис. 1.

В основе изучения трещин должны лежать непосредственные полевые наблюдения. При этом, кроме определения пространственной ориентировки трещин и последовательности их формирования, необходимо выяснить генетическую природу трещин. Определение ориентировки трещин производится так же, как и замеры элементов залегания слоя. При описании трещинных структур обязательно отмечается форма трещин, характер их поверхности, степень проявления, наличие минерального заполнения, взаимные пересечения. Наблюдение над трещинами надо вести так, чтобы отразить особенности их проявления в различных частях тектонических структур: в замках и на крыльях складок, вблизи и в удалении от разрывных нарушений и т.д. Если наблюдения трещин имеют массовый характер, то для выявления преобладающей ориентировки, относительной интенсивности их видов и решения других задач применяются статистические и графические методы. Самый простой и широко распространенный метод графического отображения трещиноватости горных пород – построение роз-диаграмм. На таких диаграммах можно выявить и отразить преобладающие простирания трещин, направления и углы их падения.

Рис. 2. Роза-диаграмма простираний.

В качестве примера рассмотрим построение роз-диаграмм простираний. На полукруге произвольного размера через 5 или 10⁰ проводятся радиусы-меридианы (рис. 2). Затем в качестве масштаба выбирается произвольный отрезок, соответствующий одному замеру. Этот отрезок откладывается от центра диаграммы вдоль соответствующего меридиана столько раз, сколько замеров данного значения (усредненных по 5 или 10⁰) оказалось при изучении трещиноватости данного объекта. После этого конечные точки на радиусах-меридианах последовательно соединяются прямыми линиями и образовавшийся контур затушевывается.

ЛЕКЦИЯ № 11: «Разрывы со смещением»

Все разрывные нарушения, сопровождающиеся смещением блоков, можно разделить на две группы: а) разрывные нарушения, связанные с растяжением земной коры – сбросы и раздвиги; б) разрывные нарушения, связанные со сжатием земной коры – взбросы, надвиги, шарьяжи и сдвиги.

Сброс – разрывное нарушение, возникшее при смещении крыльев в вертикальном направлении. Сместитель чаще бывает наклонный, реже – вертикальный (разрывное нарушение с вертикальным сместителем принято называть врезом). Крыло, занимающее более низкое положение, называется опущенным, другое, занимающее более высокое положение – поднятым. Следует при этом не забывать, что названия крыльев «поднятое» и «опущенное» не обозначают действительного направления их движения, а говорят об относительном положении крыльев после перемещения. В случае наклонного сместителя крыло, лежащее над ним, называется висячим, подстилающее – лежачим. При сбросе висячее крыло опущено, лежачее поднято.

Рис. 1. Элементы сброса

В сбросах различаются следующие элементы (рис. 1): приподнятое, или лежачее, крыло (А), опущенное, или висячее, крыло (Б), сместитель (В), угол падения сместителя (α), амплитуда по сместителю (а₁-б₁), вертикальная амплитуда (а₁-б₂), горизонтальная амплитуда (б₁-б₂), стратиграфическая амплитуда (а₄-б₁), вертикальный отход (а₂-б₁), горизонтальный отход (б₂-а₃).

Классификация сбросов. Сбросы различаются по ряду признаков: углу наклона сместителя, ориентировке по отношению к простиранию нарушенных пород, соотношению наклона сместителя и нарушенных пород, направлению перемещения крыльев, расположению сбросов в плане и разрезе.

По углу наклона сместителя выделяются: пологие сбросы с углом наклона сместителя до 30⁰, крутые – с углом наклона сместителя от 30 до 80⁰ и вертикальные – с углом наклона сместителя более 80⁰.

По отношению к простиранию нарушенных пород различаются: продольные сбросы, у которых общее простирание сместителя совпадает с простиранием нарушенных пород, косые (диагональные) сбросы, сместитель которых ориентирован под углом к простиранию пород, и поперечные сбросы, направленные вкрест простирания пород.

По соотношению наклонов сместителя и нарушенных пород выделяются согласные и несогласные сбросы. У согласных сбросов наклон пород и сместителя направлен в одну и ту же сторону; у несогласных сбросов породы и сместитель падают в противоположные стороны.

По направлению падения крыльев выделяются четыре вида сбросов: прямые, обратные, шарнирные и цилиндрические. В прямых сбросах висячее крыло перемещается вниз, в обратных – лежачее крыло перемещается вверх. В шарнирных сбросах крылья поворачиваются в разные стороны или в одну и ту же сторону вокруг оси, перпендикулярной к простиранию сместителя. Если ось вращения расположена не у конца сброса, а на его продолжении, крылья шарнирного сброса могут двигаться в разных направлениях. В цилиндрических сбросах движение происходит по дуге или искривленной поверхности, вокруг оси, расположенной в стороне от сместителя.

По взаимному расположению сбросов в плане различают параллельные (ступенчатые), радиальные, концентрические и перистые сбросы. В параллельных сбросах поверхности сместителей в плане и разрезе параллельны и смещение по таким сбросам носит нередко ступенчатый характер. Радиальные сбросы расходятся от одной точки или от определенного участка по радиусам. Такие сбросы могут возникать на периклинальных и центриклинальных замыканиях складок или на сводах куполов. Перистые сбросы образуют ветвящуюся сеть, в которой выделяется основной, наиболее крупный сброс и ответвляющиеся, более мелкие.

По отношению к времени образования нарушенных разрывами отложений сбросы делятся на конседиментационные, т.е. возникающие и развивающиеся одновременно с осадконакоплением, и постконседиментационные (наложенные).

Строение сместителя. Поверхность сместителя не всегда бывает ровной и может быть искривлена. При перемещении крыльев вдоль изогнутого сместителя между ними нередко возникают полости, которые впоследствии могут заполняться жильными и рудными минералами или водой. При движении крыльев, соприкасающихся друг с другом, поверхности сместителя притираются и становятся гладкими (т.н. зеркала скольжения). На них образуются многочисленные штрихи и бороздки, ориентированные по направлению движения крыльев.

При смещениях с амплитудами в десятки и сотни метров в результате разрушения неровностей и выступов поверхности сместителя помимо зеркал скольжения между крыльями сброса развивается брекчия трения, представляющая собой раздробленную и перетертую массу обломков пород. В зависимости от величины обломков различают несколько видов тектонических брекчий. При размерах обломков менее 1 см образуется какирит (орешник), распадающийся при разламывании на мелкие угловатые обломки. Если обломки имеют размеры в миллиметры и доли миллиметров, брекчия называется катаклазитом. При еще более тонком перетирании пород образуется милонит. Минеральные зерна в последнем растерты до состояния пыли и обычно имеют удлиненную линзовидную форму.

Определение направления перемещения крыльев сброса. Различаются два вида перемещения крыльев сбросов: абсолютное и относительное. При выяснении направления абсолютного перемещения определяется смещение каждого крыла относительно горизонта. При этом возможны три случая перемещения: висячего крыла вниз при неподвижном лежачем крыле; лежачего крыла вверх при неподвижном висячем крыле; обоих крыльев – лежачего вверх, а висячего вниз.

В подавляющем большинстве случаев геологу достаточно иметь данные лишь об относительном перемещении, т.е. знать амплитуду смещения одного крыла относительно другого. Следующее правило определения относительного перемещения крыльев сброса будет справедливым и для всех остальных разрывных нарушений: при определении относительного перемещения крыльев разрывов необходимо сравнивать возраст пород, обнажающихся на поверхности на крыльях разрыва. Приподнятым крылом окажется то, на котором обнажены относительно более древние породы; на опущенном крыле обнажаются более молодые отложения.

Определение возраста сбросов представляет сложную задачу. Основным признаком, позволяющим судить о времени образования сброса, является возраст нарушенных пород. Большое значение имеют и косвенные данные, например время формирования складчатости в данном районе, время проявления интенсивных вертикальных движений, внедрение интрузий и т.д.

Основным правилом для определения возраста любого разрыва является следующее: разрыв всегда моложе самого молодого нарушенного слоя и всегда древнее самого древнего из перекрывающей его толщи.

Образование сбросов. Все смещения горных пород по поверхностям разрыва происходят в условиях разнонаправленного или однонаправленного, но различного по амплитуде и скорости смещения блоков. Смещения могут происходить одновременно с образованием разрыва или значительно позже. Из соотношения движений крыльев наклонных сбросов устанавливается, что между крыльями образуется «зияние», т.е. нарушенные слои как бы отходят друг от друга. Образование «зияния» вызывается растяжением участков земной коры, в которых образуются сбросы.

Разрушение горных пород возможно хрупким путем (отрыв) или вязким (скалывание). В обоих случаях, кроме того, действует сила тяжести, направленная вниз. Однонаправленность движений в условиях растяжения хорошо выражена в ступенчатых сбросах.

Рис. 2. Элементы взброса

Взбросами называются разрывные нарушения, в которых поверхность разрыва наклонена в сторону расположения приподнятых пород.

Во взбросах различаются следующие элементы (рис. 2): опущенное, или лежачее, крыло (А), приподнятое, или висячее, крыло (Б), сместитель (В), угол наклона сместителя (α), амплитуда по сместителю (а1-б1), вертикальная амплитуда (а1-б2), горизонтальная амплитуда, или перекрытие (б1-б2), стратиграфическая амплитуда (а1-б4), вертикальный отход (а1-б3), горизонтальный отход (б1-а2).

Классификация взбросов почти совпадает с классификацией сбросов. Образуются взбросы в обстановке сжатия и представляют собой вязкие разрывы. Как правило, взбросы развиваются в районах линейной складчатости.

Рис. 3. Схема грабенов в разрезах: а – простого, образованного двумя сбросами; б – простого, образованного двумя взбросами; в – сложного, образованного сбросами; г – сложного, образованного взбросами.

Сбросы и взбросы нередко развиваются группами, охватывающими значительными территориями. Среди них широко распространены опущенные или поднятые крылья, блоки горных пород, разделенные сбросами или взбросами, получившими название горстов и грабенов.

Грабены (нем. – ров) представляют собой линейные структуры, образованные сбросами (чаще) или взбросами, центральные части которых опущены и на поверхности сложены породами более молодыми, чем в поднятых краевых частях. В строении грабенов могут участвовать сбросо-сдвиги и взбросо-сдвиги. Погружения в центральных частях грабенов происходят ступенчато (рис. 3).

Различают простые и сложные грабены. Простые грабены образованы двумя-тремя сбросами или взбросами; в сложных грабенах принимает участие большое количество разрывов. По отношению ко времени формирования горных пород, слагающих грабен, выделяют наложенные грабены и грабены, формировавшиеся параллельно с осадконакоплением.

Рис. 4. Схема горстов в разрезах: а – простого, образованного двумя сбросами; б – простого, образованного двумя взбросами; в – сложного, образованного сбросами; г – сложного, образованного взбросами.

К горстам (нем. – холм, возвышенность) относят линейные структуры, образованные сбросами, взбросами, сбросо-сдвигами или взбросо-сдвигами, центральные части которых приподняты и на поверхности сложены более древними породами, чем в краевых частях (рис. 4). Так же как и грабены, горсты различаются на простые и сложные, и могут развиваться как позже процесса осадконакопления, так и одновременно.

При образовании грабенов и горстов, ограниченных сбросами, на горные породы действует двойное усилие: общее растяжение и силы гравитации. Последние вызывают погружение центральных частей грабенов и крыльев горстов, в то время как поднятые части структур могут сохранять стабильное положение. Особенно часто грабены, ограниченные сбросами, встречаются в сводовых частях куполовидных складок (соляных диапирах и др.).

Грабены и горсты, образованные взбросами, обычно являются следствием активного сжатия земной коры в горизонтальном направлении.

Рис. 5. Крутой (а), пологий (б) и горизонтальный (в) сдвиги.

Сдвигами называются разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении – по простиранию сместителя (рис. 5). В сдвигах различаются крылья, угол наклона сместителя и амплитуда смещения. По углу наклона сместителя сдвиги делятся на: горизонтальные (угол наклона от 0 до 10⁰), пологие (угол наклона от 10 до 45⁰), крутые (угол наклона от 45 до 80⁰) и вертикальные (угол наклона сместителя более 80⁰).

По отношению к простиранию нарушенных пород сдвиги так же, как сбросы и взбросы, могут быть продольными, диагональными и поперечными. Различают правые и левые сдвиги. Для того чтобы установить характер смещения, наблюдатель должен стать лицом к сместителю в пункте обрыва слоя. Если на противоположном крыле сдвига слой относительно наблюдателя будет смещен вправо, сдвиг будет называться правым, если влево – левым.

Рис. 6. Различие в плане между сбросом (а) и сдвигом (б).

Сложную задачу представляет отделение сдвигов от сбросов и взбросов. В сдвигах при перемещении крыльев в положение, существовавшее до возникновения разрыва, концы оборванных структур сходятся и структура восстанавливается как целая (рис. 6). В сбросах и взбросах геологическое строение крыльев на поверхности обычно резко отличное, и перемещение их по сместителю в горизонтальном направлении не может восстановить форму структуры, существовавшей до разрыва.

Образование сдвигов вызывается воздействием на горные породы противоположно направленных сил (пары сил). Сдвиги могут относиться как к хрупким, так и к вязким разрывам. Первые широко развиты в чехлах платформ, вторые – в складчатых областях. Глубинные сдвиги из фундамента могут проникать и в покров вплоть до земной поверхности, но тогда они обычно сопровождаются кулисообразно расположенными оперяющими разрывами.

Раздвигами называют разрывные нарушения, в которых перемещение крыльев происходит под прямым углом к поверхности отрыва. При раздвиге увеличивается зияние между крыльями разрыва. Амплитуда раздвига измеряется перпендикулярно к поверхности разрыва и может быть различной. В некоторых случаях она достигает десятков метров, но обычно не выходит за пределы нескольких метров.

Рис. 7. Схема строения сброса (А) и раздвига (Б). Амплитуда раздвига (b) может быть объяснена без смещения крыльев вдоль сместителя.

Раздвиги чаще, чем другие виды разрывов, заполнены горными породами и минералами. С ними связаны как крупные одиночные вертикальные дайки, заполняющие сместители раздвигов, так и линейные дайковые пояса.

Раздвиги образуются с условиях растяжения земной коры. Растяжения, вызывающие образование раздвигов, охватывают всю массу пород. Следует отметить, что при диагностике раздвигов их легко спутать со взбросами и сбросами (рис. 7).

Надвиги. Рассмотренные выше виды разрывов характеризуются хрупким отрывом или вязким разрушением горных пород без заметных предварительных пластических деформаций либо сопровождаются очень незначительными пластическими деформациями.

Надвигами называются разрывы взбросового строения, возникающие одновременно со складчатостью или накладывающиеся на складчатые структуры. Надвиги развиты преимущественно в сильно сжатых наклонных или опрокинутых складках. Реже они осложняют строение плавных пологих складок.

По наклону поверхности разрыва выделяются четыре вида надвигов: крутые (угол более 45⁰), пологие (угол менее 45⁰), горизонтальные (приблизительно горизонтальное расположение поверхности) и ныряющие – с изогнутой поверхностью разрыва, обладающей на отдельных участках наклоном, обращенным в сторону видимого перемещения пород.

Строение надвигов указывает на их тесную связь с образованием складок, что обусловлено воздействием одних и тех же активных усилий. Однако на положение надвигов в складчатой структуре большое влияние оказывают состав пород и присутствие среди них слоев с малой вязкостью (например, аргиллитов и т.д.), к которым и бывают приурочены смещения. В опрокинутых складках роль таких ослабленных слоев могут играть породы с высоким поровым давлением, способным почти полностью снять гравитационную нагрузку.

Нередко надвиги развиваются как групповые разломы с субпараллельными сместителями – это чешуйчатые надвиги. Гигантские надвиги, сопровождающиеся смещением мощных пластин горных пород на десятки километров, называют тектоническими покровами или шарьяжами.

Висячее перемещенное крыло тектонического покрова называют аллохтоном, лежачее, обычно неподвижное крыло – автохтоном.