Тектонические трещины

Классификация трещин

Разрывные дислокации

Разрывы в горных породах делятся на две большие группы. К первой группе относятся трещины, представляющие собой разрывы, по которым перемещения имеют незначительную величину. Во второй группе объединены разрывы с заметными перемещениями пород – дизъюнктивы.

4.1. Трещины в горных породах (разрывы без смещения)

Совокупность трещин, разбивающих тот или иной участок земной коры, называется трещиноватостью. По степени проявления трещины можно разделить на три группы: открытые, закрытые и скрытые.

Открытые трещины характеризуются четко видимой полостью. В закрытых трещинах разрыв хорошо заметен невооруженным глазом, но стенки трещин сближены до такой степени, что заметить полость по разрыву не удается. Скрытые трещины очень тонки, но их легко обнаружить при разбивании или окрашивании горных пород.

Трещины, имеющие одинаковую или близкую ориентировку, объединяются в ряд трещин. Трещины одного ряда ветвятся, но не пересекаются. В горных породах обычно развивается несколько рядов трещин. При этом ряды трещин нередко взаимосвязаны: ориентировка одного ряда изменяется в соответствии с другим.

Отдельностью называются блоки и глыбы, на которые разделяется трещинами горная порода. Форма отдельности определяется рас­положением трещин. В осадочных горных породах обычно развива­ются прямоугольная, кубическая, параллелепипедная, призматическая, плитчатая, шаровая и глыбовая отдельности, в метаморфических – плитчатая, пластинчатая, ребристая, остроугольная, в лавах – призматическая, столбчатая или шаровая; среди интрузивных массивов встречается кубическая, прямоугольная, параллелепипедная и др.

Трещины, развитые в горных породах, можно классифицировать по текстурным особенностям (слоистость, сланцеватость, ориентировка линейных и пластинчатых минералов), по углу наклона поверхности трещины и условиям их образования. В первом и втором случаях в классификации будет отражена лишь ориентировка трещин в пространстве, поэтому она называется геометрической. В третьем случае в классификации учитывается обстановка их возникновения и она носит генетический характер. Обе классификации не исключают одна другую: трещиноватость в них рассматривается с различных точек зрения, и они дополняют друг друга.

В геометрической классификации трещин в осадочных и метаморфических породах, имеющих ясно выраженную или неясную слоистость, но четкую ориентированную текстуру, выделяются (рис. 40):

а) поперечные трещины, секущие в плане слоистость или слан­цеватость по направлению падения; в разрезах они могут быть либо вертикальными, либо наклонными;

б) продольные трещины, параллельные линии простирания, но секущие слоистость в вертикальных разрезах;

в) косые трещины, пересекающие слоистость или сланцеватость под углом относительно простирания и направления падения;

г) согласные трещины, ориентированные параллельно слоистости или сланцеватости как в плане, так и на разрезах.

В массивных, слоистых и сланцеватых породах трещины удобнее классифицировать по углу наклона. В таких случаях обычно выделяются следующие виды трещин: вертикальные (с углами падения от 80 до 90°), крутые (с углами падения 45 – 80°), пологие (с углами падения 10 – 45), слабонаклонные и горизонтальные (с углами падения от 0 до 10°).

В генетической классификации различают следующие типы тектонических трещин:

1) трещины отрыва,

2) трещины скалывания,

3) кливаж.

К основным признакам, на основе которых выделяются отдельные виды трещин, относятся геологическая обстановка, характер механического разрушения пород, источник возникновения нагрузок и морфологические особенности трещин.

Тектонические трещины появляются в горных породах под влиянием тектонических сил, вызываемых в земной коре эндогенными процессами. Возникающие при этом деформации почти всегда сопровождаются в горных породах трещинами, образующимися как на сравнительно небольших площадях, ограниченных отдельными структурами, так и на огромных пространствах.

Тектонические трещины во многом отличаются от трещин не тектонических. Различия, прежде всего, выражаются в том, что эти трещины более выдержаны как по простиранию, так и по падению и ориентированы по единому плану в разных по составу породах. Как отмечалось, тектонические трещины в соответствии с принятой классификацией делятся на трещины отрыва, скалывания и кливаж.

Трещины отрыва возникают при появлении в породах нормальных напряжений, превышающих пределы их прочности на разрыв и ориентированных перпендикулярно к растягивающим усилиям. Обычно они приоткрыты, имеют неровную зернистую поверхность и лишены каких-либо следов перемещений. Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выпадают из породы, оставляя на поверхности трещины гнезда в виде ямок и вдавленностей. Трещины быстро выклиниваются по простиранию и падению, но часто рядом или в стороне от выклинивающейся трещины можно найти новую, продолжающуюся в том же направлении.

Трещины отрыва могут быть развиты на огромных пространствах в таких региональных структурах, как смыкающие крылья флексур или борта прогибов, либо имеют узкое местное распространение.

Региональные трещины отрыва наиболее развиты в чехлах платформ и орогенных комплексах, испытавших общее растяжение или неравномерные вертикальные перемещения под влиянием движения фундамента.

Морфология региональных трещин отрыва имеет ряд характерных черт. Обычно это крутые или вертикальные ровные трещины, выдержанные по простиранию и падению на десятки и сотни метров. Они бывают открытыми, и очень часто овражная сеть вырабатывается в соответствии с планом расположения трещин. Именно такие трещины встречаются на обширных пространствах в палеозойских толщах чехла Восточно-Европейской платформы.

Местные трещины отрыва образуются на участках, испытавших растяжение при формировании складок и разрывов. Они возникают на сводах пологих куполовидных поднятий, на участках крутого погружения шарниров, в ядрах складок и на смыкающих крыльях флексур.

Трещины скалывания образуются в направлении максимальных касательных напряжений при нагрузках, превышающих прочность пород. Стенки таких трещин обычно плотно сжаты и имеют гладкую поверхность, нередко покрытую штрихами скольжения. Гальки и крупные зерна, попадающие на линию разрыва, срезаются, а не выдергиваются из своих гнезд, как это типично для трещин отрыва. Трещины скалывания сохраняют свою ориентировку по простиранию и падению и характеризуются большой протяженностью.

Этот вид трещин широко распространен на участках, нарушенных взбросами и сдвигами. Эти структуры формируются в условиях сжатия земной коры или под воздействием пары сил. Однако до того, как напряжения сконцентрируются на одной поверхности и вызовут появление разрыва, в породах появятся трещины скалывания, ориентированные под углом к оси сжатия в двух или в одном направлении.

Нередко в крыльях разрывов, вблизи поверхности сместителей, наблюдаются многочисленные трещины скалывания и отрыва, получившие название «оперяющих трещин». Один из рядов трещин скалывания параллелен поверхности сместителя, второй – перпендикулярен и соответствует направлению максимальных касательных напряжений (рис. 41 а,б). У сбросов оперяющие трещины отрыва направлены в сторону, противоположную наклону сместителя и перпендикулярно оси наибольших растягивающих напряжений. При взбросах ориентировка оперяющих трещин будет иной (рис. 41 б). В плане большая часть оперяющих трещин ориентирована параллельно поверхности сместителя.

Кливажем называются частые параллельные трещины, развивающиеся при пластической деформации горных пород. В механическом отношении кливаж выражается в появлении многочисленных поверхностей скольжения, по которым в процессе пластической деформации частицы смещаются относительно друг друга. Начало кливажа соответствует последней стадии развития пластической деформации, характеризующейся потерей прочности перед разрывом.

В поверхностных условиях в зоне выветривания кливаж имеет вид открытых или закрытых частых параллельных трещин с ровными поверхностями, нередко со следами скольжения и притирания. В породах, расположенных вне зоны выветривания, поверхности кливажа выражены скрытыми трещинами, которые могут быть замечены только по относительному перемещению по поверхностям скольжения и особенно по смещению границ между слоями.

При широком распространении и разнообразии деформированных горных пород кливаж развит далеко не повсеместно. Нередко он отсутствует в породах, смятых в самые сложные складки, а в пределах одной складки может быть выражен не с одинаковой ясностью и частотой в слоях различного состава. В пластичных породах, например в аргиллитах, кливаж обычно бывает более частым и четким, чем в хрупких пластах, например алевролитах или песчаниках. Число поверхностей скольжения также зависит от физических свойств пород. В песчаниках и алевролитах оно достигает 15 – 20 и более на 1 м; в относительно пластичных породах их число может быть значительно большим. Например, в углистых сланцах поверхности кливажа прослеживаются через доли миллиметра.

По М.А.Усову и В.В.Белоусову, классификация кливажа следующая (рис. 42).

А. Кливаж, связанный со складчатостью.

I. Послойный кливаж.

II. Секущий кливаж.

1. Веерообразный.

2. Обратный веерообразный.

3. Параллельный (главный).

Б. Приразрывный кливаж.

Послойный кливаж развивается параллельно слоистости на ранних стадиях пластической деформации (рис. 42 а). Как отмечалось, при образовании складок в слоистых толщах изгиб без разрыва пород может произойти лишь при скольжении одних слоев по другим или при внутрислоевом скольжении. Последнее сосредотачивается преимущественно в мягких, относительно пластичных слоях. В хрупких породах оно проявлено незначительно.

В процессе складкообразования по одному из направлений максимальных касательных напряжений, возникают новые поверхности скольжения, вдоль которых образуется кливаж, секущий по отношению к слоистости. Однородные тонкозернистые породы, например глинистые сланцы, при этом разбиваются частыми гладкими, хорошо притертыми поверхностями скольжения.

Ориентировка секущего кливажа в плане совпадает с направлением оси складки. В поперечных вертикальных разрезах он может быть ориентирован различно: либо в виде веера, либо параллельно осевой поверхности (рис. 42 б,д).

Кроме описанного кливажа, формирующегося в складках, явление, имеющее сходные признаки, отмечается в крыльях крупных разрывов, главным образом у взбросов и сбросов. Ширина зон, захваченных приразрывным кливажем, может достигать 200 – 400 м. О более раннем возникновении кливажа по отношению к разрывам и перемещениям вдоль него свидетельствует присутствие в брекчиях трения сместителей, повернутых и раздробленных участков пород с развитым в них кливажем.

Изучение трещин в горных породах осуществляют главным образом при полевых работах. Для этого производят массовые замеры ориентировки трещин с учетом их морфологии, позволяющие при соответствующей систематизации замеров устанавливать преобладающее направление трещин и их генезис.

Систематизацию замеров осуществляют с помощью построения различных диаграмм и карт трещиноватости. Наиболее распространены розы-диаграммы и круговые диаграммы в изолиниях (рис. 43). С помощью последних можно осуществлять пространственную увязку направлений трещиноватости с расположением рудных тел, газоносными структурами, элементами залегания пород, складками и разрывами.

В поверхностях кливажа нередко концентрируется рассеянная минерализация. Кливаж широко используют для установления нормального и опрокинутого залегания пород, а также положения шарниров складок.

4.2. Дизъюнктивы (разрывы со смещениями)

Дизъюнктивы – это разрывы, по которым происходят значительные смещения пород, прилегающих к поверхностям разрыва.

4.2.1. Элементы дизъюнктива

У дизъюнктива различают (рис. 44):

Строение сместителя. Поверхность сместителя не всегда бывает ровной и может быть искривлена, в результате чего при движении между крыльями могут возникнуть полости, которые впоследствии заполняются жильными или рудными минералами. При движении крыльев, соприкасающихся друг с другом, поверхности сместителя становятся гладкими, отполированными. Такие блестящие поверхности носят название "зеркал скольжения". На зеркалах скольжения можно заметить многочисленные штрихи и борозды скольжения, ориентированные по направлению движения крыльев. Помимо зеркал скольжения, между крыльями часто развиваются брекчии трения, представляющие собой раздробленную и перетёртую массу обломков пород. В брекчии трения часто проникают гидротермальные растворы, из которых отлагаются жильные и рудные минералы.

Лежачее и висячее крылья (бока) дизъюнктива выделяются в том случае, если сместитель имеет наклонное залегание. Тот бок (крыло), который расположен под плоскостью сместителя, называется "лежачим", а тот, который нависает над плоскостью сместителя, – ''висячим".

При смещении крыльев относительно друг друга важной характеристикой является амплитуда смещения. Различают: полную амплитуду (амплитуда по сместителю А–А'), вертикальную амплитуду – h и горизонтальную амплитуду - зияние (отход) – L.