Разрывные нарушения

Если деформирующие напряжения превышают предел пластичности, наступает хрупкое разрушение горных пород – возникают разрывы. Разрывы условно подразделяются на:

разрывы без смещения (трещины);
разрывы со смещением (разрывные нарушения).

Трещины – это разрывы, у которых стенки не смещены друг относительно друга или смещены незначительно (первые мм, см, или даже метры – это трещины-микросбросы, т.е., критерий – картируемость смещения в заданном масштабе). В предыдущем разделе были охарактеризованы трещины. Теперь рассмотрим разрывы со смещением – разрывные нарушения.

Элементы разрывных нарушений

Поверхность, по которой происходило смещение пород – сместитель – разделяет два блока, сместившихся друг относительно друга и именуемых крыльями. В случае, когда сместитель наклонный, то крыло, которое расположено над сместителем, называется висячим, а то, которое расположено под сместителем – лежачим.

Виды разрывных нарушений

Различают разрывные нарушения со смещением по падению сместителя – сбросы (рис. 1а) и взбросы (рис. 1б); и со смещением по простиранию сместителя – сдвиги (рис. 1в). Взбросы с пологим сместителем называют надвигами.

Рис. 1. Виды разрывных нарушений: а- сброс; б - взброс; в - сдвиг

Сбросы и взбросы

Сбросы и взбросы – разрывные нарушения (разломы) со смещением по падению, в вертикальном направлении.

Сброс – разрывное нарушение, висячее крыло которого опущено относительно лежачего (рис. 1а).

Взброс – разрывное нарушение, лежачее крыло которого опущено относительно висячего (рис. 1б).

А можно сформулировать и иначе:

сброс – разрывное нарушение, сместитель которого падает в сторону относительно опущенного крыла;

взброс – разрывное нарушение, сместитель которого падает в сторону относительно приподнятого крыла.

Следует подчеркнуть, что речь идет именно об относительном перемещении крыльев, так как чаще всего истинное, абсолютное перемещение определить затруднительно или вообще невозможно. Либо оба крыла перемещались в противоположных направлениях, либо одно оставалось на месте, а другое перемещалось вверх или вниз, либо оба крыла поднимались или опускались, но с разной скоростью – мы наблюдаем только результат: смещение одного крыла относительно другого. Предположение об истинном перемещении блоков возможно лишь на основе анализа истории геологического развития территории, да и то не всегда.

Если сместитель вертикальный – нет ни висячего, ни лежачего крыльев, разлом именуется сбросом.

Как правило, сбросы с глубиной выполаживаются и становятся субгоризонтальными. Такие сбросы называются листрическими (от греч. listron – лопата). Пологие участки сброса называются «флэт» (англ.: flat), а крутые – «рамп» (англ.: ramp) (рис. 2, 3).

Рис. 2. Листрический сброс (по H. Fossen, 2010)

Рис. 3. Элементы листрического сброса (Twiss, Moores, 1992)

Амплитуды сбросов и взбросов

Расстояние, на которое сместилось одно крыло относительно другого, называется амплитудой разрывного нарушения (рис. 4). Различают полную амплитуду – А_п (вдоль сместителя), вертикальную – А_в (в вертикальном направлении) и горизонтальную – А_г (в горизонтальном направлении).

Горизонтальная амплитуда наклонного сброса называется также зиянием, т.к. если задать над этим местом скважину, то она не встретит пласт. Горизонтальная амплитуда взброса называется также перекрытием – скважина, заданная над этим местом, дважды пересечет пласт. Это особенно важно в тех случаях, когда пласт представляет собой залежь полезного ископаемого. Вертикальный сброс не имеет горизонтальной амплитуды (зияния или перекрытия), его полная амплитуда равна вертикальной.

Рис. 4. Амплитуды разрывных нарушений: а- сброса; б - взброса

Особенности строения сместителей сбросов и взбросов

Разрывные нарушения редко представляют собой единичную поверхность. Как правило, это сложно построенное тело, состоящее из особых пород. Сместитель разрывного нарушения окружен зоной дробления и трещиноватости, переходящей зону пластических деформаций (рис. 5, 6). Сместитель часто выполнен тектонической брекчией, катаклазитами и милонитами.

Рис. 5. Строение зоны разлома (по H. Fossen, 2010)

Рис. 6. Принципиальная схема строения зоны разлома (по Ю.С. Шихину, 1991): 1 – карбонатные породы; 2 – гранитоиды; 3 – диориты; 4 – диабазы; 5 – липариты; 6 – поверхности смещения разлома; 7 – катаклазиты и милониты; 8 – брекчии; 9 – трещиноватость; 10–12 – жилы (кварцевые, баритовые, кальцитовые); I – главная поверхность смещения; II, III – параллельные поверхности смещения; IV, V – сопряженные поверхности смещения; VI – тектонический пакет; VII – шток; VIII – дайка; IX – субвулканическое тело; X–XII – минеральные жилы

Сбросы образуются при растяжении земной коры. Первоначально возникают трещины отрыва, для которых характерны неровные стенки и наличие некоторого пространства между стенками. При смещении блоков неровности скалываются, а обломки заполняют промежутки между стенками трещины. Впоследствии обломки цементируются более мелкими продуктами истирания и минералами, отложившимися из гидротермальных растворов – карбонатами, кремнеземом, часто с примесью рудных минералов. В итоге получаются тектонические брекчии (рис. 7), потенциально рудоносные. Помимо тектонических брекчий, могут присутствовать породы, состоящие из мелко раздробленных обломков – катаклазиты, а также из тонко истертого материала – милониты.

Рис. 7. Схема образования тектонической брекчии

На участках плотного прилегания стенок трещины образуются заглаженные, приполированные поверхности – зеркала скольжения (рис. 8). Эти поверхности часто покрыты бороздками, процарапанными более твердыми обломками (глубина их уменьшается по мере истирания этих обломков), а также мелкими поперечными уступами (высотой от нескольких см до долей мм). Микроскопические уступы создают «занозистость»: если провести рукой по поверхности зеркала скольжения, то в направлении смещения будет ощущаться меньшее сопротивление, чем во встречном направлении. Таким образом, в случае однократного перемещения блоков по штриховке и «занозистости» зеркала скольжения можно определить направление относительного перемещения блоков.

Рис. 8. Схема строения зеркала скольжения

Структурные волны и тектонические пакеты

Стенки сместителей разрывных нарушений редко бывают плоскими, обычно они покрыты волнообразными изгибами – структрурными волнами (рис. 9). Размеры волн различны: от нескольких сантиметров до сотен метров. Одновременно могут присутствовать волны нескольких порядков. Структурные волны ориентированы по направлению смещения блоков.

Тектонические пакеты представляют собой выпукло-вогнутые линзы, вытянутые вдоль структурных волн поверхности сместителя. Для взбросов и сбросов характерны в плане сравнительно короткие, изогнутые пакеты.

Рис. 9. Структурные волны и тектонический пакет (по Ю.С. Шихину, 1991)

Относительное перемещение крыльев можно определить по горизонтальному смещению наклонных слоев (или любых других наклонных поверхностей).

Для пояснения рассмотрим сначала перемещение блоков на схематических блок-диаграммах (рис. 10).

Рис. 10. Схема образования горизонтального отхода наклонного пласта при вертикальном смещении крыльев сброса: а - положение крыльев до смещения (красным показана будущая поверхность сместителя); б - то же, после смещения; в - то же, после выравнивания поверхности Земли

На рис. 15в видно, что в относительно приподнятом крыле разлома (разрывного нарушения) после выравнивания поверхности Земли процессами денудации слои оказываются смещенными в направлении своего падения по отношению к одновозрастным слоям в опущенном крыле. Для удобства запоминания это правило формулируется как «правило пяти П»:

Поднятый Пласт Перемещен По Падению

Расстояние такого перемещения (при одной и той же амплитуде) зависит от угла падения пласта: чем больше угол падения, тем меньше перемещение. Вертикальный пласт вообще не будет перемещен.

Вертикальная амплитуда сброса может быть вычислена по формуле:

h = l · tg α

где h – вертикальная амплитуда, α – угол падения, l – горизонтальное расстояние между смещенными границами пласта по направлению падения.

Кроме того, на рис. 15в мы видим, что древние слои в относительно приподнятом крыле разлома приведены в соприкосновение с более молодыми слоями в опущенном крыле. Это правило можно назвать «правилом возраста». Ограничения: «правило пяти П» применимо только для наклонно залегающих пластов, а правило возраста «не работает» при опрокинутом залегании.

Классификация сбросов и взбросов

Проведем классификацию сбросов и взбросов сначала для одиночных, а затем для групповых разрывных нарушений.

I. Одиночные разрывные нарушения подразделяются:

1) по соотношению простираний сместителей с простиранием слоев или складок – на продольные (рис. 11а); поперечные (рис. 11б) и диагональные (рис. 11в).

Рис. 11. Типы разрывных нарушений по ориентировке сместителя в плане: а - продольные; б - поперечные; в - диагональные

2) по соотношению направлений падения сместителя и пластов в крыльях – на согласные и несогласные (рис. 12);

Рис. 12. Классификация сбросов и взбросов по соотношению направлений падения сместителя и пластов в крыльях: а - согласные сброс и взброс; б - несогласные сброс ивзброс

II. Групповые сбросы и взбросы подразделяются

1) по взаимному расположению в плане (на местности и на геологической карте) на параллельные (рис. 13а); кулисообразные (рис. 13б); сетчатые (рис. 13в); радиальные (рис. 13г) и концентрические (рис. 13д); на сводах куполов, особенно соляных, а также в вулканических структурах центрального типа, часто наблюдается сочетание радиальных и концентрических сбросов и взбросов, образующих так называемую "структуру разбитой тарелки" (рис. 13е).

Рис. 13. Классификация сбросов и взбросов по взаимному расположению в плане: а - параллельные; б - кулисообразные; в - сетчатые; г - радиальные; д - концентрические; е - сочетание радиальных и концентрических

2) по относительному перемещению блоков на ступенчатые (рис. 14а); компенсационные (рис. 14б); простые и сложные грабены (рис. 14в,д) и горсты (рис. 14г, е).

Рис. 14. Классификация сбросов и взбросов по относительному перемещению блоков а) ступенчатые; б) компенсационные; в) простой грабен; г) простой горст; д) сложный грабен; е) сложный горст

Грабены и горсты могут быть наложенными, то есть образованными после завершения осадконакопления, и конседиментационными – образующимися на фоне осадконакопления. Конседиментационные грабены имеют сложное строение. В их центральных частях могут накапливаться мощные толщи пород, отсутствующих или имеющих небольшую мощность в периферийных частях. Приподнятые древние породы, обнажающиеся на краях грабена, нередко служат источником сноса материала, накапливающегося в его центральных частях (рис. 15а).

Горсты, наоборот, являются областями разрушения древних пород, и в случае конседиментационного их развития осадконакопление происходит в краевых частях горстов (рис. 15б).

Рис. 15. Конседиментационные грабен (а) и горст (б)

Рифты

Крупные грабены, выраженные в современном рельефе долинами или впадинами, называют рифтами.

Байкальский рифт (рис. 16) ограничен крупными глубинными сбросами и имеет более 1000 км в длину и до 60 км в ширину. Наибольшая глубина в озере 1650 м. На северо-востоке и юго-западе Байкальский рифт продолжается в виде сложной системы кулисообразно расположенных грабенов (рис. 17). Рифт возник в конце олигоцена. Его активное развитие продолжается до сих пор со средней скоростью погружения дна 0,6 см/год. Рифт возник в конце олигоцена. Его активное развитие продолжается до сих пор со средней скоростью погружения дна 0,6 см/год. Средняя скорость раздвига составила 0,2—0,3 см/год; погружение кристаллического основания в Южно-Байкальском троге 6—7 км; в Северо-Байкальском 4—5 км.

Рис. 16. Байкальский рифт. Схематический разрез

Рис. 17. Байкальская рифтовая система

Великая Африканская рифтовая система - система грабенов, прослеживающихся от Мозамбика через большую часть Африки до гор Анти-Тавр в Малой Азии. Она имеет протяженность свыше 6000 км (рис. 18). Это величайшая линейная депрессия, протягивающаяся более чем на одну шестую часть окружности Земли. К долинам приурочены озера Танганьика (второе по глубине после Байкала), Ньяса, Малави и др.

Рифтовые системы пересекают нагорья, образовавшиеся в процессе неоднократно возобновлявшегося подъема. Амплитуда смещения дна рифтовых долин по отношению к краям бортов может достигать 5 км. Рифтам свойствен вулканизм третичного и четвертичного возраста; они являются также и зонами сейсмической активности.

Рис.18. Восточно-Африканская рифтовая система

Еще более грандиозно выглядит система рифтовых долин, протягивающихся вдоль гребней срединно-океанических хребтов (рис. 19). Она практически опоясывает весь Земной шар. Океанические рифты отличаются сейсмической и тектонической активностью. Тепловой поток выше среднего. Большая часть тепла отводится гидротермальными растворами. Обследование дна океанов с обитаемых подводных аппаратов обнаружило свидетельства активного вулканизма. По мере разрастания дна блоки земной коры поднимаются на высоту более 2000 м над дном рифтовой долины рядом с гребнем хребта.