Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Разрывные нарушения.

Надвиги и сдвиги

Надвиги

Надвиги – это разрывы взбросового строения, возникающие и развивающиеся в обстановке сжатия одновременно со складчатостью.

Надвиги развиты преимущественно в сильно сжатых наклонных или опрокинутых складках. Надвиги обычно развиваются вдоль осевых линий складок или на их крыльях параллельно осевым линиям и затухают при выполаживании складок.

В геометрическом отношении надвиг имеет те же элементы, что и другие разрывы: поверхность (сместитель) надвига (А), висячее (Б) и лежачее (В) крылья (рис. 37).

Рис. . Элементы надвига

Сместитель надвига может иметь углы падения от 0° до 90°, изменения которых могут происходить в пределах одной и той же поверхности. При прямых складках поверхности надвигов обычно близки к вертикальным. При асимметрии складок поверхности надвигов наклоняются в ту же сторону, что и осевые поверхности складок. При этом они тем более пологи, чем больше наклонены и опрокинуты складки. В определенных условиях сама пологая поверхность надвига может плавно изогнуться в пологие, а иногда и довольно крутые складки. Наблюдения показывают, что надвиги обычно зарождаются в ядрах антиклинальных складок, где явления сжатия вызывают процесс скалывания. Постепенно поверхность надвига срезает все большее число слоев в ядре складки и может перейти на ее крыло, в результате чего происходит надвигание антиклинальной складки на соседнюю синклинальную. В связи с тем, что складки бывают нескольких порядков, соответственно и надвиги могут быть также нескольких порядков. Поверхности надвигов разных порядков в случае субпараллельности осевым поверхностям складок соответствующего порядка могут пересекать складки меньших размеров безотносительно к их осевым элементам. Надвиговые поверхности того или иного порядка могут сопровождаться оперяющими более мелкими поверхностями скалывания (рис. 21). На геологических картах, достаточно точно отражающих действительные структурные соотношения, надвиги разных порядков устанавливаются легко по их расположению внутри складок соответствующих порядков. Линии надвигов на геологических картах обычно субпараллельны простиранию складок. В частных случаях простирание линии надвига может отклоняться от простирания складок, даже пересекая их.

Рис. 21. Разрез через газоносные отложения Саванна-Крик, Альберта, США, с изображенными на нем надвигами ( по Ирдли). D – девон, M – миссисипий, J – юра, К – мел

В тех случаях, когда имеется несколько надвигов, наклоненных в одну сторону, говорят о чешуйчатой структуре. При пологих поверхностях надвигов, иногда изогнутых в складки, говорят о покровной структуре. В тех случаях когда имеется сочетание тех и других элементов, можно говорить о покровно-чешуйчатой или чешуйчато-покровной структуре, в зависимости от преобладания первых или вторых элементов.

При чешуйчатой структуре смена отдельных тектонических блоков (тектонических пластин), заключенных между соседними поверхностями надвига, происходит в горизонтальном направлении, и блоки эти называются тектоническими чешуями (рис. 22). При покровной структуре смена отдельных тектонических блоков происходит по вертикали, и блоки эти называются тектоническими покровами (см. ниже).

Рис. 22. Чешуйчатые надвиги

Отдельные тектонические блоки как в плане (на геологической карте), так и в разрезе могут сходить на нет, выклиниваясь между двумя соседними поверхностями надвигов.

Амплитуды надвигов обычно измеряются несколькими десятками или сотнями метров, достигая в некоторых случаях десятков и даже сотен километров. Определение амплитуды крутопадающего надвига может быть произведено по тем же соображениям и формулам, которые использовались для сбросов. При пологопадающих надвигах задача часто осложняется неясностью положения корневых частей, откуда началось перемещение тектонической пластины, которая создала покров. Для решения этого вопроса привлекаются данные о фациальном характере толщ покрова и основания; но в этом приеме заложены большие возможности для ошибок.

При перемещении висячего крыла надвига, в его основании возникают такие условия трения, которые часто ведут к образованию брекчии трения, возникновению и развитию явлений катаклаза и милонитизации, приводящим обычно к образованию милонитов. Брекчия надвига отличается от сбросовой брекчии тем, что представляет собой компактную породу без какого-либо постороннего цемента. Она состоит из больших или меньших кусков первичной породы основания висячего крыла надвига, цементируемых той же самой, но тонко измельченной породой. Куски эти могут быть самой различной величины – от сантиметров до метров в поперечнике. Если при образовании сбросовых брекчий происходит главным образом раздробление исходных пород, то при образовании брекчий надвига имеет место раздавливание исходных пород. Широкое развитие при этом получает милонитизация, когда различные исходные породы превращаются в тонкозернистую сланцеватую массу с широким новообразованием тонколистоватых минералов. Поверхность висячего крыла надвигов, притираясь и выглаживаясь, часто дает зеркала скольжения.

Тектонические покровы

Тектонические покровы, или шарьяжи (от фр. charrier – катить) – крупные надвиги с перемещениями на километры и десятки, иногда даже сотни километров по пологим и волнистым поверхностям срыва, называемым детачментом (англ. detactment) (рис. 23). Покровы развиваются в областях со сложным складчатым строением, охватывая крупные массы горных пород, заключающие иногда целые складчатые комплексы – складчато-надлвиговые пояса (рис. 24). В покровах выделяются перемещенные массы висячего крыла, называемые аллохтоном, и оставшееся на месте лежачее крыло – автохтон.

Рис. 23. Элементы покрова

Рис. 24. Надвиги в складчато-надвиговых поясах (с дополнениями, по Прокопьеву и др., 2004)

Обычно породы аллохтона древнее пород автохтона, но встречаются покровы и с обратным соотношением пород.

В аллохтоне иногда различают переднюю лобовую часть (голова или фронт покрова), тело, или панцирь покрова и "корни". Под последними понимается то место, где породы аллохтона залегают тектонически нормально и откуда они начинали свое перемещение.

При частичном разрушении аллохтона эрозией, в местах антиклинальных изгибов его основания, т. е. поверхности надвига, по которой аллохтон перемещался, на дневной поверхности может выступить автохтон. Такие участки автохтона среди общего поля аллохтона называются тектоническими окнами. Участки аллохтона, изолированные эрозией от его тела в местах синклинальных изгибов поверхности разрыва, называются тектоническими останцами (экзотическими скалами, клиппами, или клиппенами) (рис. 25).

Рис. 25. Тектонические окна и останцы: а - блок-диаграмма; б - карта и разрез

В головной части покрова образуется чешуйчатая зона – серия одинаково ориентированных надвигов, которые соединяются пологим подошвенным надвигом (рис. 26). Если чешуйчатая зона ограничена сверху кровельным надвигом, получается дуплекс. Дуплекс состоит из ряда хорсов, наклоненных в сторону надвигания. Типичные хорсы имеют S-образную форму (рис. 26, 27).

Рис. 26 . Образование чешуйчатой структуры (по H. Fossen, 2010)

Рис. 27. Разрез через Каледонский форланд к северу от Осло, Норвегия. Подошвенный надвиг проходит по мягким сланцам над фундаментом (по H. Fossen, 2010)

Образование покровов

При анализе условий перемещения Огромных масс пород аллохтона возникает т.н. «механический парадокс»: расчеты показывают, что силы, потребные для смещения всего покрова целиком, настолько велики, что разрушили бы все породы.

Были предложены разные варианты решения этого противоречия, в частности: а) давление поровых флюидов; б) гравитационное соскальзывание; в) движение покрова отдельными частями («модель червя»). В первом случае предполагается, что под надвиговой поверхностью присутствует флюидоупор, подпираемый снизу избыточным давлением поровых флюидов, которое в значительной мере снижает нагрузку вышележащих пород, т.е., аллохтон как бы «плавает» на водой подушке. Действительно, такое избыточное давление поровой жидкости наблюдается во многих местах. Однако трудно представить, что такое избыточное давление может поддерживаться длительное время на больших пространствах. Что касается гравитационного соскальзывания, то оно имеет место в ограниченных масштабах и не может быть единственной причиной перемещения покровов на сотни километров.

По-видимому, перемещение покрова происходит не сразу всей массой. Продвижение начинается от корней и постепенно передается фронтальным частям. Установлено, что тело покрова имеет форму клина. Движение начинается только тогда, когда достигнут необходимый угол этого клина (рис. 28).

Рис. 28. Образование покровов: а - схема образования клина; б - разрез наложенных друг на друга надвигов, Тайвань (по Suppe, 1980)

По условиям образования могут быть выделены три вида покровов. Первый из них образуется из крупных лежачих складок (рис. 29). Эти покровы часто бывают одиночными.

Рис. 29. Небольшой шарьяж (Аннабергская лежачая складка). Нижний триас представлен очень пластичными породами. 1 – корни аллохтона, 2 – лоб аллохтона, 3 – тектонический останец. Желтым цветом выделен базальный горизонт песчаников верхнего триаса, прерывистыми линиями показаны реконструированные («воздушные») части структуры

Покровы второго вида возникают из надвигов в складчатой структуре и обычно дают комплексы из нескольких перекрывающих друг друга покровов (рис. 30 ).

Рис. 30. Разрез через Гланер-Альп в Швейцарии с изображенными на нем надвигами и шарьяжами

Третий вид покровов, который широко распространен в Альпах, связывается с гравитационным скольжением складчатых структур со склонов тектонических поднятий в прилежащие тектонические прогибы (рис. 31). Амплитуда смещения аллохтона в альпийских покровных структурах достигает 50-60 км.

Рис. 31. Покров Гларус в Альпах

Сдвиги

Сдвиги – разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении, вдоль простирания сместителя. В сдвигах, как в сбросах и взбросах, различаются сместитель, крылья, угол наклона сместителя и амплитуда смещения. По направлению взаимного смещения крыльев различают правый и левый сдвиги. Если смотреть в плане на линию сдвига по перпендикуляру к ней, то в правом сдвиге дальнее крыло смещается вправо. В левом сдвиге при тех же условиях смещение происходит влево (рис. 32).

Рис. 32. Сдвиги: а - правый; б - левый

Строение сдвигов

В плане сдвиги редко бывают прямолинейными. Изгибы сместителя могут быть направлены в сторону, препятствующую смещению, либо в сторону, высвобождающую смещение. На изгибах сместителя образуются разветвления – дуплексы растяжения и сжатия (рис. 33а).

В вертикальном разрезе разветвления сходятся на глубине, образуя цветковые структуры – отрицательные при растяжении и положительные при сжатии (рис. 33б).

Рис. 33. Строение сдвигов (по H. Fossen, 2010): а - дуплексы растяжения и сжатия; б - цветковые структуры

Структуры окончаний сдвигов

Сдвиги конечны по простиранию. На окончаниях сдвигов формируются чешуйчатые веера. Их иногда называют хорсами – структурами конского хвоста (horse).

В тылу перемещающегося крыла происходит образование чешуйчатых вееров растяжения, которые представлены сбросами (рис. 34а). В разрезе они также образуют негативную цветковую структуру.

Напротив, во фронте перемещающегося крыла происходит образование чешуйчатых вееров сжатия, которые представлены надвигами (рис. 34б), образующими в разрезе позитивную цветковую структуру.

Рис. 34. Структуры окончаний сдвигов

Транспрессия и транстенсия

На изгибах сместителя, наряду с деформацией сдвига, присутствует деформация растяжения-сжатия. Сдвиг со сжатием получил название «транспрессия» (transpression), сдвиг с растяжением – «транстенсия» (transtension).

Различие между сдвигами и сбросами

Отличить сдвиги от других разрывов часто бывает затруднительно. Так, например, соотношения в плане по линии сдвига могут получиться такие же, как при сбросе после размыва поднятого крыла до общего горизонтального уровня (см. схему выше). Именно благодаря этому часто обычные сбросы и взбросы принимаются в практике за сдвиги, особенно на аэрофотоснимках.

Различие заключается в том, что при сдвиге все элементы структуры смещаются в плане в одну сторону и на одинаковое расстояние, а при сбросе (взбросе) величина и направление горизонтального смещения зависят от направления и угла падения данного элемента структуры.

Наиболее четко проявляется различие между сбросом и сдвигом в периклинальных и центриклинальных частях складок. В сдвигах при мысленном возвращении крыльев в положение, существовавшее до возникновения разрыва, концы оборванных структур сходятся, и структура восстанавливается как целая. Кроме того, осевая линия при сдвиге, в отличие от сброса, перемещается вместе с крыльями(рис. 35).

Рис. 35. Различие сбросов и сдвигов на карте: а - сброс; б - правый сдвиг; в - левый сдвиг

Как при сдвигах, так и при сбросах и взбросах смещение крыльев в разрывах часто происходит не строго в каком-то одном направлении по поверхности сместителя – по горизонтали, вверх или вниз, а косо по отношению к горизонту. В этом случае в разрывах появляются как сдвиговая, так и сбросовая и взбросовая составляющие и разрывы называются сбросо-сдвигами и взбросо-сдвигами. Сдвиги широко распространены в земной коре. Они образуют как местные (локальные) структуры, так и структуры регионального значения. Крупнейшие сдвиги прослеживаются на многие сотни и даже тысячи километров. Они оказывают влияние на тектоническое строение целых регионов.

Разрыв Сан-Андреас в Калифорнии прослеживается на расстоянии более 800 км и сопровождается зоной брекчирования иногда до 1000 м шириной. Ответвлением Гарлокского сдвига разлом разделяется на северную и южную части, которые развивались до последнего времени различно. Как показывает изгибание русел и других современных морфологических элементов, правое смещение по сдвигу в северной части разлома в течение современного периода нигде не превышает 1000 м. Путем анализа соотношений фациальных особенностей осадочных толщ мезо-кайнозоя по обе стороны разрыва ряд авторов приходят к выводу о грандиозной амплитуде общего правого сдвигового смещения за это время, достигающего 580 км.

Общим для всех крупных сдвигов является, помимо горизонтальных смещений на десятки и сотни километров, наличие крупных вертикальных смещений (от 1 до 3 км в среднем), мощных зон брекчирования и проявления второстепенных разломов; характерна для них и длительность развития, обычно охватывающая не одну эру, причем это развитие в одних случаях могло быть практически непрерывным, в других - возобновляться после значительных перерывов.

Выводы

  1. Разрывные нарушения со смещением по падению разделяются на сбросы и взбросы.
  2. Сброс – разрывное нарушение, висячее крыло которого опущено относительно лежачего, а взброс – разрывное нарушение, лежачее крыло которого опущено относительно висячего.
  3. Среди систем сбросов выделяются грабены и горсты.
  4. Крупные грабены, выраженные в современном рельефе долинами или впадинами, называют рифтами.
  5. Надвиги – это разрывы взбросового строения, возникающие и развивающиеся одновременно со складчатостью.
  6. Надвиги развиты преимущественно в сильно сжатых наклонных или опрокинутых складках.
  7. Крупные надвиги с перемещениями на километры и десятки километров по пологим и волнистым поверхностям называются тектоническими покровами (шарьяжами).
  8. Сдвиги – разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении, вдоль простирания сместителя.
  9. По направлению взаимного смещения крыльев различают правый и левый сдвиги. В правом сдвиге противоположное от наблюдателя крыло смещается вправо, а в левом сдвиге – влево.
  10. Различие между сбросами (взбросами) и сдвигами на карте заключается в том, что при сдвиге все элементы структуры смещаются в плане в одну сторону и на одинаковое расстояние, а при сбросе (взбросе) величина и направление горизонтального смещения зависят от направления и угла падения данного элемента структуры.
  11. Для крупных сдвигов характерны горизонтальные смещения на десятки и сотни километров, наличие крупных вертикальных смещений, мощных зон брекчирования и второстепенных разломов, а также длительность развития.

 

Вопросы для самопроверки

  1. Перечислите и кратко охарактеризуйте основные генетические типы разрывов.
  2. В чем заключаются явления зияния и перекрытия при разрывах?
  3. Какие сбросы называют «листрическими»?
  4. Как определяется приподнятое крыло сброса по геологической карте?
  5. Как может быть определена амплитуда сброса?
  6. В чем заключается различие тектонических брекчий при сбросах и надвигах?
  7. Что такое покровная структура?
  8. Как различаются сбросы и сдвиги на геологической карте?
  9. Что такое тектонический меланж?