Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Диапировые структуры

Диапировые структуры, или структуры протыкания, встречаются в различных тектонических областях, но наиболее широко распространены в прогибах платформ и краевых прогибах. Термин «диапир» происходит от греческого слова «диапиро», что означает «протыкаю». Термин введен в 1907 году румынским геологом Мразеком.

Диапировые структуры в центральной части имеют ядро, сложенное пластичными породами (обычно каменной солью или глиной), которые выжимаются вверх, приподнимая, взламывая и прорывая перекрывающие породы.

Можно выделить два различных типа диапировых структур: а) диапировые структуры в складчатых областях (преимущественно во внутренних, складчатых частях краевых прогибов); б) диапировые структуры в платформенных областях и внешних частях краевых прогибов (значительно более распространенный тип).

В первом случае структуры протыкания представляют собой крайнее выражение дисгармоничной складчатости. Пластичные породы (соли или глины) нагнетаются из крыльев антиклинальных складок в замки. Вышележащие вязкие породы в замках антиклиналей испытывают деформацию растяжения. Образуются трещины отрыва, по которым соль (или глина) начинает внедряться в вышележащие породы. Формируются ядра диапиров, вытянутые по простиранию складчатой структуры. Основной причиной возникновения диапировых структур в этом случае являются тектонические движения, вызывающие складкообразование.

Во втором случае сложные тектонические дислокации отсутствуют, следовательно, тектонические движения не могут служить основной причиной образования диапировых структур. Шведский химик Аррениус в 1912 году первым показал, что поднятие соли в перекрывающие породы вызвано плавучестью, которая обусловлена низкой плотностью соли. Движение солей в недрах под влиянием плавучести называют галокинезом (греч.: галос - соль, кинесис - движение). Ю.А. Косыгин, обобщая данные по галокинезу, указывает, что течение соли связано с тремя ее кардинальными свойствами как горной породы: 1) низкая плотность (около 2,15) в сравнении с перекрывающими породами (2,3-2,4); 2) высокая пластичность, способность к пластическому течению; 3) компактность, несжимаемость (сплошное кристаллическое строение, при котором внешние силы не могут изменить объем породы за счет перераспределения частиц или образования более компактных минералов) - это свойство обеспечивает практически одинаковую плотность соли на различных глубинах.

На поверхности и небольших глубинах плотность соли выше плотности обычных неуплотненных осадков (около 1,8). По мере осадконакопления осадки погружаются на все большую глубину, уплотняются, цементируются и превращаются в осадочные породы с плотностью, превышающей плотность соли. Таким образом, при некоторой критической мощности перекрывающих осадков («надсолевой толщи») происходит инверсия плотностей, обусловливающая гравитационную нестабильность соли в недрах (рис. 1).

По данным Ю.А. Косыгина, для возникновения галокинеза необходима минимальная мощность солевой толщи в 120 м и надсолевой толщи – 300 м (по другим данным – 500 м). Однако для начала процесса движения соли нужно еще одно условие - градиент давления, который создается различиями мощности надсолевой толщи. Эти различия зависят от разной скорости вертикальных колебательных тектонических движений, то есть, влияние тектонического фактора на процессы галокинеза также велико. Градиент давления заставляет соль перетекать из участков, где мощность надсолевой толщи больше, в те участки, где она меньше. На поверхности солевой толщи образуются вздутия – соляные подушки, над которыми на земной поверхности возникают возвышенности. На возвышениях скорость осадконакопления минимальна, или даже происходит денудация, а во впадинах скорость накопления осадков выше. Таким образом, разность мощностей, а значит и градиент давлений все увеличивается. 

Рис. 1. График зависимости плотности соли и обычных осадков от глубины

Процесс этот длительный, продолжается десятки и сотни миллионов лет, то есть, диапировые структуры - структуры конседиментационные, и для них характерны все признаки, отмеченные ранее для конседиментационных структур. Своды диапировых структур растягиваются, растрескиваются, и соль начинает прорывать перекрывающие породы, всплывая сквозь них к поверхности – образуются соляные штоки, столбообразные ядра диапировых структур.

Чем выше соляное поднятие, и, следовательно, больше разность давлений, тем быстрее растет соляной шток (закон ускоренного роста соляных куполов). Однако, по достижении уровня грунтовых вод, скорость роста замедляется, уравновешиваясь растворением соли. Начинает формироваться кепрок («гипсовая шляпа») – порода, состоящая из нерастворимых в воде примесей в каменной соли. Согласно Трусхейму (1960), форма соляных диапиров связана с глубиной погребения: до 3000 м образуются соляные подушки, 3000—5000 м – соляные штоки, глубже 5000 м – соляные валы (рис. 2)

Рис. 2. Формы проявления соляной тектоники (по H. Fossen, 2010, с изменениями)

Типы диапиров

Различают следующие виды диапиров: а) по взаимному расположению на земной поверхности - одиночные и групповые (рамочные или кольцевые); б) по положению ядра диапира по отношению к земной поверхности - открытые (ядро вышло на земную поверхность), криптодиапиры (ядро не достигло земной поверхности) и погребенные (когда-то в геологической истории были открытыми, затем были перекрыты новыми осадками, после чего их рост возобновился).

Одиночные диапиры следует понимать условно, поскольку диапировые структуры поодиночке не встречаются. В данном случае речь идет о диапирах, удаленных на некоторое расстояние друг от друга.

Рамочные, или кольцевые диапиры характерны, в частности, для Ишимбаевского района в Предуральском прогибе. Они представляют собой округлые мульды (ячеи проседания), на стыках между которыми наблюдаются ядра диапиров звездчатой формы, ограниченные разломами.

Открытые диапиры - ядро которых достигло поверхности Земли. В районах с гумидным климатом соль растворяется грунтовыми и поверхностными водами, поэтому на поверхность выходит кепрок, перекрытый рыхлыми наносами. Однако в засушливых, пустынных районах возможен выход соли на поверхность. По данным Кента (1958), в Иране соль стекает с вершин гор, образуя "соляные глетчеры".

Криптодиапиры – вершина соляного ядра не достигла земной поверхности. Во-первых, поднятие соли частично или полностью уравновешивается растворением грунтовыми водами с формированием кепрока (нерастворимые включения в соляной породе – гипс, известняк, доломит, глинистые прослои, обломки боковых пород, захваченные при подъеме к поверхности – скрепленные вторичным цементом). Во-вторых, когда соль достигает уровня инверсии плотностей, ее подъем замедляется, она начинает растекаться в стороны, приобретая форму шляпки гриба или утиной головы или даже покрова.

Погребенные диапиры - ранее открытые, но впоследствии перекрытые толщей более молодых осадков. Характерны, в частности, для Прикаспийской низменности. Здесь соляная толща имеет кунгурский возраст (ранняя пермь), она была перекрыта надсолевой толщей верхней перми - нижнего триаса. В среднем триасе - ранней юре эти диапиры существовали как открытые, в средней юре - мелу они были погребены, а затем рост диапиров возобновляется.

На земной поверхности погребенным диапирам и криптодиапирам соответствуют соляные купола - округлые или овальные в плане структуры, разбитые многочисленными разрывными нарушениями (структура битой тарелки). Их поперечные размеры обычно не превышают 5 км; более крупные (до 10 км в поперечнике) встречаются редко. Сводовые части куполов часто осложнены грабенами. Опускание центральных частей грабенов отчасти обусловлено растворением соляного ядра, но в большей степени - растяжением свода. Купола такого типа широко распространены в Урало-Эмбенском районе Прикаспийской низменности (рис. 3).

Рис. 3. Соляные купола на карте Урало-Эмбенского района

Глиняные диапиры

Глиняные диапиры распространены в плиоценовых отложениях на Керченском, Таманском, Апшеронском п-овах и в других районах. Высокая подвижность глин обеспечивается водо- и газонасыщенностью. К ядрам многих глиняных диапиров приурочены действующие грязевые вулканы.

Кроме глиняных и соляных диапиров, встречаются примеры гипсовой тектоники, связанные с превращением ангидрита в гипс, сопровождающимся увеличением объема до 61%. Это ведет к интенсивным приповерхностным дислокациям гипсовых толщ с прорывом их к поверхности.

Выводы

  1. Диапировые структуры, или структуры протыкания, в центральной части имеют ядро, сложенное пластичными породами (обычно каменной солью или глиной), которые выжимаются вверх, приподнимая, взламывая и прорывая перекрывающие породы.
  2. Поднятие соли в перекрывающие породы вызвано плавучестью, которая обусловлена низкой плотностью соли.
  3. Градиент давления заставляет соль перетекать из участков, где мощность надсолевой толщи больше, в те участки, где она меньше.
  4. Своды диапировых структур растягиваются, растрескиваются, и соль начинает прорывать перекрывающие породы, всплывая сквозь них к поверхности – образуются соляные штоки, столбообразные ядра диапировых структур.
  5. Глиняные диапиры распространены в плиоценовых отложениях на Керченском, Таманском, Апшеронском п-овах и в других районах.
  6. К ядрам многих глиняных диапиров приурочены действующие грязевые вулканы.
  7. На земной поверхности диапирам соответствуют соляные купола – округлые или овальные в плане структуры, разбитые многочисленными разрывными нарушениями.

Вопросы для самопроверки

  1. Какие структуры называют соляными куполами?
  2. Каковы условия формирования соляных куполов?
  3. Какие структуры называются диапировыми и с какими процессами связано их возникновение?
  4. Какие диапиры называются закрытыми и какие открытыми?
  5. Что представляет собой каменная шляпа (кепрок)?
  6. Какие свойства каменной соли обусловливают диапиризм?
  7. Что называется глиняным диапиром?