Разрывные деформации. Типы разрывных нарушений. Элементы разрыва, условия образования

Понятие о деформациях. Из физики известно, что изменение объема и формы тела, вследствие приложенной к нему силы, называется деформацией. Причины деформаций могут быть очень разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; это и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем; это и разбухание, например, увеличение объема пород за счет пропитывания водой; это и просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород, и многие другие.

Важно помнить, что любая деформация происходит во времени, которое в геологических процессах может составлять десятки миллионов лет, т.е. деформирование происходит очень медленно. Огромная длительность геологических процессов делает очень трудным их моделирование в лабораторных условиях, т.к. невозможно воспроизвести такие огромные временные интервалы. Деформации бывают упругими и пластическими (рис. 17.2.0).

Рис. 17.2.1.виды деформаций. σ - напряжение, ε – деформация, t – время

В первом случае после снятия нагрузки тело возвращается в сходную форму (резиновый мяч), а во втором нет (кусок пластилина) и сохраняет некоторую остаточную деформацию. Если прилагаемая к любому телу, в частности к горным породам, нагрузка

возрастает, то тело сначала деформируемое как упругое, переходит критическую величину, называемую пределом упругости, и начинает деформироваться пластически, т.е. его уже невозможно вернуть в исходное состояние. Если же нагрузку увеличивать и дальше, то может быть превзойден предел прочности, и тогда горная порода должна разрушиться.

Разрывные нарушения. Если тектонические напряжения растут, то в какое-то время может быть превышен предел прочности горных пород и тогда они должны будут разрушиться или разорваться вдоль некоторой плоскости – образуется разрывное нарушение, разрыв или разлом, а вдоль этой плоскости происходит смещение одного массива относительно другого.

Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т.д. Для того, чтобы разобраться в разрывных нарушениях, надо определить некоторые его элементы, как и в случае со складками. Так, в любом разрыве всегда присутствует поверхность разрыва, или сместитель, и крылья разрыва или два блока горных пород, расположенных по обе стороны от поверхности разрыва, которые и подвергаются смещению (рис. 17.4.1). Т.к. в большинстве случаев поверхность разрыва наклонена, то блок пород или крыло, располагающееся выше сместителя, называют висячим – оно как бы «висит» над ним, а блок, располагающийся ниже – лежачим. Перемещение крыльев друг относительно друга по сместителю является очень важным показателем, его величина называется амплитудой смещения.

По амплитуде смещения мы судим о том, маленькое или большое было смещение по разрыву. Но это смещение можно отсчитывать как по сместителю, так и по вертикали и горизонтали.

Рис. 17.4.1. Элементы сброса. Блоки (крылья): i – поперечный разрез: 1 – поднятый (лежачий), 2 – опущенный (висячий), 3 – сместитель; амплитуда: 4 – по сместителю, 5 –стратиграфическая, 6 – вертикальная, 7 – горизонтальная. Ii – а –сброс и б – взброс.

Существует несколько главных типов разрывов – это сброс, взброс (надвиг), покров (шарьяж) и сдвиг. Понять, что они собой представляют, позволяет рис.17.4.2. Хорошо видно, что при сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону опущенного блока, при взбросе – наоборот, как и при надвиге, только в последнем случае поверхность разрыва более пологая. У покрова поверхность разрыва близка к горизонтальной. Во всех этих случаях смещение имеет вертикальную и горизонтальную компоненты, а при сдвиге смещение происходит вдоль поверхности разрыва (любого наклона) и имеет только горизонтальную компоненту.

Можно легко убедиться в том, что совершенно безразлично, двигался ли один блок, а другой был неподвижен, или они оба перемещались на одно и тоже, либо на разные расстояния, важен конечный результат, и всегда сбросом будет называться разрыв, поверхность которого наклонена в сторону относительно опущенного блока или крыла.

В случае покрова (шарьяжа) выделяют автохтон – породы, по которым перемещается тело покрова и аллохтон, собственно покров. Передняя часть покрова называется фронтом покрова, а обнажающийся автохтон из-под аллохтона в результате эрозии – тектоническим окном. Расчлененные участки фронтальной части аллохтона называются тектоническими останцами (рис.17.4.2,5 ).

Рис. 17.4.2. Различные типы тектонических разрывов: 1 – сброс, 2 – взброс, 3 – надвиг, 4– сдвиг, 5 – покров: а – аллохтон, б – автохтон, в – тектонический останец,, г – тектоническое окно, д – корень покрова; 6 – вертикальный сброс.

Разрывные нарушения могут встречаться поодиночке, а могут образовывать сложные системы, например, многоступенчатые грабены и горсты.

Грабен – это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым ее центральная часть опущена (рис. 17.4.3). Если сбросов с двух сторон много и они параллельны друг другу, то образуется сложный многоступенчатый грабен. Прослеживаясь на тысячи километров и образуя сложные, кулисообразные цепочки, системы крупных, многоступенчатых грабенов называются рифтами или рифтовыми Зонами. Хорошо известна великая африкано-аравийская система рифтов, прослеживаемая от южной турции через левант, в красное море и далее от района Эфиопии на юг африки до реки замбези. Длина такой континентальной рифтовой системы составляет более 6500 км, и образовалась она по геологическим понятиям совсем недавно, всего лишь 15-10 млн. Лет тому назад (рис. 17.4.4).

Рис. 17.4.3. Сочетание разрывных нарушений: 1 – ступенчатые сбросы, 2 – грабен, 3 – горст, 4 – листрические сбросы, 5 – грабены и горсты в сложном рифте

Горстом – называется структура, обладающая формой, противоположной грабену, т.е. центральная ее часть поднята(рис). Это связано с тем, что грабен – провал, связанный с растягивающими усилиями, тогда как бразование горста обусловлено сжатием.

Знаменитое озеро Байкал, крупнейшее в мире хранилище пресной воды, как раз и приурочено к асимметричному грабену, в котором наибольшая глубина озера достигает 1620 м, а глубина днища грабена по осадкам плиоценового возраста ( 4 млн. Лет) составляет – 5 км .

Байкалький грабен многоступенчатый и является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, протягивающейся на 2500 км. Такие же рифтовые системы, состоящие из грабенов, известны в Европе – Рейнский грабен, древние грабены Осло, Викинг в северном море; в северной америке – Рио-Гранде. Самые грандиозные рифтовые системы земли, состоящие из узких грабенов, приурочены к сводам срединно-океанских хребтов. Их общая длина превышает 80 тыс. км. И там их формирование связано с постоянным растяжением океанской коры ввиду того, что из мантии земли все время поступают базальты, которые наращивают океаническую кору. Этот процесс называется спредингом.

Покровы и надвиги составляют характерную черту горно-складчатых сооружений, испытавших сильное сжатие, например, Альпы, Пиренеи, Большой Кавказ, Канадские скалистые горы, Урал и т.д.

Рис. 17.4.6. Тектонический покров в национальном парке в штате Монтана. Докембрийские породы надвинуты на меловые отложения

В настоящее время установлены покровы в Аппалачских горах востока северной Америки, переместившиеся на запад по очень пологой поверхности более чем на 200 км с востока.

Еще более яркий пример – это Скандинавские горы, которые, протягиваясь с юга на север на 1500 км, представляют собой гигантский покров, надвинутый по горизонтальной поверхности с запада, со стороны Атлантики, на древние кристаллические толщи Балтийского щита на расстояние более 250 км. Из-под разрушенного и размытого покрова (аллохтона) местами в тектонических окнах проглядывают породы автохтона, т.е. тех толщ, по которым покров двигался.

Покровы и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и чтобы добраться до нее, надо пробурить 3-4 км совсем других пород – аллохтона, что было сделано в Аппалачах и в Предкарпатье, да и во многих других местах. Запад Северной Америки – Калифорния, это район частых и сильных землетрясений, причем последнее и очень мощное произошло в конце 1993 г., когда разрушения охватили крупный город Лос-Анжелес. Виновником этих землетрясений является знаменитый тектонический разрыв-сдвиг –Сан- Андреас, т.е. сдвиг Святого Андрея.

При сдвиге два блока горных пород перемещаются вдоль плоскости разрыва. Именно такая картина и наблюдается в сдвиге Сан-Андреас, причем величина среднего смещения оценивается примерно в 1 м за 100 лет. Непрерывными движениями по этому сдвигу смещаются русла рек, разрушаются и смещаются бетонные желоба для воды, изгороди. Наряду с медленными смещениями случаются и мгновенные подвижки, которые вызывают землетрясения. Большие массы горных пород, смещаемые вдоль какой-либо поверхности разрыва, благодаря своему огромному весу оказывают друг на друга мощное давление, под воздействием которого образуется гладкая, отполированная поверхность в горных породах, называемая зеркалом скольжения.

Если между перемещающимися блоками горных пород попадают твердые обломки, то на зеркалах скольжения появляются штрихи и борозды, выдавленные этими обломками. Нередко в зоне разрыва наблюдается скопление остроугольных обломков разного размера за счет дробления блоков при смещении, иногда сцементированных глиной, образовавшейся из тонко перетертых обломков. Такие породы азываются тектонической брекчией или милонитом («милос» – мельница, греч.). В крупных разрывных нарушениях мощность милонитов может достигать десятков метров.