Происхождение грабенов и горстов.

При образовании грабенов и горстов, ограниченных сбросами, на горные породы действует двойное усилие: общее растяжение и силы гравитации. Последнее вызывает погружение центральных частей грабенов и крыльев гор­стов, в то время как поднятые части структур могут сохранять, стабильное положение. Особенно часто грабены, ограниченные сбросами, встречаются в сводовых частях куполовидных складок (соляных диапирах и др.).

 

Рис. 212. Схема горстов в разрезах:

а — простого, образованного двумя сбросами; б — простого, образованного двумя взбросами; в — сложного, образованного сбросами; г — сложного, образованного взбросами

Грабены и горсты, образованные взбросами, обычно являются следствием активного сжатия земной коры в горизонтальном на­правлении. В осадочных чехлах такие же структуры могут возник­нуть при блоковых вертикальных перемещениях фундамента. Гра­бены, ограниченные взбросами могут образовываться вследствие сдавливания их центральных частей при боковом сжатии, но встречаются редко и получили специальное название «рамп».

Помимо описанных выше грабенов и горстов сбросы и взбросы могут образовывать и иные сочетания. На смыкающих крыльях флексур и в других подобных структурах, связанных с растяже­ниями, нередко возникают ступенчатые сбросы. При воздействии в горизонтальном направлении пары сил и действии векторов па­раллельно сместителю развиваются кулисообразные сбросы.

Магматические штоки и соляные диапиры часто вызывают по­явление концентрических разрывов как сбросового, так и взбросового строения. В таких же условиях развиваются сбросы на периклинальных погружениях складок.

Часто встречающиеся прямоугольная или параллелепипедная системы сбросов могут быть результатом переориентировки напря­жений по горизонтальным осям. Например, при разгрузке напряже­ния σ3 и замене его σ2 при сохранении значения и вертикального положения σ1. Причем образование одного из направлений сбросов отделено от появления другого направления интервалом времени, в течение которого происходит изменение ориентировки осей глав­ных нормальных напряжений.

Сдвиги

Сдвигами называются разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении — по простиранию сместителя (рис. 213).

В сдвигах различаются крылья, сместитель, угол наклона сместителя и амплитуда смещения.

По углу наклона сместителя сдвиги делятся на горизон­тальные (угол наклона от 0 до 10°), пологие (угол наклона от 10 до 45°), крутые (угол наклона от 45 до 80°), верти­кальные (угол наклона сместителя от 80 до 90°).

 

 

 

Рис. 213. Крутой (а), поло­гий (б) и горизонтальный (в) сдвиги

 

По отношению к простиранию нарушенных пород сдвига так же, как и сбросы и взбросы, могут быть продольными, ко­сыми, или диагональными, и поперечными. Различают правые и левые сдвиги. Для того чтобы установить ха­рактер смещения, наблюдатель должен стать лицом к сместителю в пункте обрыва слоя. Если на противоположном крыле сдвига слой относительно наблюдателя будет смещен вправо, сдвиг будет называться правым, если влево — левым.

Сложную задачу представляет отделение сдвигов от сбросов и взбросов. Направление перемещения крыльев в сдвигах может быть установлено по бороздам скольжения, которые на поверхно­стях сместителя имеют горизонтальное положение. На вертикальное смещение границ указывает видимое горизонтальное смещение вертикальных границ (дайки,штоки,разломы). Смещение оси складок(осевая поверхность вертикальна). Смещение в одном направлении слоев с противоположным падением. Подворот слоев.

Происхождение сдвигов.

Образование сдвигов вызывается воз­действием на горные породы противоположно направленных сил (пары сил). Для вертикальных сдвигов «наиболее типична такая система напряжений, при которой ось промежуточного главного нормального напряжения (σ2) ориентирована вертикально (грави­тационное давление), а две другие оси главных нормальных на­пряжений (σ1,σ2) располагаются в горизонтальной плоскости и связаны с горизонтальным тектоническим сжатием

Сдвиги могут относиться как к хрупким, так и к вязким разры­вам. Первые широко развиты в чехлах платформ, вторые — в складчатых областях как поперек, так и под углом к простиранию осей складок.

Раздвиги

По предложению В. В. Белоусова разрывы, в которых перемещение крыльев происходит под прямым углом к поверхно­сти отрыва, называют раздвигами (рис. 220). При раздвиге увели­чивается зияние между крыльями разрыва. Амплитуда раздвига измеряется перпендикулярно к поверхности разрыва и может быть различной. В некоторых случаях она достигает десятков метров, но обычно не выходит за пределы нескольких метров.

 

 

 

Рис. 220. Различные виды сочетания раздвигов и слоистости. Раздвиг выполнен жилой гранита (крести­ки)

 

 

Раздвиги чаще, чем другие виды разрывов, заполнены горными породами и минералами. С ними связаны как одиночные крупные вертикальные дайки, заполняющие сместители раздвигов, так и линейные дайковые пояса.

Растяжения, вызывающие образование раздвигов, охватывают всю массу пород. При этом оси главных нормальных напряжений σ1, и σ3 располагаются в горизонтальной плоскости, а промежуточ­ная ось σ2 ориентирована вертикально.

Растяжениями в сводах над очагами интрудирующей магмы следует объяснять образование многочисленных кольцевых и ра­диальных даек интрузивных пород, часто обрамляющих округлые и овальные гранитоидные массивы с небольшой глубиной эрозион­ного среза.

Надвиги

Рассмотренные выше виды разрывов характеризуются хрупким отрывом или вязким разрушением горных пород без за­метных предварительных пластических деформаций либо сопровождаются очень незначительными пластическими деформациями. Существуют, однако, широкие распространенные разрывы, воз­никающие и развивающиеся параллельно с образованием складок. Разрывы взбросового строения, возникающие одновременно со складчатостью или накладывающиеся на складчатые структуры, называются надвигами.

Надвиги развиты преимущественно в сильно сжатых наклонных или опрокинутых складках. Реже они осложняют строение плавных пологих складок. В складках, образованных относительно однород­ными породами, надвиги возникают в замках и ориентированы параллельно осевой поверхности. В неоднородных толщах пород они могут развиваться в крыльях складок по границам пластичных пород. Такие надвиги широко распространены, например, среди меловых и палеогеновых отложений Восточных Карпат, где они сосредоточены в нормальных крыльях опрокинутых складок, в кровле или подошве мягких олигоценовых аргиллитов. В плане надвиги обнаруживают пространственную связь с отдель­ными складками. Они развиваются вдоль осевых линий складок или на их крыльях параллельно осевым линиям и выклиниваются при выполаживании складок. Надвиги возникают там, где складки сильно сжаты или опрокинуты. Нередко отдельные надвиги объединяются, охватывая две или больше скла­док. В складчатых комплексах, опрокинутых в одну сторону, часто развиваются параллельные надвиги, придавая общей структуре че­шуйчатое строение. Амплитуды смещения по надвигам обычно не велики и редко превышают сотни метров.

Трещины:

Классификация трещин.

 

 

Рис. 153. Геометрическая классификация трещин.

Черный слой – слоистость. абв – и а’б’в’ – поперечные трещины, где – и г’д’е’ – продольные, жзи – и ж’з’и’ - косые, клм – согласные.

 

 

В геометрической классификации трещин в осадочных и мета­морфических породах, обладающих ясно выраженной слоистостью или имеющих неясную слоистость, но четкую ориентированную текстуру, выделяются

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

1)продольные трещины, параллельные линии простирания, но
секущие слоистость и сланцеватость в вертикальных разрезах;

2)косые трещины, секущие слоистость или сланцеватость под углом относительно простирания и направления падения;

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

В массивных, а также в слоистых и сланцеватых породах нередко 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 Ю—45°), слабонаклонные и горизон­тальные (с углами падения от 0 до 10°).

В генетической классификации выделяются следующие типы и виды трещин.
Нетектонические трещины:трещины выветривания;трещины оползней, обвалов и провалов;трещины расширения пород при разгрузке.

Тектонические трещины:трещины отрыва;трещины скалывания;кливаж.

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

Тектонические трещины

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

Тектонические трещины во многом отличаются от трещин не­тектонических. Эти трещины более выдержаны как по простиранию, так и по па­дению и ориентированы по еди­ному плану в разных по составу породах.

Трещины отрыва возникают при появлении в породах нормаль­ных напряжений, превышающих пределы их прочности, и ориентированы перпендикулярно к растягивающим усилиям. Они обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью 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 отрыва быстро выклиниваются по простиранию и падению, но часто рядом или в стороне от выклинивающейся трещины можно найти новую, продолжающуюся в том же направ­лении.

При разрастании трещин отрыва выделяется несколько после­довательных стадий их роста. Вначале появляются редкие, уда­ленные друг от друга трещины, затем при увеличении их числа и размеров они как бы заходят друг за друга и на последней стадии соединяются между собой с образованием коротких косых смыкаю­щихся разрывов. Образование трещин отрыва происходит в разнообразных ус­ловиях. Они 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 особенно хорошо развиты в чех­лах платформ и в орогенных комплексах, испытавших общее рас­тяжение или неравномерные вертикальные перемещения под влия­нием движений фундамента.

Трещины отрыва интенсивно развиваются на пологих смыкаю­щих крыльях региональных флексур, совпадая с их общим прости­ранием. Однако если флек­сура формируется над сбро­сом в фундаменте при даль­нейшем перемещении крыль­ев разрыва, то на смыкаю­щем крыле скорее возник­нут трещины скалывания, наклоненные в сторону опу­щенного крыла флексуры. Сброс из фундамента мо­жет проникнуть в перекры­вающий чехол, но появится в нем позже трещин отрыва. Региональные трещины отрыва развиваются также на бортах многих платфор­менных прогибов, подверга­ющихся растяжению в свя­зи с погружением.

Морфологически регио­нальные трещины отрыва имеют ряд характерных черт. Это обычно крутые или вертикальные ровные трещины, выдержанные по простиранию и по падению на десятки и сотни метров. Они бывают открытыми, и очень часто речная и овражная сеть вырабатывается согласно с планом расположения таких трещин. Именно такие трещины на обширных пространствах развиты в палеозойских карбонатных толщах в чехле 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 и в ядрах складок, на смыкающих крыльях флексур.

Расположение трещин на сводах куполовидных поднятий за­висит от их формы. В изометричных куполах трещины отрыва раз­виваются по радиусам и концентрически. В овальных поднятиях появляются два направления трещин отрыва: более раннее — па­раллельное длинной оси поднятия и позднее — параллельное короткой оси. Последовательность в образовании трещин объясняется большими нормальными напряжениями в сечениях, перпендикулярных к длинной оси поднятия по отношению к напря­жениям, возникающим на сечениях, параллельных этой оси, кри­тические значения напряжений на которых появятся позже, чем на первом сечении.

В ядрах линейных складок трещины отрыва могут возникнуть по одному или двум направлениям. Одно из них совпадает с про­стиранием осей складок, другое — поперечное. Появление продоль­ных трещин объясняется общим растяжением пород в замках складок изгиба; поперечные трещины возникают там, где шарниры складок образуют антиклинальные перегибы (рис. 160). Растяже­ния, которые испытывают при этом породы, направлены вдоль оси складки и приводят к образованию поперечных трещин отрыва. На периклинальных погружениях складок растяжение пород в па-правлении осевой линии также может привести к образованию тре­щин отрыва, поперечных к простиранию складки.

Трещины отрыва образуются не только при растяжении, но и при сжатии пород и действии пары сил. При сжатии они возни­кают параллельно оси сжатия и нормально к оси поперечного рас­тяжения. Образование трещин отрыва таким путем возможно в зонах тектонического дробления или в тектонических брекчиях.

Рис. 160. Схема расположения тре­щин в ядре антиклинальной складки

При действии пары сил трещины отрыва располагаются кулисо-образно перпендикулярно к диагонали растяжения и под тем или иным углом к направлению действия сил, зависящим от свойств пород. Они обычно короткие, нередко четковидные с ветвлениями на концах.

Трещины скалывания образуются в направлении максимальных касательных напряжений при нагрузках, превышающих прочность пород. Стенки трещин скалывания 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 отмеча­лось для трещин отрыва. Трещины скалывания сохраняют свою ориентировку по простиранию и падению и обладают большой про­тяженностью.

Широко распространены трещины скалывания на участках, на­рушенных сбросами и сдвигами. Образование этих структур про­исходит в условиях сжатия земной коры или под воздействием пары сил. Однако, прежде чем напряжения сконцентрируются на одной поверхности и вызовут появление разрыва, в породах ра­зовьются трещины скалывания, ориентированные по двум направ­лениям под углом к оси сжатия или одному направлению, соответ­ствующему действию пары сил.

Нередко в крыльях разрывов, вблизи поверхности сместителей, образуются многочисленные трещины скалывания и отрыва, полу­чившие название «оперяющих трещин». У сбросов с перемещением крыльев в различные стороны трещины отрыва направлены впротивоположную сторону по отношению к наклону сместителя и пер­пендикулярно к оси наибольших растягивающих напряжений. Один из рядов трещин скалывания параллелен поверхности сместителя, второй соответствует второму направлению максимальных каса­тельных напряжений (рис. 163,6). При взбросах ориентировка трещин скалывания и отрыва будет такой, как это показано на рис. 163, а.

 

 

Рис. 163. Боковые оперяющие трещины, образующиеся при взбросе (а) и сбро­се (б).

Тонкие линии — трещины скалывания; трещины отрыва.

Стрелками указано направление смещения крыльев разрывов и направление максимальных касательных (T max) и нормальных (σ max) напряжений (разрезы)

При наложении трещин скалывания на трещины отрыва может произойти объединение последних и образование единой крупной трещины.

Трещины скалывания не только связаны с формированием от­дельных структур, но и широко распространены во многих райо­нах. Они возникают в складчатых областях в тех случаях, когда уплотненные и преобразованные в процессе складчатости породы, неспособные в поверхностных зонах земной коры к дальнейшим пластическим деформациям, вновь испытывают сжатие в периоды, следующие за временем формирования складчатости. Трещины в таких случаях располагаются под острым углом по отношению к общему направлению сжатия.

Трещины скалывания очень часто возникают в интрузивных по­родах, подвергшихся сдавливанию после окончания кристаллиза­ции и полного остывания.

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

На земной поверхности и вблизи нее в зоне выветривания кли­важ имеет вид открытых или закрытых частых параллельных трещин с ровными поверхностями, нередко со следами скольжения

Билет 19.