Разломы
(Морфология, геометрия и кинематика)
© Прокопьев А.В., Фридовский В.Ю., Гайдук В.В., 2004
© Прокопьев А.В., Фридовский В.Ю., Гайдук В.В., 2004
Рис. 1.1. Структурные элементы надвигового пояса (1, 1988, с дополнениями)
Обратный надвиг – back thrust, слепой надвиг – blind thrust: латеральный рамп – lateral ramp; отсечка – cut-оff; детачмент (надвиг, отделяющий надвиговую систему от автохтона) – detachment, дуплекс – duplex, подошвенный надвиг дуплекса – floor thrust, кровельный надвиг дуплекса – roof thrust: взбросо-складка – fault propagation fold; субпластовый надвиг – flat; лежачее крыло надвига – footwall; форланд – foreland, висячее крыло надвига – hanging-wall; хинтерланд – hinterland; чешуйчатая зона – imbricate zone; линия отсчета, или пин-линия (линия, пересекающая слои с ненарушенным взаиморасположением, относительно которой осуществляется геометрическая балансировка) – pin-line, линия ответвления – branch line и точка ответвления надвига на поперечном геологическом разрезе – branch point; рамп (надвиг, секущий слоистость) – ramp; точка затухания надвига, или тип-пойнт, – tip-point; надвиговый покров – thrust nappe; надвиговая чешуя – thrust sheet; надвиговая система – thrust system
Рис. 1.2. Геометрия надвиговых чешуй.
А – разрез через надвиговую чешую (Butler, 1982, Beyer, Elliot, 1982, Diegel, 1986, McClay, 1992. Twiss, Moores, 1992) Б – внутренняя геометрия надвиговых чешуй (Beyer, Elliot, 1982, McClay, 1992) 1 – вновь соединяющаяся чешуя: мелкий разлом (S) вновь соединяющийся с главным надвигом (М) по одной линии ответвления (B) (В1 и В2 – точки ответвления) 2 – соединительная чешуя соединяющий два главных надвига (М1 и М2) мелкий разлом (S) вдоль линий ответвления В1 и В2 (В1 и В2 - точки ответвления). 3 – изолированная чешуя: изолированный мелкий разлом (S) и главный надвиг (М), который имеет одну линию ответвления (В), 4 – ответвляющаяся чешуя: ответвляющийся от главного надвига (М) мелкий разлом (S), имеющий одну линию ответвления (B) и одну точку ответвления (В') (C1 и С2 – линии отсечки) В – фронтальный, латеральный и косой рампы (McClay, 1992)
Рис. 1.3. Три типа дизпликатов.
1 – складка срыва, 2 – взбросо-складка, 3 – рамповая складка (Jameson, 1987)
Рис. 1.4. Геометрические модели шевронных (А) и коробчатых (Б) складок срыва (Mitra, Namson, 1989) и их природные аналоги в Юрских горах (В) (Woodward et al., 1985) и в Предпатомском прогибе (Г) (материалы АО «Якутскгеофизика»)
Рис. 1.5. Геометрия взбросо-складок. А — модель формирования взбросо-складки при отсутствии межслоевого сдвига (Suppe, 1985). Б — модель формирования взбросо-складок с разными видами межслоевого сдвига при одинаковом угле лежачей отсечки (Θ) (Mitra, 1990) 1—3 — стадии формирования складок
Рис. 1.6. Взбросо-складки:
А,Б – природные примеры взбросо-складок: А – антнклиналь Melm, Тайвань (Suppe, 1985) Б – Саитбабинская антиклиналь (Казанцев, 1984) В – методика расчета положения точек затухания надвигов (тип-пойнт) во взбросо-складках (Williams, Chapman. 1983) 1 – взбросо-складка (р1 и p2 – расстояния маркирующих пластов от точек отсечки до произвольно выбранной точки отсчета f (по обе стороны от рампа, d1 и d2 – перемещения этих слоев относительно лежачего крыла надвига) 2 – график перемещения – расстояние для расчета положения тип-пойнт; Г – геологический разрез через фронт Куранахского сегмента Верхоянского складчато-надвигового пояса и расчет положения тип-пойнт для Китчанского надвига (Прокопьев, Гриненко, 1989, Parfenov et al. 1995, с исправлениями и дополнениями) Д – графики перемещение – расстояние для разных ветвей Китчанского надвига (1 и 2 здесь соответствуют ветвям надвига 1 и 2 на графике Г, масштаб увеличен в 1.5 раза) Т – точка затухания надвига. R – точка отсчета. Расчет показывает, что смешение по разлому 1 затухает ниже эрозионного среза, а для разлома 2 тип-лайн находилась в 1,5 км западнее выхода надвига в современном эрозионном срезе
Рис. 1.7. Изменение смещений по надвигам при формировании взбросо-складок и рамповых складок (Mitra, 1990, с дополнениями).
А – при формировании взбросо-складок тыловое смещение по детачменту полностью преобразуется в пликативные деформации, Б – надвиг незатухающий, тыловое смещение d отличается от фронтального dc незначительно – на величину укорочения рамповой складки dF1 (dF1= Н/cosα – Н/tgα), В – природный аналог геометрической модели Б – надвиговая зона Absaroka (Предгорья Скалистых гор, Юта, США)
Рис. 1.8. Рамповые антиклинали: А — стадии формирования рамповой антиклинали (Suppe, 1983) В — рамповая антиклиналь Powell Valley (Аппалачи), образовавшаяся в результате перемещения детачмента Pine Mountain с кровли фундамента в девонские отложения. С этой антиклиналью связано нефтяное месторождение Rose Hill (Аппалачи, штат Вирджиния, США) (Flatcher, 1990) В — Горностахская рамповая антиклиналь, возникшая в результате перемещения детачмента с кровли фундамента в палеозойские отложения (Южное Верхоянье, Восточная Якутия) (Парфенов и др., 1993).
Рис. 1.9. Примеры рамповых антиклиналей: А – конседиментационная рамповая антиклиналь (растущая складка) Lost Hills, Калифорния (Medvedeff, 1989). Б – временной сейсмический разрез рамповой антиклинали, Нюйско-Джербинская впадина Предпатомского прогиба (материалы АО «Якутскгеофизика«)
Рис. 1.10. Преобразование взбросо-складки в рамповую антиклиналь. A — преобразование взбросо-складки в рамповую антиклиналь в условиях межслоевого сдвига 1—3 — стадии преобразования взбросо-складок. Б, В — природные примеры таких структур (антиклиналь Wills Mountain, Аппалачи) (Mitra, 1990)
Рис. 1.11. Модели формирования смещенных складок: А — модель смещенной складки-срыва, Б — модель взбросо-складки (Mitra, 1990), В — смещенные рамповые антиклинали Buckeye и Gale (с ними связаны одноименные месторождения углеводородов). Ниже детачмента выделяется система доскладчатых сбросов, связанных с заложением бассейна Вичита (Wilkerson, Wellman, 1993) 1—2 — стадии формирования структуры
Под складчато-надвиговым поясом (далее по тексту – надвиговым поясом) понимается внешняя зона орогена или, другими словами, зона сочленения складчатой области и краевого прогиба. Надвиговые пояса состоят из складчатых и осложненных надвигами миогеоклинальных пород, которые субгоризонтально перемещены со стороны внутренней зоны орогенного пояса и перекрывают отложения краевых прогибов (рис. 1.1) (2, 1986; 2, 1990; 4, 1992: Хаин, Ломизе, 1995; Прокопьев, 1998; и др.). Надвиговые пояса характеризуются прерывистой (Белоусов, 1985) складчатостью и преобладающим концентрическим (параллельным) типом деформаций. Во фронте они ограничиваются недеформированным («платформенным») крылом краевого прогиба (форландом), по направлению к которому перемещаются надвиговые чешуи, а с тыла – голоморфно дислоцированными, с подобным типом складок, кливажированными толщами сланцевого пояса (хинтерландом). Ширина надвиговых поясов изменяется от нескольких километров до первых сотен километров, обычно она составляет десятки километров. Надвиговые пояса могут быть как прямолинейными, так и изогнутыми. Изгибы, как правило, свидетельствуют о наличии выступов в кристаллическом фундаменте. Складчато-надвиговые пояса располагаются на той же континентальной коре. что и прилегающие платформы.
Надвиговые пояса имеют двухъярусное строение. Нижний ярус (автохтон) представляет собой недеформированное продолжение основания краевого прогиба под верхний надвиговый ярус (аллохтон), который именуется надвиговой системой (рис. 1.1). Комплекс, запечатывающий уже сформированную надвиговую систему; называется неоавтохтоном. Погружение слоев автохтона происходит плавно (моноклинально) либо ступенчато (по системе листрических сбросов). Надвиг, ограничивающий надвиговую систему снизу, называется детачментом (detachment), его называют также региональным базальным срывом (decollement), базальным надвигом, региональным горизонтом скольжения или подошвенным надвигом (sole thrust). Подошвенным надвигом называют также надвиги, ограничивающие основание надвиговых систем более низкого ранга (см.п. 1.1.2). Доказано, что во многих надвиговых поясах происходит омоложение возраста деформаций от хинтерланда к форланду. Такое омоложение называется проградацией, или миграцией складчатости.
Надвиговая система состоит из серии чешуй (пластин) (thrust sheet). Чешуи первого порядка состоят из чешуй более низкого порядка и т.д. Каждая чешуя представляет собой объем горных пород, ограниченный подстилающим или ведущим (leading), и тыловым, или ведомым (trailing), надвигами (рис. 1.2.А). Углы падения надвигов с глубиной выполаживаются, приобретая листрическую морфологию. линия, вдоль которой соединяются два надвига, называется линией ответвления (branch line). Точка пересечения линии ответвления с плоскостью геологического разреза называется точкой ответвления (branch point). В зависимости от характера сочленения надвига со второстепенными надвигами различают вновь соединяющиеся (rejoining), соединительные (connecting), изолированные (isolated) и ответвляющиеся (diverging) надвиговые чешуи (рис. 1.2,Б).
Фундаментальной особенностью надвигов является их ступенчатая траектория образования (рис. 1.1, 1.2,А). Выделяются более протяженные участки надвига, субпараллельные слоистости (flat) или региональной сланцеватости, и относительно короткие участки надвигов – рампы (ramp), секущие слоистость или сланцеватость. Рампы подразделяются на фронтальные (frontal ramp), латеральные (lateral ramp) и косые (oblique ramp), в которых поверхность надвигов либо перпендикулярна, либо параллельна, либо ориентирована под углом к направлению тектонического транспорта (рис. 1.2,В). Линия пересечения рампа со слоем называется линией отсечки (cut-off line) (рис. 1.2,А,Б). Линия пересечения плоскости рампа со стратиграфическим разрезом называется просто отсечкой (cut off). Точка пересечения линии отсечки с геологическим разрезом называется точкой отсечки (cut-оff point) (Suppe, 1983). По положению отсечки на том или ином крыле надвига различают висячую и лежачую отсечки (рис. 1.2,А).
Под надвиговым покровом (thrust nappe), или шарьяжем (sharriage), понимается крупная надвиговая чешуя со значительным горизонтальным перемещением (десятки и даже сотни километров). Покров может быть также образован опрокинутым крылом крупной лежачей складки. Область, откуда начинаются перемещения покрова, называется его корнями (root). Фронтальные части покрова, утратившие вследствие эрозии непосредственную связь с аллохтоном, образуют экзотические останцы, или клиппы (klippe). Участки автохтона, вскрытые среди аллохтона в результате эрозии, называются тектоническими, или эрозионными, окнами (рис. 1.2).
См. также далее по тексту рис 1.8. и 1.1??
Формирование надвигов сопровождается пликативными деформациями. Все многообразие дизъюнктивно-пликативных форм (дизпликатов, по Ю.Н. Гололобову, 1982) сводится к трем типам (рис. 1.3): 1) складки срыва – detachment (decollement) fold, или lift-off fold (Mitra, Namson, 1989); 2) складки продолжения надвига – fault-propagation fold, в русскоязычной литературе такие структуры нередко называются взбросо-складками; 3) складки изгиба-надвига – fault-bend fold, их называют также рамповыми складками – ramp fold (Suppe, 1985; Jamison, 1987).
Складки срыва формируются при наличии пластичных слоев (эвапоритов, глин и т.д.), по которым трассируется детачмент. Тектонотипом являются коробчатые и шевронные складки Юрских гор (рис. 1.4,В). Наиболее изучены складки срыва Загросского пояса, с которыми связаны крупные нефтяные месторождения (Koyi, 1988).
Взбросо-складки образуются при затухании рампа. Край надвига, в котором горизонтальное перемещение равно нулю, называется
линией затухания надвига, или тип-лайн (tip-line) (рис. 1.5, 1.6,А, 1.7,А,В). Точка пересечения тип-лайн с плоскостью геологического разреза называется точкой затухания надвига, или тип-пойнт (tip-point). Г. Вильямсом и Т. Чапменом предложен метод определения тип-лайн и точки затухания на геологических разрезах. Этот метод основан на зависимости величины перемещения стратиграфических горизонтов по надвигу от расстояния между точками отсечек этих горизонтов до произвольно выбранной точки отсчета R на линии надвига в геологическом разрезе (рис. 1.6,В,Г,Д).
Взбросо-складки, как правило, асимметричны – с крутыми фронтальными и более пологими тыловыми крыльями. Наклон тылового крыла равен или меньше наклона рампа (Θ). Амплитуда надвига уменьшается к точке затухания за счет образования складки (dN=dn–dF2, рис. 1.7,А).
Полу-угол замка складки (γ*) связан с наклоном рампа (Θ) (рис. 1.5) выражением (Suppe, 1985)
2secΘ – cotΘ =(1 – 2cos2γ*/sin2γ*).
Это уравнение справедливо при отсутствии межслоевого сдвига.
Рамповые складки образуются при перемещении надвига с одного субпластового горизонта скольжения на другой (рис. 1.7,Б – 1.9).
В отличие от взбросо-складок рамповые складки симметричны. В идеальных рамповых антиклиналях углы висячей и лежачей отсечек равны, равны также и длины рамповых отсечек. Наклон тылового крыла равен или меньше наклона рампа. Вертикальная амплитуда складки равна вертикальной амплитуде рампа. Формы складки и надвига (рис. 1.8) связаны уравнением (Suppe, 1983)
φ=Θ=tg-1(sin2γ/(1+2cos2γ)).
где φ – угол лежачей отсечки, Θ – угол висячей отсечки, γ – полу-угол замка складки.
Если амплитуда надвига много больше длины рампа, то образуются плоские и протяженные своды, которые называют кульминациями (culmination). В зависимости от типа рампа (рис. 1.2,В) различают фронтальныe, латеральные и косые рамповые складки.
В заключение данного параграфа необходимо упомянуть так называемые конседиментационные растущие складки (growth fold). Эти складки могут быть как рамповыми, так и взбросо-складками. Одновременно с их формированием на них отлагаются синхронные осадки. Мощность осадков, отлагающихся на своде и передовых крыльях антиклиналей, как правило, меньше, чем в соседних синклиналях (рис. 1.9,А). Изучение этих осадков, особенно при помощи сейсмопрофилирования, позволяет расшифровать эволюцию растущей складки. Дж. Саппе с соавторами (Suppe et al., 1992) рассчитали на примере Мексиканского залива, Филиппин, Калифорнии и Оклахомы скорость перемещения таких складок, которая составила 1 – 2 мм/год.
Взбросо-складки, складки срыва и рамповые складки в «чистом» виде встречаются редко. Они либо деформируются при образовании последующих надвигов, либо образуют совместные комбинации. Например, взбросо-складка может трансформироваться в рамповую складку и наоборот (рис. 1.10, 1.11). Формирование складок затухающего надвига (взбросо-складок и складок срыва) может смениться формированием незатухающего секущего (translated) надвига (рис. 1.11). Таким образом, рассмотренные три типа дизпликатов являются элементарными структурами надвиговых поясов. Все многообразие природных форм можно представить как комбинацию этих трех типов. Их размеры могут быть самыми разными – от сантиметров до километров.
