1.1.2. ГЕОМЕТРИЯ И КИНЕМАТИКА НАДВИГОВЫХ СИСТЕМ

Чешуйчатые веера Imbricate fans Надвиговые системы Thrust systems Чешуйчатый веер с фронтальной последовательностью формирования надвигов Leading imbricate fan Чешуйчатый веер с тыловой последовательностью формирования надвигов imbricate fan Дуплекс с тыловым падением чешуй Hinterland dipping duplex Дуплексы Duplexes Стогообразный дуплекс Antiformal stack Дуплекс с фронтальным падением чешуй Foreland dipping duplex Пассивный кровельный надвиг Вдвиг (дуплекс с пассивной кровлей) Погребенная точка затухания слепого надвига Собственно треугольная зона

Рис. 1.12. Надвиговые системы. А – классификация надвиговых систем (Bayer, Eliott, 1982): Б – треугольные зоны (McClay, 1992)



Чешуйчатые веера Imbricate fans

Рис. 1.13. Модель формирования чешуйчатого веера (Mitra, 1986): А – независимый, Б – зависимый чешуйчатые веера. 1 – 3 – стадии формирования веера



Чешуйчатые веера Imbricate fans

Рис. 1.14. Пример чешуйчатого веера. Северный Урал (Воинов и др., 1993)



Главная надвиговая пластина Кровельный надвиг Подошвенный надвиг

Рис. 1.15. Принципиальная модель формирования дуплексов (Boyer, Elliot, 1981).

А – модель формирования правильного (планарного) дуплекса. Б – поверхностное выражение правильного дуплекса, в кульминации которого эродирован кровельный надвиг. В образовавшемся тектоническом окне наблюдается внутренняя структура дуплекса

Подошвенный надвиг – floor thrust, кровельный надвиг – roof thrust, рамп лежачего крыла – footwall ramp, зарождающийся срыв – incipient fracture, верхний и нижний горизонты скольжения – upper and lower glide horizons



Независимые рамповые антиклинали и дуплексы с тыловым падением чешуй Независимые рамповые антиклинали Дуплексы с тыловым падением чешуй independent ramp anticlines Hinterland sloping duplexes Полное перекрытие (стогообразный дуплекс) Complete overlap (antiformed stack) Правильные (планарные) дуплексы True (planar) duplexes Надвиговые чешуи с большими смещениями Thrust sheets with large displacement Перекрывающиеся рамповые антиклинали Overlapping ramp anticlines Частичное перекрытие Partial overlap

Рис. 1.16 Классификация дуплексов (Mitra, 1986)

1-3 геометрические типы. Геометрия дуплексов контролируется углом рампа (Θ) и высотой рампа (h) конечными расстояниями между рампами (a), начальным (a0) и конечным (a1) расстояниями между тыловыми концами смежных надвигов, смещениями каждой чешуи (d1,d2,d3)

Хорс (чешуя дуплекса) – horse, подошвенный (кровельный) надвиг floor (roof) thrust, нижний (верхний) детачмент – lоwer (upper) detachment, укорочение – shortening



Рис. 1.17. Модель формирования стогообразного дуплекса (Mitra, 1986): 1–3 – стадии формирования дуплекса. β1, β2, β3 – углы висячих отсечек. hd – конечная высота рампа; остальные условные обозначения см.рис 1.16.



Дуплекс в лежачем крыле рамповой антиклинали Дуплекс в висячем крыле рамповой антиклинали Дуплекс во фронтальной зоне рамповой антиклинали Стогообразный дуплекс в ядре рамповой антиклинали Антиклиналь Синклиналь Wills Mountain Bedford  Обратный надвиг Tobasco

Рис. 1.19. Дуплексы второго и третьего порядка: А – положение дуплексов второго и третьего порядка в структуре рамповых антиклиналей высокого порядка; Б – пример дуплекса второго порядка в висячем крыле рамповой антиклинали Wills Mountain, с которым связано газовое месторождение Keyzer, Аппалачи (Mitra, 1986)


Фундамент

Рис. 1.20. Модель формирования клиновидного вдвига: Модель формирования клиновидного вдвига треугольной зоны с обратным надвигом, ответвляющимся от детачмента (Butler, 1987). Б,В – природные примеры таких структур Б – предгорья Скалистых гор, Канада, Северо-Западные территории (Vann et аl., 1986). В – Нюйско-Джербинская впадина Предпатомского прогиба. Борулахская антиклиналь (материалы AO «Якутскгеофизика»)

1–3 здесь и на рис 1.21 – стадии формирования вдвига



Первый пассивный обратный надвиг Эрозия Прогиб и моласса Кровельный комплекс отложений Антиклиналь надвиг Nanhao Chukou Погребенная фронтальная точка затухания надвига (тип-пойнт) дуплексный комплекс отложений Обратный  надвиг Waldron Синклиналь Alberta

Рис. 1.21. Модель формирования клиновидного вдвига:
А – модель формирования клиновидного вдвига с обратным надвигом во фронте рамповой антиклинали: обратный надвиг бывает приуpoчен к тому же стратиграфическому горизонту скольжения, что и висячее крыло детачмента (Banks, Walburton, 1986); Б – природный пример данной структуры: Предгорья Скалистых гор. Альберта. Канада (Price, 1986)



Рис 1.22. Клиновидные вдвиги во фронте дуплексных систем:
А – Тайвань (Suppe, 1983), Б – Северный Урал (Соборнов, Бушуев, 1990). В – Северный Кавказ (Соборнов, 1990)



Кинематически недопустимый разрез Смещенный кровельный надвиг Слепой автохтонный дуплекс (A) (6) Аппалачи (Bayer, Elltot 1982 Geiser 1988)  Надвиг в кровле дуплекса Сокращение параллельно напластованию (В) Хр Брукса Аляска (Vane et al, 1986) (Г) центральные и Северные Аппалачи  (Gerser, 1988) Складки срыва над кровельным надвигом (Д) Север Скалистых гор хо Брукса (Е) Приморские Альпы (Напп et al 1986)  (Dahlstrom, 1970 Ука~)асе Hanks, 1990) (Ж) Запад хр Сулейман и Кирсар Пакистан (Banks Warbunon 1986) Вдвиговыи клин пассивный обратный надвиг Растущие конседиментационные складки Дуплекс с пассивной кровлей главный пассивны и обратный надвиг (3) Центрально-Сулейманский (Пакистан) и Папуа-новогвинейский складчатые пояса (Hobson 1986)

Рис. 1.23. Внутренняя геометрия дуплексов.

А – различные способы компенсации смещений на выходе из дуплексов (Jadoon et al, 1994); Б – классификация дуплексов по последовательности формирования чешуй 1–фронтальная, 2–тыловая, 3–смешанная, 4–усеченный дуплекс. цифры в белых квадратах – последовательность образования чешуй (Mitra, 1992)

Надвиговую систему можно определить как серию чешуй, связанных подошвенным надвигом, или как зону тесно связанных надвигов, природа которых геометрически, кинематически и механически близка. Надвиговые системы могут быть разномасштабными – от охватывающих весь аллохтонный ярус до внутрислоевых.

С. Бойер и Д. Эллиот выделили два класса надвиговых систем – чешуйчатые веера (imbricate fan) и дуплексы (duplex) (рис. 1.12,А).

Чешуйчатые веера состоят из серии чешуй, связанных только подошвенным надвигом (или детачментом). В чешуйчатом веере каждый надвиг повторяет размер и форму соседнего надвига так, что надвиговые пластины перекрывают друг друга, как черепица. Надвиги, в основном листрические, асимптотически присоединяются к подошвенному срыву и расщепляются вверх, как открытый веер. По мере приближения к эрозионной поверхности углы падения надвигов становятся круче. Этот тип надвигов широко распространен и образуется в близповерхностных горизонтах.

Если надвиги затухающие, то каждая чешуя представляет собой взбросо-складку (рис. 1.13, 1.14). Различают слепые (blind) и вскрытые (emergent) чешуйчатые веера. В слепых веерах тип-пойнт надвигов находится ниже эрозионного среза, а во вскрытых – выше. В зависимости от последовательности формирования чешуй и положения надвига с наибольшей амплитудой перемещения (во фронте или в тылу) выделяются ведущие (leading) и ведомые (trailing) чешуйчатые веера (рис. 1.12). Предлагается также выделять зависимые и независимые чешуйчатые веера (рис. 1.13). В независимых чешуйчатых веерах рамповые антиклинали разделены синклиналями и формирование последующей рамповой складки не видоизменяет предыдущую, в зависимых чешуйчатых веерах ситуация обратная.

Дуплексы состоят из серии чешуй, связанных не только подошвенным (floor thrust), но и кровельным (roof thrust) надвигом (рис. 1.12, 1.15,А) Каждая чешуя представляет собой деформированную рамповую складку, со всех сторон ограниченную надвигами. Такие чешуи называют структурами конского хвоста, или хорсами (horse), они противопоставляются инбрикейтам (imbricate) – чешуям, слагающим чешуйчатый веер (Воуеr, Elliott, 1982). В отечественной литературе под термином конский хвост» зачастую понимается любая надвиговая чешуя вне зависимости от ее морфологии и кинематики. В отличие от чешуйчатых вееров дуплексы формируются на глубине и могут быть вскрыты на поверхности только в результате эрозии. Принципиальная модель формирования дуплексов предложена С. Бойером и Д. Эллиотом (Boyer, Elliot, 1982) и показана на рис. 1.15,А.

Среди дуплексов С. Бойер и Д. Эллиот предложили различать дуплексы с тыловым падением чешуй (hinterland dipping), стогообразные (antiformal stack) (рис. 1.12, 1.16 – 1.18) и с фронтальным падением чешуй (foreland dipping) (рис. 1.12). В стогообразных дуплексах смещение каждой чешуи (d) сопоставимо с ее шириной (a0) (рис. 1.17). В дуплексах с фронтальным падением d > a0, а с тыловым – d < a0. Часто встречающейся разновидностью дуплексов с тыловым падением чешуй являются планарные (правильные) (planar, true) дуплексы. В таких дуплексах величина смещения всех чешуй одинакова, соответственно, кровельный и подошвенный надвиги являются субпараллельными (рис. 1.15, 1.16),

В геометрической классификации Ш. Митры выделяются три типа дуплексов по характеру взаимоотношений слагающих их рамповых антиклиналей. В отличие от классификации Бойера – Эллиота в отдельные типы выделяются дуплексы, сложенные независимыми рамповыми антиклиналями, правильные (планарные) дуплексы и дуплексы с перекрывающимися рамповыми антиклиналями (рис. 1.16).

Если эрозионный срез проходит ниже кровельного надвига планарного дуплекса, то такой эродированный дуплекс можно принять за чешуйчатый веер (рис. 1.15, Б), Примеры псевдочешуйчатых вееров встречаются достаточно часто. К таковым относятся надвиговые зоны Монтаны или Индигиро-Зырянского прогиба и др. Свидетельством того, что подобные надвиговые системы образовались как эродированные дуплексы, является субпараллельное залегание слоев кровли чешуи и перекрывающих надвигов.

Дуплексы нередко являются составными частями рамповых антиклиналей более высокого порядка. В зависимости от положения дуплексов второго порядка в структуре рамповых антиклиналей Ш. Митра предложил различать дуплексы в лежачем крыле рамповой антиклинали, дуплексы в висячем крыле рамповой антиклинали, дуплексы во фронтальной зоне рамповой антиклинали и стогообразные дуплексы в ядре рамповой антиклинали (рис. 1. 19).

Для большинства дуплексов обычной является фронтальная последовательность образования чешуй (forward breaking (piggy-back) thrust sequence), при которой каждая новая чешуя дуплекса формируется во фронте дуплексной системы (рис. 1.15, 1.17). Известны также тыловая (break-back) последовательность, при которой каждая новая чешуя дуплекса формируется в тылу дуплексной системы, и смешанная (out-of-sequence) последовательность (Butler, 1987; McClay, 1992). Дуплексы со смешанной последовательностью характеризуются наличием секущего более позднего по времени формирования надвига, который нарушает структуру дуплексов с фронтальной или тыловой последовательностью. Частным случаем этого типа дуплексов является усеченный (truncated) дуплекс, в котором по секущему более позднему надвигу, расположенному в тылу дуплекса, происходят наибольшие горизонтальные перемещения.

В отношении вышерассмотренных дуплексов и чешуйчатых вееров подразумевалось, что надвигание чешуй происходит от хинтерланда к форланду. Вместе с тем известны многочисленные примеры, когда генеральное направление транспорта нарушается надвиганием чешуй в обратном направлении. Участки, на которых фронтальная вергентность надвигов сменяется обратной, англоязычные геологи называют треугольными зонами (triangle zone) (Price, 1986) (рис. 1.12,Б, 1.20 – 1.22). К. Макклей (McClay, 1992) треугольные зоны относит к третьему классу надвиговых систем, противопоставляя их чешуйчатым веерам и дуплексам. Обязательным элементом треугольной системы является вдвиговый клин, или вдвиг (intercutenous wedge), ограниченный снизу детачментом, а сверху – обратным надвигом (back thrust). Вдвиги зачастую представляют собой дуплексы, у которых кровельные надвиги являются обратными. Главной их особенностью является то, что в форланде вдвига обратный надвиг обязательно сливается с детачментом и в точке ответвления горизонтальное перемещение равно нулю. Наиболее распространенным типом вдвиговых структур являются так называемые дуплексы с пассивной кровлей (passive roof duplex) (В Warburton, 1986) (рис. 1.12.Б).

Различаются треугольные системы, в которых обратный надвиг ответвляется от детачмента(рис. 1.20) и от кровельного надвига дуплекса (рис. 1.21). В первом случае формируются обычные с точки зрения морфологии и кинематики, но обратные по вергентности взбросо-складки, рамповые складки, дуплексы и т.д. Такие структуры встречаются сравнительно редко. Структуры с обратной вергентностью образующиеся от кровельного надвига, напротив, являются широко распространенными. Благодаря именно таким структурам во многих надвиговых поясах происходит компенсация укорочения, образовавшегося при дуплексировании. Наиболее часто реализуется модель Бэнкса-Варбатона (рис. 1.21). Вдвиговые клинья, образовавшиеся по такой модели, характерны для фронтальных ограничений большинства надвиговых поясов (Vann et al., 1986; Morley, 1986). С такими структурами связаны многочисленные месторождения нефти и газа. На территории России вдвиговые клинья установлены на Северном Кавказе и Северном Урале (Соборнов, 1990; 1993; Соборнов, Бушуев, 1990) (рис. 1.22), в Приверхоянском и Индигиро-Зырянском прогибах. Видимая амплитуда вклинивания (горизонтальное расстояние от начала обратного надвига до его выхода на дневную поверхность) обычно составляет несколько километров (редко до 10 км). Однако известны примеры, в которых обосновывается вклинивание на несколько десятков километров.

Таким наиболее изученным примером является фронт Скалистых гор в провинции Альберта (Канада) в районе группы месторождений Ansell (Skuce et al.. 1992). Рекордное вклинивание (до 150 км) предполагается в пакистанской части предгорий Гималаев (Jadoon et аl., 1994). Как видим, случай почти невероятный, но все же это наиболее правдоподобная модель, которая позволяет объяснить такое большое расстояние от надвигового фронта до выхода дуплексирующегося комплекса отложений на дневную поверхность.

Следует отметить, что проблема баланса укорочений по слоям, которые участвуют в дуплексировании (stiff-layer), и слоям, их перекрывающим (cover-layer), – это одна из наиболее сложных проблем при изучении надвиговых поясов. Возможны два принципиально различных варианта трансляции смещений на выходе из дуплекса: вперед (модель Бойера – Эллиота. рис. 1.15) и назад (модель Бэнкса – Варбатона (рис. 1.21). Но реализоваться эти смещения могут по-разному: в виде складок срыва, чешуйчатых вееров, дуплексов более низкого ранга и т.д. (рис. 1.23,А). Во всех случаях суммарное укорочение по дуплексирующимся слоям должно быть равным укорочению по перекрывающим слоям. Укорочение за счет уплотнения и расплющивания пород (уменьшение пористости, перекристаллизация, растворение под давлением, кливаж и т.д.) редко достигает 15%. Укорочение на породном уровне П. Гейзер (Geiser, 1988b) предложил называть сокращением параллельно напластованию (LPS) (рис. 1.23,А).

Hosted by uCoz