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. 2.3 Структурные элементы сбросовых систем и применяемая терминология (Twiss, Moores, 1992)
Рис. 2.4. Сейсмический профиль через листрический сброс.
Висячее крыло сброса нарушено серией синтетических сбросов, направление падения которых совпадает с таковым главного разлома. Породы висячего крыла деформированы в синклиналь «ролловер», а в лежачем крыле наблюдаются мелкомасштабные изгибы пластов по падению. А – сейсмический профиль. Б – интерпретация залегания слоев и разломов (Twiss, Moores, 1992)
Рис. 2.5.Модель последовательного развития листрического веера и сбросового дуплекса растяжения (Twiss, Moores, 1992).
А – Листрический сброс состоит из пологих частей (флэт) и более крутых уступов (рамп) Антиклиналь «ролловер» и надрамповая синклиналь развиваются в висячем крыле сброса. Б, В – дальнейшее последовательное распространение разлома в блок лежачего крыла приводит к образованию листрического веера вблизи поверхности и дуплекса растяжения на глубине При последующей деформации другие разломы, такие, как сопряженный чешуйчатый веер, развиваются в висячем крыле разлома
Рис. 2.6. Геометрия сбросов в зоне континентального растяжения (Twiss, Moores, 1992) Различные блоки сбросовой зоны разделены трансформными разломами. Некоторые блоки, таки как два в левой части рисунка могут содержать группы наклоненных в противоположные сторон сбросов, разделенных недеформированными блоками
Рис. 2.7. Главные типы сбросовых структур «ролловер» ( 1992)
Показаны деформации, развитые в лежачих крыльях сбросов: А – надрамповая синклиналь, Б – надрамповая антиклиналь
Рис. 2.8. Развитие конседиментационных растущих сбросов (Спенсер. 1981).
А – к началу эрозии сбросового уступа. Б – в конседиментационный период.В – к началу соляного диапиризма А– складки выраженные в рельефе морского дна, В– морское дно, C– структурные контуры, D- сброс, достигший залежи каменной соли, Е– сброс, не достигший залежи каменной соли, F– продукты разрушения уступов, G– комплекс осадков, синхронных сбросообразованию, I– проекции сбросов на дневную поверхность. J– каменная соль
Рис. 2.9. Стадии формирования «растущих» конседиментационных сбросов (Twiss, Moores, 1992).
Смещение по листрическому сбросу происходит в процессе продолжающегося осадконакопления. В результате этого происходит увеличение мощности синхронных отложений (выделены одинаковой штриховкой) в лежачем крыле. На глубине сброс становится параллельным слоистости пород лежачего крыла
Рис. 2.10. Слепой сброс, в верхних горизонтах выраженный флексурой (А), затухающий по латерали сброс, по простиранию переходящий во флексуру (Б)
Рис. 2.11. Геометрическая модель перемещения по пакету чешуйчатых листрических сбросов (Twiss, Moores, 1992):
А – положение зарождающихся чешуйчатых листрических сбросов. Б – при скольжении блоков вниз по чешуйчатым разломам происходит их вращение и распрямление
Сбросы различаются по ряду признаков: углу наклона сместителя, ориентировке по отношению к простиранию нарушенных пород, соотношению наклона сместителя и нарушенных пород, направлению перемещения крыльев, взаимному расположению сбросов в плане и в разрезе (Михайлов, 1967) (рис. 2.3). Сбросы образуются при растяжении участков земной коры и иногда их называют разломами. или структурами растяжения. По углу наклона сместителя выделяются: пологие сбросы – с углом наклона сместителя до 30°, крутые – от 30 до 80° и вертикальные – от 80 до 90°. По отношению к простиранию нарушенных пород различаются: продольные сбросы, у которых общее простирание сместителя совпадает с простиранием нарушенных пород (рис. 2.1,А,Б,Д), косые (диагональные) сбросы, сместитель которых ориентирован под углом к простиранию пород (рис. 2.1,Г), и поперечные сбросы, направленные вкрест простирания пород (рис. 2.1,В).
По соотношению наклонов сместителя и нарушенных пород выделяются согласные и несогласные сбросы. У согласных сбросов наклон пород и наклон сместителя направлены в одну и ту же сторону (рис. 2.1,Г,Д); у несогласных – породы и сместитель падают в противоположные стороны (рис. 2.1,Б).
По направлению движения крыльев выделяются четыре вида сбросов: 1) прямые, 2) обратные, 3) шарнирные и 4) цилиндрические. В прямых сбросах висячее крыло перемещается вниз; в обратных – лежачее крыло перемещается вверх. В шарнирных сбросах крылья поворачиваются в разные стороны или в одну и ту же сторону вокруг оси, перпендикулярной к простиранию сместителя. Если ось вращения расположена не у конца сброса, а на его продолжении, крылья шарнирного сброса могут двигаться в различных направлениях. В цилиндрических сбросах движение происходит по дуге или искривленной поверхности, близкой к дуге вокруг оси вращения, расположенной в стороне от сместителя.
По взаимному расположению в плане различают параллельные,радиальные и перистые сбросы. В параллельных сбросах поверхности сместителей в плане и разрезе параллельны, и смещение нередко носит ступенчатый характер. Радиальные сбросы расходятся от одной точки или от определенного участка по радиусам. Такие сбросы могут возникать на периклинальных и центриклинальных замыканиях складок или на сводах куполов. Перистые сбросы образуют ветвящуюся сеть, в которой выделяется основной, наиболее крупный, сброс и ответвляющиеся, более мелкие.
Как правило, крутонаклонные у поверхности земли сбросы с глубиной выполаживаются и становятся субгоризонтальными. Такие сбросы называются листрическими (listric normal faults) (от греч. listron – лопата) (рис. 2.4). Пологие участки сброса называются «флэт» (flat), а крутые – «рамп» (ramp), как и при обозначении надвиговых структур (рис. 2.5).
Пологий сброс, ограничивающий сбросовую систему снизу, называется детачментом (detachment) (рис. 2.3, 2.6), его называют также региональным базальным срывом, региональным горизонтом скольжения (ср. с употреблением термина «детачмент» при описании строения надвиговых систем в гл. 1). Горизонтальные перемещения по детачменту могут составлять многие
десятки километров.
Висячие крылья сбросов иногда смяты в открытые складки, как правило синклинальные, хотя могут присутствовать и антиклинали. На рис. 2.7 показаны такого рода складки – надрамповые синклинали и антиклинали (fault-ramp syncline, fault-bend anticline). Такие структуры называются «ролловер» (rollover) (Xiao, Suppe, 1992).
Параллельно главному сбросу обычно протягивается серия боковых трещин (синтетических сбросов). Другая серия трещин, или сбросов, параллельного с ним простирания часто отличается падением, направленным к главному сбросу. Это сбросы, ориентированные по схеме сопряженных сколов и известные под названием антитетических (рис. 2.3–2.5). Присутствует иногда и третья серия попутных нарушений, представленная вертикальными трещинами, перпендикулярными к главному разлому (Спенсер, 1981).
По отношению к времени образования нарушенных разрывами отложений сбросы делятся на конседиментационные, или «растущие» (growth fault), т.е. возникающие и развивающиеся одновременно с накоплением осадков, и постседиментационные (наложенные). В конседиментационных сбросах на поднятых крыльях мощности пород нередко оказываются сокращенными и отдельные стратиграфические горизонты выпадают из разреза. В противоположность этому на опущенных крыльях мощности пород увеличиваются, наблюдаются полные стратиграфические разрезы и относительно более мелкозернистые и глубоководные фации (pиc. 2.8, 2.9). В постседиментационных (наложенных) разрывах мощности пород и фации не имеют различий.
В районе Мексиканского залива буровыми скважинами был вскрыт ряд сбросов, изучение которых показало, что движения по ним продолжались на протяжении всего периода формирования нарушенных толщ. Сбросы падают к центру обрамляемых ими впадин. Мощность смещенных горизонтов больше в опущенном крыле, что свидетельствует об активности сбросов во время осадконакопления (Спенсер, 1981). Сбросы образуются и в тех местах, где массы пород, соскальзывающие по склону, отрываются от его вершины. Такого рода крутые сбросы, изгибаясь в направлении склона, сливаются с поверхностью скольжения (обычно это плоскость напластования).
Сброс может быть проявлен только на глубине, где он смещает нижние горизонты стратиграфического разреза и затухает вверх по сместителю. В верхних горизонтах над сбросовым уступом в этом случае будет формироваться флексура (рис. 2.10, А). Такие сбросы называются слепыми Они характерны для конседиментационных структур.
Сбросы также могут затухать и по латерали. Смещения на окончаниях разломов постепенно уменьшаются и деформации могут реализовываться здесь в виде флексур, которые, в свою очередь, сменяются моноклиналями (рис. 2.10.Б).
Так же как и в надвиговых поясах, при формировании листрических сбросов могут образовываться чешуйчатые, или листрические, веера (imbricate, listric fan) (рис. 2.5, 2.11), в которых каждый сбросовый блок (или пластина) прилегает к соседнему, как плитки черепицы на крыше. Перемещение вниз по разлому может приводить к сдваиванию скользящих блоков, формируя структуры «конского хвоста», которые образуют дуплексы растяжения (extensional duplex) (ср. с описанием дуплексов (сжатия) в складчато-надвиговых поясах). Сдвиговые дуплексы растяжения также ограничены снизу подошвенным (floor fault) и сверху кровельным (roof fault) разломами, которые в отличие от надвиговых представляют собой пологие сбросы (рис. 2.5).
Разломы, ограничивающие участки (или блоки), в которых проявлены сбросовые деформации, и ориентированные субортогонально простиранию сбросов, называются трансферными разломами (transfer fault) (рис. 2.6). Они могут представлять собой либо сбросы, либо сбросо-сдвиги. Разломы, пересекающие срединно-океанические хребты имеющие существенно сдвиговое или комбинированное сбросо-сдвиговое происхождение, называются трансформными – transform faults.
Иногда наблюдается искривление сместителя. Зто приводит к образованию полостей во время перемещения крыльев сброса. которые впоследствии могут заполняться жильным или рудным материалом.
На поверхности сместителя соприкасающихся друг с другом крыльев сбросов при движении образуются гладкие – блестящие, как бы отполированные поверхности – зеркала скольжения. На них образуются многочисленные штрихи и борозды, ориентированные по направлению движения крыльев. При крупных смещениях с амплитудами в десятки и сотни метров помимо зеркал скольжения между крыльями сброса развивается брекчия трения, представляющая собой раздробленную и перетертую массу обломков пород.
Основным признаком, позволяющим судить о времени образования сброса, является возраст нарушенных пород или, если сброс является конседиментационным, возраст синхронных осадков.
Грабены и горсты – характерные структуры, возникающие вследствие тангенциального растяжения под прямым углом к простиранию сбросов (рис. 2.3, 2.6). Осадочные толщи в пределах грабенов и горстов обычно не деформированы. Борта грабенов и горстов в ряде случаев протягиваются не прямолинейно, а ограничиваются сериями нарушений, часть которых отклоняется под углом до 30° от простирания главных разломов, как, например, в Рейнском грабене, грабенах Восточной Африки, на побережье Красного моря, в Байкальском рифте.
Грабенами (graben) называются структуры, образованные сбросами, центральные части которых опущены и сложены на поверхности породами, более молодыми, чем толщи, обнажающиеся в приподнятых краевых частях. Грабены характеризуются погружением их центральных частей относительно периферических (рис. 2.3). Различают простые и сложные грабены. Простые грабены образуются двумя сбросами, в сложных грабенах принимает участие большое количество разрывов (Михайлов, 1967).
Выделяют наложенные грабены и грабены, формировавшиеся параллельно с осадконакоплением. Наложенные грабены развиваются в ранее образовавшихся толщах горных пород, нередко смятых в складки и прорванных интрузиями. Такие грабены как бы накладываются на ранее сформированные структуры и могут возникнуть значительно позже процессов осадконакопления и складчатости. В наложенных грабенах мощности пород в их центральных и периферических частях остаются одинаковыми, при этом не происходит изменений ни в фациях, ни в составе пород. Амплитуды смещения по сбросам нередко достигают сотен метров, а протяженность по простиранию может исчисляться многими километрами. Нередко наложенные грабены развиваются в сводах куполовидных складок и в замках антиклиналей.
Возникновение грабенов связывается с растяжением отдельных участков земной коры и последующим оседанием их центральных частей. Таким путем возникают грабены в сводах куполов и антиклинальных складок, затухающие обычно на глубине. При образовании крупноамплитудных грабенов нередко наблюдаются вулканические излияния преимущественно базальтового состава.
Если сбросовые блоки (пластины) наклонены в одну сторону и ограничениями служат синтетические разломы, то такая структура называется полуграбеном (half-graben) (рис. 2.3).
Горстами (horst) называются структуры, образованные сбросами, центральные части которых приподняты и на поверхности сложены более древними породами, чем породы, обнаженные в их краевых частях (рис. 2.3). В отличие от грабенов в горстах центральные части приподняты относительно опущенных периферических участков. Различают простые и сложные горсты. Простые горсты образуются двумя сбросами; в сложных горстах принимает участие большое количество разрывов. Горсты, как и грабены, могут образоваться как одновременно с осадконакоплением, так и позже, накладываясь на уже сформированные структуры. Осадконакопление осуществляется в краевых частях горстов за счет разрушения и размыва их приподнятых центральных участков. Горсты имеют относительно небольшие размеры – до нескольких десятков километров (например, Сунтарское поднятие в Вилюйском палеорифте).
