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. 3.1. Блок-диаграмма, иллюстрирующая геометрию и внутреннее строение простой сдвиговой зоны. На боковых торцах, а также на разрезах через две сдвиговые зоны показано направление перемещения крыльев:
кружок с точкой в центре (представьте, что это острие стрелы) означает, что блок движется на нас, кружок с крестиком (представьте, что это заднее оперение стрелы) – блок движется от нас.
Рис. 3.2. Различные варианты взаимоотношений левосторонних сдвигов с вмещающими породами. Справа показаны поперечные разрезы после смещения
Рис. 3.3. Схема (вид сверху) идеализированной правосдвиговой системы и применяемая терминология (Woodcock, Fischer, 1986)
Рис. 3.4. Структурные элементы сдвиговой зоны и применяемая терминология при описании правых и левых изгибов и уступов (Twiss, Moores, 1992). Большие стрелки показывают направление перемещения по сдвигам. Парные пунктирные стрелки показывают обстановки растяжения или сжатия поперек изгибов или уступов.
Рис. 3.5. Окончания сдвигов с формированием чешуйчатых вееров (Twtss, Moorcs, 1992):
А – геометрия чешуйчатых вееров растяжения на окончаниях правостороннего сдвига. Б – формирование сбросов при растяжении на конце правостороннего сдвига. В – геометрия чешуйчатых вееров сжатия на окончаниях правостороннего сдвига. Г – формирование взбросов и надвигов на концах правостороннего сдвига. Д – геометрия расщепляющихся мелких сдвигов (структуры конского хвоста) на окончании главного правостороннего сдвига. Общее смещение по главному сдвигу на правой стороне блока представляет собой сумму небольших смещений по мелким расщепляющимся сдвигам на левой стороне блока. Мелкие сдвиги имеют тенденцию изгибаться в сторону отступающего блока.
Рис. 3.6. Формирование в зоне сдвига структур сжатия и растяжения (Hatcher, 1990).
А – модели формирования в зоне сдвига структур сжатия – приподнятых блоков (горстов), ограниченных взбросами (надвигами), и структур растяжения – просевших блоков (грабенов, или структур «пулл-апарт»), ограниченных сбросами. Б – торцовые сдвиги, ограничивающие края надвиговых пластин; В – кулиссные, эшелонированные (en echelon) складки, ассоциируюшие со сдвигами. В данном случае показан правосторонний сдвиг, при левом сдвиге оси складок будут ориентированы в противоположную сторону. По ориентировке осей складок к плоскости сдвига можно определить направление смещения по нему.
Рис. 3.7. Взаимоотношения между сдвигами первого порядка, расщепляющимся (синтетическим) разломом второго порядка (А) и вторичным (антитетическим) разломом второго порядка (Б) (Price, Cosgrove, 1990)
Рис. 3.8. Структуры, ассоциируюшие со сдвигами и их ориентировка в зависимости от направления перемещения по разлому (Twiss, Moores, 1992)
Рис. 3.9. Модель правостороннего сдвига.
А – диаграмма, показывающая идеализированную структурную модель формирования правостороннего сдвига. Черные стрелки показывают ориентировку осей сжатия и растяжения в эллипсоиде деформаций. Можно наблюдать, в каком направлении при правом сдвиге будут образовываться структуры сжатия (надвиги) и растяжения (сбросы), как будут ориентированы оси складок, синтетические и антитетические разломы. Б – диаграммы, показывающие ориентацию разломов и осей складок в зоне правостороннего сдвига (средняя диаграмма) во время дополнительного сжатия (транспрессии) (верхняя диаграмма) и дополнительного растяжения (транстенсии) (нижняя диаграмма), латинскими буквами обозначены: С – оси сжатия, Е – оси растяжения. F – оси складок, N – сбросы, R, R' – сколы Риделя (синтетические и антитетические разломы), Т – надвиги, V – трещины растяжения, в которые могут внедряться жилы и дайки.
Рис. 3.10. Эшелонированные складки (en echelon folds), сформированные при сдвиговых перемещениях (Campbell, 1958)
Рис 3.11 Складки с крутым погружением осей (шарниров) расположенные в зоне сдвига (Lillie, 1964)
Рис. 3.12. Идеальная ориентировка разломов в правосторонней сдвиговой системе (А), последовательность развития правостороннего присдвигового дуплекса (план) (Б, B)(Woodcock, Fischer. 1986)
Рис. 3.13. Зарождение сдвига (А), формирование в его зоне провала при растяжении (структура «пулл-апарт») (Б), поднятие и перекрытие соседних крыльев сдвига (В) (Price, Cosgrove, 1990)
Рис. 3.14. Формирование дуплекса сжатия (А) и дуплекса растяжения (Б) в зоне левого сдвига (Twiss, Moores, 1992).
длинные стрелки – направление главных движений по разломам, короткие стрелки – направление сдвиговых перемещений по второстепенным разломам внутри дуплекса, 1 – начальная стадия формирования левого сдвига, 2 – развитие дуплекса при продолжающемся левосдвиговом перемещении, 3 – блок-диаграмма
Рис. 3.15. Модель формирования структуры «пулл-апарт» (Аубгп, Nur, 1982): А – упрощенная модель формирования структуры «пулл-апарт» (pull-аpart basin) Длина бассейна увеличивается (от L0 до L), но его ширина остается постоянной (W0=W). Б – соединение (сращение) ромбовидных грабенов, ассоциирующих с эшелонированными сдвигами. В конечном итоге получается единый пулл-апарт. В – зона прерывистых сдвигов, в которой образуются разномасштабные структуры проседания «пулл-апарт» и горсты
Рис. 3.16. Пример формирования надвиговых перекрытий и сбросовых опусканий в зоне левого сдвига в районе Мертвого моря (Price, Cosgrove, 1990). Эти структуры, так же как и эшелонированные складки, сопряжены с зоной этого сдвига А–В – этапы образования сдвиговой зоны, Г – вторичные структуры, сформированные в результате сдвиговых перемещений
Рис. 3.17. Присдвиговый дуплекс растяжения (структура «пулл-апарт») в зоне разлома Дашт-Э-Бааз (Северо-Восточный Иран) (Twiss, Moores, 1992)
Рис. 3.18. Поперечные разрезы через идеальные сдвиговые зоны (Sylvester. 1988).
В зависимости от характера напряжений вдоль сдвиговой зоны формируются структуры цветка или пальмы, или веера (flower, or palm-tree, or fan-like structures), – не правда ли, похоже? При преобладании сжатия образуются положительные присдвиговые структуры, а при растяжении – отрицательные. В первом случае в зоне сдвига наблюдается веер надвигов со сдвиговой компонентой перемещения, во втором – веер сбросов. На разрезах через сдвиговые зоны показано направление перемещения крыльев – кружок с точкой в центре и кружок с крестиком. В данном случае представленные разрезы проведены через левостороний сдвиг
Рис. 3.19. Принцип образования обрамленного надвигами шовного поднятия, причиной которого служит конвергентное смещение по сдвигу или трансформное движение (Lossell, 1972) Показаны части блоков, один из которых направляется к другому под небольшим углом в той же самой плоскости (конвергентно). Возникает проблема пространства, и самым легким разгрузочным направлением для породного материала оказывается вертикальный подъем. Образуется шов с сужающимися книзу клиньями и надвинутыми краями.
Рис. 3.20. Примеры переплетающихся сдвигов, перемещения по которым приводят к образованию на разных участках либо структур пулл-апарт (проседания, растяжения), либо приподнятых горстов (структур сжатия) (Price, Cosgrove, 1990)
Сдвиги конечны по простиранию – естественно, они не могут продолжаться бесконечно долго, хотя, как будет показано ниже, есть сдвиги, которые протягиваются на многие сотни километров. Рассмотрим правосторонний сдвиг (рис. 3.3–3.5). Как видно, на окончаниях сдвигов формируются чешуйчатые веера (по аналогии с надвиговыми структурами). Их иногда называют структурами конского хвоста (horse). В тылу перемещающегося крыла происходит образование чешуйчатых вееров растяжения (extensional imbricate fan), которые представлены сбросами. Это происходит потому, что здесь возникает растяжение вследствие отрыва крыла сдвига от вмещающих пород. Напротив, во фронте перемещающегося крыла происходит образование чешуйчатых вееров сжатия (contractional imbricate fan), которые представлены надвигами.
Сдвигами (strike slip) называются субвертикальные разрывы, смещения по которым происходят в горизонтальном направлении (рис. 3.1). В сдвигах различаются крылья, сместитель, угол наклона сместителя и амплитуда смещения. По отношению к простиранию нарушенных пород сдвиги, так же как и сбросы, могут быть продольными, косыми или диагональными и поперечными (рис. 3.2). Система сближенных плоскостей мелких сдвигов сходной кинематики, образовавшихся в едином поле тектонических напряжений (имеющих одну природу), называется сдвиговой зоной.
Перемещение крыльев разрыва в сдвигах может быть установлено по бороздам на зеркалах скольжения, которые на поверхностях сместителей сдвигов имеют горизонтальное положение (рис. 3.1). Крылья сдвига, в отличие от надвигов и сбросов, называются в соответствии с их пространственной ориентацией. Например, если сдвиг имеет меридиональное простирание (протягивается с севера на юг), то его крылья будут называться, соответственно, западное и восточное. (Вспомните, как называются крылья надвигов и сбросов.)
В зависимости от направления перемещения крыльев выделяют левосторонние, или левые, сдвиги (sinistral strike slip) и правосторонние, или правые, сдвиги (dextral strike slip). Как определить уже обозначенное на карте направление перемещения по сдвигу, самому нарисовать его на схеме или определить в полевых условиях, если по различным признакам понятно, в какую сторону двигалось каждое крыло (например, по бороздам на зеркалах скольжения)? Для этого надо встать лицом к простиранию сдвига и представить, что Ваши руки – это его два крыла. Если правая рука (крыло сдвига, которое расположено со стороны Вашей правой руки) движется в соответствии с движением этого крыла вперед – то мы имеем дело с левосторонним (левым) сдвигом, а если правая рука движется назад – то это правосторонний (правый) сдвиг. На рис. 3.1 показан левый сдвиг – объясните, почему он левый?
Рассмотрим геометрические характеристики сдвига. Прямые участки сдвига так и называются – прямая (straight), плоскость сместителя редко бывает прямой в плане на всем своем протяжении, и поэтому часто наблюдаются изгибы ее простирания. Они подразделяются свободные изгибы (releasing bend), которые не препятствуют перемещению крыла, и ограничивающие изгибы (restraining bend), которые ориентированы как бы поперек движения крыла сдвига (рис. 3.3, 3.4). Сместитель сдвига вдоль простирания часто обрывается, то есть является прерывистым. В этом случае реализация перемещения происходит по субпараллельным основному разлому сдвигам. Пространство между окончаниями таких соседних сдвигов называется разъединением (separation), а расстояние, на которое окончания сдвигов как бы перекрывают друг друга, называется перекрытием (overlap). Зоны перехода от одного окончания сдвига к началу соседнего, называемые уступами, подразделяются, так же как и изгибы, и по тем же принципам на свободные уступы (releasing offset) и ограничивающие уступы (restraining offset) (рис. 3.3, 3.4). Обратите внимание, при каких положениях уступов и изгибов, при какой кинематике сдвига и как распределяются обстановки сжатия и растяжения: на ограничивающих изгибах и уступах будет происходить сжатие, а на свободных – растяжение. Объясните, просматривая рис. 3.3, почему.
3десь возникает сжатие вследствие нагнетания образований крыла сдвига на вмещающие породы (рис. 3.5). Важно помнить, что величина горизонтального перемещения по сдвигу (его амплитуда) должна соответствовать амплитуде перемещения по надвигам и сбросам на его окончаниях, а амплитуды перемещения по надвигам и сбросам приблизительно должны быть равными. Частным случаем чешуйчатых вееров сжатия являются торцевые сдвиги, ограничивающие края надвиговых пластин. Как правило, в этом случае окончаниями сдвигов служат единичные надвиги (рис. 3.6,Б).
В отдельных случаях окончания сдвигов представлены расщепляющимися мелкими сдвигами (структурами конского хвоста) (рис. 3.5,А). В этом случае общее смещение по главному сдвигу представляет собой сумму небольших смещений по мелким расщепляющимся сдвигам. Обратите внимание, что мелкие сдвиги имеют тенденцию изгибаться в сторону отступающего блока.
Очень часто смещение крыльев в разрывах происходит не строго вверх или вниз по поверхности сместителя и не в горизонтальном направлении, а косо по отношению к горизонту. Также это происходит, если при перемещении сдвиговая зона испытывает дополнительное боковое растяжение или сжатие. В этом случае в разрывах появляются сдвиговая, сбросовая и взбросовая составляющие и разрывы называются сбросо-сдвигами и взбросо-сдвигами. При таком разделении разрывов к сбросам относятся все разрывы с отклонением перемещения по направлению наибольшего наклона сместителя не более чем на 10°, к взбросам – разрывы с отклонением перемещения от направления наибольшего угла восстания сместителя не более чем на 10°, в сдвигах отклонение направления смещения от горизонтального также не должн превышать 10°, при перемещении крыльев в иных направлениях разрывы относят к сбросо-сдвигам и взбросо-сдвигам. При формировании таких комбинированных структур дополнительное боковое растяжение называется – транстенсией (transtension), а образовавшиеся структуры – транстенсионными, при сжатии – транспрессией (transpression), структуры – транспрессионными.
Дополнительные разломы второго порядка, или серия боков трещин, отщепляющихся от главного сдвига (разлома первого порядка) по направлению перемещения его крыла, называются синтетическими. Другая серия трещин, или дополнительных сдвигов, отщепляющихся от главного сдвига в противоположном направлении по отношению к перемещению его крыла, называются антитетическиии (рис. 3.7).
Рассмотрим ориентацию разломов и осей складок в зоне правостороннего сдвига (рис. 3.8, 3.9). Ориентировка осей пологих складок в зоне сдвига будет происходить под некоторым углом к направлению главного перемещения, который зависит от величины дополнительного сжатия или растяжения. Обратите внимание, что при дополнительном сжатии (транспрессии) происходит вращение осей сжатия и растяжения, как и осей складок и разломов в зоне сдвига по часовой стрелке, а при дополнительном растяжении (транстенсии) – против часовой стрелки. Вершина острого угла, образующегося при пересечении осей складок с плоскостью сдвига, будет направлена в сторону, противоположную перемещению. Это легко проверить, смещая на столе двумя руками в противоположные стороны лист бумаги и наблюдая, в какие складки он будет изгибаться. Для левостороннего сдвига картина поменяется на обратную, как в зеркальном изображении. Аналогичная ориентировка сопутствующих структур сжатия – надвигов, а структуры растяжения (сбросы) будут ориентированы в противоположную сторону (рис. 3.8, 3.9).
Образующиеся в зоне сдвига складки, как можно заметить, не протягиваются на большое расстояние, проявлены в пределах зоны и расположены параллельно друг к другу, под углом к направлению перемещения. Поэтому такие складки называются кулисными, или эшелонированными (рис. 3.10). При интенсивной деформации эти складки становятся крутыми и их оси могут приобретать субвертикальную ориентировку. Иногда такие складки называют аксоноклиналями. Наличие подобных складок является характерным признаком сдвиговых формаций в районе исследований (рис. 3.11). Если в плане (на карте вы видите, что складки с крутыми шарнирами изогнуты в структуру, напоминающую латинскую букву S (так называемые S-образные складки), то перемещение по сдвигу было левосторонним. Если же рисунок такой складки похож на латинскую букву Z, то Вы имеете дело с Z-образной складкой, а перемещение по сдвигу было правосторонним.
Складки, зеркала скольжения, разломы, трещины и прочие структурные элементы, образовавшиеся одновременно со сдвигом, называются структурным парагенезисом. Это относится не только к сдвигам, но и к любым деформационным структурам, сформированным в один этап деформаций и в едином поле тектонических напряжений. Таким образом, исследовав положение в пространстве сдвиговых структурных парагенезисов, можно определить кинематику сдвига, не видя плоскости сместителя и зеркал скольжения.
Как было показано выше, в пределах сдвиговой зоны развиваются более мелкие разрывы (синтетические и антитетические), которые, пересекаясь, образуют блоки, похожие в плане на ромбы (рис. 3.1, 3.12, 3.13), ориентированные в ту или иную сторону в зависимости от расположения изгибов и уступов вдоль простирания зоны разлома. При продолжающейся деформации эти ромбы соединяются между собой и ограничиваются плоскостями главного сдвига, образуя структуру конского хвоста. Внутренняя структура таких образований представляет собой один или серию блоков, испытавших вращение при сдвиговых подвижках и разделенных второстепенными сдвигами. Подобное образование называется дуплексом (duplex) по аналогии с надвиговыми и сбросовыми структурами,
Таким образом, присдвиговым дуплексом называется тектоническая структура, обычно ограниченная двумя главными, круто ориентированными сдвиговыми зонами или двумя зонами повышенной трещиноватости пород. Между этими зонами располагаются более мелкомасштабные, располагающиеся кулисообразно сдвиги, имеющие, как правило, комбинированную сдвиго-взбросовую (транспрессионный дуплекс сжатия – contractional duplex) или сдвиго-сбросовую (транстенсионный дуплекс растяжения – extensional duplex) кинематику (рис. 3.3, 3.14). Дуплекс сжатия образуется в том случае, если ромбовидные блоки формируются со стороны ограничивающего изгиба или уступа, испытывающих сжатие. В этом случае дуплекс будет представлять собой горстообразное поднятие, каждый блок которого ограничен взбросом или надвигом со сдвиговой компонентой перемещения (рис. 3.14). Дуплекс растяжения образуется тогда, когда ромбовидные блоки формируются со стороны свободного изгиба или уступа, испытывающих растяжение. В этом случае дуплекс будет представлять собой грабенообразное опускание, или провал, каждый блок которого ограничен сбросом со сдвиговой компонентой перемещения. Как указывалось выше, подобные структуры присдвигового опускания называются структурами пулл-апарт (pull-apart basin) и являются очень часто бассейнами осадконакопления (рис. 3.14 – 3.17). По латерали и вертикали все второстепенные разломы дуплекса асимптотически сливаются с плоскостями главных сдвигов, образуя в разрезе характерные структуры цветка, или пальмы, или веера (flower, or palm-tree, or fan-like, structures) (рис. 3.14, 3.18, 3.19). Иногда в зоне переплетающихся сдвигов можно наблюдать комбинацию подъемов и опусканий (рис. 3.20).
