Разрывные нарушения в горных породах www.ged.rwth-aachen.de. Лекция 14 2 марта 2016 г.
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг Надвиг, взброс, тектонический покров (шарьяж) Разрывы на геологических картах
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Стадии деформации Предел прочности Предел упругости Упругая Пластическая Трещины Представление о стадиях деформации Разрывные дислокации в горных породах, нарушающие сплошность слоёв, являются результатом деформаций, превышающих предел прочности пород.
Разрывные дислокации разделяются на две основные группы: разрывы без смещения (трещины) и разрывы со смещением (разрывы, разломы).
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Трещины. (разрывы без видимого смещения)
По степени проявления трещины делятся на три группы: открытые, закрытые, скрытые. Открытые трещины обладают заметной полостью
Закрытые трещины лишены заметной полости. www.ged.rwth-aachen.de/
Скрытые трещины в свежей породе не видны. Становятся заметны лишь при её раскалывании, когда обнаруживается, что колется порода по некоторым преимущественным направлениям. Скрытые трещины кливажа, подчеркнутые выветриванием.
Трещины, имеющие одинаковую или близкую ориентировку в пространстве, объединяют в системы трещин. Обычно в горных породах развивается несколько систем трещин.
Радиальная система трещин Система трещин отрыва
Классификация трещин. 1). По отношению к слоистости осадочных пород : а). Поперечные трещины. б). Продольные трещины. в). Косые трещины. Геометрические классификации.
2). По углу падения: а). Вертикальные (с углами падения от 80 до 90 ), б). Крутые (с углами падения 45 – 80 ), в). Пологие (с углами падения 10 – 45 ), г). Слабонаклонные и горизонтальные (с углами падения от 0 до 10 ). 0 0 0 0
Генетическая классификация. 1). Нетектонические трещины: а). первичные трещины, б). трещины выветривания, в). трещины оползней, обвалов и провалов, г). трещины расширения пород при разгрузке. 2). Тектонические трещины: а). трещины отрыва, б). трещины скалывания, в). трещины сжатия.
Нетектонические трещины Диагенетические трещины Диагенетические трещины в глинах а). Первичные трещины
Диагенетические трещины в известняках. Диагенетические трещины в мергелях
Первичные трещины в эффузивных породах. Столбчатая отдельность в базальтах при наземных излияниях.
Подушечная отдельность в базальтах при подводных излияниях.
Первичные трещины в интрузивных породах. Матрацевидная отдельность в гранитах.
б). Трещины выветривания. При выветривании порода теряет свою монолитность. Разрушение происходит из-за раскрытия и расширения ранее существовавших в породе трещин и образования новых.
в). Трещины оползней, обвалов и провалов. Обвал на г. Демерджи (Крым). Фото М.А. Блюмкиной.
г). Трещины расширения пород при разгрузке. Образование трещин бортового отпора (отседания) связано с отсутствием силы со стороны открытого пространства, способной уравновесить внутреннее напряжение в горных породах. Схема распределения давления при образовании трещин бортового отпора.
Трещины бортового отпора. Исландия
Трещины бортового отпора. Западный Крым. Фото М.Ю. Никитина.
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Тектонические трещины Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Тектонические трещины
Появляются в горных породах под действием тектонических деформаций. Отличаются от нетектонических тем, что более выдержаны как по простиранию, так и по падению и ориентированы по единому плану в разных по составу породах. Тектонические трещины делятся на трещины отрыва, скалывания и сжатия. σ 1 σ 1 σ 3 σ 3
а). Трещины отрыва Механические обстановки формирования трещин отрыва: а). Растяжение, б). Сжатие, в). Сдвиг. Возникают при появлении в породе нормальных растягивающих напряжений, превышающих пределы её прочности на отрыв. Ориентированы перпендикулярно к оси максимального растяжения. σ 1 σ 3
растяжение Положение трещин Трещины отрыва обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены следов перемещений. Быстро выклиниваются по простиранию. Извилистые в плане. Обычно крутые или вертикальные.
Вертикальные извилистые трещины отрыва
Часто заполнены жильным материалом (кварцем, карбонатными и рудными минералами.
Трещины отрыва хорошо развиты в чехлах платформ, на смыкающих крыльях флексур, в бортах платформенных прогибов. Очень часто овражная и речная сеть вырабатывается согласно с планом расположения таких трещин. Часто трещины отрыва возникают на сводах антиклиналей, испытывающих растяжение. Последовательные стадии развития трещин отрыва в антиклиналях поперечного изгиба по М.В. Гзовскому.
б). Трещины скалывания Образуются в направлении максимальных касательных напряжений при нагрузках, превышающих прочность пород на сдвиг. Образование трещин скалывания: а). При сжатии, б). При сдвиге.
Часто трещины cкалывания образуют сопряжённые системы, ориентирующиеся под углом, несколько меньшим 45° к направлению оси сжатия. Tрещины обычно плотно сжаты и имеют гладкие поверхности.
Hередко их поверхности несут следы перемещения в виде царапин, борозд, "зеркал скольжения"
Схема формирования зеркал скольжения. По J.G. Ramsay, M.I. Huber, 1983 Зеркала скольжения образуются за счет трения между перемещаемыми блоками пород и представляют собой борозды на поверхности сместителя. По положению зеркала в пространстве и характеру борозд можно определить тип разлома и направление смещения
Макроскопически выражен в расщеплении горных пород на тонкие параллельные пластинки, происходящем при их деформации. в). Трещины сжатия Образуются в результате растворения пород в местах повышенного давления. Кливаж Наиболее часто распространён в глинистых породах (глинах, аргиллитах).
Стилолиты Стилолиты (стилолитовые швы) возникают при растворении карбонатных пород. Стилолиты образуют поверхности, которые на поперечном срезе породы выглядят как зубчатые швы. Нерастворимые примеси – глинистые частицы, оксиды железа – остаются на зубчиках стилолитов. Верхний мел Крыма. Фото Ю.О. Гаврилова. Верхний мел Крыма. Фото Ю.О. Гаврилова.
Разрывы со смещением
Разрыв – поверхность или зона в горных породах, по которой произошло смещение разделяемых этой поверхностью блоков. Для формирования разрыва со смещением необходимо преодолеть не только силу сцепления между зернами породы (предел прочности), но и силу трения между образовавшимися блоками.
Классификация разрывов со смещениями разработана на основе многолетней практики. Среди разрывных смещений в зависимости от пространственного положения разрыва и от направления смещения блоков выделяется шесть основных типов : раздвиги, сбросы, взбросы, надвиги, покровы, сдвиги. Основными группами разрывов со смещением являются раздвиги и разрывы со скольжением.
Раздвиги Под раздвигом понимается смещение, выраженное в раздвигании краёв трещины. Перемещение блоков происходит под прямым углом к поверхности отрыва, вследствие чего увеличивается полость трещины. Раздвиг характеризуется размером полости (зияния). Раздвиг. Гобийский Алтай. Фото А.В. Галанина.
Раздвиги чаще, чем другие типы разрывов, заполняются горными породами и минералами. С раздвигами связаны одиночные крупные вертикальные дайки или дайковые пояса. В большинстве случаев амплитуды отдельных раздвигов измеряются долями метра или несколькими метрами.
Самый большой раздвиг на материках – Великая дайка Зимбабве. Протягивается на 560 км при зиянии от 3,2 до 12,3 км. Интрузивный массив c крупнейшими по запасам месторождениями хромовых руд.
Разрывы со скольжением Эта группа характеризуется скольжением блоков пород, разделенных разрывом, относительно друг друга. Сбросы. Элементы сброса: 1). Поверхность разрыва, или сместитель. 2). Блок расположен над сместителем - висячее крыло (опущено). 3). Блок расположен под сместителем - лежачее крыло (поднято). 4). Угол падения сместителя. Амплитуды смещения: а) горизонтальная амплитуда, б) вертикальная амплитуда.
Сброс – тектонический разрыв, у которого сместитель падает под опущенное (висячее) крыло. flickr.com/ Висячее крыло Лежачее крыло
Классификация сбросов. 1). По отношению к простиранию нарушенных пород. а). Продольные сбросы Общее простирание поверхности сместителя в плане совпадает с простиранием пород. Разрез.
б). Косые (диагональные) сбросы. Сместитель в плане ориентирован под углом к простиранию пород. в). Поперечные сбросы. Сместитель в плане ориентирован вкрест (под прямым углом) простирания пород.
2). По углам падения сместителя: а) пологие сбросы (до 30 ), б) крутые (30 – 80 ), в) вертикальные (80 – 90 ). 0 0 0 Листрические сбросы – чашеобразные сбросы, крутые на поверхности и выполаживающиеся на глубине, где сливаются в одну горизонтальную поверхность срыва.
Листрический сброс по данным сейсморазведки. www.hgs.org/en/cev/1007
Крылья шарнирного сброса поворачиваются вокруг оси, перпендикулярной к простиранию сместителя Если ось вращения расположена не у конца сброса, его крылья могут двигаться в разных направлениях. Шарнирные сбросы.
Условия образования сбросов. www.fault-analysis-group.ucd.ie/ geomaps.wr.usgs.gov www.minimegeology.com/ Висячее крыло Висячее крыло Висячее крыло Лежачее крыло Лежачее крыло Лежачее крыло
В результате растяжения образуется «зияние» слоя. Сбросы образуются в условиях растяжения. Лежачее крыло Висячее крыло
С общим растяжением связано появление систем сбросов – ступенчатых сбросов. Схема. www.flickr.com/
Взбросы. Элементы взброса: 1). Поверхность разрыва, или сместитель. 2). Блок расположен над сместителем - висячее крыло (поднято). 3). Блок расположен под сместителем - лежачее крыло (опущено). 4). Угол падения сместителя. Амплитуды смещения: а) горизонтальная амплитуда, б) вертикальная амплитуда.
Взброс – тектонический разрыв, у которого сместитель падает под поднятое (висячее) крыло. www.indiana.edu лежачее крыло висячее крыло
Классификация взбросов. 1). По отношению к простиранию нарушенных пород. а). Продольные взбросы. б). Косые или диагональные. в). Поперечные. 2). По углы падения сместителя: а) пологие взбросы (до 30 ), б) крутые (30– 80 ), в) вертикальные (80 – 90 ). 0 0 0
Условия образования взбросов. www3.hi.is/~oi/bruarjokull_project.htm лежачее крыло висячее крыло
Перекрытие одного крыла другим указывает на сближение крыльев в обстановке общего сжатия!
С общим сжатием связано появление систем взбросов – ступенчатых взбросов. Схема. www.dec.ny.gov/permits/54909.html
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг, сдвиговые структуры Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Системы сбросов и взбросов. Сбросы и взбросы нередко развиваются группами, образуя структуры, получившими названия грабенов и горстов. Грабен ( нем. – ров) – линейная структура, ограниченная сбросами (реже взбросами), центральная часть которой опущена и на поверхности сложена породами более молодыми, чем в поднятых краевых частях. Грабен
Грабен может быть образован как двумя сбросами в обстановке растяжения ( а ), так и двумя взбросами в обстановке относительного сжатия ( б ). а б
Долина Смерти. Калифорния. Фото Марли Б. Миллер Небольшие грабены Иран
Горст ( нем. – возвышенность, холм) – линейная структура, образованная взбросами, (реже сбросами), центральная часть которой приподнята и на поверхности сложена более древними породами, чем в относительно опущенных краевых частях. Горст
Горст может быть образован как двумя взбросами в обстановке сжатия (а ), так и двумя сбросами в обстановке относительного растяжения ( б ). а б
Горст, образованный системой сбросов. Горст. Южная Испания
Схема сопряженных горстов и грабенов. Грабен Горст Грабен
Система грабенов и горстов, образованных сбросами. www.geology.wisc.edu/
Глобальные грабены и горсты.
Большая рифтовая долина ( The Great Rift Valley). Афар
Байкальский рифт.
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг, сдвиговые структуры Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Сдвиги. Сдвигами называются разрывы, смещение по которым происходят в горизонтальном направлении вдоль поверхности сместителя. www.indiana.edu
В сдвигах различаются крылья, сместитель, угол наклона сместителя и амплитуда смещения. По углу наклона поверхности сместителя сдвиги делятся на: 1). Пологие (угол наклона от до 45 ). 0 0 2). Крутые и вертикальные (угол наклона до 90 ).
По отношению к простиранию нарушенных пород сдвиги могут быть продольными, косыми (диагональными) и поперечными. Сдвиги Главной антиклинали Донбасса по В.В. Эзу.
По направлению смещения различают левые и правые сдвиги. Правый Левый
Сан-Андреас, Калифорния.
Система сдвигов Шотландии по В. Ярошевскому.
Грейт-Глен, Шотландия.
Раздвиги, сбросы, взбросы и сдвиги характеризуются хрупким отрывом или вязким разрушением горных пород без заметных предварительных пластических деформаций. Они не связаны с образованием складчатой структуры. Обычно являются более поздними по отношению к ней. Но есть разрывы, которые образуются и развиваются одновременно со складками, т. е. являются результатом длительных пластических деформаций.
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг, сдвиговые структуры Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Надвиги. Разрывы взбросового строения, возникающие и развивающиеся одновременно с образованием складок. Схема образования надвига на крыле опрокинутой складки. Давление → ← Давление
Надвиги развиты преимущественно в замках или на крыльях сжатых наклонных или опрокинутых складок. Надвиги, осложняющие крылья синклинальной (а) и антиклинальных (б) складок.
Надвиги тесно связаны со складчатой структурой, в плане они ориентированы вдоль осей складок.
Создают чешуйчатое строение. В разрезе всегда связаны с явлением вергентности (наклон осевых поверхностей) складок.
Надвиг. Западный Китай
Tekelik
Cretaceous-Paleogene Suluterek Formation Minkush Oligocene-Miocene Shamsi Series Jurassic sediments
A package of 53 Ma (Ar-Ar age) basaltic flows (dark gray) with total thickness up to 10 m overly red clays in Toraigyr Red clay 53 Ma basaltic flow 53 Ma basaltic flow Red clay Red clay
Тектонические покровы (шарьяжи). Покровы – надвиги с очень большим горизонтальным перемещением (до сотен км) по пологим волнистым поверхностям скольжения. Каледониды Скандинавии.
автохтон Автохтон – неперемещенные породы, подстилающие покров и находящиеся на месте. Аллохтон – породы, перемещенные, образующие тело покрова. Лоб (фронт) покрова (шарьяжа) – передний край покрова. Корень покрова – место, где породы, слагающие покров, находятся еще в неперемещенном коренном залегании. Тектоническое окно – участок, где тело покрова размыто до автохтона. Тектонический останец (отторженец, клиппен) – часть покрова, отчлененная от его тела эрозией.
Схема образования покрова
Гларнский покров. Швейцария Аллохтон Автохтон
Трещины и разрывы (разломы) Классификация трещин Классификация разрывов Грабен и горст Сдвиг, сдвиговые структуры Надвиг, взброс, тектонический покров ( шарьяж ) Разрывы на геологических картах
Разрывы на геологических картах.
Разрывные дислокации разделяются на две основные группы: разрывы без смещения (трещины) и разрывы со смещением (разрывы, разломы). Трещины делятся на открытые, закрытые, скрытые; нетектонические трещины - на первичные, трещины выветривания, трещины оползней, обвалов и провалов, трещины расширения пород при разгрузке; тектонические трещины – на трещины отрыва, скалывания, сжатия. Выделяется шесть основных кинематических типов разрывных смещений : раздвиги, сбросы, взбросы, надвиги, покровы, сдвиги. Грабены, горсты, сдвиговые структуры, надвиги, взбросы, тектонические покровы ( шарьяжи ) отражают тектонические движения коры, выявляемые при чтении геологической карты
