Разрывные нарушения

Разрывные (дизъюнктивные) нарушения первоначального залегания слоев горных пород или слоев, собранных в складки, выражаются в разрыве их по какой-либо поверхности. Нарушения сплошности горных пород возникают в том случае, когда действующие на горные породы усилия вызывают в них упругие напряжения, постепенный рост которых приводит в известное время к превышению предела прочности пород, к разрыву и к смещению слоев по образовавшемуся разрыву (переход количества в качество путем скачка). Образование разрывов связано как с растягивающими, так и с сжимающими напряжениями, возникающими при тектонических движениях земной коры. Направление разрывов определяется прежде всего направлением разрывающих усилий. На направление их также влияют состав толщи, наличие в породах крупных пустот (вокруг пустот происходит концентрация напряжений) и геоморфология региона.

Разрывные дислокации наблюдаются в платформенных и геосинклинальных областях, но особенно они широко развиты в последних, развиваясь как параллельно образованию складок, так и после завершения их формирования. Разрывные дислокации в земной коре проявляются в виде трещин, не выходящих за пределы одного слоя, и в виде разрывов или даже зон дробления протяженностью до десятков и даже сотен километров; вдоль последних наблюдаются существенные смещения слоев.

Тектонические разрывы классифицируются в зависимости от размеров, от наличия и характера смещений, по разрыву и т. п. По размерам тектонические разрывы разделяют на малые — трещины, чаще не выходящие за пределы слоя, и крупные, рассекающие несколько слоев и протягивающиеся нередко на многие километры и десятки и сотни километров. Трещины отличаются настолько малыми смещениями разорвавшихся частей относительно друг друга, что ими можно пренебречь. Крупные разрывы почти всегда сопровождаются существенными смещениями разорванных частей вдоль плоскостей разрыва.

Трещины со смещениями по ним называются разрывами (параклазами — термин, отмирающий в нашей литературе), трещины без смещения так и называются трещинами (диаклазами).

Разрывы. Трещина, разделяющая разорванные части слоев, по которой наблюдается смещение, получила название сместителя и обозначается буквами ff. Мощность сместителя весьма разнообразна: от долей метра до нескольких метров (когда сместитель представлен зоной дробления, в которой мелкие разрывы пересекаются между собой). Трещины могут быть как закрытыми (стенки их плотно примыкают друг к другу), так и открытыми (стенки раздвинуты). Открытые трещины только в исключительных случаях бывают зияющими и при этом, как правило, маломощные (2—3 см); встречаются они в самых верхних слоях земной коры, где всестороннее давление пород невелико. Чаще же они даже у молодых разрывов заполнены обломками пород, рассеченных ими. Перемещающиеся по разрывам гидротермальные растворы цементируют эти обломки солями кальция, окислами железа, кремния и другими и тем самым превращают обломки в крепкую породу — тектоническую брекчию. Прилегающие к сместителю участки горных пород называются крыльями разрыва если у разрыва сместитель наклонен к горизонту то у него различают висячие и лежачие крылья (рис. 7); сместитель перекрывает лежачее крыло (/) и подстилает висячее крыло (II).

Смещение слоев одного крыла относительно слоев другого называется размахом, или, амплитудой разрыва (рис.8) Различают

истинную амплитуду (а₁) — расстояние в плоскости сместителя между кровлей или подошвой одного и того же пласта в висячем и лежачем крыльях;

вертикальную амплитуду (а₂) — проекция отрезка, выражающего истинную амплитуду на вертикальную плоскость;

горизонтальную амплитуду (а₃)— проекция отрезка выражающего истинную амплитуду, на горизонтальную плоскость;

стратиграфическую амплитуду (а₄) — кратчайшее расстояние между кровлей (подошвой) одного и того же слоя в висячем и лежачем крыльях, различие в величинах а₁, а₂, а₃ будет тем больше, чем положе наклонен сместитель.

Разрывы по характеру относительно перемещения разорванных частей толщ горных пород разделяются на сбросы, взбросы сдвиги и надвиги.

Сбросом называется такой разрыв, у которого сбрасыватель наклонен в сторону висячего крыла (рис. 9 А), которое у сброса относительно лежачего крыла опущено (опущенное крыло) по направлению сместителя, в то время как лежачее крыло у сброса поднято (поднятое крыло). Если висячее крыло поднято, а лежачее опущено, то разрыв называется взбросом (рис. 9 Б), или, как его еще называют, обращенным сбросом в отличие от нормального сброса. Сместитель сбросов (нормальных и обращенных) может быть ориентирован различно по отношению к странам света, а угол его наклона к горизонту чаще всего находится в пределах 40—60° для нормальных сбросов и 60—80° —для обращенных (взбросов). Сбросы образуются и при других углах, в том числе и при вертикальном расположении сместителя.

В обнажениях горных пород, широко развитых по берегам рек, озер и морей, легко можно установить, какая из двух частей слоя, расположенных по обе стороны сместителя, поднята, а какая опущена. Поднятые или взброшенные части отличаются некоторым изгибом слоев книзу, опущенные части— изгибом слоев кверху (рис. 9 В, Г). Расшифровать направление движений помогают и те царапины, которые образуются при перемещении одного крыла по отношению к другому. Особенно хорошо бывают выражены царапины, образованные выступами пород крыльев (то же отдельными обломками) на сглаженных поверхностях крыльев вдоль сместителя (на зеркалах скольжения, образующихся на стенках, крыльев).

Величина истинной амплитуды сбросов изменяется от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров. Размеры сбросов по простиранию колеблются от единиц километров до десятков и сотен километров. Сместитель по простиранию может ветвиться (оперяется). Нередко наблюдается система параллельных с большой амплитудой или взаимно пересекающихся сбросов (ступенчатых сбросов). Блоки, заключенные между разрывами, перемещаются или в одном направлении с различной иногда скоростью, или одни блоки опускаются, другие поднимаются. Выступающие блоки называются горстами, а опущенные — грабенами (рис.10).

Величина истинной амплитуды сбросов изменяется от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров. Размеры сбросов по простиранию колеблются от единиц километров до десятков и сотен километров. Сместитель по простиранию может ветвиться (оперяется). Нередко наблюдается система параллельных с большой амплитудой или взаимно пересекающихся сбросов (ступенчатых сбросов). Блоки, заключенные между разрывами, перемещаются или в одном направлении с различной иногда скоростью, или одни блоки опускаются, другие поднимаются. Выступающие блоки называются горстами, а опущенные — грабенами (рис. 10).

Грабен (с нем.— ров) представляет собой вытянутую впадину, нередко громадных размеров. К грабену, расположенному между Вогезами и Шварцвальдом, приурочена долина Рейна; к грабену приурочено озеро Байкал и его залив “Провал”. (“Провал” образовался в 1862 г., а само озеро — предположительно в палеогене). К грабенам приурочен ряд речных долин Тянь-Шаня. Система сложных крупных грабенов имеется в Восточной Африке, где они прослеживаются от устья Замбези через область больших Африканских озер на Эфиопию; крупный грабен рассекает Исландию; большие грабены прослежены на полуострове Камчатка и в ряде других мест. На дне океанов к грабенам приурочены подводные долины.

Горсты (с нем.— возвышенность)—приподнятые участки земли, ограниченные сбросами. Горсты широко развиты в Тянь-Шане, где ими образованы хребты, разделяющие долины рек. Много горстов в Забайкалье и других районах.

Если нарушенный сбросами участок эродируется денудационными процессами, то по стыку разновозрастных слоев в крыльях можно определить, какое из крыльев в результате разрыва поднято и какое опущено. При горизонтальном залегании слоев горных пород, разорванных сбросом, в поднятом крыле залегают более древние породы (все молодые породы уничтожены денудацией), а в опущенном — более молодые (рис. 11).

При наклонном (моноклинальном) залегании слоев (рис. 12),. пересекаемых наклонным сбросом, слои пород могут повторяться на поверхности (в случае, если поднятое крыло расположено во направлению падения слоев, или, наоборот, некоторые слои могут выпасть из разреза (в случае, если опущенное крыло сброса расположено в направлении падения слоя).

Нормальные сбросы, видимо, образуются в условиях растяжения земной коры, обращенные (взбросы)—в условиях сжатия. В условиях сжатия образуется и другая разновидность тектонического разрыва — надвиг — тектонический разрыв, при котором висячее крыло надвинуто на лежачее по пологому сбрасывателю (рис. 13). Падение сместителя такое же, как и у взброса (в сторону поднятого крыла), но у взброса угол падения сместителя больше 60°, сместитель надвига чаще всего падает под углом 45—60°. Ряд геологов взброс вовсе не выделяют, а называют его надвигом при крутом падении сместителя, что вполне правильно, учитывая их аналогичные условия образования.

Надвигание одних слоев на другие наблюдается на расстоянии нескольких единиц километров, а иногда даже и десятков километров. Надвиги свойственны геосинклинальным зонам, где они возникают в последние стадии формирования полной складчатости, когда подвернутые крылья складок вследствие большого давления растягиваются с образованием разрыва, по которому и происходит смещение. При этом, если давление было особенна сильное, образуются надвиги, простирание которых параллельна простиранию складок,— чешуйчатые надвиги.

Надвиги, секущие складки, называются секущими. Они образуются из серии мелких надвигов, соединенных между собой полудугами. Вдоль сместителя надвига породы сильно перемяты, перетерты (миланитизированы). При сравнительно крутых углах сместителя надвига к нему бывает приурочена брекчия трения (тектоническая брекчия), но обломки в ней более мелкие, чем в брекчии, образующейся при сбросах (в последней размеры обломков иногда достигают нескольких метров в поперечнике). Там, где тектоническая брекчия сцементирована крепким цементом, она в виде гривок обнажается среди более мягких пород крыльев и потому разрушающихся быстрее, чем брекчия. Это наблюдается в ряде мест вдоль Копет-Дагского надвига, по которому передовые складки Копет-Дага надвинуты в сторону Каракумов. Протяженность Копет-Дагского надвига вдоль хребта около 500 км. Представлен он серией кулисообразно расположенных надвигов. Истинная амплитуда надвига 3—5 км. Местами надвиг ярко выражен по контакту нижнемеловых известняков (собранных в складки, опрокинутых в месте надвига на север) с палеогеновыми конгломератами (тоже в месте контакта с известняками вздернутыми, а в сторону Каракумской депрессии быстро выполаживающимися). Там, где тектонический контакт между коренными породами перекрыт современными отложениями, линия надвига прослеживается по омоложению речных долин в зоне, тяготеющей к надвигу, а также по выходам вдоль сместителя теплых и горячих родников (родники Арчмана, озеро Бахардена и др.). Крупный (с амплитудой 5—10 км) пологопадающий надвиг наблюдается (по данным В. И. Славина) в краевой северной части Советских Карпат.

Надвиг с перемещением по пологому (вплоть до горизонтального) волнистому сместителю с перекрытием нижележащих толщ на несколько десятков километров называют тектоническим покровом, или шарриажем (шарьяж). В шарриажах надвинутая часть, или, как ее еще называют, “аллохтон”, собрана в складки, обычно иные, чем нижняя, не перемещенная его часть, или “автохтон”. Это различие в характере складчатости является хорошим поисковым признаком шарриажа. В случае бурения в местах шарриажа, скрытого от непосредственного наблюдения более поздними осадками, одни и те же слои могут повторяться до трех раз; при этом наблюдается перекрытие молодых слоев более древними. Амплитуда горизонтальных перемещений в шарриажах достигает двух-трех десятков километров.

Разрыв, у которого крылья смещаются параллельно простиранию сместителя (рис. 14), называется сдвигом. Падение сместителя может быть как крутым, так и пологим (чаще под углом 70—90°). Плоскости сместителя несут на себе следы горизонтальной штриховки, причем в направлении движения сильно исштрихованные поверхности могут сменяться зеркалами скольжения, у которых, если смотреть по направлению движения крыла, поверхность более гладкая, чем в противоположном направлении. При сдвигах характерно образование тектонической глинки - сильно измельченных перетертых обломков, разорванных сдвигом пород.

Перемещение по горизонтали иногда достигает нескольких километров. Сдвиги, как и надвиги, образуются преимущественно при складкообразовательных процессах, но могут развиваться и самостоятельно, нередко они сочетаются со сбросами, взбросами и надвигами.

Изучение дизъюнктивных нарушений в природной обстановке, особенно древних из них, вызывает серьезные затруднения. Это объясняется тем, что разрывы в рельефе сохраняются непродолжительное время. Экзогенные процессы уничтожают неровности в рельефе, залечивают сместители в земной коре, и древние разломы можно обнаружить лишь в том случае, если найдена миланитизированная порода, тектоническая глинка или брекчия, если обнаружен стык слоев разного возраста (важно не принять трансгрессивное залегание за смещение по разрыву). Рудные жилы и жилы магматических пород также указывают на древние разрывы. Современные и частично новейшие разрывы (если последние заложены в твердых породах) бывают хорошо выражены в рельефе в виде открытой сверху трещины или того и другого. Открытые трещины, или уступы (скарпы), указывают на молодость разрывов, нередко возникающих мгновенно на глазах человека и вызывающих землетрясения. У современных и новейших разрывов можно установить и направление движения по разрыву путем тщательного изучения результатов механического воздействия друг на друга пород крыльев: царапин на стенках сместителя, полировки стенок его (зеркала скольжения). Изучая, в каком направлении шероховатость в зеркале скольжения меньше и в каком больше, можно установить направление движения(в направлении движения зеркало более гладкое). Царапины вдоль сместителя по направлению движения становятся более широкими, так как остроугольные обломки, образующие царапину, постепенно стачиваются.

К линии нарушения бывают приурочены выходы мощных родников, а если разрывы большой амплитуды, то и родников с термальной водой, с устойчивым режимом. Иногда линии нарушения способствуют перераспределению вод района, уводя воду из одних долин в другие: в долинах, в которых вода дренируется разрывом, ниже его по течению в реке и в аллювии реки расходы поды резко падают, а в долинах, в которые он приводит воду, расходы реки и расходы воды в аллювии ниже разрыва резко возрастают.

Трещины. Трещины в горных породах возникают как в процессе образования самой породы, так и после ее образования. Например, во время образования изверженных пород трещины могут возникать при остывании магмы (трещины контракции или сжатия), при образовании осадочных пород — в период высыхания осадков и его преобразования в породу (трещины литогенеза, или седиментационные).

После образования породы трещины образуются за счет тех механических напряжений в породе, которые возникают при тектонических процессах,— это так называемая вторичная трещиноватость, или, как ее часто называют, кливаж. Тектонические трещины являются показателем типа напряжений, испытываемых породами, направления давления и т. п. В связи с этим кливажу придается особое значение. Геологи вовремя полевых работ замеряют элементы залегания тысяч трещин, помогающих установить закономерности их развития, расшифровать тектоническую обстановку района.

Исследованиями установлено, что на куполах возникают трещины концентрические и радиальные, в брахиантиклиналях сначала образуются продольные трещины, а затем уже радиальные. Подобная же закономерность в последовательности и расположении наблюдается и при образовании разрывов (рис. 15) на поверхности антеклиз.

Глубинные разломы. Помимо описанных типов разрывов, в земной коре имеются громадные разрывы, заложенные в ранние этапы ее развития и живущие многие сотни миллионов и миллиарды лет, уходящие на глубину до 800 км. Этой группе разрывов дано особое название —глубинные разломы. Представление о них введено в геологическую литературу в начале XX в. западноевропейскими геологами, но развито оно советскими геологами. Первым геологом, четко сформулировавшим понятие “глубинные разломы”, был А. В. Пейве (1945 г.), позже более детально развивший учение о них и описавший такие разломы для Урала и Тянь-Шаня. Под глубинными разломами советские геологи понимают зоны дробления, уходящие на глубину, превышающую мощность земной коры. Длина таких разломов достигает нескольких тысяч километров. Ими вся земная кора разбита как была отдельные громадные (приблизительно прямоугольные) блоки, отдельные из которых (или группы их) медленно в течение геологического периода или нескольких периодов то поднимаются, то опускаются по отношению соседних блоков.

За счет перемещения одних блоков по отношению к другим в одних участках возникают условия для накопления мощных толщ осадочных пород, в других — для интенсивного сноса. Глубинные разломы предопределяют развитие основных геологических структур земной коры (платформ и геосинклиналей).

Глубинные разломы в верхней части земной коры выражены широкими (до нескольких километров) разрывными зонами, в которых крупные разрывы сильно сгущены (среди разломов характерны надвиги). В зонах дробления глубинных разломов породы сильно рассланцованы, изменены под действием гидротермальных и пневматолитовых процессов. В рельефе глубинные разломы выражены резкой сменой гор низинами. С глубинными разломами связаны пояса основных и ультраосновных интрузий и эффузий и часто богатые участки минерализации и рудопроявления.

Глубинные разломы установлены ныне во многих местах всех континентов и не только по берегам океанов, но и внутри континентов: на Урале, в Тянь-Шане, в Казахстане, на Украинском щите, вдоль Скалистых гор, на островах Японии, Новой Зеландии, в Восточной Африке, в Восточной Сибири и т. п.

Глубинные разломы с помощью геофизических данных прослеживаются и на дне океанов. Например, установлено, что на дне Тихого океана имеются выровненные глубокоопущенные области, окруженные по периферии островными дугами, вдоль которых протягиваются глубоководные впадины океанического дна, приуроченные к глубинным разломам земной коры. Такой разлом, например, протягивается вдоль Курило-Камчаткой впадины.

Американский геофизик Б. Хейзен указывает (1960) на огромные глубинные разломы (рифты) общей длиной около 65 тыс. км, которые проходят по дну Тихого и Атлантического океанов, и только в двух местах они пересекают сушу: 1) в восточной части Африканского материка (проходит через оз. Танганьика) а 2) Исландскую впадину — трещина “Чья”. Последняя является продолжением разлома, идущего вдоль оси Срединноатлантического кряжа. Рифты эти молодые (трещина “Чья”, например, расширяется на 3,5 м в тысячелетие) и к ним приурочены расположенные цепочками действующие вулканы и очаги землетрясений.

Многообразность роли глубинных разломов во всех проявлениях тектонических движений привлекает к ним тектонистов и геофизиков всех стран мира. Однако многое о разломах до сих пор еще не до конца выяснено. Неясно их простирание во многих участках Земли, не решена до конца причина их образования. Некоторые соображения по этому вопросу высказаны рядом ученых. Так, В. В. Белоусов возможность образования глубинных разломов связывает с расширением недр земного шара под влиянием радиоактивного разогрева и с вызванными этим расширением растяжением и растрескиванием верхних слоев Земли. В. Е. Хаин считает возможным связать образование глубинных разломов с напряжениями, возникающими вследствие неравномерного вращения Земли вокруг оси.