Температуры образования метаморфических горных пород

Температуры образования метаморфических пород всегда интересовали исследователей, поскольку ни позволяли понимать условия, а отсюда и историю механизма образовани этих пород. Ранее до разработки основных методов определения температур образования метаморфических минералов главным методом решения задачи были экспериментальные исследования, основанные на анализе различных диаграмм плавкости. На этих диаграммах устанавливались основные интервалы температур и давлений, в пределах которых выявлялась устойчивость тех или иных минеральных ассоциаций. Далее результаты экспериментов практически механически переносились на природные объекты. Параметры образования конкретных минералов не изучались, что является существенным недостатком подобных исследований.

В последующие годы появились новые методы определения температур образования минералов, к которым относились анализ расплавных включений, изотопные и геохимические геотермометры (см. Геобаротермометрия); эти методы позволили уточнить границы существования тех или иных минеральных ассоциаций в природных условиях и перекинуть мостик между экспериментальными исследованиями и природными явлениями.

В настоящее время все температурные измерения, выполненные с помощью упомянутых выше геотермометров, вызывают сомнение в связи с тем, что в теоретических разработках и методах их использования выявлены существенные методические ошибки.^[3][4]

 

2. Дислокации горных массивов.

Дислокации (геологические) (от позднелат. dislocatio ≈ смещение, перемещение), нарушения форм первичного залегания горных пород, вызванные тектоническими движениями земной коры, магматической деятельностью, метаморфизмом, экзогенными процессами (движения ледников, оползни, карст, речная эрозия и др.). Обычно подразделяются на складчатые (пликативные) и разрывные (дизъюнктивные); иногда выделяются ещё инъективные.

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ (а. tectonic deformations; н. tektonische Verformungen; ф. deformations tectoniques, deformations structurales, dislocations tectoniques; и. deformaciones tectonicas) — изменения в условиях залегания, текстуре и структуре горных пород земной коры и верхней мантии, вызываемые механическими усилиями, порождаемыми напряжениями в литосфере. Характер деформаций зависит отреологических свойств (вязкости) пород, времени действия, ориентировки и величины напряжений, температуры, давления, присутствия флюидов. Следствием тектонических деформаций являются тектонические нарушения, или дислокации, которые разделяются на три класса: разрывные (дизъюнктивные), складчатые (пликативные) и инъективные.

Среди разрывных дислокаций одни образуются в условиях растяжения — сбросы, другие в условиях сжатия — взбросы, надвиги, покровы тектонические (шарьяжи), третьи — в условиях скалывания — сдвиги. Среди складчатых дислокаций различают складки горных пород продольного и поперечного изгиба, а также скалывания; первые образуются под действием вертикально ориентированных сил, вторые и третьи — горизонтальных (тангенциальных) сил. Инъективные дислокации связаны с внедрением в породы осадочного слоя земной коры магмы или осадочных или метаморфических пород аномально малойплотности или вязкости — солей, глин, гнейсов.

Тектонические деформации проявляются в земной коре неравномерно в пространстве и во времени. В пространстве они наиболее интенсивные в зонах схождения (конвергенции) и столкновения (коллизии) литосферных плит, т.е. в геосинклинально-орогенных поясах, где в наибольшей степени проявляется тангенциальное сжатие. Резко возрастает интенсивность тектонических деформаций на глубине, в условиях повышенных температур и активности флюидов, при региональном метаморфизме. Вблизи поверхности к действию глубинных сил присоединяется непосредственное действие силы тяжести, способствующее складчатым и шарьяжным гравитационным деформациям. Во времени тектонические деформации наблюдаются, особенно в пределах отдельных регионов, в виде чередования эпох затухания тектонических деформаций с более короткими эпохами и фазами их наиболее активного проявления (эпохи и фазы тектогенеза). Наиболее древние породы Земли — катархейские и архейские, везде испытавшиеметаморфизм, деформированы также повсеместно; раннепротерозойские и более молодые — лишь в наиболее подвижных поясах Земли, т.е. в зонах конвергенции и коллизии плит.

 

11 виды и элементы пликативных дислокаций.

 

 

Пликативные дислокации возникают преимущественно в результате горизонтальных движений земной коры или движений по направлениям, близким к горизонтальным, а дизъюнктивные - главным образом в результате вертикальных движений или движений по направлениям, близким к вертикальным. Пликативные дислокации очень часто сопровождаются дизъюнктивными и наоборот.

Основной формойпликативных дислокаций являются складки. Они обычно встречаются в природе группами; одиночные складки наблюдаются редко. Чтобы уяснить, что такое складки, представим себе ряд слоев (пластов, свит слоев или пластов, горизонтов), наложенных один на другой, кровли и подошвы которых образуют в пространстве выпуклости и вогнутости, более или менее вытянутые в каком-либо направлении. Эти выпуклости и вогнутости, по существу говоря, и есть складки.

Такую формупликативной дислокации принято называть моноклиналью.

Складки являются основной формойпликативных дислокаций.

Характеризуются основные элементы тектоники района и месторождения; пликативные дислокации - форма и размеры складок, простирание их осей, изменение углов падения на крыльях складок; дизъюнктивная нарушенность - характер, амплитуда и элементы залегания выявленных разрывных нарушений, закономерности в проявлении мелкоамплитудной нарушенности; влияние нарушений на морфологию и условия залегания нефтегазоносных пластов; наиболее подробно - условия залегания продуктивных отложений и типы ловушек..

Это относится к таким областям, где толщи горных пород на общем фоне развитияпликативных дислокацийимеют множество дизъюнктивов..

Локальный метаморфизм контролируется конкретными структурными элементами - разломами, контактами с интрузивными породами, пликативными дислокациями. Образующиеся при этом метаморфические породы связаны постепенными переходами с неметаморфизованными толщами. К локальным формам проявления метаморфизма относится контактовый и катакласти-ческий метаморфизм..

Дизъюнктивные дислокации очень широко развиты в пределах Советского Союза не только там, где они осложняютпликативные дислокации (рис. 3.22), но и в пределах платформ. Контуры Кольского и Крымского полуостровов и озеро Байкал почти полностью предопределены наличием развитых здесь сбросов громадной амплитуды.

Свою докторскую диссертацию Геология Северного Приаралья, о которой академик Н. С. Шатский с восхищением заявил, что она содержит две диссертации, А. Л. Яншин защитил в 1953 г. Хотя в этой работе, посвященной рассмотрению происхождения тектонических структур, он не касался запрещенных к тому времени шарьяжно-надвиговых нарушений, выводы, сделанные им о длительном развитиипликативных дислокаций, полностью согласуются с данными, полученными нами в последующие годы в отношении разрывов и складок.

Пликативные дислокации возникают преимущественно в результате горизонтальных движений земной коры или движений по направлениям, близким к горизонтальным, а дизъюнктивные - главным образом в результате вертикальных движений или движений по направлениям, близким к вертикальным. Пликативные дислокации очень часто сопровождаются дизъюнктивными и наоборот.

Виды пликативных дислокаций
Элементы и классификации флексур
Флексуры - это структурные формы, образованные коленообразно изогнутыми в разрезе слоями.
Согласной называется флексура с однонаправленным падением верхнего, смыкающего и нижнего крыльев.
Несогласной называется флексура с разнонаправленным падением смыкающего крыла относительно верхнего, и нижнего крыльев.
Структурной террассой называется флексура с горизонтальным смыкающим крылом.
Горизонтальной называется флексура, у которой верхнее и нижнее крыло горизонтальны.
Вертикальной флексурой называется флексура с вертикальным смыкающим крылом.
На разрезе, построенном по простиранию флексур, их невозможно отличить от горизонтально залегающих толщ.
Геологические условия распространения и размеры флексур
Флексуры распространены, главным образом, в осадочном чехле платформ, особенно на их окраинах. Часто встречаются как осложнение моноклиналей или горизонтально залегающих слоев. По простиранию они распространяются на десятки километров, а вертикальная амплитуда их смыкающих крыльев составляет десятки и согни метров. По простиранию флексуры либо выполаживаются и переходят в моноклиналь, либо переходят в разломы.
Полузамкнутые структурные формы
Структурный нос - локальный выступ на моноклинали или половинка антиклинали, «сидящая» на монклинали. В топографическом рельефе аналогией структурного носа может служить уступ трамплин на склоне.
Структурный cлив половника синкликлинали, «сидящая» на моноклинали. В топографическом рельефе аналогией структурного залива служит береговая линия залива водоема или овражек на склоне.
Седло (седловина) - структурная форма, похожая на конское седло для верховой езды или горный перевал. С двух сторон от него находятся вершины, а с двух других - пониженные участки.
Складки - замкнутые структурные формы
Складка - волнообразный изгиб в слоистой толще. Складка не бесконечна и всегда где-то переходит в другую складку, или затухает (выполаживается) среди недислоцированных слоев
Элементы складок
Замок, (если говорят о форме) ядро (если говорят о горной породе) - масть складки в месте перегиба. Ядро - понятие условное, выделяется как центральная часть срезанной эрозией складки на геологической карте. Крылья боковые части складки, отходящие от перегиба, образующие моноклинали.
Угол складки - угол, образованный поверхностями на продолжении крыльев складки.
Осевая поверхность - воображаемая поверхность, делящая пополам угол складки или поверхность, проходящая через замки складок в различных слоях слоистой толщи
Ось - линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью или земной поверхностью.
Шарнир - линия пересечения осевой поверхности с кровлей или подошвой слоя, обрисовывающая складку в продольном разрезе. Изгибы шарнира называются егоундуляциями Шарниров в складке можно провести столько, сколько в ней слоев. Положение шарнира в пространстве характеризуется азмутом и углом воздымания и погружения. Иногда иод термином «шарнир» подразумевают ось складки, хотя это разные линии. У одной и той же складки ось может быть прямой, а шарнир - волнистый.
Гребень, свод - самая высокая часть складки.
Киль, днище - самая низкая часть складки. В случае прямой складки замок совпадает с килем или гребнем складки.
Амплитуда - расстояние по перпендикуляру вкрест простирания складки между замками антиклинали и смежной синклинали. Другими словами кратчайшее расстояние между касательными, проведенными к замкам антиклинали и смежной синклинали. Амплитуда измеряется по одному слою. Для одиночной складки - разница абсолютных отметок между двумя - самой высокой и самой низкой замкнутыми стратоизог ипсами. Высота - расстояние по вертикали между замками антиклинали и смежной синклинали, или - для одиночной складки - разница абсолютных отметок между самой высокой и самой низкой замкнутой стратоизог ипсами. Иногда высотой складки называют ее амплитуду. В случае прямой складки (см. далее), высота и амплитуда совпадают.
Ширина складки - кратчайшее расстояние между осевыми поверхностями соседних антиклинальных и синклинальных складок, или, в случае одиночных складок - кратчайшее расстояние по самой нижней замкнутой сгратоизогипсе.
Длина складки длина ее шарнира между одноименными перегибами или, в случае одиночных складок - наибольшее расстояние по самой нижней
замкнутой сгратоизогипсе.
Простирание - ориентировка длинной оси складки.
Замыкание складки - участок складки с наименьшим радиусом или часть складки, где слои огибают в плане ось складки Замыкание называется периклинальным у антиклинали и центриклинальным у синклинали.
На геологических картах складчатое залегание пород определяется по следующим признакам:
1. Положение геологических границ не зависит от рельефа, поэтому границы разновозрастных пород пересекают горизонтали рельефа.
2. Породы лежат концентрически-симметрично (кругами или вытянутыми овалами). При этом в ядрах синклинальных складок (на плоском рельефе) выходят более молодые породы, которые окружаются более древними. Значками элементов залегания падение показывается к центру складки (ядру).
3. В антиклиналях более древние породы (при плоском рельефе) окружаются молодыми Падение пород (по значкам элементов залегания) в стороны от ядра
Морфологическая классификация складок
Складки можно классифицировать но различным особенностям их формы. В результате получаются классификации по различным морфологическим признакам. Рассмотренные складки называются простыми, состоящими из элементарных форм. Такие складки встречаются в том случае, если вся толща сложена примерно одинаковыми по жесткости породами. Совокупность складок составляют складчатость какого-либо района Складки, в которых изгибы пластов одинаковы, называются гармоничны' ми. Они возникают при смятии однородных по пластическим свойствам пород. В противном случае возникает дисгармоничная складчатость При этом более пластичные слои сминаются в складки сложной формы, с разными наклонами осевых плоскостей.
Кинематическая классификация (механические условия образования) складок
Складки течения возникают при неравномерном перемещении вещества некомпетентных пород из областей относительно высоких давлений в области их низких значений. Другое название этих складок складки нагнетания. В верхних зонах земной коры в условиях сравнительно невысоких температур и давлений течение свойственно только высокопластичным горным породам - солям, ангидритам, гипсам, насыщенным водой глинам, углям, известнякам. При однородных вязких свойствах отдельных слоев течение вещества происходит по всему массиву горных пород Складки течения образуют совершенно неправильные структурные формы, отражающие турбулентность потока вещества, слагающего горные породы. Пластичные глины и соли часто перекрываются более тяжелыми породами и оказываются в ситуации инверсии плотностей. В результате эти
породы стремятся всплыть, приподнимая и разрывая над собой вышележащие. В результате возникают складки называемые диапировыми, а процесс, приводящий к их формированию - диапиришом. Кроме того, складки течения характерны для глубинной складчатости, о чем будет подробнее рассказано позже, при описании структурных форм метаморфических горных пород. Продольный изгиб вызывается сжатием, действующим вдоль слоистости. При этом происходит перемещение вещества, направленное параллельно поверхностям наслоения. Складки продольного изгиба образуют симметричную линейную складчатость. Ось наибольшего сжатия ориентирована перпендикулярно /шинным осям складок, ось наибольшею растяжения - по амплитуде, а промежуточная ось - параллельно длине складок. Опыты по моделированию складок показали, что размеры складок продольного изгиба увеличиваются с увеличением мощности слоев и возрастанием вязкости пород. Складки продольного изгиба часто возникают над или рядом со сдвигом, под воздействием противоположно направленных сил Обычно их оси наклонены в сторону действия активных сил и имеют в плане кулисообразное строение, подходя к поверхности сдвига под углом, близким к 45°. Складки поперечного изгиба характеризуются приложением сжатия в направлении, перпендикулярном слоистости. Породы при этом испытывают большее или меньшее растяжение вдоль слоистости. В складках поперечного изгиба ось наибольшего сжатия ориентирована обычно перпендикулярно слоистости, а ось наибольшего растяжения -вдоль слоев. В вытянутых овальных складках растяжение максимально в направлении вкрест простирания складки, а минимально - вдоль оси простирания складки. В изометричных куполах и мульдах сжатие в вертикальном направлении сопровождается растяжением по всем радиусам. Складки поперечного изгиба часто имеют сундучную и куполовидную форму. Они характерны для платформенных и смежных с ними областей.
Геологическая классификация складок (геологические условия образования складок)
Геологические обстановки, в которых происходит образование складок, весьма разнообразны. Как правило, различные типы складчатости соотносятся с определенными механическими условиями образования складок и соответствуют определенным формам. В геологической классификации в одной таблице сведены воедино складки, разнообразные как по происхождению, так и по размеру.

 

13 виды и элементы дизъюнктивных дислокаций.

 

Дизъюнктивные дислокации (от лат. disjunctivus — разделительный) — это разрывы сплошности горных геологических тел. «Дизъюнктивная (разрывная) деформация» — это общий термин для трещин, разрывов и разломов. Разрывные дислокации могут происходить без вертикальных смещений блоков горных пород относительно друг друга (разрывы, трещины). Наиболее контрастны разрывы со смещениями в виде сбросов, взбросов, сдвигов,надвигов, тектонических покровов (шарьяжей) и раздвигов. По отношению к складчатым геологическим структурам дизъюнктивные дислокации бывают краевыми (граничными), внутренними и сквозными. По глубине проявления они подразделяются на приповерхностные и на глубинные. Последние рассекают земную кору и верхнюю мантию. Именно такие дислокации обычно служат каналами выхода мантийного вещества на земную поверхность (вулканизм), или внедрение магмы между слоями осадочных горных пород на глубине (интрузивный магматизм).

Некоторые специалисты выделяют дизъюнктивные деформации нетектонического происхождения. Таковыми являются деформации, возникающие при сокращении объема породы, выветривании, оползней, падения метеоритов и т. п.

Когда напряжения в горной породе превышают предел прочности, она разрушается, в ней возникают дизъюнктивные дислокаци (разрывы) Разрывы делятся на две большие группы:
• без видимого смещения крыльев и с одной элементарной поверхностью сместителя. К ним относятся кливаж и трещины (диаклазы)
• с видимым смещением крыльев - разломы (параклазы).
Часто бывает трудно определить разницу между трещиной и разломом. Во многом это зависит от масштаба исследования и степени обобщения. Любой разлом, в том числе и глубинный, на определенном уровне обобщения по отношению к нарушаемому объему тектоносферы, может рассматриваться, как трещина. На геологических картах разрыв показывается красными или толстыми черными линиями (это отражено в легенде).
Элементы разрывов
Сместитель - поверхность, по которой перемещаются бока (блоки) разрыва. Он обладает элементами залегания и направлением (вектором) перемещения. Угол падения сместителя - величина перемещения называется его амплитудой. Выделяют амплитуду по сместителю, вертикальную, горизонтальную стратиграфическую, а также верикальный,и горизонтальный. На геологической карте углы падения сместителя изображают специальным значком, обычно красного цвета.Если же такого значка нет, то элементы залегания поверхности сместителя можно определить по геологической карте по трем точкам. Крылья (бока, блоки) разрыва - разорванные и перемещенные части геологического тела. Выделяют висячее (под ним "висит" сместитель) и лежачее (на нем "лежит" сместитель) крылья. Вертикальные сместители, рассекая рельеф, изображаются на геологической карте прямой линией, наклонные разрывы образуют пластовые треугольники. Пологие и горизонтальные сместители повторяют изгибы горизонталей рельефа.
Так же, как и складки, разрывы классифицируются по разным признакам
Кливаж
Кливаж - частые параллельные поверхности скольжения, возникающие на последней стадии пластической деформации. Встречается кливаж в слабо метаморфизованных породах складчатых областей и геосинклиналей. По современным представлениям кливаж может иметь сложную природу Он возникает в зоне катагенеза на глубинах 2 - 6 км в направлении, перпендикулярном сжимающим напряжениям. В его формировании играют роль частичное растворение и переориентация отдельных минералов в направлении, перпендикулярном сжатию вдоль ослабленных зон. Следовательно, кливаж возникает в результате как тектонического фактора, так и кристаллизационной дифференциации. Возникновение кливажа улучшает фильтрационные кол лекторе кие свойства пород, что имеет большое значение при миг рации нефти и газа.
Трещины
Трещины - элементарные разрывы с незначительным перемещением крыльев по сравнению с размерами трещин. Поверхность сместителя представляет представляет собой элементарную плоскость. Совокупность трещин называется трещиноватостъю. Трещины различного происхождения, облика и размера развиты в земной коре повсеместно. Обычно под термином "трещина" понимают дизъюнктивную дислокацию небольшого размера, соизмеримую с размерами наблюдателя. Однако, иногда при геологическом дешифрировании материалов аэро- и космических съемок выделяются трещины значительно больших размеров - длиной сотни метров и километры. Чтобы подчеркнуть их значительные размеры, употребляют термины мегатрещины и макротрещины.
Морфологические классификации трещин
Морфологическая классификация трещин такая же, как у разрывов вообще. Кроме того, среди трещин по величине зияния выделяют следующие виды:
1. скрытые, у которых сместитель непосредственно не заметен, а обнаруживается только при окрашивании породы или раскалывании ее молотком.
2. закрытые - трещины, сместитель которых виден отчетливо, но зияния не наблюдается.
3. открытые - трещины с отчетливо видимым зиянием, часто заполненным новообразованиями - кальцитом и кварцем.
Блоки, на которые трещины разбивают горную породу, называются отдельностями. Их форма определяется взаимным расположением трещин. В осадочных горных породах развиваются следующие виды отдельности: прямоугольная, кубическая, параллелепипедальная, призматическая, плитчатая, шаровая и глыбовая. В метаморфических горных породах - плитчатая, пластинчатая, ребристая, в лавах - призматическая, столбчатая и др. Трещины, имеющие сходные злементы залегания, объединяются в ряды трещин. Трещины, которые можно объединить по какому-либо признаку: (простирание, происхождение, возраст и т.д.), называют системой трещин.
Генетическая классификация трещин[/b]
По генезису выделяются первичные, тектонические и гипергенные трещины.
Первичные трещины образуются в кристаллизующемся расплаве или литифицирующемся осадке за счет сокращения их объема и возникновения всестороннего внутреннего сжатия (стяжения) Характерной особенностью таких трещин является то, что они обычно развиты в каждом слое отдельно. Первоначально они могут быть скрытыми, но если порода попадает в зону выветривания, трещины раскрываются и разделяю! породу на хорошо выраженные блоки отдельностей. Ориентировка первичных трещин закономерно связана с очертаниями бассейна осадконакопления, и, как указывают многочисленные исследователи, при достаточно большом числе замеров, преимущественными простираниями трещин являются трещины с азимутами 0°, 45°, 90°, 135°. Специфические первичные открытые трещины образуются в локальных объемах пород при диагенезе и катагенезе в результате неравномерного сокращения пород различнонго состава. Такая трещиноватость, в последующем, может играть значительную роль при первичной миграции флюидов из нефтематеринских пород.
Тектонические трещины образуются в результате приложения к породе тектонических (эндогенных) сил. Они обычно сравнительно хорошо выдержаны по простиранию и падению и ориентированы по единому плану в разных по составу породах. Наблюдаемая длина трещин может достигать нескольких десятков метров, но, как правило, колеблется от десятков сантиметров до первых метров. Среди тектонических трещин выделяют трещины отрыва и трещины скалывания.
Трещины отрыва открытые, зерна, слагающие терригенную породу, при пересечении их трещиной отрыва иногда выпадают из породы, и поверхность сместителя становится неровной, с ямками. Трещины отрыва наблюдаются в осях линейных складок, на смыкающих крыльях флексур Они, как правило, выдержаны по простиранию и падению на десятки и сотни метров. По ним часто вырабатывается овражно-балочная сеть, долины временных и постоянных водотоков. В изометрических куполах трещины отрыва развиваются по радиусам и концентрически В овальных поднятиях развиваются два направления трещин отрыва - более раннее, параллельное длинной оси поднятия, и позднее, параллельное короткой.
Трещины скалывания - часто закрытые. По их сместигелю иногда можно заметить следы перемещения. Гальки и крупные зерна, попавшие на линию разрыва, срезаются. Трещины скалывания обычно хорошо выдержаны по простиранию и падению. Трещины отрыва, как уже говорилось, перпендикулярны оси наибольшего растяжения и параллельны оси сжатия, а две взаимно перпендикулярные трещины скалывания ориентированы под углами примерно в 45° к осям, при этом линия пересечения трещин совпадает с осью промежуточных значений главных нормальных напряжений. Следовательно, изучив ориентировку грещиноватости, можно восстановить ориентировку полей напряжений, сформировавших данную сеть трещин. Сложность заключается в том, что в природных условиях очень трудно отличить трещину отрыва от трещины скола и выявить пару трещин скола, образовавшихся одновременно в одном поле напряжений Существующие методики пока не совершенны и требуют дальнейшей разработки.
Гипергенные трещины - образуются в результате экзогенных процессов в приповерхностных частях горных порол Эти трещины часто являются открытыми.
• трещины выветривания образуются из-за раскрытия и расширения ранее существовавших грещин первичного или тектонического происхождения. По мере удаления от дневной поверхности частота трещин и величина их раскрытия резко уменьшается. Обычно трещины выветривания распространены на глубину не более 10-15 м.
• трещины оползней, обвалов и провалов - встречаются в осевших блоках пород, на бортах оползней. Как правило, в верхней части оползня встречаются параллельные между собой трещины отрыва, а в нижней - как трещины отрыва, так и разнообразно ориентированные трещины скалывания, связанные со скучиванием оползающих масс.
• трещины расширения пород при разгрузке (трещины отслаивания, трещины бокового отпора, трещины отседания) - трещины отрыва, развивающиеся в горных породах вблизи горных выработок, глубоких ущелий, шахтах, параллельно поверхности. Эти трещины возникают потому, что горные породы, находятся под действием литостатического давления.Когда с одной стороны это давление исчезает, то породы начинают "выдавливаться" в эту сторону, образуя трещины. Сила, с которой блоки пород выдавливаются настолько велика, что они иногда "выегреливают" из стен шахт или "захватывают" буровой инструмент.
Кроме того, выделяется еще много других разновидностей нетектонических трещин.
[b]Планетарная трещиноватость
Термин "планетарная трещиноватость широко применяется в геологии. Под зтим понятием подразумеваются, в основном, два геологических объекта. Некоторые авторы под термином "планетарная трещиноватость" понимают систему разрывов, выделенную при мелкомасштабных исследованиях структур регионального (платформы, складчатые пояса) и планетарного (Земля в целом) рангов. Понятно, что при региональных и планетарных исследованиях, как трещиноватость выделяются разрывы разных размеров. Другие, к планетарной трещиноватости относят трещины любых размеров, в основном перпендикулярные поверхностям наслоения и ориентированные преимущественно в направлениях 0°, 45°, 90°, 135°. Считается, что такая ориентировка вызвана едиными для всей планеты причин ми, например, изменениями скорости вращения Земли. Очень часто в р; ряд планетарной в этом случае попадают и первичные трещины.
Разломы
Общая характеристика разломов.
Разломы - дизъюнктивные нарушения с заметными смещениями геологических границ.
Формирование разлома, обычно, процесс многостадийный, происходящий в результате многократных подвижек крыльев. Образование разлома проходит две стадии:
• Равномерное растрескивание породы. Ориентировка трещин диктуется ориентировкой главных нормальных напряжений. В силу неоднородности породы некоторые трещины оказываются более длинными и чаще
расположенными.
• Сгущение трещин и их слияние сначала на отдельных участках, разделенных зонами повышенной трещиноватости и дробления, а затем -формирование зоны непрерывных связанных между собой однонаправленных разрывов, формирующих сместитель магистрального разрыва На этой стадии субпараллельные трещины сливаются как непосредственно, так и через короткие оперяющие их более мелкие трещины перпендикулярных направлений. Поэтому сместитель возникшего разрыва более крупного ранга представляет собой зону раздробленных пород.
Возникший разрыв оказывается зоной нарушенной сплошности пород, механически ослабленной зоной. Поэтому по разрывам часто развивается гидросеть, зоны карста, внедряются дайки. К разломам часто приурочены вулканы. По уже существующим разломам разгружаются последующие тектонические напряжения, даже если последующая ориентировка главных осей напряжений отличается от предшествующих направлений Поэтому по древним разломам тектонические движения, обычно, бывают неоднократные и разнонаправленные. По разрывам часто поступают к по-верхнсти глубинные воды, они часто становятся областями минерализации и образования зон полезных ископаемых.
Окончание разломов. Разломы могут:
• упираться в геологическую границу, в том числе, и в другой разлом,
• перейти в серию небольших разрывов и рассеяться в виде трещин,
• перейти в пликативную дислокацию.
Строение поверхности сместителя разломов
Геометрически сместитель можно рассматривать как поверхность, не имеющую толщины. Однако на самом деле поверхность сместителя пред-
ставляет собой геологическое тело большей или меньшей мощности, часто со сложным строением. Оно бывает заполнено либо новообразованными минералами - кварцем, кальцитом, либо особыми горными породами, сложенными стресс-минералами, характерными для динамометаморфизма. Иногда между крыльями разрыва развивается брекчия трения, представляющая собой раздробленную и перетертую массу обломков пород. Когда обломки в брекчии фения малы, порода имеет следующие названия:
менее I см - какирит,
микроскопические размеры - катаклазит,
пылевидные размеры милонит.
Мощность брекчий трения непостоянна и достигает иногда десятков метров, но чаще не превышает несколько мегров. В брекчию трения часто проникают гидротермальные растворы, из которых отлагаются жильные и рудные минералы, брекчии нередко сильно обводнены. Иногда крылья разрыва плотно прилегают друг к другу и становятся гладкими, будто отполированными. Такие поверхности называют зеркала скольжения. Иногда на зеркалах можно наблюдать многочисленные штрихи и бороздки скольжения, ориентированные по направлению движения крыльев.
Классификации разломов
Разломы классифицируются так же, как и другие разрывы Кроме того, их делят по:
• Возрасту. При характеристике возраста различают возраст заложения разломов и возраст их тектонической активизации. Если разлом активен в настоящее время, его называют "живым" разломам. Возраст активности разломов определяют по соотношению разломов и рассекаемых ими толщ.
• Глубине проникновения в земную кору - мантийные и коровые разломы. Среди коровых на платформах выделяются разломы фундамента и осадочного чехла, при этом обычно оговаривают, какие именно толщи осадочного чехла разбиты разломом.
• Размерам - глобальные, континентальные, региональные, локальные, в зависимости от их роли в формировании структур того или иного ранга
• Значимости - рудоконтролирующие, структуроконтролирующие, сейсмоопасные и другие разломы. Значимость того или иного разлома определяется, главным образом, задачами исследования.
По совокупности последних трех параметров выделяются особые виды разломов, называемые глубинными. Глубинные рсиломы, это дизъюнктивные нарушения планетарного масштаба, проникающие в мантию. Ориентировке - под ориентировкой разлома обычно понимают простирание его сместителя. Такие разломы представляют собой линейную зону концентрации более мелких разноориентированных разрывов, смятия пород в складки, повышенной сейсмичности. Развиваются разломы в течение длительного времени (периодов ги!еохронологической шкалы), часто отдельными участками. Движения по ним в разное время могут быть разными. Глубинные разломы разделяют территории с разной историей развития.
• Направлению перемещения крыльев по отношению к поверхности сместителя выделяются раздвиги, сбросы, взбросы (в т.ч. надвиги, покровы, шаръяжи), сдвиги и комбинированные формы.
Среди взбросов особое место занимают надвиги. В определении лого понятия геологи пока не пришли к единому пониманию. Одни считают, что надвиги - это пологие (положе 30°) взбросы, другие, что тго взбросы, образующиеся одновременно со складчатостью продольного изгиба. Надвиги часто связаны с сильно сжатыми наклонными или опрокинутыми складками. Они образуются либо в замках складок, либо на крыльях - на границах между пластичными и хрупкими породами. Часто трудно однозначно определить, что первично, а что вторично - или складки сформировались за счет трения крыльев разрыва, или, наоборот, надвиг образовался после смятия пород после продолжающейся деформации. В складчатых комплексах, опрокинутых в одну сторону, часто развиваются параллельные надвиги, придающие территории чешуйчатое строение. Крупный горизонтальный или пологий волнистый надвит с перемещением пород на многие десятки километров называется покровом, (шарьяжем). Благодаря покровам, на сравнительно небольшой территории могут располагаться рядом ранее удаленные друг от друга блоки земной коры с различной историей геологического развития. В тгом случае выделяются различные структурно-фациальные (или структурно-геологические) зоны. Так как каждая зона имела свою собственную историю развития, на геологичекой карте может быть несколько стратиграфических колонок, каждая для своей зоны. Для геолога-нефтяника покровы интересны тем, что в автохтоне могут встречаться залежи нефти, экранированные аллохтоном. Сместитель покрова обычно сложен раздробленными породами, в нем хорошо выражены все признаки дииамомета-морфизма. В его ближайших окрестностях широко распространены небольшие оперяющие сдвиги. Во фронтальной части аллохтон часто распадается на серию надвинутых друг на друга по дополнительным параллельным надвигам пластин (дигита-ции), между которыми зажаты смятые в сложные дисгармоничные складки породы.
Сбросо-сдвиги и взбросо-сдвиги
Нередко перемещения по разрывам осуществляются не строго в направлении падения или простирания поверхности сместителя, а под углом к нему. Если направление перемещения отличается от направления падения или простирания поверхности сместителя, говорят о сбросо-сдвигах и взбросо-сдвигах.
Ассоциации разломов
Нередко разломы развиваются группами, образующими сложные разрывные структуры.
Грабены - структуры, образованные параллельными сбросами или взбросами. Центральные части грабенов опущены и сложены на поверхности более молодыми породами, чем обнажающиеся в приподнятых краевых частях. Различают простые и сложные грабены, образованные большим количеством сбросов или взбросов. Грабены часто осложняют крылья крупных структур синклинальной формы. Тогда их называют грабен-синклинали.
Горсты - линейные структуры, образованные примерно параллельными сбросами или взбросами. Центральные части горстов подняты и сложены на поверхности более древними породами, чем обнажающиеся в опущенных краевых частях. Различают простые и сложные горсты, образованные большим количеством сбросов или взбросов. Горсты часто осложняют крылья крупных структур антиклинальной формы, тогда их называют горстантиклиналями.
Листрические сбросы - это серия параллельных сбросов с примерно одинаковым падением сместителя. С глубиной они обычно выполаживаются и иногда сливаются в единый горизонтальный разлом.
Тектонодинамическая характеристика разрывов
Разрывы с перемещением крыльев вдоль плоскости сместителя (сдвиги, сбросы, взбросы, надвиги) по генезису являются, как правило, сколами. Направление перемещения крыльев по сколам а, следовательно, иназвание разрывов зависит от ориентировки в земной коре главных осей тектонических напряжений, определивших их формирование. Так, сбросы возникают при горизонтальном растяжении земной коры, а ось наибольшего сжатия при этом ориентирована вертикально. При таком же расположении осей формируются и раздвиги. Взбросы же образуются при горизонтальном сжатии земной коры и относительном вертикальном растяжении. Сдвиги возникают при горизонтальной ориентировке осей сжатия и растяжения. Надвиги формируются при косом (диагональном) положении осей главных нормальных напряжений к земной поверхности (горизонтальной плоскости). При таких же ориентировках образуются взбросо-сдвиги и сбросо-сдвиги. Так как ориентировка и вид структурных форм во многом определяется ориентировкой главных осей напряжений, то анализируя структурные формы, можно восстановить ориентировку главных осей напряжений, их сформировавших, а зная ее - предсказывать кинематику тех разломов и складок, характеристика которых по тем или иным причинам не установлена полевыми наблюдениями.
Значение разрывов в геологии
Трещины и разломы имеют большое значение в прикладной геологии. Совокупность трещин, называемая "трещиноватостью", определяет проницаемость горных пород для флюидов, в том числе нефти и газа. Поэтому с ними связаны месторождения руд гидротермального и метасоматического генезиса (цветные металлы, оптическое и ювелирное сырье и др.). Разломы могут, в зависимости от условий, быть экранами для образования залежей, а могут разрушать ранее сформировавшиеся залежи. От трещиноватости в большой степени зависят инженерно-физические свойства горных пород. Разрывы являются путями поступления в земную кору глубинных рудоносных растворов.

 

14 возраст горных пород. Геохронологическая шкала, принципы ее построения.

 

Геохронологическая шкала — геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет.

Временные оценки имеют погрешность порядка нескольких процентов. Согласно современным данным возраст Земли составляет 4,6±0,1 миллиарда лет. Это время было разделено на различные временные интервалы по важнейшим событиям, которые тогда происходили.

Граница между эрами фанерозоя проходит по крупнейшим эволюционным событиям — глобальным вымираниям. Палеозой отделен от мезозоя крупнейшим за историю Земли пермо-триасовым вымиранием видов. Мезозой отделен от кайнозоя мел-палеогеновым вымиранием.

Геохронологическая шкала создавалась для определения относительного геологического возраста пород. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, имеет для геологов второстепенное значение.

Время существования Земли разделено на два главных интервала — Эона — Фанерозой и Криптозой по появлению в осадочных породах ископаемых остатков. Криптозой — время скрытой жизни, существовали только мягкотелые организмы, не оставляющие следов в осадочных породах. Фанерозой начался с появлением на границе Эдиакария (Венд) и Кембрия множества видов моллюсков и других организмов, позволяющих палеонтологии расчленять толщи по находкам ископаемой флоры и фауны.

Другое крупное деление геохронологической шкалы имеет своим истоком самые первые попытки разделить историю земли на крупнейшие временны́е интервалы. Тогда вся история была разделена на четыре периода: первичный, который эквивалентен докембрию, вторичный — палеозой и мезозой, третичный — весь кайнозой без последнего четвертичного периода. Четвертичный период занимает особое положение. Это самый короткий период, но в нём произошло множество событий, следы которых сохранились лучше других.

Геохронологическая шкала

В основе составления геологических карт лежат литолого­стратиграфический и структурный принципы. В соответствии с ними все горные породы рассматриваются с учетом условий и времени происхождения и взаимных связей в пространстве. При геологическом картировании, т.е. при составлении геологических карт и разрезов, необходимо знать возрастную (геохронологическую) последовательность залегания горных пород, которыми сложена изучаемая территория.

К настоящему времени создана единая геохронологическая шкала, которая отражает историю развития земной коры. В геохронологи­ческой шкале приняты следующие временные и соответствующие им стратиграфические подразделения

 

Подразделения во времени (геохронологические):	Подразделения по возрасту отложений (стратиграфические):
Эра	Группа
Период	Система
Эпоха	Отдел
Век	Ярус

 

Самой крупной возрастной единицей геохронологической шкалы является эра. В настоящее время принято историю земной коры делить на пять эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Породы, возникшие в течение эры, составляют группу. Группы разделяются на подгруппы. Эра делится на периоды. Толщи пород, образовавшиеся в течение одного периода, составляют систему. Эпохе соответствует отдел, а веку – ярус.

 

15 Физические свойства грунтов.

свойства, характеризующие физические состояние грунта и способность изменять это состояние под влиянием физико-химических факторов — объемный и уд. вес, влажность, границы пластичности, липкость, усадка, набухание, размоканпе, водопроницаемость, структурная связность. Физические свойства грунтов изучаются в грунтоведении.

Объемн. в. грунта — вес единицы объема грунта. Различаются: объемн. в. влажного грунта (у г!см3), равный отношению веса образца грунта к его объему, и объемн. в. скелета грунта (уск г/см3) — отношение веса образца грунта, высушенного при 100—105° С, к его первоначальному объему. Объемн. в. грунтов устанавливают для образцов ненарушенного сложения и природной влажности, отобранных из скважин или шурфов, методами режущего кольца или парафинироваиия. По первому методу объемн. в. определяют как частное от деления веса грунта в объеме кольца (диаметром не менее 50 мм, высотой 40 мм) на его объем. По второму методу объем образца (овальной формы весом не менее 30 г, покрытого парафиновой оболочкой) определяют в воде по весу вытесненной воды. В полевых условиях объемн. в. грунта можно установить без отбора образца радиометрия. методохм, основанным на способности грунта поглощать лучи радиоактивного кобальта.

Уд. в. грунта (уч) равен отношению веса твердой фазы (частиц) грунта к весу воды равного объема. Уд. в. грунтов определяют в лаборатории в пикнометре (мерной колбе). Навеску грунта помещают в пикнометр, доливают дистиллированной водой и кипятят для удаления пузырьков воздуха, затем пикнометр с грунтом и водой охлаждают, доливают дистиллированной водой до метки и взвешивают.

Влажность грунта (W) — отношение веса содержащейся в грунте воды к весу абсолютно сухого грунта, выраженное в процентах. Влажность грунта определяют методом высушивания навески грунта при темп-ре 100—105° до постоянного веса. Можно оценить природную влажность грунта в массиве без отбора образцов, напр. определением электропроводности или радиометрия. методом.

Пористость грунта (п) — отношение объема пор ко всему объему, занимаемому грунтом, выраженное в процентах. Отношение объема пор к объему, занимаемому грунтовыми частицами, наз. коэфф. пористости (е). Пористость и коэфф. пористости грунта вычисляются по формулам на основании экспериментально определенных значений влажности, объемн. и уд. весов. Доля заполнения объема пор грунта водой наз. степенью влажности (G), величина ее может изменяться от 0 до 1 (полное насыщение).

Степень уплотнения песка характеризуется относит, плотностью (D), к-рая вычисляется по значениям коэфф. пористости песка в самом рыхлом, естественном и самом плотном состояниях. При этом D=0 для песка в самом рыхлом состоянии и D—1 для песка в самом плотном состоянии. Плотность глинистых грунтов характеризуется их консистенцией (В), к-рая в зависимости от количества воды в грунте может быть текучей, пластичной или твердой. Пластичность грунта — способность под воздействием внешних усилий деформироваться без разрыва сплошности и сохранять приобретенную форму после устранения действия внешней силы. В практике принят косвенный метод оценки пластичности, основанный иа определении диапазона влажности (влажность границы текучести и влажность границы раскатывания), в к-ром проявляются пластич. свойства грунта.

Граница текучести (WT) соответствует влажности, при незначительном превышении к-рой грунт переходит в текучее состояние. Границу текучести глинистых грунтов устанавливают по величине вдавливания под собственным весом баланснр- ного конуса весом 76 г, высотой 22 мм с углом заострения 30°. Граница текучести характеризуется весовой влажностью (в процентах) теста, изготовленного из грунта и воды, прн к-рой балансирный конус погружается за 5 сек на глубину 10 мм. Граница раскатывания (Wp) характеризуется весовой влажностью (в %) грунта, при незначительном уменьшении к-рой пластичное тесто, приготовленное из грунта и воды, при раскатывании в жгут толщиной 3 мм начинает крошиться. Разница во влажности на границе текучести и на границе раскатывания наз. числом пластичности (Wn).

Липкость, т. е. способность глинистого грунта при соприкосновении с различными предметами прилипать к ним, проявляется при влажности меньше WT и больше Wv. Липкость измеряется усилием, необходимым для отрыва металлич. пластинки от грунта.

К физическим свойствам грунтов относится влагоемкость, т. е. способность грунта поглощать определенное количество воды; влагоемкость подразделяется на гигроскопическую, максимальную молекулярную, капиллярную и полную. При оценке строит, свойств грунтов наибольшее значение имеет макс, молекулярная влагоемкость, к-рая характеризует количество связанной воды в грунте и по своей величине для глинистых грунтов близка к влажности на границе раскатывания. Максимальную молекулярную влагоемкость определяют по методу влагоемких сред, замешивая тесто из грунта, близкого по влажности к границе текучести. Затем лепешку из этого теста помещают под гидравлич. пресс и выдерживают под давлением 65,5 кг(см2\ ее весовая влажность характеризует макс, молекулярную влагоемкость или количество связной воды в грунте.

Набухание грунта — увеличение его объема прн взаимодействии с водой, вследствие чего развивается давление набухания. Усадка грунта — уменьшение объема при испарении свободной и капиллярной воды, в результате чего грунтовые частицы сближаются под влиянием сил молекулярного притяжения. Влажность, при к-рой на поверхности грунта появляются трещины, наз. пределом усадки. Величину усадки определяют по уменьшению линейных (линейная усадка) или объемных (объемная усадка) размеров образцов грунта и выражают в процентах по отношению к длине или объему влажного образца.

Водопроницаемость — способность грунтов пропускать через себя воду. Она характеризуется коэфф. фильтрации — к (см/сек или м/сутки). Коэфф. фильтрации равен скорости фильтрации при единичном градиенте напора. Коэфф. фильтрации песчаных грунтов определяют в приборах без внешнего давления на грунт, а глинистых грунтов — в приборах с внешним давлением на грунт, при постоянной пористости в процессе определения. Коэфф. фильтрации в полевых условиях определяется методом откачек.

Структурная связность грунтов—проявление внутренних связей в грунтах, определяющих в процессе формирования и последующего существования их структуры. Структурные связи обусловлены силами молекулярного взаимодействия между минеральными частицами и водой или цементацией. По своей природе они разделяются на водно-коллоидные (эластичные и вязко-пластичные) и кристаллизационные (жесткие). Способность нек-рых грунтов с водно-коллоидными связями, иапр. илов, восстанавливать в известной мере разрушенную структуру наз. тиксотропией. Оценивают структурную связность по разности механич. прочности (предельное напряжение сдвига или минимальное давление расплющивания) образцов нарушенной и ненарушенной структуры.

Размокаемость грунтов — способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу с полной потерей несущей способности. Показателем размокания является время распада образца грунта в воде и характер распада.

Физические свойства грунтов зависят от их гранулометрия, и минералогич. составов, от состава обменных катионов, присутствия гумуса. Гранулометрическим составом грунта наз. содержание в нем частиц различной величины, выраженное в процентах к весу абсолютно сухого образца. Частицы грунта, близкие по величине, объединяют в гранулометрич. фракции, напр. частицы более 2 мм называют гравием; от 2 до 0,10 мм — песком; 0,10— 0,005 — пылью; менее 0,005 — глинистыми. По гранулометрич. составу классифицируют песчаные и крупнообломочные грунты.

Гранулометрич. состав грунта определяют ситовым методом — рассеиванием грунта на ситах, и гидравлич. методом, основанным на различной скорости падения в воде частиц разной крупности. Сюда относятся метод отмучивания (для песков), предусматривающий носледовательное взятие проб из суспензии (нипеточный), и метод, основанный на учете изменения плотности суспензии во времени (ареомет- рпческпй).

Минералогпч. состав грунтов, гл. обр. состав минералов их глнпистой фракции, обусловливает количественные показатели физических свойств грунта благодаря различному строению крпсталлич. решеток минералов и различной интенсивности взаимодействия их с водой. Особенно выделяются грунты группы монтмориллонита и каолинита. Минералы группы монтмориллонита, имеющие наиболее подвижную крпсталлич. решетку, отличаются высокими дисперсностью, пористостью, пластичностью, набуханием, липкостью, усадкой, малой водопроницаемостью. Из одновалентных обменных катионов чаще всего присутствует в грунтах ион натрия, к-рый увеличивает дисперсность грунтов, их пластичность, набухание, липкость, ухудшает строит, качества.