Осадочные породы. Диапировые (инъективные) структуры

И метаморфических комплексов.

Специфические формы залегания осадочных, магматических

При рассмотрении всех предыдущих типов структур – складок, разрывов, несогласных

залеганий – мы практически никогда не говорили о составе пород. Действительно, все

эти типы структур могут быть обнаружены как в осадочных, так и в метаморфических

и, за редким исключением, и в магматических комплексах. В то же время, в силу

различия условий формирования в каждом из названных типов пород есть и свои

достаточно специфические структурные формы.

10.1.1. Механизм и стадии развития диапиров.

Осадочные породы – от песчаников до известняков и кремней – хотя и различаются по

своим физическим свойствам, но все же эти изменения происходят в относительно

небольших пределах. Особняком среди осадочных пород стоят эвапориты (прежде

всего соли) и глины. Их основная специфика состоит в высокой пластичности и низкой

плотности. Мы уже упоминали о роли соли и, в меньшей степени, различных

эвапоритов и глин, когда говорили о надвиговых системах – здесь речь шла о высокой

пластичности пород, благодаря чему они нередко оказываются "смазкой" в подошве

крупных надвигов. Однако, благодаря своей низкой плотности, в отложениях с

широким развитием солей возникает весьма специфический тип структур, называемых

диапирами или инъективными структурами т.е. структурами, возникшими в

результате внедрения одних горных пород в другие. Существует так же специальный

термин – соляная тектоника или галокинез. Следует отметить, что диапировые

структуры с участием солей и глин практически одинаковы, поэтому в дальнейшем для

определенности мы будем рассматривать соляные структуры.

Суть соляной тектоники состоит в следующем. Плотность каменной соли обычно

составляет 2,0-2,2 г/см3. Хотя плотность рыхлых терригенных осадков обычно

несколько меньше (глинистый сланец – 2,1 г/см3, песчаник – 2,0 г/см3, известняк – 2,4

г/см3), но по мере погружения происходит их уплотнение и соответственно, увеличение

плотности (глинистого сланца – до 2,7 г/см3, песчаника – до 2,7 г/см3, известняка – до

2,8 г/см3). Плотность же каменной соли до глубин около 10 км практически не

изменяется. В результате на глубине около 900 м плотности пород уравновешиваются,

а ниже соли уже оказываются менее плотными чем вмещающие породы и возникает

обстановка, известная под названием инверсия плотностей, при которой менее

плотные породы лежат ниже более плотных и, соответственно, возникают условия

механической неустойчивости системы.

Соль обладает еще рядом свойств, о которых мы уже упоминали при рассмотрении

надвиговых структур. Так, при комнатной температуре соль достаточно устойчива и не

деформируется под действием собственной массы, но с ростом температуры ее

вязкость резко падает и уже при температуре 200°С порода становится весьма текучей.

Эти условия достигаются на глубинах порядка 4-5 км. Калийные соли пластичнее

натриевых, а те пластичнее ангидрита. В природе нет такой другой породы со столь

высокими пластическими свойствами и столь ничтожными величинами вязкости,

сцепления и внутреннего трения, как у каменной соли, что определяет ее активное

поведение даже при небольших напряжениях. Важную роль играет и то, что

коэффициент объемного расширения соли при температурах 0°-200°С в несколько раз

больше, чем у терригенных пород. Наконец, под воздействием подземных вод соль

легко растворяется, освобождая место для новых порций соли и, следовательно,

стимулируя ее движение.

Таким образом, в результате процессов осадконакопления мощные толщи солей

погружаются на глубину, где подвергаются всем вышесказанным преобразованиям и в

результате оказывается, что под более плотными породами залегает менее плотная

высокопластичная порода. Строго говоря, если поверхность раздела между этими

комплексами пород идеально ровная, то ничего не произойдет. Однако, если в кровле

соленосной толщи присутствуют неровности, то соль устремляется в положительные

формы рельефа кровли, вызывая дробление и раздвижение вышележащих пород, в

результате чего возникает соляной купол, который и называется диапиром. Рассмотрим

стадии формирования соляного купола на примере соляного купола на севере ФРГ.

Рисунок 10.1. Схема образования соляного купола на севере ФРГ (по Trusheim, 1960).

Таким образом, в результате роста купола вся соленосная масса оказалась выдавленной

в него, что встречается не так уж часто. Тем не менее, этот пример довольно типичен –

по мере подъема соли разница в плотностях с окружающими породами постепенно

уменьшается, а ее пластические свойства убывают. Именно по этой причине

рассматриваемый соляной купол – диапир – так и не достиг поверхности. Вообще,

процесс роста соляных куполов часто бывает многостадийным – соль поднимается до

определенного уровня и прекращает свой рост. Затем, в результате продолжающегося

прогибания и осадконакопления опять возникают условия, благоприятствующие росту

купола, и он снова начинает расти до определенного уровня и т.д. В рассматриваемом

примере рост купола – соляного диапира – происходил с конца триаса до конца

неогена, т.е. почти 200 млн. лет. Аналогичные случаи широко известны. Если же в

процесс диапиризма вовлечены достаточно большие объемы соли, то они протыкают

все вышележащие породы и выходят на поверхность, образуя небольшие

положительные формы рельефа.

Другой вопрос, возникающий при изучении соляных структур – это причина

формирования неровностей в кровле соленосной толщи. Это, безусловно, могут быть

неровности, возникшие в процессе осадконакопления. Однако, подмечено, что в

областях массового проявления соляных диапиров они располагаются по правильной

сетке, и что наводит на мысль о тектонических причинах, как, например, расположении

разломов или специфическом распределении напряжений.

10.1.2. Соляные купола в разрезе и на карте.

Соляные структуры могут достигать больших размеров, сопоставимых с

магматическими интрузиями – площадью до 1000 км2 при мощности до 4 км2. По мере

увеличения мощности солей морфология образуемых ими структур изменяется от

соляных вздутий к соляным штокам, и, наконец, к соляным валам или гребням –

слившимся воедино в линейную форму соляным штокам (рис. 10.2). Соляные штоки

нередко образуют "шляпки" типа уже изображенной на рисунке 10.1. Высота соляных

штоков составляет несколько километров при диаметре столба до 500 м (диаметр

"шляпки" может быть и первые километры), тогда как соляные валы имеют ширину до

4-5 км и прослеживаются по простиранию на расстояния более 100 км.

Рисунок 10.2. Типы соляных структур в зависимости от первоначальной мощности

соляной толщи (по Trusheim, 1960).

Пример того, как выглядит один из куполов в разрезе был показан на рисунке 10.1.

Рассмотрим более детально разрез еще одного купола (рис. 10.3, купол холма Уикс-

Айленд) на побережье Мексиканского залива, где в связи с работами на нефть строение

куполов было изучено в деталях.

Рисунок 10.3. Разрез соляного купола холма Уикс-Айленд.

Рассматриваемый купол не достиг до поверхности всего 26 м, а уходит на глубину по

крайней мере 5 км. Есть данные, позволяющие предполагать, что главная залежь соли

находится на глубине 16-19 км. В рельефе данный купол образует небольшой холм

высотой около 30 м.

Рисунок 10.4. Подземная структура соляного купола холма Уикс-Айленд.

Внешняя граница купола очень крутая, почти вертикальная. Внутри него слои соли так

же имеют очень крутое залегание и смяты в складки с субвертикальными шарнирами.

На глубине около 3 км обнаружен слой глины, окружающей купол подобно воротнику.

Между этой глиной и вышележащими слоями существует зона смятия пород.

Считается, что глина текла, сопровождая подъем соли. Осадочные толщи залегают

полого, но, по мере приближения к куполу, изгибаются более круто. В целом, на

больших глубинах породы деформированы сильнее. От внешней границы соляного

купола расходятся многочисленные радиальные разломы, но они не связаны с

горизонтом глины.

Рост соляного штока оказывает активное воздействие на вышележащие породы,

которые либо прорываются, образуя "ядра протыкания", либо приподымаются, образуя

сложные структуры, отвечающие морфологии кровли купола. Поднятие в центральной

части купола сопровождается растяжением, в результате чего в его центральной части

образуется грабен. Кроме центрального грабена и радиальных разломов, иногда

встречаются и концентрические разломы. Все разломы являются сбросами и образуют

сложную сетку разломов, нередко называемую "структурой битой тарелки".

Глиняные диапиры имеют много сходства с соляными. Здесь, однако, надо учитывать,

что физические свойства глин сильно зависят от наличия воды. Сама по себе глина

более пластична, чем соль, а насыщение водой еще более увеличивает ее пластичность.

При погружении глин под давлением вышележащих пород происходит их

дегидратация, и выделяемая вода может сыграть роль смазки, облегчающей процесс

диапиризма. С другой стороны, если при погружении глинистой толщи процесс

диапиризма не начался, то, потеряв воду, глина превращается в аргиллит или сланец –

такие же малопластичные породы, как песчаник или известняк.

Дата добавления: 2015-07-13