Тектонические трещины

Тектонические трещины появляются в горных породах под влиянием тектонических сил, вызываемых в земной коре эндо­генными процессами. Возникающие при этом деформации почти всегда сопровождаются развитием в горных породах трещин, обра­зующихся как на сравнительно небольших площадях, ограничен­ных отдельными структурами, так и на огромных пространствах.

Тектонические трещины во многом отличаются от трещин не­тектонических. Эти трещины более выдержаны как по простиранию, так и по па­дению и ориентированы по еди­ному плану в разных по составу породах.

Трещины отрыва возникают при появлении в породах нормаль­ных напряжений, превышающих пределы их прочности, и ориентированы перпендикулярно к растягивающим усилиям. Они обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены каких-либо следов перемещений. Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выпадают из породы, оставляя на поверхности трещины гнезда в виде ямок и вдавленностей. Трещины отрыва быстро выклиниваются по простиранию и падению, но часто рядом или в стороне от выклинивающейся трещины можно найти новую, продолжающуюся в том же направ­лении.

При разрастании трещин отрыва выделяется несколько после­довательных стадий их роста. Вначале появляются редкие, уда­ленные друг от друга трещины, затем при увеличении их числа и размеров они как бы заходят друг за друга и на последней стадии соединяются между собой с образованием коротких косых смыкаю­щихся разрывов. Образование трещин отрыва происходит в разнообразных ус­ловиях. Они могут быть развиты на огромных пространствах, в та­ких региональных структурах, как смыкающие крылья флексур или борта прогибов, либо имеют узкое местное распространение.

Региональные трещины отрыва особенно хорошо развиты в чех­лах платформ и в орогенных комплексах, испытавших общее рас­тяжение или неравномерные вертикальные перемещения под влия­нием движений фундамента.

Трещины отрыва интенсивно развиваются на пологих смыкаю­щих крыльях региональных флексур, совпадая с их общим прости­ранием. Однако если флек­сура формируется над сбро­сом в фундаменте при даль­нейшем перемещении крыль­ев разрыва, то на смыкаю­щем крыле скорее возник­нут трещины скалывания, наклоненные в сторону опу­щенного крыла флексуры. Сброс из фундамента мо­жет проникнуть в перекры­вающий чехол, но появится в нем позже трещин отрыва. Региональные трещины отрыва развиваются также на бортах многих платфор­менных прогибов, подверга­ющихся растяжению в свя­зи с погружением.

Морфологически регио­нальные трещины отрыва имеют ряд характерных черт. Это обычно крутые или вертикальные ровные трещины, выдержанные по простиранию и по падению на десятки и сотни метров. Они бывают открытыми, и очень часто речная и овражная сеть вырабатывается согласно с планом расположения таких трещин. Именно такие трещины на обширных пространствах развиты в палеозойских карбонатных толщах в чехле Восточно-Европейской платформы.

Местные трещины отрыва образуются на участках, испытавших растяжение при формировании складок и разрывов. Они возника­ют на сводах пологих куполовидных поднятий, на участках кру­того погружения шарниров и в ядрах складок, на смыкающих крыльях флексур.

Расположение трещин на сводах куполовидных поднятий за­висит от их формы. В изометричных куполах трещины отрыва раз­виваются по радиусам и концентрически. В овальных поднятиях появляются два направления трещин отрыва: более раннее — па­раллельное длинной оси поднятия и позднее — параллельное короткой оси. Последовательность в образовании трещин объясняется большими нормальными напряжениями в сечениях, перпендикулярных к длинной оси поднятия по отношению к напря­жениям, возникающим на сечениях, параллельных этой оси, кри­тические значения напряжений на которых появятся позже, чем на первом сечении.

В ядрах линейных складок трещины отрыва могут возникнуть по одному или двум направлениям. Одно из них совпадает с про­стиранием осей складок, другое — поперечное. Появление продоль­ных трещин объясняется общим растяжением пород в замках складок изгиба; поперечные трещины возникают там, где шарниры складок образуют антиклинальные перегибы (рис. 160). Растяже­ния, которые испытывают при этом породы, направлены вдоль оси складки и приводят к образованию поперечных трещин отрыва. На периклинальных погружениях складок растяжение пород в па-правлении осевой линии также может привести к образованию тре­щин отрыва, поперечных к простиранию складки.

Трещины отрыва образуются не только при растяжении, но и при сжатии пород и действии пары сил. При сжатии они возни­кают параллельно оси сжатия и нормально к оси поперечного рас­тяжения. Образование трещин отрыва таким путем возможно в зонах тектонического дробления или в тектонических брекчиях.

Рис. 160. Схема расположения тре­щин в ядре антиклинальной складки

При действии пары сил трещины отрыва располагаются кулисо-образно перпендикулярно к диагонали растяжения и под тем или иным углом к направлению действия сил, зависящим от свойств пород. Они обычно короткие, нередко четковидные с ветвлениями на концах.

Трещины скалывания образуются в направлении максимальных касательных напряжений при нагрузках, превышающих прочность пород. Стенки трещин скалывания обычно плотно сжаты и имеют гладкую поверхность, нередко покрытую штрихами скольжения. Гальки и крупные зерна, попадающие на линию разрыва, срезаются, а не выдергиваются из своих гнезд, как это отмеча­лось для трещин отрыва. Трещины скалывания сохраняют свою ориентировку по простиранию и падению и обладают большой про­тяженностью.

Широко распространены трещины скалывания на участках, на­рушенных сбросами и сдвигами. Образование этих структур про­исходит в условиях сжатия земной коры или под воздействием пары сил. Однако, прежде чем напряжения сконцентрируются на одной поверхности и вызовут появление разрыва, в породах ра­зовьются трещины скалывания, ориентированные по двум направ­лениям под углом к оси сжатия или одному направлению, соответ­ствующему действию пары сил.

Нередко в крыльях разрывов, вблизи поверхности сместителей, образуются многочисленные трещины скалывания и отрыва, полу­чившие название «оперяющих трещин». У сбросов с перемещением крыльев в различные стороны трещины отрыва направлены впротивоположную сторону по отношению к наклону сместителя и пер­пендикулярно к оси наибольших растягивающих напряжений. Один из рядов трещин скалывания параллелен поверхности сместителя, второй соответствует второму направлению максимальных каса­тельных напряжений (рис. 163,6). При взбросах ориентировка трещин скалывания и отрыва будет такой, как это показано на рис. 163, а.

Рис. 163. Боковые оперяющие трещины, образующиеся при взбросе (а) и сбро­се (б).

Тонкие линии — трещины скалывания; трещины отрыва.

Стрелками указано направление смещения крыльев разрывов и направление максимальных касательных (T max) и нормальных (σ max) напряжений (разрезы)

При наложении трещин скалывания на трещины отрыва может произойти объединение последних и образование единой крупной трещины.

Трещины скалывания не только связаны с формированием от­дельных структур, но и широко распространены во многих райо­нах. Они возникают в складчатых областях в тех случаях, когда уплотненные и преобразованные в процессе складчатости породы, неспособные в поверхностных зонах земной коры к дальнейшим пластическим деформациям, вновь испытывают сжатие в периоды, следующие за временем формирования складчатости. Трещины в таких случаях располагаются под острым углом по отношению к общему направлению сжатия.

Трещины скалывания очень часто возникают в интрузивных по­родах, подвергшихся сдавливанию после окончания кристаллиза­ции и полного остывания.

Кливаж. Кливажем называются частые параллельные поверх­ности скольжения, развивающиеся при пластической деформации горных пород. В механическом отношении кливаж выражается в образовании многочисленных поверхностей скольжения и срезы­вания, по которым в процессе пластической деформации частицы смещаются относительно друг друга. Образование кливажа соот­ветствует последней стадии развития пластической деформации, характеризующейся потерей прочности перед разрывом.

На земной поверхности и вблизи нее в зоне выветривания кли­важ имеет вид открытых или закрытых частых параллельных трещин с ровными поверхностями, нередко со следами скольжения