14

Лекции по тектонофизике. Весенний семестр

Механизмы тектонических деформаций и формирование некоторых парагенезов структур в неоднородной геологической среде (продолжение темы в курсе для магистров «Структурные парагенезы»)

.

Лекция 1

(все рисунки к этой лекции см. в Презентации)

Часть I. Введение

Вторая часть курса тектонофизики базируется на двух фундаментальных понятиях структурной геологии и тектонофизики – понятии о структурных парагенезах и понятии о неоднородности геологической среды. Эти представления получили широкое распространение совсем недавно – в 80-х годах прошлого века ‑ и оказались чрезвычайно плодотворными.

1. Понятие о структурных парагенезах.

Что же означает слово «парагенез»? «Пара» – возле, при (нахождение рядом); «генез (генезис)» ‑ происхождение.

Понятие о парагенезах используется не только в структурной геологии, но например, в минералогии, только там оно называется минеральным парагенезисом (это закономерное нахождение в породе минералов, связанных общностью условий образования). Близкие понятия есть и в других науках. Например, биоценоз (вторая часть слова означает «общий»). Это совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса). Структурный парагенез это тоже совокупность структурных форм разного размера, возникающих в определенном объеме геологической среды. Эти формы также находятся в определенных отношениях друг с другом, они совместимы (как это подчеркивают Дж. Рэмзи и А.В. Лукьянов), ну и конечно, они возникают в единой деформационной обстановке. В понятие деформационной обстановки могут входить свойства среды, термодинамические условия, способ нагружения и другие. Большое значение имеет механическая, или геодинамическая, обстановка (сжатие, растяжение, тот или иной сдвиг). Одно из определений структурного парагенеза дано в Учебнике: «Структурный парагенез – это совокупность структурных форм, сформировавшаяся в определенной геодинамической обстановке». Структурно-парагенетический анализ – мощный инструмент в руках геологов. Он повышает уровень обобщений, позволяет свертывать информацию. С его помощью можно решать обратные задачи, которые прежде всего интересуют геологов (например, в каких термодинамических условиях происходило формирование структуры, как менялись эти условия, в какой последовательности возникали структурные формы, в какой механической обстановке, как эта обстановка изменялась во времени, как она меняется в пространстве и т.д.)

2. Главные (элементарные) геодинамические обстановки

Назовем элементарной геодинамической обстановкой (эти обстановки часто называют также механическими) такую обстановку, когда главные оси нормальных девиаторных напряжений или оси максимальных касательных напряжений ориентированы ортогонально, т.е. в горизонтальном или вертикальном направлении. Принцип выделения этих обстановок подробно изложен в Учебнике (стр. 171-173). Следует подчеркнуть, что выделять такие обстановки имеет смысл только в условиях гравитации, существование которой позволяет нам различать верх и низ, а также приводит к образованию слоистости, т.е. пространственной анизотропии. Если говорить об обстановках простого сдвига, то к граням куба касательные напряжения могут быть приложены тремя различными способами (см. рис.1). В случае деформации чистого сдвига определяющим является ориентировка сжатия или растяжения по отношению к слоистости (компенсационное соответствующее растяжение или сжатие ориентировано вертикально). Если же обе оси (растяжения и сжатия) лежат в плоскости слоистости, то такая обстановка считается идентичной обстановке горизонтального сдвига в вертикальной плоскости.

Итак, можно насчитать 5 основных элементарных обстановок, принцип выделения которых показан на рис.1:

• горизонтальное сжатие (а)

• горизонтальное растяжение (б)

• горизонтальный сдвиг в вертикальной плоскости (г). Если геологи говорят о разрыве, называя его сдвигом, то именно этот сдвиг по умолчанию и имеется в виду.

• вертикальный сдвиг (д)

• горизонтальный сдвиг в горизонтальной плоскости (горизонтальное скашивание (в).

На рис.2 изображены те же 5 обстановок, но с принципиальной схемой сформировавшихся в них структур. Обстановка 5 не встречается самостоятельно, поэтому никакие структуры в соответствующем параллелепипеде не показаны.

В природе часто наблюдается сочетание обстановок. Наиболее известны сочетание горизонтального сжатия со сдвигом – транспрессия и сочетание горизонтального растяжения со сдвигом – транстенсия, хотя в широкий обиход эти понятия вошли не так уж давно. Реже говорят о сочетании горизонтального сжатия с горизонтальным скашиванием. Последняя из названных сложных обстановок встречается очень часто и обусловливает вергенцию складчатости и образование надвигов. Совсем недавно М.А. Гончаровым (Гончаров и др., 2009) на основании наших работ по сдвигам Западной Сибири было предложено выделять еще одну сложную обстановку. Это сочетание горизонтального сдвига в вертикальной плоскости (или просто сдвига) с горизонтальным скашиванием. Такую обстановку он предложил называть трансламинацией.

Кроме того, следует иметь в виду, что перечисленные обстановки могут сменять друг друга с течением времени. Например, для складчатых областей характерно смена обстановки горизонтального сжатия сочетанием такого сжатия с горизонтальным скашиванием.

Наконец, надо учитывать, что напряженное состояние в рамках одного типа обстановки может быть разным. Пример: горизонтальный сдвиг в вертикальной плоскости. Он может быть как однородным так и неоднородным – по горизонтали, по вертикали и одновременно по горизонтали и вертикали.

Возникает вопрос – какие структуры возникли бы в рассматриваемых обстановках в неслоистой среде? Могли бы в такой среде образоваться складки? Ответ очевиден – конечно, нет. Этот пример показывает, что такое свойство среды, как слоистость, играет очень важную роль в структурообразовании. Слоистость – это одна из форм проявления неоднородности геологической среды. На самом деле эта среда неоднородна на разных уровнях и все тектонические процессы протекают именно в неоднородной среде. Неоднородность – неотъемлемое свойство геологической среды.