2. Структурные элементы

2.1 Разломы

Разлом это более или менее плоская поверхность или зона, по обе стороны относительно которой горные породы были смещены из-за сдвигового перемещения (то есть сдвинуты параллельно поверхности разлома). Разломы могут представлять собой узкие (бесконечно-протяженные) плоскости, и могут также быть широкими зонами, состоящими из массива сложных деформационных элементов. Разломы показывают податливость масс горных пород, и важно, что они показывают локализованность деформации (в противоположность к распространенной в пространстве) в масштабе наблюдений. Геометрическое строение разломов, сети разломов используются для описания положений крупномасштабных зон деформаций.

Большинство разломов не вертикальные; напротив, большинство их наклонные. Угол отклонения «вниз» от горизонтали плоскости разлома называется его углом падения, а отклонение от направления на север горизонтальной линии, лежащей на плоскости разлома, называется углом простирания (Рис. 1). У вертикального разлома угол падения 90⁰, а не вертикальные разломы имеют углы падения от очень пологих (10-30⁰) до умеренных (40-60⁰) и до крутых (70-89⁰). Угол падения плоскости разлома, вместе с направлением смещения (смотри дальше), используются для выяснения, к какому типу разлом относится.

Рисунок 1

Определение углов падения и простирания поверхности

Заметьте: структурная геология близко связана с геометрией. Определение и объяснение структурных элементов обязательно требуют изображения их геометрии. Существует три основных метода, используемых для изображения формы структур (Рис. 2). Трехмерная блок-диаграмма возможно является наиболее легко понимаемой из этих трех методов, поскольку она очень «наглядная». Поперечный разрез – можно представить себе, что он является стороной блок-диаграммы (в то время, как другие стороны и верхняя плоскость не показаны), а карта является просте верхней частью этой блок-диаграммы, отображенной на двухмерном плане (на листе бумаги). Хотя существует большое количество разных типов карт (см. Главу 7), структурные элементы описываются с помощью либо геологических карт, либо структурных контурных карт.

Рисунок 2

Типы изображений, используемых для описания структурных элементов

Каждый разлом разделяет массив горных пород на два блока. В случае невертикальных разломов блок, лежащий под плоскостью разлома называется лежачим вне зависимости от направления смещения по разлому, а блок, расположенный выше плоскости разлома, называется висячим (Рис. 3). Термины лежачий и висячий пришли из рудной промышленности, где с плоскостями разломов часто имели дело при подземных работах (некоторые разломы в орогенных (горных) поясах являются местом повышенного проявления минерализации, благодаря тому, что они являлись хорошими проводниками для растворов (гидротермальных)). Лежачий блок (представим подошвы шахтера на лежачем блоке) и подвешенный блок (представим шахтера, подвешенного к своду шахты – типично английский юмор) невозможно определить для вертикального разлома.

Рисунок 3

Определение терминов лежа-чий и висячий блоки с учетом наклонной плоскости разлома, но вне зависимости от направления смещения

Т

Рисунок 4

Типы разломов, определенные по смещению вдоль плоскости разло-ма. А: Нормаль-ный (скользя-щий-по-паде-нию) разлом; В: перевернутый (скользящий-по-падению) раз-лом (взброс); С: скользя-щий-по-прости-ранию разлом (сдвиг) (показан лево-сторонний)

ипы разломов определяются по направлению смещения вдоль плоскости разлома (Рис. 4). Скользящие-по-падению разломы (движение скольжения направлено параллельно направлению падения), если висячий блок двигается вниз (по отношению к лежачему блоку) называются нормальными разломами. Нормальные разломы обычно связаны с растяжением, расширением (пространственным увеличением в одном направлении). Если висячий блок поднялся выше лежачего, такой разлом называется перевернутым. Перевернутые разломы (взбросы) (надвиги являются перевернутыми разломами с малыми углами падения – меньше, чем 25⁰) ассоциируются с зонами сжатия (пространственного сокращения в одном направлении). В случае скользящих-по-простиранию разломов (сдвигов) (где движение параллельно простиранию), мы используем термины левосторонний и правосторонний для указания направления относительного движения, как это видится, если смотреть вниз на карту.

Р

Рисунок 5

Типы зон разломов. А: простая, единичная поверхность смещения; В: разломная зона, состоящая из нескольких поверхностей сдвига; С: распределенная (пластичная) зона сдвига

азломы могут быть простыми или сложными зонами смещений (ис. 5). В нефтяной (и газовой) промышленности разломы часто используются как простые, единичные раскалывания (так принимается почти во всех случаях в масштабе карт месторождений), но в дейстивительности они гораздо более вероятно подобны сложнопостроенным зонам. Единичное раскалывание разлома очень даже просто может оказаться гораздо более сложной зоной разлома по мере того, как мы укрупняем масштаб наблюдения. Крупные, «незатронутые» блоки горных пород, которые находятся внутри зоны разлома, окруженные сдвинутыми и деформированными породами, называются «останцами». Согласные (с подобным падением) и несогласные (противоположного падения) разломы - эти названия применяются к меньшим по размеру разломам, которые оперяют более крупные разломы.

Разломы имеют тенденцию формироваться в группы, или массивы, создавая различную геометрическую упорядоченность блоков, которые являются потенциальными ловушками углеводородов. Для системы разломов, имеющих подобное простирание, обычным является то, что одни разломы имеют падение в одном направлении, в то время, как другие имеют падение в противоположном направлении (смотри приложение по механике горных пород для объяснения этого факта). Как видно на изображенном поперечном разрезе (Рис. 6), такое расположение нормальных разломов создает блоки, которые приподняты или опущены вниз по отношению друг к другу. В этой схеме поднятые блоки называются горстами, а опущенные вниз блоки называются грабенами. Любопытно, но выглядит так, что деформации, которые приводят к сокращению (сжатию) слоев, очень редко создают равное количество погружающихся-налево и погружающихся-направо разломов; может быть, это связано с тем, что такое разломообразование связано со спредингом краевых частей плит земной коры, процессом, который имеет ярко выраженное преимущественное направление.

Рисунок 6

Схемы структурных режимов А: расширения;

и В: сжатия

Крупные разломы обычно не плоские. Ложкообразные разломы – это искривленные разломы, круто погружающиеся на мелких структурных уровнях и полого погружающиеся на более глубоких структурных уровнях. Нормальные ложкообразные разломы очень важны в областях расширения, поскольку они являются причиной вращения блоков (рис. 7). Когда блоки наклоняются, то тем самым дают шанс для отложения новых осадков, которые в таком случае, образуют клинообразные толщи горных пород. Такая ситуация называется полу-грабен (это опущенный вниз блок, но только одной стороной). Приподнятая часть (гребень) наклонного блока пердставляет собой потенциальную ловушку углеводородов, в то время, как погруженная часть больших наклонных блоков может быть настолько удалена, что прогреется и и таким образом попадет в зону углеводородообразования. Ложкообразные разломы важны также в областях сжатия, где с ними могут быть связаны складки (смотри далее по тексту).

Рисунок 7

Важность разломообразования в условиях растяжения для системы углеводородов

Смещение разлома не является постоянным вдоль сей поверхности разлома. Смещение постоянно изменяется вдоль разлома и достигаем

максимума около его центральной части. Реальные зоны разломов обычно состоят из многочисленных сегментов разломов, которые частично перекрываются, с промежуточными участками деформированных пород (см. Рис. 8).

Рисунок 8

Пояснение сложности строения зон разломов

О

Рисунок 9

Кривая совокупности разломов, представляющая степенную зависимость. Эта кривая была использована для экстраполяции совокупности разломов ниже предела разрешающей способности сейсморазведки

тмечено, что в системе разломов самые крупные (длинные на картах или разрезах) из них имеют и самое большое смещение. Замечена также тенденция к тому, что чем меньше разломы, тем их больше, и наоборот, чем они крупнее, тем они реже. Это взаимоотношение часто выражается в виде спепенной кривой (рис. 9). Используя это взаимоотношение мы можем смоделировать наличие вне-сейсмических разломов (которые слишком малы для того, чтобы быть видными на сейсмических временных разрезах) (но мы должны быть очень осторожны и не использовать эту методику вслепую)

Обычные типы разломов иногда интерпретируются таким образом, чтобы предположить ориентацию основных напряжений, которые существовали в момент образования разлома (смотри Приложение). При таком подходе идеализированный нормальный разлом будет иметь по вертикали максимальное основное напряжение сжатия (σ₁), идеализированный взброс будет иметь минимальное основное напряжение (σ₃) и идеализированный сдвиг будет иметь по вертикали промежуточное основное напряжение (σ₂) (Рис. 10). Хотя эта простая взаимосвязь очень полезна в качестве обучающего инструмента, раельное распределение напряжений редко бывает столь однообразным и однородным, как показано в этой концептуальной модели (эта проблема излагается более подробно в механике горных пород), и ее чрезмерное использование – очень часто встречающаяся ошибка.

Рисунок 10

Ориентация основных напряжений для трех идеализиро-ванных типов разломов