5. Вторичные формы залегания горных пород

Деформация и разрушение

При приложении нагрузки тело изменяет форму, т. е. деформируется. В качестве действующей силы, приводящей к появлению большинства деформаций горных пород, выступает стресс – однонаправленное давление тектонической природы. Если при снятии напряжения тело восстанавливает свою форму, то такую деформацию называют упругой, в противном случае, говорят о пластичной (остаточной) деформации. Предел упругости – нагрузка, выше которой тело теряет упругие свойства. При этом, вязкость – это способность тела противостоять нарастанию пластической деформации.

Все возможные виды деформаций можно свести к комбинации трех их типов (рис.57): растяжение, сжатие и сдвиг. При простом сдвиге (рис.58) расстояние по вертикали между двумя горизонтальными гранями квадрата не изменяется (расстояние ВС). Такой вид деформации горных пород практически не встречается. Чистый сдвиг характеризуется равенством сторон четырехугольников до деформации и после нее (рис.57,в). Горизонтальные стрелки (рис.57,в) – это действующие силы, а вертикальные – реактивные, они нужны чтобы тело не вращалось при сдвиге.

Рис. 57. Различные виды деформаций (Михайлов, 1984).

а - растяжение; б - сжатие; в - чистый сдвиг; г - изгиб; д - кручение; сплошные стрелки - действующие силы; пунктирные - смещения

Рис. 58. Деформация простого сдвига (Белоусов, 1986).

Квадратный элемент ОАВС, выделенный осями х, у, перекосился на угол γ и превратился в параллелограмм ΟΑ₁Β₁C

Разрушения по характеру проявлений подразделяется на хрупкие (рис.59), протекающее без остаточной деформации, и вязкие (рис.60), когда перед разрушением тело испытывает пластичную деформацию.

Рис. 59. Хрупкое разрушение при растяжении (а), сжатии (б) и сдвиге (в) (Михайлов, 1984) .

1 - активная пара сил; 2 - реактивная

Рис. 60. Вязкое разрушение при растяжении (а), сжатии (б), сдвиге (в) (Михайлов, 1984) . 1, 2 - см. рис. 59

При хрупких разрушениях формируются трещины отрыва, а при вязких – скалывания.

На характер деформации влияет множество факторов:

• однородность и неоднородность горных пород;

• температура – с ее повышением понижается вязкость, и разрушение скалывания становится более вероятным;

• повышение всестороннего давления приводит к увеличению вязкости;

• одновременное повышение температуры и давления с глубиной, делает возможными значительные пластические деформации без разрыва сплошности;

• скалывающие напряжения понижают вязкость;

• фактор времени – при длительной нагрузке хрупкие тела ведут себя как пластичные;

• поровые воды (воздействуют разнообразно).

5.1. Пликативные дислокации

5.1.1. Моноклиналь

Моноклинальное (или наклонное) залегание (рис.61) определяется по общему наклону слоев в одну сторону и под одним углом на значительных расстояниях – более сотен метров. Часто моноклиналь оказывается частью более крупной складчатой структуры. Для характеристики моноклинали используют: направление и угол падения, ширину (расстояние по падению) и длину. Структурами второго порядка, т.е. осложняющими строение моноклинали, являются флексуры (рис. 62, 63, 64) , структурные террасы и структурные носы.

Флексуры – это коленообразные изгибы слоев (рис. 62). Они образуются как на фоне моноклинального, так и горизонтального залегания слоев.

Рис. 61. Модель наклонного залегания слоев (Stephen J. Reynolds)

Элементы флексуры: крылья (верхнее (АБ), нижнее (ВГ) и смыкающее (БВ)), угол наклона смыкающего крыла (α) и вертикальная амплитуда смыкающего крыла (а). В зависимости от направления падения смыкающего крыла выделяют согласные (или синтетические) и несогласные (или антитетические) флексуры (рис. 63, 64).

Рис.62. Схема строения флексуры (Михайлов, 1984)

Рис. 63. Согласная (а) и несогласная (б) флексуры (Михайлов, 1984)

Рис. 64. Флексуры на крыльях поднятия. Северо-Сосьвинский буроугольный бассейн (по В.А. Лидеру).

1 — палеозой; 2-4 — верхняя юра, ярусы: 2 — келловейский, 3 — оксфордский, 4 — кимериджский; 5 — верхняя юра — нижний мел; 6 — верхний мел; 7 — палеоцен-эоцен;

8-9 — олигоцен; 10 — разрывы

В строении флексур, образовавшихся одновременно с осадконакоплением (рис. 64, 65), заметны фациальные переходы при движении от нижнего крыла к верхнему и резко уменьшенная мощность смыкающего крыла.

Рис. 65. Схема строения флексуры, развивавшейся одновременно с осадконакоплением.

Характерны различия в мощностях и фациях на крыльях, смыкающее крыло осложнено разрывами; а - песчанистые известняки, а’ - известняки; б - песчаники; б’ - алевролиты;

в и в’ - аргиллиты; г и г’ - мергели

Структурные террасы – участки более пологого залегания слоев на склоне моноклинали (рис.66).

Структурные носы - вытянутые в плане по падению участки более пологого залегания слоев. Они хорошо различимы на структурных картах (рис. 67).

Рис. 66. Схематический разрез структурной террасы

Рис. 67. Структурный нос (А) на крыльях Жигулевского поднятия. Стратоизогипсы по кровле швагеринового горизонта (по Е.Н. Пермякову).

Длина флексуры около 60 км (Белоусов, 1986).

В зарубежной литературе (Лахи, 1966) для обозначения моноклинали употребляетя термин «гомоклиналь».