2.1.4. Тектонические трещины

Образование тектонических трещин обусловлено проявлением тектонических сил, вызываемых в земной коре эндогенными процессами. Возникающие при этом деформации почти всегда сопровождаются развитием трещин в горных породах, как на небольших участках, так и на огромных пространствах. Они более выдержаны по простиранию и падению, нередко ориентированы одинаково в разных по составу породах и подразделяются на следующие разновидности: 1 – трещины отрыва; 2 –трещины скалывания; 3 –кливаж.

Трещины отрыва

Трещины отрываобразуются в несколько стадий при проявлении в горных породах нормальных напряжений, превышающих пределы прочности этих пород, и ориентированы перпендикулярно к растягивающим усилиям (рис. 2.2). Они обычно приоткрыты, с неровной поверхностью и непротяжённые как по падению, так и по простиранию. Могут проявляться как в локальных участках, так и на больших пространствах, например, на бортах крупных прогибов или пологих смыкающих крыльях региональных флексур. Локальные трещины отрыва образуются на участках растяжения при формировании складок (продольные и поперечные трещины в ядрах линейных складок) и разрывов, а также на сводах куполовидных поднятий, где они радиально и концентрически расположены.

Трещины отрыва образуются также в условиях сжатия горных пород. Они короткие, расположены кулисообразно, параллельно оси сжатия и перпендикулярно к оси поперечного растяжения обычно в зонах тектонического дробления.

Трещины скалывания

Трещины скалывания образуются в условиях сжатия в направлении максимальных касательных напряжений при нагрузках, превышающих прочность пород (рис. 2.2).

Они выдержанны по простиранию и падению и обладают большой протяженностью. Стенки трещин обычно плотно сжаты и имеют гладкую поверхность, нередко со штрихами скольжения.

Рис. 2.2. Боковые оперяющие трещины, образующиеся при взбросе (а) и сбросе (б) в разрезах. Трещины скалывания (тонкие линии, параллельные плоскости сместителя) и трещины отрыва (жирные линии, расположенные под углом к плоскости сместителя. Стрелками указано направление смещения крыльев разрывов и направление максимальных касательных (τmax) и нормальных (σmax) напряжений.

Широко распространены трещины скалывания на участках, нарушенных сдвигами, сбросами и взбросами. Они формируются вблизи и параллельно поверхности сместителя одновременно с трещинами отрыва, которые ориентированы в противоположную сторону по отношению к наклону сместителя и перпендикулярно к оси наиболее растягивающих напряжений. Острый угол между трещинами отрыва и поверхностью сместителя (или трещинами скалывания) направлен в сторону перемещения крыла или блока (рис. 2.2).

Трещины скалывания и отрыва, проявленные в зонах разрывных нарушений, получили название «оперяющих трещин». При наложении трещин скалывания на трещины отрыва может произойти их объединение и образование единой крупной трещины. Трещины скалывания широко распространены в областях, где породы претерпели катагенез, метаморфизм и складчатость, и наблюдаются как в осадочных, так и в эффузивных и интрузивных породах.

Кливаж

Кливаж образуется обычно на последней стадии развития пластических деформаций, характеризующейся потерей прочности перед разрывом.

Кливаж(франц.clivage– раскалывание, расщепление) – густая сеть параллельных поверхностей с ослабленными в результате пластической деформации связями между частицами горной породы, по которым в дальнейшем порода может раскалываться на очень тонкие (например, от сантиметров – в песчаниках и алевролитах до долей миллиметра – в углистых сланцах) пластинки. В противоположность другим трещинам кливаж не нарушает сплошности пород. И только у дневной поверхности кливаж может иметь вид открытых параллельных трещин со следами скольжения и притирания. Кливаж развит далеко не повсеместно – нередко он отсутствует в породах, смятых в сложные складки, а в пределах складки может быть не в каждом слое. Он является очень важной вторичной структурой осадочных и в особенности метаморфических пород. Элементы кливажа замеряются также как и другие плоскостные элементы – слоистость, сланцеватость и др. В литературе приводится довольно много разновидностей кливажа.

1.Относительно возраста образования выделяетсякливаж первичный и вторичный.

Кливаж первичныйвозникает в горных породах под влиянием внутренних причин, зависящих от вещества сомой породы и от внутреннего сокращения объёма породы в процессе литогенеза. Выражается он обычно в образовании двух перпендикулярных друг к другу и к наслоению систем параллельных трещин.

Кливаж вторичныйобразуется в результате деформации горных пород под влиянием внешних тектонических воздействий и заключается в появлении трещиноватости. Вследствие различной направленности возникающих при деформации напряжений трещины кливажа располагаются под разными углами к первичным текстурным элементам пород.

2. Относительно положения кливажа в складчатых структурах выделяетсяпослойный кливаж,секущий кливаж(веерообразный,обратный веерообразныйиs-образный),параллельный кливажилинейный кливаж(рис. 2.3).

Рис. 2.3. Разновидности кливажа. а- послойный кливаж. Секущий кливаж: б – веерообразный; в – обратный веерообразный; г – S-образный; д – параллельный.

Послойный кливажрасположен параллельно слоистости и рассмотрен ниже каккливаж напластования.

Кливаж обратный веерообразный, поверхности которого сходятся над антиклиналями, наблюдается обычно в относительно маломощных слоях пластичных пород, залегающих среди мощных, менее пластичных пород.

Рис. 2.4. Образование пучков и «рефракция» кливажа осевой плоскости (По Хоббсу и др., 1976)

Кливаж веерообразныйаналогичен предыдущему, но только поверхности трещин расходятся над антиклиналями и сходятся над синклиналями. В складчатых структурах в результате рефракции кливажа осевой плоскости образуется веерообразный кливаж в виде пучков (рис. 2.4).

Кливаж s-образный(кливаж искривлённый) имеет разную ориентировку в пластах разного состава, но сохраняет параллельность по отношению к оси складки во всех слоях.

Параллельный кливажрасположен параллельно осевым поверхностям складок и рассмотрен ниже каккливаж течения.

Кливаж линейный характеризуется ориентированным расположением минералов не только по сланцеватости, но и в плоскости наслоения, разделяет породу на мелкие столбчатые и призматические частицы в направлении осей складок.

3.В генетических классификациях кливажа выделяетсякливаж течения,смятия,разлома, скалывания, напластования,скольженияирастяжения.

Кливаж течения, который иногда называюткливажём сланцеватости,кливажём осевой поверхности, кливажём истеченияиглавным кливажём, обусловлен параллельной ориентацией пластинчатых или удлинённых минералов, расположенных параллельно осевым поверхностям складок (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Кливаж течения Кливаж течения обозначен пунктирными линиями, параллельными осевым плоскостям (А.Р.) складок.

Он образуется в результате пластических деформаций и ориентирован под прямым углом к малой осиСС´, проходит через большую осьАА´и среднююВВ´ось эллипсоида деформации. Кливаж разлома и кливаж скалывания (shear cleavage) развиваются в основном параллельно плоскостямSS'иS''S'''Острый угол между слоистостью и плоскостями кливажа течения открыт навстречу вектору, указывающему направление относительных смещений (рис. 2.6). Такое соотношение существует и в опрокинутых складках (рис. 2.7).

Рис. 2.6. Кливаж течения в тонком пласте податливых пород в симметричной складке. Кливаж показан густой штриховкой, параллельно оси АА' Стрелки указывают направление, в котором слои смещаются (или скалываются) относительно друг друга.
	Рис. 2.7. Кливаж течения в тонком пласте податливых пород в опрокинутой складке. Кливаж показан густой штриховкой, параллельно оси АА' эллипсоида деформации

Очень полезно при изучении кливажа течения учитывать следующие закономерности:

● Соотношение кливажа и слоистости отражает относительное дифференциальное перемещение слоёв и, следовательно, позволяет установить подошву и кровлю пласта и характер (нормальный, запрокинутый) залегания пластов. В крыльях нормальной (не запрокинутой) складки кливаж имеет более крутое падение, чем слоистость (нормально залегающие слои), а в опрокинутых слоях запрокинутого крыла – падение кливажа более пологое, чем слоистость (перевёрнутое залегание) (рис. 2.8).

	Рис. 2.9 Кливаж течения в трёх измерениях. Кливаж показан частой штриховкой, направление скола или относительного перемещения показано стрелками. Оси эллипсоида деформации показаны в верхнем углу каждой блок-диаграммы. А – симметричная, не испытывающая погружение складка: В – симметричная нейтральная складка с вертикальным шарниром; С – симметричная складка, с наклонно погружающимся шарниром.
Рис. 2.8. Соотношение кливажа течения, слоистости и осевых поверхностей складок в разрезе. А –кливаж перпендикулярен к слоистости в замке складок; Б – кливаж круче слоистости в крыле нормальной складки; В – кливаж положе слоистости в запрокинутом крыле опрокинутой складки

● Параллельность простирания кливажа и слоистости в крыльях складки свидетельствует о горизонтальном положении шарнира (оси) складки (рис. 2.9). В этом случае в ядрах (замках) складок кливаж будет почти перпендикулярен к слоистости. Секущее положение кливажа к слоистости в горизонтальных и вертикальных сечениях говорит о наклонном положении шарнира (оси) складки (рис. 2.9). В случае вертикального погружения шарнира складки простирание кливажа и слоистости различны, но в вертикальном сечении следы кливажа и слоистости совпадают (рис. 2.9).

● Изучение кливажа в вертикальной и горизонтальной плоскости позволяет определить величину угла погружения шарнира складки. Величина угла погружения шарнира соответствует углу наклона к горизонту следа слоистости на плоскости кливажа (рис. 2.10, 2.11).

Рис. 2.10. Схема, поясняющая расположение кливажа течения в складке. Наклон слоистости на поверхности кливажа указывает направление погружения шарнира	Рис. 2.11. Трёхмерное изображение кливажа течения. Кливаж изображён пунктирными линиями. Угол погружения (Р) шарнира складки равен углу между линией напластования в плоскости кливажа и горизонтальной линией

● Наблюдения над кливажём, проведённые систематически на большой площади, позволяют сделать некоторые выводы о структуре района в целом. Например, выдержанное наклонное падение кливажа течения указывает на опрокинутость целой системы складок, причем угол падения осевых поверхностей этих складок соответствует углу падения кливажа. Параллельность кливажа течения напластованию указывает на изоклинальные складки – прямые при вертикальном или наклонные при наклонном падении кливажа.

● Постоянство элементов залегания кливажа указывает на однообразную структуру площади. Различные направления простирания кливажа в различных частях района свидетельствует о наличии различно ориентированных складчатых структур.

Изучение кливажа течения в кернах скважин также позволяет судить о положении осевых поверхностей складок и типе складок.

Кливаж смятия(синоним –кливаж плойчатости) – одна из разновидностей кливажа течения. Это редкая разновидность кливажа, расположенного параллельно осевым поверхностям микроплойчатости. Он образуется при интенсивном развитии микроскладчатости, переходящей в сжатую микроплойчастость с параллельными крыльями.

Кливаж разлома(скола) – это явление скалывания и связь его с деформирующими силами будет несколько иной по сравнению с кливажём течения (рис. 2.5-2.7).

Рис. 2.12 Кливаж разлома в податливом слое, смятом в складку, изображённый частой вертикальной штриховкой.

Он образуется параллельно плоскостям S''S''' и иногда по SS'.

На рис. 2.12 приведён частный случай, когда кливаж разлома параллелен осевой плоскости складки. Обычно он наклонён в сторону осевой поверхности складки или её замыкания.

Кливаж разлома наклонён к напластованию и острый угол между напластованием и кливажём обращён в направлении скалывания или относительного дифференциального движения. Кливаж разлома является, в сущности, тесно сближенной трещиноватостью. Расстояние между плоскостями кливажа от миллиметров до сантиметров. Минералы ориентированы не параллельно кливажу. Кливаж разлома подчиняется законам сколовых трещин – наклонён к меньшей оси эллипсоида деформации под углом 45º. Обычно при деформации образуется только одна система плоскостей кливажа разлома. Хотя кливаж разлома и имеет сколовый характер, видимое смещение в плоскостях кливажа отсутствует. Плоскость кливажа ориентирована к зоне разлома таким образом, что острый угол между кливажём и зоной разлома указывает на направление дифференциального движения блоков (рис. 2.13), что позволяет определить тип разлома.

Рис. 2.13 Кливаж разлома. А – на крыльях складки; Б – в зонах нарушений: надвига (а) и сброса (b)/

Кливаж скалыванияиликливаж смещенияобразуется тогда, когда в кливаже разлома вдоль трещин происходят дифференциальные смещения. Пластинчатые минералы могут быть ориентированы параллельно кливажу, а новые – кристаллизуются в плоскости кливажа. В таких случаях он может быть принят за кливаж течения.

Кливаж напластования (кливаж напластования илисланцеватость напластования) ориентирован параллельно напластованию. Он может образоваться в результате изоклинальной складчатости, приспособляемости перекристаллизации, метаморфизма нагрузки или течения, параллельного напластованию. В литературе он иногда может рассматриваться каккливаж послойный,кливажслоевой,расслоение,рассланцевание слоевое. При выделении этого вида кливажа необходимо точно устанавливать, что наблюдаемая полосчатость первичная, а не вторичная –метаморфическая,сегрегационная и др.

Кливаж скольженияв отличие от кливажа течения не зависит от расположения минеральных частиц породы, т.е. не подчинён внутренней структуре породы. Кливаж скольжения, часто называемый кливажём разлома, представляет по существу сближенную тонкую трещиноватость сколового типа, но в отличие от кливажа разлома в нём более отчетливо проявлены дифференциальные перемещения по плоскостям кливажа. Он параллелен плоскостям скалыванияSS´иS´´S´´´и наклонён к напластованию так, что острый угол между слоистостью и плоскостью кливажа открыт навстречу вектору, указывающему направление дифференциального движения (рис. 2.14).

Рис. 2.14 Типы кливажа скольжения (По Рикарду, 1961). Кливаж скольжения: а – зональный; б – прерывистый; в – противоположные направления вращения, на которые указывают микроскладки волочения и смещение плоскости кливажа.

Довольно часто кливаж скольжения тесно связан с кливажём течения. Обе структуры могут существовать совместно и постепенно переходить одна в другую. Кливаж скольжения может быть использован при изучении крупных складок, как и кливаж течения. Кроме того, наклонное положение его к осевым плоскостям более или менее симметричных складок, позволяет определять характер и положение осей складчатых структур. Постоянство направлений и углов падения кливажа указывает на простые широкие складки, а места изменения направлений падений – на положение осей складок.

Кливаж растяженияобразуется в результате растягивающих усилий, направленных по оси складок. Он отчётливо проявляется на плоскостях расслоения обычно в виде двух систем трещин, пересекающихся под углом 30-50º и разделяющих прослои пород на пластины ромбовидной формы. Длинная ось ромбовидной пластинки обычно совпадает с осью складки.

Помимо рассмотренных видов кливажа, в слоистых породах иногда отмечается кливажная полосчатость, или полосчатость по кливажу. Более пластичные слои выжимаются по плоскостям кливажа, секущим жесткие слои, и образуют пропластки от долей сантиметра до первых сантиметров (рис. 2.15, А).

Рис. 2.15. Кливаж по полосчатости (кливажная полосчатость) и полосчатость ориентировки (сегрегационная полосчатость). А – кливажная полосчатость (тонкие линии) расположена под углом к первичной полосчатости (широкие черные полосы – глинистый сланец и светлые полосы - песчаники). В – сегрегационная полосчатость.

В однородных по составу и иногда в слоистых метаморфических породах может возникать слабо выраженнаясегрегационная полосчатостьв результате перекристаллизации и метаморфической дифференциации пород и обособлением светлых и темных минералов в полосы, ориентированные параллельно сланцеватости (рис. 2.15, Б).

Рис. 2.16. Кливаж течения не параллелен осевым плоскостям складок.

В предыдущих рассуждениях и примерах принималось, что все рассмотренные выше разновидности кливажа были сформированы одновременно со складкообразованием. Но в отдельных случаях, кливаж может возникать при повторных деформациях после складкообразования и тогда он будет ориентирован в соответствии с действием новой пары сил. На рис. 2.16 показано, что складки были образованы в результате действия простого сжатия действием пары силHиH',а кливаж течения, обозначенный пунктирными линиями, образован действием пары силSиS'.

Субпараллельность рассмотренных выше кливажей или поверхностей раздела обязательна лишь для ограниченного участка крыльев складок и разрывных нарушений одного и того же петрографически однородного слоя. Ясно, что с изменением состава и залегания горных пород положение кливажа может меняться.

Деформации по поверхностям раздела проявляются в виде скалывания, излома, изгиба, смятия, расплющивания и т.д. В конечном итоге, как правило, все они приводят к видимому или микроскопическому перемещению материала по этим поверхностям. Последние, строго говоря, не являются поверхностями, а представляют собой чаще всего зону, в пределах которой и происходят различные деформации. Некоторые типы поверхностей раздела по их внутреннему строению показаны на рис. 2.17. Они довольно условны и зависят от масштаба проявления.

В обнажениях обнаружить кливаж не всегда просто. Иногда может быть пересечение двух и более кливажей и слойчатости, которые могут образовывать сложные формы обломков, Кроме того, поверхности раздела могут быть залечены разнообразными минеральными новообразованиями. Основные признаки отличия кливажа от слоистости приведены в таблице (рис. 2.18).

Рис. 2.17. Типы поверхностей раздела кливажа. 1 – трещины; 2 – зоны сближенных трещин; 3 – короткие и узкие крылья резких флексурообразных изгибов (микроскопические кинк-банды); 4 – тонкие крылья плавных флексурообразных изгибов; 5 – зоны смятия; 6 – осевые поверхности гармонеобразных («ломаных») складок; 7 – длинные и узкие крылья складок волочения; 8 – зоны параллельных плоских минералов и зёрен (зоны сланцеватости); 9 – сплошная параллельная ориентировка плоских минералов и зёрен (сплошная сланцеватость, чётко выраженной поверхности раздела нет); а – поверхности раздела; б – слоистость.

Рис. 2.18. Признаки отличия кливажа от слоистости