Внутреннее строение разломов. Сейсмичные и асейсмичные разломы

Поверхности разлома, будь они гладкими или состоящими из серии мелких трещин, обычно изогнуты. Таким образом, относительное смещение двух поверхностей разлома создает области растяжения и сжатия (рис. 5.14). Области растяжения раскрываются подобно серии линз или костям домино (рис. 5.15, а, б, в), выстроившимся параллельно поверхности разлома, и в случае небольшого раскрытия заполняются аналогично ориентированными волокнистыми минералами (рис. 5.18).

Рис. 5.14. Области растяжения и сжатия вдоль разлома с искривленной поверхностью

Рис. 5.15. Трещины растяжения и «кости домино», связанные с неплоскими разломами. а и б - полости растяжения, образовавшиеся вследствие смещения по разлому, поверхность которого состоит из перемежающихся участков сдвига Р и растяжения Т: а – теоретическая модель; б трещины в естественных условиях (Gamonil, 1983, Jour. Str. Geol., 5, 33); в - образование осадочного бассейна по тому же механизму, действующему в масштабе коры вдоль магистрального разлома

Появление участков сжатия зависит от механизма преодоления препятствий на пути движения по разлому (рис. 5.16). При хрупкой деформации разрушение и измельчение пород создают брекчин и микробрекчин, формирующиеся из фрагментов пород разного размера и в различной степени сцементированные новообразованными минералами.

Рис. 5.16. Типы деформации в зависимости от глубины вдоль взброса (Sibson, 1977, Jour. Geol. Soc., 133, 191, с изменениями)

Можно предполагать, что, начиная с определенной глубины, брекчии образуются в результате гидравлического разрыва и что в процессе движения среда разуплотняется и разжижается (разд. 3.2.5). Флюиды также вызывают связную деформацию путем растворения контактирующих с ними участков плоскости разлома, на которых концентрируются напряжения. Признаком такого растворения являются стилолиты (рис. 5.17,в).

Рис. 5.17. Штриховка на плоскости разлома, указывающая направление движения: а - ступенчатая поверхность разлома; б - волокнистые минералы в левостороннем нормальном разломе; в - стилолиты в правостороннем взбросе (Mattauer, 1973. Hermann ed., Paris)

Механизм пластической деформации в пластических разломах и зонах сдвига на глубине действует вместо предшествующего механизма. На это указывает развитие милонитов и ультрамилонитов. Малый размер зерен в них (субмикроскопический в ультрамилонитах) - следствие катаклаза и динамической рекристаллизации (разд. 4.2.1, 8.3.2). Наконец, фрикционное плавление приводит к локальному заполнению разрывов псевдотахилитами (разд. 8.3.2).

Сейсмичные и асейсмичные разломы. Описанные выше структуры пластической деформации характерны для разломов, по которым движение происходит с геологической скоростью (порядка нескольких сантиметров в год). Такие разломы называются асейсмичными в отличие от сейсмичных, смещения по которым внезапны (скорость измеряется километрами в секунду).

С последними связаны структуры сильного разрушения (образование брекчий может включать структуры обоих типов, либо наложенные друг на друга в одном месте, либо переходящие друг в друга по простиранию разлома. Это указывает на возможность последовательной смены эпизодов связной и разрывной деформаций в одном месте или плавного скольжения некоторых участков разлома, в то время как другие его участки, обычно неподвижные, смещаются внезапно и быстро.

После очередного катастрофического события девиаторные напряжения релаксируют, а затем снова нарастают, пока не наступает новый скачок смещения. Такой процесс называется скачкообразным скольжением. Оба типа деформации наблюдаются на разломе Сан-Андреас. На некоторых его отрезках смещение происходит равномерно со скоростью 1-2см/год, но в окрестностях Сан- Франциско, где движение по разлому блокировано, последнее внезапное смещение в 1906 г. достигло примерно 5 м.

Микроструктурный анализ смещений. В разломах имеются структуры, являющиеся свидетельствами происшедших смещений. Чаще всего встречается штриховка, но наблюдается также изгиб крыльев (рис. 8.18, а) и даже складки волочения (рис. 8.18, 6).

Штрихи указывают на направления смещения, а точнее, последнего из смещений. Они часто асимметричны и образуют зазубрины на плоскости разлома, свидетельствуя о направлении движения. Если причина штриховки известна, по ней можно судить о направлении движения. Причины штриховки можно связать с наростами волокнистых минералов (рис. 5.17, 6), стилолитами (рис. 5.17, в), твердыми частицами, прикрепившимися на одной стороне разлома и царапающими другую его сторону (рис. 5.17, г), а также с трещинами второго порядка Р и R (разд. 5.5.6, рис. 5.21 и 5.23). Волокнистые наросты и стилолиты могут быть обращены друг к другу, как показано на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Волокнистые кристаллы кальцита и стилолитовые шипы на обращенных друг к другу частях искривленной поверхности левостороннего разлома.