Тектонические движения и дислокации горных пород

Тектонические движения можно разделить на 2 типа: колебательные движения и дислокации (складчатые и разрывные).

Колебательные движения

Колебательные движения – медленное поднятие и опускание отдельных участков земной коры, приводящие к образованию крупных поднятий и прогибов. Часто эти движения называют эпейрогеническими (рождение материков). По своей направленности они относятся к вертикальным движениям, а по масштабности проявления – к общекоровым или глубинным.

Виды колебательных движений земной коры:

– прошедших геологических периодов;

– новейшие, связанные с четвертичным периодом;

– современные, которые изучает наука неотектоника.

Особый интерес представляют современные колебательные движения, которые необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений. Так, опускание района Черноморского побережья приводит к интенсивному размыванию берегов волнами моря и образованию крупных оползней.

Современные колебательные движения наиболее интенсивно происходят в районах геосинклиналей. Установлено, например, что Донецкий бассейн поднимается относительно Ростова-на-Дону со скоростью 6…10 мм/год, а Среднерусская возвышенность – до 2 см/год. Поднимаются районы Курска (3,6 мм/год), Новая земля, Северный Прикаспий. Интенсивно продолжает подниматься Скандинавия (25 мм/год), только район Стокгольма за последние 50 лет поднялся на 19 см.

Ряд участков продолжают погружаться: Москва (3,7 мм/год), Санкт-Петербург (3,6 мм/год), Восточное Предкавказье (до 7 мм/год). Средние скорости опусканий в Азово-Кубанской впадине составляют 3…5, а в Терской впадине до 7 мм/год. Интенсивно опускаются районы Голландии (4…6 см/год), Датских проливов (15…20 мм/год), Франции и Баварии (30 мм/год). За счет опускания западного побережья Африки приустьевая часть русла р. Конго опустилась и прослеживается на дне океана до глубины 2000 м на расстоянии 130 км от берега.

Дислокации

Дислокации – нарушение первоначальных условий залегания пород, вызванное тектоническими процессами (складчатые и разрывные).

А) Складчатые (пликативные) тектонические движения обусловливают смятие слоев земной коры в складки (рис. 18). Они выводят пласты из горизонтального положения, придают наклон или сминают в складки. Все виды складчатых дислокаций образуются без разрыва сплошности слоев (пластов):

– моноклиналь – самая простая форма нарушения первоначального залегания пород, выражается в наклоне всех слоев в одну сторону;

– флексура – уступообразная коленоподобная складка, образующаяся при смещении одной части толщи пород относительно другой без разрыва сплошности. Однако мощность пород в зоне смещения сокращена;

– антиклиналь – складка, обращенная своей вершиной вверх;

– синклиналь – складка, обращенная своей вершиной вниз;

– складка – волнообразный изгиб слоев. Среди них выделяют: антиклиналь – складка, обращенная своей вершиной вверх и синклиналь – с вершиной, обращенной вниз. Синклиналь и антиклиналь, сопряженные между собой, образуют полную складку. Основными геометрическими элементами складок являются: крылья, ядро, замок, шарнир, угол, осевая поверхность и ось (рис. 19).

Рис. 18. Складчатые тектонические движения: 1 – Антиклиналь. 2 – Синклиналь. 3 – Сундучная складка. 4 – Флексура. 5 – Веерообразная складка. 6 – Изоклинальная складка. 7 – Гребневидная складка

Крылья – боковые части складки, где слои наклонены в одну сторону.

Замок – место перегиба слоев, где одно крыло переходит в другое.

Ядро – внутренняя часть складки, примыкающая к замку.

Шарнир – линия, соединяющая точки максимальных перегибов любого из слоев, образующих складку.

Угол складки – угол, образованный мысленно продолженными до их пресечения крыльями складки.

Осевая поверхность (плоскость) – поверхность, проходящая через все шарниры складки.

Ось складки – линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью.

Рис. 19. Геометрические элементы складок: 1-2, 3-4, 5-6 – крылья складок; 2-3, 4-5 – замки соответственно антиклинали и синклинали; α – угол складки

Формы складок очень многообразны, классификация их основана на различных признаках (рис. 20).

Рис. 20. Морфологические типы складок

Стрелками показано падение крыльев складки

Классификация по форме замка и соотношению между крыльями (позиция I): нормальные (острые или круглые), изоклинальные, веерообразные и сундучковые.

Классификация по положению осевой плоскости (позиция II): прямые (а), наклонные (б), опрокинутые (в), лежачие (г) и перевернутые (д) складки.

Классификация по соотношению основных размеров (позиция III): линейные (сильно вытянутые), брахискладки (укороченные) и купола. У брахискладок длина больше ширины в 2…5 раз. Купола – антиклинальные складки, имеющие изотермические очертания. Синклинальные аналоги куполов называются мульдами. Своеобразным видом куполов являются диапировые складки (купола с ядром протыкания). Они образуются, когда высокопластичные породы (соли, глины, гипсы) выдавливаются вверх, формируя ядро.

Брахискладки, купола, мульды больше характерны для платформ. Они обычно изолированы друг от друга, и образуют складчатость прерывистого типа.

Совокупность складок, проявляющуюся в определенных участках земной коры, называют складчатостью. Складчатость линейного типа проявляется обычно в пределах горно-складчатых сооружений, и охватывают их целиком.

Б) Разрывные (дизъюнктивные) тектонические движения приводят к тектоническим разрывам слоев и массивов горных пород. Смещение происходит по плоскости разрыва, которая проявляется в виде трещины. К ним относятся сбросы, взбросы, сдвиги, надвиги, горсты и грабены (рис. 21).

Сбросы образуются в условиях растяжения земной коры (в результате опускания одной части толщи относительно другой). Смещение происходит вдоль трещины, называемой сбрасывателем, которая обычно заполнена обломками (брекчиями трения). Величина перемещения характеризуется амплитудой сброса h, изменяющаяся от нескольких см до многих сотен метров. Если при разрыве происходит поднятие, то образуются взбросы. Иногда на одном участке образуется несколько разрывов. В этом случае возникают ступенчатые сбросы (взбросы).

Сдвиг– разрывные нарушения, в которых перемещение блоков относительно друг друга происходит в горизонтальном направлении. Для них характерны те же особенности, что и для сбросов.

Рис. 21. Разрывные тектонические движения: а) сброс; б) ступенчатый сброс; в) взброс; г) надвиг; д) грабен; е) горст. 1 – неподвижная часть толщи. 2 – Смещенная часть толщи. П – поверхность земли. Р – разрыв земли

Надвигв отличие от предыдущих форм разрывных дислокаций возникает при смещении толщ в горизонтальной или сравнительно наклонной плоскости. В результате надвига молодые отложения могут быть сверху перекрыты породами более древнего возраста.

Грабен возникает, когда участок земной коры опускается между двумя крупными разрывами. Этот участок обычно заполняется водой. Таким путем образовались озеро Байкал, Красное море. Грабен, расположенный сужением вниз носит название рифт (рис. 22), а грабен, расположенный сужением вверх носит название рамп.

Особо выделяется структурный элемент – рифт (рис. 22).

Рис. 22. Рифт

Рифт– крупная линейная структура горизонтального растяжения земной коры, выраженная в ее верхней части грабенообразной впадиной и ограниченной разломами сбросового (реже сдвигового) типа. Рифтогенез (рифтинг) – процесс образования рифтов в результате реализации растягивающих напряжений, возникающих под действием восходящих конвекционных потоков мантийного вещества.

Различают следующие разновидности рифта:

– континентальныйрифт, возникающий на континентах вследствие концентрации растяжения в узкой полосе, где начинаются деструкция континентальной коры, т.е. уменьшение мощности в ослабленной зоне вплоть до разрыва и раздвига коры;

– океанскийрифт, являющийся прямым продолжением континентального рифта. Основу его формирования составляет раздвиг посредством магматического расклинивания.

Горст – форма разрывных движений обратная грабену.

Особый тип разрывных тектонических нарушений представляют глубинные разломы, относящиеся к долгоживущим разломам глубокого залегания (до 700 м). Они пересекают земную кору и углубляются в мантию. Протяженность достигает сотен и тысяч км (Таласско-Ферганский разлом, протягивающийся через весь Тянь-Шань, Курило-Камчатский, разломы Рудного Алтая и др.).

Определение положения слоев (пластов) в пространстве позволяет решать вопросы глубины, мощности и характера их залегания, дает возможность выбирать слои в качестве оснований сооружений, оценивать запасы подземных вод и т.д.

Значение дислокаций для инженерной геологии. Наиболее благоприятными являются горизонтальное залегание слоев, большая их мощность, однородность состава (рис. 23).

Рис. 23. Случаи геологического строения строительных площадок: 1,2 – Благоприятные площадки для строительства. 3 – Малоблагоприятные площадки для строительства. 4 – Неблагоприятные площадки для строительства

Наличие дислокаций усложняет инженерно-геологические условия строительных площадок, нарушается однородность грунтов оснований сооружений, образуются зоны дробления, снижается прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят смещения, циркулируют подземные воды.