Можно ли разорвать пласты горных пород?
Можно ли разорвать пласт, толщу пластов или даже крупный блок земной коры? Можно, но для этого необходимы некоторые условия, и в первую очередь рост напряжений в земной коре.
Что происходит во время землетрясений с поверхностью Земли? В октябре 1994 г. произошло сильное землетрясение вблизи южной части Курильских островов. Телевидение показало последствия этой катастрофы. Было отчётливо видно, как шоссейная дорога разбита зияющими трещинами, при этом одна часть дороги оказалась опущенной на несколько метров по отношению к другой. Дорога была разорвана, когда волна напряжений превысила прочность горных пород, по которым проходило шоссе. Такое нарушение непрерывности (или, как говорят геологи, сплошности пород), т.е. большую трещину, по которой произошло смещение, и называют тектоническим разрывом в отличие от складок, где слои хоть и очень сильно смяты, но свою сплошность не теряют.
Какими только не бывают разрывные нарушения по своим размерам, протяжённости, форме и величине смещения! Известны разрывы от самых маленьких, длиной 5—20 см, до грандиозных зон' шириной в десятки и длиной в тысячи километров. Разрывы могут быть вертикальными и наклонными, могут быть и горизонтальными. Смещение по ним иногда совсем не наблюдается, а нередко достигает сотен километров. Чтобы как-то разобраться в этом многообразии форм разрывов, как и в случае складок, необходимо определить некоторые понятия, обозначающие отдельные части) разрыва, чтобы с помощью этих понятий одинаково описывать и выделять элементы разрывов.
Так, в любом разрыве всегда присутствуют поверхность, или плоскость разрыва, и крылья разрыва. Крыльями разрыва называются два блока горных пород, расположенных по обе стороны от поверхности разрыва, которые и подвергаются смещению. Так как в большинстве случаев поверхность разрыва наклонена, то крыло, располагающееся выше этой поверхности, называют висячим — оно как бы висит над поверхностью разрыва, а крыло, располагающееся ниже, — лежачим. Перемещение крыльев относительно ДРУГ друга в плоскости разрыва является очень важным показателем и называется величиной смещения, или амплитудой. По амплитуде, т.е. расстоянию между крыльями разрыва, мы судим о том, маленькое или большое было смещение по разрыву.
Когда мы смотрим на крутые горные склоны, особенно в ущельях, то часто можно наблюдать, как разрывы пересекают и смещают слои горных пород в разных направлениях. Как же можно назвать эти разрывы?
Оказывается, существует несколько главных типов разрывов — сброс, взброс (надвиг), покров и сдвиг. При сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону относительно опущенного блока, при взбросе — наоборот. При надвиге происходит то же самое, только поверхность разрыва более пологая. В случае покрова поверхность разрыва близка к горизонтальной, а при сдвиге смещение происходит вдоль поверхности разрыва, а не поперёк.
Можно легко убедиться в том, что совершенно безразлично, двигался ли один блок, а другой был неподвижен, или они оба перемещались на одно и то же либо на разные расстояния. Важен конечный результат, и всегда сбросом будет называться разрыв, поверхность которого наклонена в сторону относительно опущенного блока или крыла. Поэтому геологи и могут так легко договориться между собой.
Разрывные нарушения встречаются поодиночке, а могут образовывать группы и целые рои. В некоторых районах земного шара можно наблюдать, как заключённые между двумя параллельными разрывами типа сбросов горные породы оказываются опущенными. Такая необычная структура называется грабеном (от нем» Graben — «ров»). И действительно, такие образования напоминают огромные траншеи или рвы, как будто выкопанные гигантским экскаватором.
Если сбросов много и они параллельны друг другу образуется сложный многоступенчатый грабен. Многоступенчатые грабены называются рифтами (от англ. rift — «расселина», «ущелье»), или рифтовыми зонами. Протягиваясь на тысячи километров, они образуют сложные рифтовые системы. Хорошо известна Великая Восточно-Африканская система рифтов, прослеживаемая от Юго-Восточной Турции через Сирию, Ливан и Израиль к Красному морю и далее от Эфиопии на юг Африки, до реки Замбези. Длина такой континентальной рифтовой системы составляет более 6500 км; образовалась она по геологическим меркам совсем недавно, лишь 10—15 млн лет назад. Система рифтов, располагающихся в сводовых частях срединно-океанических хребтов, протягивается на 60 тыс. км. Вот какую невероятную длину могут иметь сложные системы тектонических разрывов.
Иногда параллельные системы разрывов ограничивают не впадину (ров), а, наоборот, поднятие — горст (от нем. Horst — «возвышенность»), напоминающее сундук, только очень длинный. Таким образом, горст — это структура, по форме противоположная грабену, т.е. её центральная часть не опущена, а поднята.
Знаменитое озеро Байкал, крупнейшее в мире хранилище пресной воды, расположено в грабене. Наибольшая глубина озера достигает 1620 м, а глубина днища грабена, установленная по осадкам плиоценового возраста (4 млн лет), составляет 5 км. Многоступенчатый байкальский грабен является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, протягивающейся на 2500 км. Такие же рифтовые системы, состоящие из грабенов, известны в Европе: Рейнский грабен, древние грабены Осло, грабен Викинг в Северном море; в Северной Америке — грабен Рио-Гранде. В Африке Великая Восточно-Африканская рифтовая система расколола континент, отделив от него восточную часть, которая и в наши дни со скоростью несколько сантиметров в год дрейфует на восток. Если этот процесс продолжится, то в будущем Аравийский полуостров и восточная часть Африки могут совсем отделиться от «чёрного континента». Но для этого придётся подождать примерно 50 млн лет.
Известны также и очень древние грабены, возраст которых примерно 2,7 млрд лет. В пределах Русской равнины, сформировавшейся на Восточно-Европейской платформе, располагаются рифейские (относящиеся к верхнему протерозою) грабены, которые формировались 0,6—1,6 млрд лет назад. Если бы «снять» покров осадочных отложений, накопившийся за последние 0,6 млрд лет на платформе, то под ним обнаружилась бы ветвящаяся система древних глубоких грабенов, которые заполнены осадочными и местами вулканогенными породами. Именно с этими грабенами геологи связывают грядущие открытия залежей нефти и газа.
Пожалуй, никакие другие типы разрывов не вызывали таких ожесточённых, порой драматических споров среди геологов, как покровы. Сами покровы нередко ставили исследователей в тупик: как это так — на более молодых горных породах практически горизонтально залегают более древние породы? Ведь очевидно, что молодые породы должны залегать выше древних, постепенно наслаиваясь на них.
Чтобы лучше понять, что такое тектонический покров, можно провести эксперимент со слоёным тортом, состоящим, например, из разноцветных прослоек крема. Нижние слои крема уложены раньше верхних, поэтому они для нас будут более древними. Давайте разрежем теперь слоёный торт сверху вниз, но под очень пологим углом наклона с одного края до другого. Упростить наш эксперимент возможно, если взять лишь один кусок торта. Если верхнюю отрезанную часть торта переместить вдоль поверхности разреза на нижнюю, оставшуюся на месте часть, мы получим модель тектонического покрова или очень пологого надвига. Действительно, нижние слои крема (в верхней части торта), т.е. более древние, будут залегать выше верхних слоев нижней части торта, т.е. более молодых.
Впервые тектонические покровы изучили в Альпах в конце XIX в. Затем их обнаружили во многих других горных областях. В покрове различают переместившиеся по разрыву толщи пород — аллохтонные (от греч. «аллос» — «другой», «иной» и «хтон» — «земля»), т.е. не местные, чуждые, • привнесённые откуда-то (в приведённом примере — это верхний кусок торта), и породы, по которым происходило перемещение тела покрова, — автохтонные (от греч. «аутос» — «сам», «хтон» — «земля»), т.е. местные толщи (нижний кусок торта).
Покровы и надвиги характерны для горноскладчатых сооружений, испытавших сильное сжатие, таких, например, как Альпы, Пиренеи, Большой Кавказ, Канадские Скалистые горы, Урал и т.д. В настоящее время установлены покровы в Аппалачских горах на востоке Северной Америки, переместившиеся на запад более чем на 200 км, — это совершенно удивительная структура.
Ещё один яркий пример покровной тектонической структуры — внутреннее строение Скандинавских гор. Они протянулись с юга на север на 1500 км и представляют собой гигантский покров, надвинутый с запада, со стороны Атлантического океана, на древние кристаллические толщи Балтийского щита на расстояние более 250 км. Из-под разрушенного и размытого покрова местами проглядывают породы тех толщ, по которым покров двигался.
Покровы и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать ценные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Например, на местности нет никаких признаков нефти; тем не менее, зная об особенности строения земной коры, геологи пробуривают горные породы, заведомо не содержащие скоплений нефти и газа (аллохтонные), на глубину 3—4 км и обнаруживают нефть и газ ниже, в автохтонных породах. Такие примеры известны в Аппалачах (Северная Америка), Предкарпатье (Восточная Европа) и во многих других местах.
Перед северо-западным изгибом Альп располагаются невысокие Юрские горы. Они образованы мезозойскими отложениями, причудливо смятыми в коробчатые и сундучные складки, ниже которых слои пород располагаются почти горизонтально. Получается необычная картина: смята в складки только верхняя часть слоев, а нижние залегают почти горизонтально. Оказывается, эти две толщи разделяются слоем очень пластичных пород — каменной солью, гипсом, ангидритом, глинами, по которым, как по смазке, верхние слои соскользнули и смялись в складки. Иными словами, в основании верхних слоев располагается поверхность разрыва, или, лучше сказать, срыва. Такие срывы очень широко распространены в природе, и всегда они происходят только там, где имеются какие-то пластичные толщи, играющие роль смазки. Конечно, эти процессы идут очень и очень медленно — со скоростью не больше 2—5 см в год. Но за несколько миллионов лет перемещение оказывается весьма внушительным.
Хорошо известно, что штат Калифорния на западе США — это район частых и сильных землетрясений. Последнее и очень мощное произошло в конце 1993 г., когда разрушения охватили крупный город Лос-Анджелес. Виновником этих землетрясений является знаменитый тектонический разрыв — сдвиг Сан-Андреас, т.е. сдвиг Святого Андрея. При сдвиге два блока горных пород перемещаются вдоль плоскости разрыва. Именно такая картина и наблюдается в сдвиге Сан-Андреас, причём величина смещения — примерно 1 м за 100 лет. Непрерывно продолжающимися движениями по этому сдвигу перемещаются русла рек, испытывая резкий, колено-образный изгиб; разрушаются и смещаются бетонные желоба для воды, так же как и изгороди (см. сюжет «Сан-Андреас разрывает всё»). Наряду с медленными смещениями происходят и мгновенные подвижки, которые и вызывают землетрясения.
Большие массы горных пород, перемещаемые вдоль какого-либо разрыва, благодаря своему огромному весу оказывают друг на друга мощное давление, под воздействием которого образуется гладкая, отполированная поверхность разрыва в горных породах, называемая зеркалом скольжения. В него, конечно, нельзя смотреться, но если провести рукой, то ощущаешь гладкую поверхность горных пород.
Если между перемещающимися блоками горных пород попадают твёрдые обломки, то на зеркалах скольжения появляются штрихи и борозды, выдавленные этими обломками. Нередко в зоне разрыва наблюдается скопление остроугольных обломков горных пород разного размера — они образовались за счёт того, что блоки при смещении дробились как бы гигантской тёркой.
Иногда эти обломки сцементированы глиной, образовавшейся из мелко перетёртых обломков. Такие породы называются тектонической брекчией, или милонитом (от греч. «милое» — «мельница»). В крупных разрывных нарушениях мощность (толщина) раздробленных пород может достигать десятков метров, что говорит об огромном давлении, возникшем между перемещающимися блоками.
Итак, несмотря на то что горные породы обладают большой прочностью и твёрдостью, они могут быть смяты в складки и разорваны тектоническими разрывными нарушениями, а также разбиты трещинами. На глубинах в несколько километров, где давление велико и температура повышена, твёрдые горные породы становятся пластичными и приобретают способность к медленному течению, образуя складки (см.ст. «Складки в горных породах»). Фактор времени в геологических процессах играет очень большую роль. Медленно нарастают напряжения, медленно деформируются слои горных пород, сминаясь в складки; медленно происходит смещение по разрывам, и только иногда это перемещение, подобно взрыву, происходит за секунды. Тогда земля и «трясётся». Силы, действующие в самой верхней «плёнке» — земной коре, — очень тонкой (30—50 км) по сравнению с радиусом земного шара (6371 км), могут иметь разные причины, но одной из важнейших является обычная сила тяжести.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1375
Случайная статья
