И деформации земной коры

Слова и слвоосочетания

Тектонические движения – это любые механические перемещения внутри земной коры, которые приводят к изменению ее строения. Примеров этому достаточно много: Скандинавское побережье поднимается, а Голландия и Германия опускаются; долина реки Рейн на 500 км прослеживается в Северном море, а полуостров Канин Нос (Белое море) во времена Ивана Грозного был островом. Таким образом, земная кора постоянно находится в движении, причем в современной геологии выделяют два основных типа тектонических движений: эпейрогенические (или колебательные) и орогенические (складчатые).

Эпейрогенические движения – медленные вековые поднятия и опускания земной коры, не вызывающие изменения первичного залегания пластов. Эти вертикальные движения имеют колебательный характер и обратимы, то есть поднятие может смениться опусканием. Среди этих движений различают:

Современные, которые зафиксированы в памяти человека и их можно измерить инструментально, например, путем проведения повторного нивелирования. Скорость современных колебательных движений в среднем не превышает 1–2 см/год, а в горных районах она может достигать и 20 см/год.

Неотектонические движения – это движения за олигоцен-четвертичное время (25 млн лет). Принципиально они ничем не отличаются от современных. Неотектонические движения зафиксированы в современном рельефе, главный метод их изучения – геоморфологический. Скорость их движения на порядок меньше: в горных районах – 1см/год; на равнинах – 1 мм/год.

Древние медленные вертикальные движения зафиксированы в разрезах осадочных пород, причем мощность накопившихся осадков рассматривается как мера общего тектонического опускания за время накопления осадков, а их слоистость и ритмичность – показатели колебательных движений, наложенных на опускание. Скорость древних колебательных движений меньше 0.001 мм/год.

Орогенические движения происходят в двух направлениях – горизонтальном и вертикальном: первое приводит к смятию пород и образованию складок и дизъюнктивов сжатия, т.е. к сокращению земной поверхности. Вертикальные движения приводят к поднятию области проявления складкобразования и возникновению горных сооружений. Орогенические движения протекают значительно быстрее, чем колебательные. Они сопровождаются активным эффузивным и интрузивным магматизмом, а также метаморфизмом. В последние десятилетия эти движения объясняют столкновением крупных литосферных плит, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносферному слою верхней мантии.

Орогенические движения приводят к дислокациям горных пород и изменению их первичного залегания.

2.4.2.1. Дислокации осадочных пород

Слова и словосочетания

Основной областью накопления осадков является дно морей и океанов. Здесь осадки часто отлагаются в виде параллельных, практически горизонтальных слоев. Однако в процессе геологического развития первоначальные формы залегания горных пород обычно нарушаются под влиянием эндогенных процессов, главным образом тектонических (орогенических) движений земной коры. Всякое нарушение первоначального горизонтального залегания горных пород называется дислокацией. Дислокации подразделяются на пликативные и дизъюнктивные.

Пликативные дислокации (складчатые нарушения). Это дислокации, которые происходят без разрыва сплошности пластов. Среди них различают следующие основные формы: моноклинали, флексуры и складки.

Моноклинали представляют собой толщи пластов горных пород, равномерно наклоненных в одну сторону на значительном протяжении (рис. 65, а).

Флексурами называются уступообразные нарушения горизонтально (или моноклинально) лежащих пластов (рис. 65, б). Флексуры обычно возникают при блоковых смещениях нижележащих пород. При смещениях небольшой амплитуды разрыва не происходит, но мощность пород в зоне сдвига часто бывает сокращенной. У флексур различают нижнее, соединительное и верхнее крылья. Соединительное крыло представляет собой участок, на котором пласты имеют крутой наклон и сокращенную мощность.

Складки – это волнообразные изгибы слоев горных пород, которые образуются под действием давления при складкообразующих движениях.Складки являются основной формой пликативных дислокаций. Они бывают двух основных видов – антиклинальные и синклинальные. Антиклинальными называются выпуклые складки, в которых пласты падают в противоположные стороны от центра, а в центральных частях залегают более древние породы, чем на периферии (рис. 66, а). Синклинальными называются вогнутые складки, в которых пласты падают навстречу друг другу, а в центральных частях располагаются более молодые породы, чем на периферии (рис.66, б).

Антиклинальные и синклинальные складки имеют следующие элементы: крылья, шарнир, замок, угол, осевую поверхность, ось, ядро. характеризуется шириной, амплитудой и длиной (рис. 67). Крылья – боковые части складки. Шарнир – линия пересечения плоскостей крыльев выше замка складки. Замок – участок складки в области оси, где происходит перегиб крыльев. Иногда замок антиклинальной складки называют сводом, а замок синклинали – мульдой. Угол складки – угол, заключенный между крыльями складки, мысленно продолженными до их пересечения. Осевая поверхность (плоскость) – воображаемая плоскость, проходящая через шарниры всех пластов складки. Ось складки* – линия пересечения осевой плоскости с поверхностью складки в области замка. В продольно-вертикальном разрезе ось складки нередко поднимается и опускается (ундулирует). Ядро складки – толща горных пород, слагающих замок антиклинальных и синклинальных складок.Замыкание антиклинальной складки (в плане) называется периклиналью, а замыкание синклинальной складки – центриклиналью.

Ширина – расстояние между крыльями складки. При наличии нескольких параллельных складок ширина складки определяется как расстояние между осевыми поверхностями двух соседних антиклинали и синклинали. Амплитуда складки – вертикальное расстояние от перегиба антиклинали до перегиба сопряженной синклинали по одному и тому же слою.

Длина – расстояние в плане от одного периклинального (или центриклинального) окончания до другого.

В поперечном разрезе по положению осевой поверхности и крыльев складки делятся на прямые, наклонные (косые), лежачие и перевернутые. У прямых складок осевая поверхность вертикальная, а крылья располагаются симметрично (рис. 68, а). Осевая поверхность наклонных (косых) складок

* – В учебниках по структурной геологии эту линию называют шарниром

наклонена, крылья падают в разные стороны (рис. 68, б). Разновидностью наклонных являются опрокинутые складки, оба их крыла наклонены в одну сторону (рис. 68, в). У лежачих складок осевая поверхность находится в положении, близком к горизонтальному, крылья почти параллельны друг другу. Перевернутая – складка, у которой осевая поверхность перешла в горизонтальное положение и получила обратный наклон (рис. 68, г).

По характеру расположения крыльев и форме замка различают складки выпуклые (или вогнутые), острые (гребневидные), изоклинальные, веерообразные, сундучные (коробчатые). Угребневидных складок крылья сходятся под острым углом, а замок имеет остроугольную форму (рис.69, а). Изоклинальные складки имеют узкий замок и параллельные крылья (рис. 69, б). Веерообразные складки отличаются широким замком, веерообразно расходящимися крыльями и пережатым ядром (рис.69, в).

У сундучных (коробчатых) складок широкий замок и относительно крутые, почти вертикальные крылья (рис. 69, г).

Особенности строения складок в плане также позволяют выделить ряд типов. По соотношению длины и ширины различают непрерывные линейные и прерывистые изометричные складки. Линейные образуются при интенсивном смятии пород и имеют узкую вытянутую в плане форму. Отношение длины к ширине у таких складок составляет 10:1:20:1 и более. В периклиналях и центриклиналях пласты залегают более полого, чем на крыльях.

Линейные складки в плане бывают прямолинейными, дугообразно изогнутыми, ветвящимися, виргирующими, кулисообразными и сигмовидными (рис. 70). Часто один тип линейных складок сменяется другим.

Изометричные складки характерны для областей спокойного геологического развития. В плане их длина незначительно превышает ширину. Среди изометричных складок выделяют брахискладки, валы, купола и диапиры. У брахискладок отношение длины к ширине изменяется в пределах 2:1–5:1. Среди них различают брахиантиклинали и брахисинклинали. Купола представляют собой антиклинали, у которых отношение длинной оси к короткой меньше 2:1. В плане они имеют округлые изометричные очертания. Синклинальный аналог куполов – чаши. Крупные вытянутые антиклинальные поднятия, состоящие из брахиантиклиналей и куполов, называют валами. Они протягиваются на десятки и сотни километров. Нередко амплитуды валообразных поднятий достигают 200–300 м. Углы падения пластов на крыльях валов невелики и обычно не превышают 3–5°.

Своеобразной формой куполовидных прерывистых складок являются диапиры (купола с ядром протыкания). Характерные особенности диапиров – наличие пластичных пород (соль, гипс, глины и др.) в ядре и закономерное увеличение угла наклона пластов от крыльев к ядру складки (рис. 71). Если ядра сложены каменной солью, складки называются соляными куполами. Диапиры образуются при выдавливании высокопластичных пород ядра складки (соль, гипс, глина) вверх, в область пониженного горного давления. В результате диапировые ядра приобретают различные формы – линз, штоков, грибов и т. д.

Разрывные дислокации – это дислокации, сопровождающиеся разрывом сплошности пластов горных пород. Они возникают в результате ударного нарастания нагрузки, на которую горные породы реагируют как хрупкие тела. Различают два вида разрывов:

1. Трещины – разрывыбез заметного смещения пород друг относительно друга. Совокупность трещин называется трещиноватостью.

2. Дизъюнктивы – это разрывы с заметным смещением пород друг относительно друга. Они проявляются в виде трещин или зон дробления. Плоскость разрыва, по которой происходит относительное перемещение пластов горных пород, называется сместителем (рис. 72). Примыкающие к этой плоскости участки горных пород называются крыльями (или блоками). При наклонном сместителе различают висячее и лежачее крылья (блоки).

Величина относительного перемещения пластов по сместителю называется амплитудой разрыва (h). Различают амплитуды: истинную (наклонную) – расстояние в плоскости сместителя между кровлей или подошвой одного и того же пласта в висячем и лежачем крыльях; вертикальную – проекция истинной амплитуды на вертикальную плоскость; горизонтальную – проекция истинной амплитуды на горизонтальную плоскость; стратиграфическую – расстояние между кровлей или подошвой одного и того же пласта в висячем и лежачем крыльях.

По характеру, величине, направлению и углу относительного перемещения крыльев разрывы подразделяются на сбросы, взбросы, надвиги и сдвиги.

Сбросы представляют собой разрывные нарушения, у которых висячее крыло смещено вниз по отношению к лежачему (рис. 73, а). Угол наклона сместителя к горизонтальной плоскости составляет 40–60°. При вертикальном положении сместителя сбросы называются вертикальными.

Взбросы представляют собой разрывы, у которых висячее крыло по отношению к лежачему крылу смещено вверх по круто падающему сместителю (более 60°) (рис. 73, б).

Надвиги – разрывы типа взброса, их висячее крыло надвинуто на лежачеепо пологому (менее 60°) сместителю (рис. 73, в). Пологие надвиги большой горизонтальной амплитуды при малом угле наклона сместителя называются шарьяжами, или тектоническими покровами. Горизонтальная амплитуда их может достигать сотни километров.

Сдвиги представляют собой разрывы, крылья которых смещаются преимущественно в горизонтальном направлении. Они нередко сочетаются со сбросами, взбросами и надвигами (сбросо-сдвиги и т.д.) (рис. 73, г).

Разрывные нарушения обычно встречаются группами и образуют системы дизъюнктивов: ступенчатые сбросы, грабены и горсты. Ступенчатые сбросы представляют собой систему сбросов, в которой каждое последующее крыло опущено относительно предыдущего (рис.73, д). Грабены – это система ступенчатых сбросов, в которой центральная часть опущена относительно периферийных блоков (рис.73, е).

Горсты – система взбросов, в которой центральная часть приподнята по отношению к периферийным блокам (рис. 73, ж).

Взбросы, надвиги и горсты возникают в условиях сжатия, а сбросы и грабены – в условиях растяжения земной коры.

Землетрясения

Слова и словосочетания

Землетрясения – это резкие смещения блоков пород внутри литосферы, вызванные мгновенным переходом потенциальной энергии упругих напряжений в кинетическую энергию перемещения. Проявляются землетрясения в виде толчков. Высвобождение энергии сопровождается разрывами и смещением твердого вещества в очаге землетрясения и деформацией горных пород за пределами очага. Они распространяются в виде упругих колебаний – сейсмических волн (продольных, поперечных и поверхностных).

Продольные (Р) волны – это волны сжатия и растяжения, возникающие как реакция среды на изменение объема. Колебание частиц происходит в направлении распространения волны. Они распространяются во всех средах со скоростью от 5 до 13,8 км/с.

Поперечные (S) волны являются результатом реакции среды на изменение формы и колебания частиц происходит поперек направлению движения волны. Скорость распространения S-волн в среднем 3–4км/с. они не проходят через жидкие и газовые среды.

Поверхностные (L) волны представляют собой синусоидные колебания, распространяющиеся вдоль земной поверхности или по границам двух сред (V_L=2–4,5 км/с).

Центр возникновения землетрясения называется гипоцентром, он по своим размерам может достигать десятков километров в поперечнике. На поверхности Земли располагается эпицентр, где сила землетрясения достигает максимума и по мере удаления от него постепенно убывает. Линии, ограничивающие зоны равных разрушений, получили название изосейсты.

Сила землетрясения определяется по 12 бальной шкале, которая является качественной и отражает степень разрушения технических сооружений. Более объективную оценку интенсивности землетрясения производят по шкале Ч. рихтера и выражают ее в магнитудах. Магнитуда – это логарифм отношения величины максимального смещения почвы на удалении от эпицентра в 100 км к величине смещения почвы эталонного землетрясения:

М = lg А/Аэ, где А – максимальная амплитуда смещения частиц почвы; Аэ – эталонная амплитуда.

Магнитуда связана с силой землетрясения F, выраженной в баллах уравнением М = 1,3 + 0,6 F. Значения магнитуды для очень сильных землетрясений могут достигать 8 – 8,5. При этом выделяется энергия порядка 10¹⁷ – 10¹⁸ Дж, что превосходит энергию ядерных взрывов (табл. 8)

Таблица 8

По глубине очага землетрясения принято разделять на приповерхностные с глубиной очагов менее 8–10 км, мелкофокусные – менее 60 км, промежуточные – от 60 до 150 км и глубокофокусные – до 720км.

Ежегодно на Земле регистрируется свыше 1 млн подземных толчков. В год происходит в среднем одно катастрофическое землетрясение и 100 разрушительных. Анализ распространения землетрясений на Земле показывает, что они происходят в основном в узких сейсмически активных зонах.

Наибольшей активностью характеризуется Тихоокеанский сейсмический пояс, на который приходится 80% сейсмической энергии (95% мелкофокусных и глубокофокусных землетрясений). Значительное число очагов землетрясений сосредоточено в Альпийско-Гималайском поясе, который тянется от Гибралтара через Средиземное море, Малую Азию, Ближний восток и Гималаи к островам Индонезии. Кроме указанных поясов сейсмически активны зоны срединно-океанских хребтов Атлантического, Индийского, Тихого океанов и Восточно-Африканская зона рифтов.

По современным представлениям, землетрясения связаны с тремя главными причинами:

1. тектонические землетрясения составляют 95% всех землетрясений. Они связаны с вертикальными и горизонтальными перемещениями отдельных блоков литосферы и литосферных плит.

2. Землетрясения, связанные с деятельностью вулканов и обычно предшествующие вулканическим извержениям. Однако их доля в общем числе землетрясений невелика.

3. Денудационные землетрясения связаны с обвалами в горах, крупными оползнями, провалами сводов карстовых пещер и т.д. Эти землетрясения поверхностные.

4. Техногенные землетрясения, возникновение которых обусловлено деятельностью человека (подземные ядерные взрывы, заполнение водохранилищ, разработки нефтяных и газовых месторождений: откачка нефти и газа, закачка воды в пласт и т.д.). Сила подобных землетрясений может достигать до 7 баллов. Они чаще проявляются в сейсмически активных зонах.