Трещины и трещиноватость горных пород имеют исключительно большое практическое значение:

1. Трещины и трещинные зоны служат проводниками и коллекторами как нефти и газа, так и различных рудоносных растворов (гидротерм) и магматических газов (при возгонке и пневматолитическом метасоматозе). С ними связаны многочисленные жильные и контактово-метасоматические месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых.

2. Трещинные зоны дробления кристаллических (магматических и метаморфических) и осадочных пород нередко бывают водоносными.

3. Данные по трещиноватости пород обязательно учитываются при гидротехнических, градостроительных работах, при постройке туннелей, железных дорог важных технических объектов и т.д.

4. Изучение тектонических трещин позволяет восстанавливать кинематику и динамику деформаций, а также историю геологического развития участка, района или региона.

5. Данные по трещиноватости всегда учитываются при оценке горных пород в качестве строительного или облицовочного материала. Например, если необходим материал для получения щебёнки наиболее благоприятными будут интенсивно трещиноватые породы, а для облицовки – наоборот.

6. При геологическом картировании данные по трещиноватости позволяют выявлять компетентные и некомпетентные слои, крупные складки, запрокинутые и нормальные крылья складок, положение шарниров складок и т.д.

 

2.2. Разрывы со смещением

Разрывное нарушение со смещением блоков пород вдоль разделяющей их трещины называются разрывом (синонимы – разлом, дизъюнктив, дизъюнктивное нарушение, разрывное смещение и др.). Разрывы распространены менее широко, чем трещины, но, тем не менее, встречаются очень часто во всех структурах земной коры – в складчатых областях, на щитах, в рифтах и т.д.

Разрывы, в основном, образуются за счет тангенциальных и радиальных движений, и многообразны по характеру и масштабу проявления. Классифицировать их можно по происхождению, по кинематике и по морфологии. Наиболее распространена морфологическая номенклатура и систематика разрывных нарушений. В её основу положены два критерия: 1 – направление взаимного относительного перемещения расчленённых разрывом блоков пород; 2 – угол наклона поверхности перемещения или сместителя. По этим признакам выделяется шесть главных групп разрывных структур: сбросы, взбросы, надвиги, покровы, сдвиги и раздвиги. Первые пять групп характеризуются относительным перемещением блоков вдоль поверхности разрыва, а последняя группа – перпендикулярно к ней. В ряде случаев выделяются вдвиги. Системы сбросов и взбросов образуют грабены и горсты.

В природе, в большинстве случаев, проявляются разрывные нарушения смешанного типа, с более сложной кинематикой перемещений вдоль сместителя. Очень часто смещение крыльев в разрывах происходит не строго вверх или вниз по сместителю или в горизонтальном направлении, а косо по отношению к горизонту, в этом случае проявляется как сдвиговая, так и сбросовая или взбросовая составляющие и разрывы называются сбросо-сдвигами и взбросо-сдвигами (рис. 2.26).

Разрывы как любые плоскостные структуры обладают элементами залегания – азимутом и углом падения. Элементами разрывных смещений также являются: сместитель и блоки. Распознавание направления падения сместителей подчинено тем же правилам, которые применяются при определении падения наклонных пластов. Определение элементов залегания плоскости сместителя в поле, на геологической карте и на разрезе производится также как и определение элементов залегания наклонных пластов.

Рис. 2.26. Схема, показывающая различие в направлении смещения сбросов, сдвигов, взбросов, сбросо-сдвигов и взбросо-сдвигов. Стрелками указано направление относительного смещения

Сместитель (поверхность сместителя) – поверхность, по которой произошёл разрыв сплошности горных пород и смещение блоков относительно друг друга вдоль этой поверхности. След (линия) сместителя – линия пересечения сместителя с дневной поверхностью. Чем прямолинейней след сместителя на пересечённой местности, тем круче залегает поверхность сместителя. Блоки (крылья, бока) – разделённые разломом части горных пород, сместившиеся относительно друг друга по сместителю. Крылья подразделяются на приподнятые (лежащие гипсометрически выше) и опущенные (лежащие гипсометрически ниже) или висячие (т.е. «нависает» над плоскостью сместителя или) – Б или лежачее (т.е. «лежит» под плоскостью сместителя) – А (рис. 2.27, 2.28).

Величина смещения блоков относительно друг друга называется амплитудой. Различают истинную (наклонную или амплитуду по сместителю), вертикальную, горизонтальную и стратиграфическую амплитуду, вертикальный и горизонтальный отход, а также зияние (у сбросов) и перекрытие (у взбросов), которые равны горизонтальной амплитуде (рис. 2.27, 2.28).

Рис. 2.27. Элементы сброса (объяснения в тексте).	Рис. 2.28. Элементы взброса (объяснения в тексте).

 

1 – истинную (наклонную или амплитуду по сместителю) (C₄), определяемую по расстоянию между двумя сопряжёнными до разрыва точками по сместителю (α₁ – б₁);

2 – вертикальную (C₂), равную расстоянию между сопряжёнными точками на боках разрыва, измеренному в вертикальном направлении (α₁ – б₂);

3 – горизонтальную (С₃), равную расстоянию между сопряжёнными точками на боках разрыва, спроектированными на горизонтальную плоскость (б₁ – б₂);

4 – стратиграфическую (C₁), равную расстоянию между перемещёнными точками маркирующего горизонта, измеренному по нормали (перпендикуляру) к одной из его поверхностей: (α₄ – б₁) у сброса и (α₁ – б₄) у взброса. В случае с горизонтальным залеганием пластов она будет соответствовать вертикальной амплитуде.

Кроме того, выделяют: вертикальный отход (a₂ – б₁) у сброса и (a₁ – б₃) у взброса; горизонтальный отход (б₂ – а₃) у сброса и (б₁ – а₂) у взброса; зияние (у сбросов) и перекрытие (у взбросов), равные горизонтальной (С₃) амплитуде.

На обычной геологической карте разрыв изображается жирной чёрной (на чёрно-белых картах) либо красной (на цветных картах) линией. Эта линия называется линией тектонического нарушения. На ней ставятся бергштрихи либо стрелки, указывающие направление падения сместителя, а также графический знак залегания (простирание, падение и угол наклона) сместителя. Кривизна линии разлома зависит от рельефа и угла наклона сместителя. На горизонтальной поверхности Земли линии разломов всех типов будут прямолинейны. Чем расчленённее рельеф и положе угол наклона сместителя, тем более извилистой будет линия разлома. При вертикальном положении плоскости сместителя линия разлома будет всегда прямолинейной.

2.2.1. Сбросы

К сбросам относят нарушения, в которых поверхность разрыва наклонена в сторону расположения опущенного крыла (рис. 2.30, 2.31).

Рис. 2.30. Схема сброса в разрезе (I) и в плане (II).	Рис. 2.31. Определение относительного перемещения крыльев сброса по загибам слоёв у поверхности сместителя (I) и по смещению слоя по мелким сбросам (II).

Сбросы различаются по ряду признаков: углу наклона сместителя; ориентировке по отношению к простиранию нарушенных пород; соотношению наклона сместителя и нарушенных пород; направлению перемещения крыльев; взаимному расположению сбросов в плане и разрезе.

● По углу наклона сместителя выделяются: пологие сбросы с углом наклона сместителя до 30º, крутые – с углом наклона сместителя от 30º до 80º и вертикальные – с углом наклона сместителя более 80º.

Рис. 2.32. Продольный сброс. I – положение до сброса; II – положение после сброса.	Рис. 2.33. Поперечный сброс. I – положение до сброса; II – положение после сброса.

 

Рис. 2.34 Диагональный сброс. I – положение до сброса; II – положение после сброса.

● По отношению к простиранию нарушенных пород различаются: продольные сбросы, у которых общее простирание сместителя совпадает с простиранием нарушенных пород; диагональные или косые сбросы, сместитель которых ориентирован под углом к простиранию пород; поперечные сбросы, направленные вкрест простирания пород (рис. 2.32-2.34).

● По соотношению наклонов сместителя и нарушенных пород выделяются согласные сбросы, у которых наклон пород и сместителя направлен в одну сторону, и несогласные сбросы, у которых породы и сместитель падают в противоположные стороны.

● По направлению движения крыльев выделяются четыре вида сбросов: прямые, обратные, шарнирные и цилиндрические (рис. 2.35). В прямых сбросах висячее крыло перемещается вниз. В обратных сбросах лежачее крыло перемещается вверх. В шарнирных сбросах крылья поворачиваются в разные стороны или в одну и ту же сторону вокруг оси вращения, перпендикулярной к простиранию сместителя (рис. 2.35). Если ось вращения расположена не у конца сброса, а на его продолжении, крылья шарнирного сброса могут двигаться в различных направлениях. В цилиндрических сбросах движение происходит по дуге, вокруг оси вращения, расположенной в стороне от сместителя. И тогда в верхней части будет сброс, а в нижней части – обратный взброс.

● По взаимному расположению сбросов в плане различаются: параллельные (или ступенчатые), кулисообразные, перистые, радиальные, сферические или кольцевые и др. (рис. 2.36).

Рис. 2.35 Разновидности сбросов по направлению движения крыльев. I – прямой сброс; II – обратный сброс; IIIа, IIIб – шарнирный сброс; IV – цилиндрический сброс. Стрелками указано направление движения крыльев. На рис. I, II, IV изображены вертикальные разрезы	Рис. 2.36. Классификация сбросов по их пространственному положению. a – параллельные; b – кулисообразные; c – сферические или кольцевые; d - радиальные

Рис. 2.37. Примеры криволинейной поверхности сброса

В тех случаях, когда поверхность сместителя сброса криволинейна, могут возникать полости (заштрихованы на рис. 2.37), для которых применимы понятия раздвига.

● По отношению ко времени образования отложений, нарушенных разрывами, сбросы делятся на: конседиментационные, когда смещение крыльев происходит одновременно с осадконакоплением (тогда мощности и фации, одновременно образующихся слоёв, на смежных блоках вертикальных смещений существенно различаются); постседиментационные, когда смещение крыльев происходит после отложения осадков (тогда мощности слоёв на смежных блоках нарушения одинаковые).

2.2.2. Взбросы

К взбросам относятся разрывные нарушения, в которых поверхность сместителя наклонена в сторону расположения приподнятых пород (рис. 2.38).

Рис. 2.38 Схема взброса в разрезе (I) и в плане (II).

Классификация взбросов почти совпадает с классификацией сбросов.

По углу наклона сместителя выделяются: пологие взбросы с углом наклона сместителя до 30º, крутые – с углом наклона сместителя от 30º до 80º и вертикальные – с углом наклона сместителя более 80º.

По отношению к простиранию нарушенных пород различаются: продольные взбросы, у которых общее простирание сместителя совпадает с простиранием нарушенных пород; диагональные или косые взбросы, сместитель которых ориентирован под углом к простиранию пород; поперечные взбросы, направленные вкрест простирания пород.

По соотношению наклонов сместителя и нарушенных пород выделяются согласные взбросы, у которых наклон пород и сместителя направлен в одну сторону, и несогласные взбросы, у которых породы и сместитель падают в противоположные стороны.

По направлению движения крыльев выделяются четыре вида взбросов: прямые, обратные, шарнирные и цилиндрические. В прямых взбросах висячее крыло перемещается вверх. В обратных взбросах лежачее крыло перемещается вниз. В шарнирных взбросах крылья поворачиваются в разные стороны или в одну и ту же сторону вокруг оси вращения, перпендикулярной к простиранию сместителя. Если ось вращения расположена не у конца взброса, а на его продолжении, крылья шарнирного взброса могут двигаться в различных направлениях. В цилиндрических взбросах движение происходит по дуге, вокруг оси вращения, расположенной в стороне от сместителя. И тогда в верхней части разрыва будет взброс, а в нижней части разрыва – обратный сброс.

По взаимному расположению взбросов в плане различаются: параллельные (или ступеньчатые), кулисообразные, перистые, радиальные, сферические или кольцевые и др.

По отношению ко времени образования отложений, нарушенных разрывами, взбросы делятся на: конседиментационные, когда смещение крыльев происходит одновременно с осадконакоплением (тогда мощности и фации однотипных слоёв на смежных блоках вертикальных смещений существенно различаются); постседиментационные, когда смещение крыльев происходит после отложения осадков (тогда мощности слоёв на смежных блоках нарушения одинаковые).

Сбросы и взбросы нередко развиваются группами, охватывая значительные территории. Среди них могут быть опущенные или поднятые, разделённые сбросами и взбросами блоки пород, которые называются грабенами и горстами соответственно.

2.2.3. Грабены

Грабены (нем. Graben – ров) представляют собой линейные структуры, образованные сбросами или взбросами, центральные части которых опущены и на поверхности сложены более молодыми породами, чем в поднятых краевых частях. В строении грабенов могут участвовать сбросо-сдвиги и взбросо-сдвиги. Погружение в центральных частях грабенов в большинстве случаев происходит ступеньчато по нескольким сместителям.

Рис. 2.39. Схемы грабенов в разрезах. I – простой грабен, образованный двумя сбросами; II – простой грабен, образованный двумя взбросами; III – сложный грабен, образованный несколькими сбросами; IV – сложный грабен, образованный несколькими взбросами.

Грабены могут быть простые и сложные. Простые грабены образованы двумя-тремя сбросами или взбросами, а сложные – большим количеством разрывов (рис. 2.39). По отношению ко времени образования отложений выделяются конседиментационные и постседиментационные грабены.

Конседиментационные грабены имеют очень сложное строение и развиваются в течение длительного времени (до десятков млн. лет). В их центральных частях накапливаются мощные толщи осадков, а приподнятые блоки на бортах грабена нередко служат источником сноса обломочного материала. Грабены, ограниченные взбросами, и образованные в результате бокового сжатия встречаются редко и в своё время получили название «рамп» (рамп Мёртвого моря). Протяженность грабенов может достигать сотен километров. Примером таких грабенов может быть Байкальский, Кандалакшский, Рейнский и др. Протяженные грабены, разрывы в которых уходят вплоть до мантии, получили название «рифтов» (Красноморский рифт) и они будут рассмотрены позднее.

Постседиментационные (наложенные) грабены развиваются в ранее образовавшихся толщах горных пород нередко смятых в складки и прорванных интрузиями, т.е. гораздо позже процессов осадконакопления и складчатости. Мощности и фациальный состав пород центральных и краевых частей грабена одинаковые. Амплитуды смещений могут достигать сотен метров, а протяжённость – многих километров. Образуются они зачастую в сводах куполов, соляных диапиров, антиклинориев и аркогенов и в зонах растяжения на начальных стадиях формирования рифтов.