Дайка (геология)

Пласт горной породы, образовавшийся в результате разлома ранее существовавшего скального тела.

Магматическая дайка (вертикальная), пересекающая горизонтальные слои осадочных пород, в Махтеш-Рамон , Израиль.

В геологии дайка или дайка — это пласт горной породы, который образуется в трещине ранее существовавшего скального тела. Дайки могут быть как магматического , так и осадочного происхождения. Магматические дайки образуются, когда магма втекает в трещину, а затем затвердевает в виде пластовой интрузии , либо прорезая слои горной породы, либо проходя через смежную массу горной породы. Обломочные дайки образуются, когда осадок заполняет ранее существовавшую трещину. ^[1]

Магматические дайки

Дайка лампрофира около вулканической пробки Шипрок , Нью-Мексико , которая выдержала эрозию, уничтожившую часть более мягкой породы, в которую изначально была внедрена дайка.

Магматическая дайка — это пласт магматической породы , который пересекает старые пласты. Он образуется, когда магма заполняет трещину в старых пластах, а затем остывает и затвердевает. ^{[2] [3] [4]} Порода дайки обычно более устойчива к выветриванию, чем окружающая порода, поэтому эрозия обнажает дайку как естественную стену или хребет. ^[3] Именно от этих естественных стен дайки получили свое название. ^[5]

Дайки сохраняют запись трещин, через которые большая часть мафической магмы (текучая магма с низким содержанием кремнезема) достигает поверхности. ^[4] Они изучаются геологами для получения подсказок, которые они дают о вулканических водопроводящих системах . ^[6] Они также регистрируют древние эпизоды расширения земной коры , поскольку большое количество даек ( дайковых роев ) образуется, когда кора разрывается тектоническими силами. Дайки показывают направление расширения, поскольку они образуются под прямым углом к ​​направлению максимального расширения. ^{[7] [8]}

Описание

Толщина дайки намного меньше, чем ее другие два измерения, ^[9] и противоположные стенки примерно параллельны, так что дайка более или менее постоянна по толщине. Толщина разных даек может варьироваться от нескольких миллиметров до сотен метров, но чаще всего составляет от одного метра до нескольких десятков метров. Боковая протяженность может составлять десятки километров, а дайки толщиной в несколько десятков метров или более обычно простираются более чем на 100 км. Большинство даек имеют крутое падение; другими словами, они ориентированы почти вертикально. Последующая тектоническая деформация может повернуть последовательность слоев , через которые распространяется дайка, так что дайка станет горизонтальной. ^[10]

Упрощенная карта эшелонированной дамбы в Джаггед-Рок, Аризона, США. Общая длина дамбы составляет около 1,45 км. ^[8]

Обычно набор даек, каждая длиной в несколько километров, формируется эшелонно . Такая картина наблюдается в наборе даек Хигганум в Новой Англии. Этот набор даек состоит из отдельных даек, которые обычно имеют длину четыре километра на поверхности и ширину до 60 метров. Эти короткие сегменты образуют более длинные группы, простирающиеся примерно на 10 км. Весь набор даек образует линию, простирающуюся на 250 км. Отдельные сегменты перекрываются, причем перекрывающиеся части тоньше, так что общая толщина двух перекрывающихся частей примерно такая же, как толщина одного сегмента. Другими примерами эшелонированных даек являются дайка Иньо в Лонг-Вэлли, Калифорния , США; ^[11] комплекс Джаггед-Рокс, Аризона , США; ^[8] и дайки океанических спрединговых центров . ^[11]

Дайки варьируются по составу от базальтовых до риолитовых , но большинство из них базальтовые. Текстура обычно немного грубее, чем у базальта, извергающегося на поверхность, образуя тип породы, называемый диабаз . Размер зерна систематически меняется по всей дайке, причем самые крупные зерна обычно находятся в центре дайки. ^[12] Дайки, образованные на небольшой глубине, обычно имеют стекловидную или мелкозернистую охлажденную границу толщиной от 1 до 5 см, образованную там, где магма быстро охлаждалась при контакте с холодной окружающей породой. Неглубокие дайки также обычно показывают столбчатую отдельность, перпендикулярную краям. Здесь порода дайки раскалывается на колонны по мере охлаждения и сжатия. Они обычно 5-6-сторонние, но 3-4-сторонние колонны также распространены. Они довольно однородны по размеру в пределах одной дайки, но варьируются от нескольких сантиметров до более 0,3 метра в поперечнике в разных дайках, имея тенденцию быть толще в более широких дайках. Более крупные столбы, вероятно, являются следствием более медленного охлаждения. ^[13]

Дайковая порода обычно плотная, почти без пузырьков (замороженных пузырьков), но пузырьки можно увидеть в самой мелкой части дайки. Когда пузырьки присутствуют, они имеют тенденцию образовывать полосы, параллельные стенкам, и вытянуты в направлении потока. ^[13] Аналогично, фенокристаллы (более крупные кристаллы) на краях дайки показывают выравнивание в направлении потока. ^[12]

В отличие от даек, которые пересекают слоистую толщу горных пород, силл представляет собой пластовую интрузию, которая формируется внутри и параллельно слоистости. ^[5]

Формирование

Мафическая магма (жидкая магма с низким содержанием кремнезема) обычно достигает поверхности через трещины, образуя дайки. ^[4]

На самых малых глубинах дайки образуются, когда магма поднимается в существующую трещину. ^{[13] [3]} В молодых, неглубоких дайках Гавайских островов нет никаких признаков сильного вторжения магмы. Например, магма слабо проникает в стенки даек, даже когда стенки состоят из высокопористого вулканического клинкера, и мало материала стенок откалывается в расплавленную магму. Эти трещины, вероятно, открываются в результате выпячивания пластов горных пород над магматической камерой, которая заполняется магмой из более глубоких слоев земной коры. ^[13]

Однако открытые трещины могут существовать только вблизи поверхности. Магма, находящаяся глубже в коре, должна прокладывать себе путь через породу, всегда открывая путь вдоль плоскости, перпендикулярной минимальному главному напряжению . Это направление, в котором кора находится под самым слабым сжатием и поэтому требует наименьшей работы для разрушения. На небольших глубинах, где порода хрупкая, находящаяся под давлением магма постепенно разрушает породу по мере продвижения вверх. Даже если магма лишь слегка сжата по сравнению с окружающей породой, огромное напряжение концентрируется на кончике распространяющейся трещины. По сути, магма расклинивает хрупкую породу в процессе, называемом гидравлическим разрывом . На больших глубинах, где порода более горячая и менее хрупкая, магма оттесняет породу в сторону вдоль хрупких плоскостей сдвига, ориентированных под углом 35 градусов к сторонам дока. Это действие, подобное действию бульдозера, создает более тупой кончик дайки. На самых больших глубинах плоскости сдвига становятся пластичными разломами, наклоненными под углом 45 градусов к сторонам дайки. На глубинах, где порода полностью пластична, вместо дайки образуется диапир (поднимающаяся пробка магмы). ^[14]

Стенки даек часто плотно прилегают друг к другу, что является убедительным доказательством того, что дайка образовалась путем расширения трещины. Однако несколько крупных даек, таких как дайка Медфорд толщиной 120 метров в штате Мэн, США, или дайка Гардар толщиной 500 метров в Гренландии, не демонстрируют никакого расширения. Они могли образоваться путем забоя , при котором магма раздробила и разрушила породу на своем продвигающемся кончике, а не разрывала породу на части. Другие дайки могли образоваться путем метасоматоза , при котором жидкости, движущиеся вдоль узкой трещины, изменили химический состав породы, ближайшей к трещине. ^[12]

Существует приблизительная зависимость между шириной дамбы и ее максимальной протяженностью, выражаемая формулой: ^[11]

${\displaystyle {\frac {2w}{2b}}={\frac {2.25P_{ex}}{\rho _{host}V_{P}^{2}}}}$

Здесь — толщина дайки; — ее боковая протяженность; — избыточное давление в магме относительно вмещающей породы; — плотность вмещающей породы; — скорость продольной волны вмещающей породы (по сути, скорость звука в породе). Эта формула предсказывает, что дайки будут длиннее и уже на больших глубинах под поверхностью. Отношение толщины к длине составляет около 0,01–0,001 вблизи поверхности, но на глубине оно колеблется от 0,001 до 0,0001. Поверхностная дайка толщиной 10 метров будет простираться примерно на 3 км, в то время как дайка аналогичной толщины на глубине будет простираться примерно на 30 км. Эта тенденция внедрения магмы к образованию более коротких трещин на меньших глубинах была выдвинута в качестве объяснения кулисных даек. ^[11] Однако эшелонированные дайки также объясняются как следствие изменения направления минимального главного напряжения по мере того, как магма поднимается с глубоких на мелкие уровни в земной коре. ^[8] ${\displaystyle w}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle P_{ex}}$ ${\displaystyle \rho _{host}}$ ${\displaystyle V_{P}}$

Набор эшелонированных даек может превратиться в одну дайку с мостами, соединяющими ранее отдельные сегменты и рога, показывающие бывшие перекрытия сегментов. В древних дайках в деформированной породе мосты и рога используются геологами для определения направления потока магмы. ^[7]

Там, где через трещину течет быстрый поток расплавленной магмы, магма имеет тенденцию разрушать стены, либо расплавляя породу стены, либо отрывая фрагменты породы стены. Это расширяет трещину и увеличивает поток. Там, где поток менее быстрый, магма может затвердевать рядом со стеной, сужая трещину и уменьшая поток. Это приводит к тому, что поток концентрируется в нескольких точках. ^[15] На Гавайях извержения часто начинаются с огненной завесы , когда лава извергается по всей длине трещины длиной в несколько километров. Однако длина извергающейся трещины со временем уменьшается, становясь сосредоточенной на коротком участке менее полукилометра. ^[16] Минимально возможная ширина дайки определяется балансом между движением магмы и ее охлаждением. ^[15]

Множественные и составные дайки

Композитная дайка на Оркнейских островах , Шотландия, с бостонитовыми краями и камптонитовым центром.

Вдоль данной трещины может быть более одного впрыска магмы. Когда все множественные впрыски имеют схожий состав, дайка описывается как множественная дайка . Однако последующие впрыски иногда существенно отличаются по составу, и тогда дайка описывается как составная дайка . Диапазон составов в составной дайке может проходить от диабаза до гранита , как это наблюдается в некоторых дайках Шотландии и Северной Ирландии. ^[12]

После первоначального формирования дайки последующие инъекции магмы, скорее всего, будут происходить вдоль центра дайки. Если предыдущая порода дайки значительно остыла, последующая инъекция может характеризоваться растрескиванием старой породы дайки и образованием охлажденных краев на новой инъекции. ^[12]

Рои дамб

Рой плотин Маккензи

Иногда дайки появляются роями, ^[3] состоящими из нескольких или сотен даек, внедренных более или менее одновременно во время одного интрузивного события. Рой даек почти всегда состоит из диабаза и чаще всего связан с затопленными базальтами крупных магматических провинций . ^[17] Они характерны для дивергентных границ плит . Например, юрские рои даек в Новой Англии и палеогеновые рои на западе Шотландии и впадающие в северную Англию, регистрируют раннее открытие Атлантического океана. Рой даек формируется в настоящее время вдоль дивергентной границы плит, проходящей через Исландию. ^[7] Рой даек часто имеет большую кумулятивную толщину: дайки в Исландии в среднем имеют ширину от 3 до 5 метров, но один 53-километровый участок побережья имеет около 1000 даек общей толщиной 3 километра. ^[18] Крупнейшим в мире скоплением даек является скопление даек Маккензи на Северо-Западных территориях Канады. ^[19]

Дайковые рои (также называемые дайковыми комплексами ) обнажаются в эродированных рифтовых зонах гавайских вулканов. Как и большинство других магматических даек, это были трещины, через которые лава достигала поверхности. Рои обычно имеют ширину от 2,5 до 5 км, с отдельными дайками шириной около метра. Дайковые рои простираются радиально от вершин вулканов и параллельно длинной оси вулканического щита. Иногда в комплексах присутствуют силлы и штоки . Они резко обрываются на краях вершинных кальдер. Обычно в центре рифтовой зоны насчитывается около 50-100 даек на километр, хотя плотность может достигать 500 на километр, и тогда дайки составляют половину объема породы. Плотность падает до 5–50 на километр от центра рифтовой зоны, а затем резко падает до очень небольшого количества даек. Вероятно, что количество даек должно увеличиваться с глубиной, достигая типичного значения 300–350 на километр на уровне дна океана. В некоторых отношениях эти рои даек напоминают рои даек западной Шотландии, связанные с извержениями, которые предшествовали открытию Атлантического океана. ^[20]

Дайки часто формируются как радиальные рои из центрального вулкана или интрузии. ^[3] Хотя они, по-видимому, возникают в центральной интрузии, дайки часто имеют другой возраст и состав, чем интрузия. Эти радиальные рои могли образоваться над интрузией и позже были прорезаны поднимающимся телом магмы, или кора уже испытывала региональное напряжение, и интрузия спровоцировала образование трещин. ^[7]

Комплексы пластовых даек

Пластовые дамбы комплекса Лизард , Корнуолл, Англия

В породах океанической коры подушкообразная лава, извергнутая на морское дно, подстилается комплексами сплошных даек , которые сохраняют каналы, по которым магма достигала дна океана в срединно-океанических хребтах . Эти сплошные дайки характерно показывают охлажденный край только с одной стороны, что указывает на то, что каждая дайка была разделена пополам последующим извержением магмы. ^[12]

Кольцевые дайки и конусные покровы

Кольцевая дайка кальдеры Квеста , Нью-Мексико, США

Кольцевые дайки и конусные покровы — это особые типы даек, связанных с кальдерным вулканизмом. Они распределены вокруг неглубокой магматической камеры. Конусные покровы образуются, когда магма впрыскивается в неглубокую магматическую камеру, которая поднимает и разламывает пласты горных пород над ней. ^[21] Трещины принимают форму набора концентрических конусов, падающих под относительно небольшим углом в магматическую камеру. ^{[3] [13]} Когда кальдера впоследствии опустошается взрывной вулканической активностью, крыша магматической камеры обрушается как пробка из породы, окруженная кольцевой трещиной. Магма, поднимающаяся в кольцевую трещину, образует кольцевую дайку. ^{[21] [22]} Хорошие примеры кольцевых даек и конусных покровов обнаружены на полуострове Арднамурчан в Шотландии. ^[3]

Другие специальные типы

Дайка -питатель — это дайка, которая служила проводником для магмы, движущейся из магматической камеры в локализованную интрузию . Например, интрузия Маскокс в арктической Канаде питалась большой дайкой толщиной 150 метров. ^[10]

Единственная инъекция представляет собой дайку, внедренную вдоль плоскости надвига , где пласты горных пород были раздроблены и надвинуты на более молодые пласты. ^[23]

терригенные дайки

Кластическая дайка (слева от блокнота) в формации Чинл в национальном парке Каньонлендс , штат Юта

Кластические дайки (также известные как осадочные дайки) — это вертикальные тела осадочных пород, которые отсекают другие слои пород. Они могут образовываться двумя способами:

• Когда неглубокие рыхлые отложения состоят из чередующихся крупнозернистых и непроницаемых слоев глины , давление жидкости внутри более крупных слоев может достигать критического значения из-за литостатической нагрузки. Под действием давления жидкости осадок прорывает вышележащие слои и образует дайку.
• Когда почва находится в условиях вечной мерзлоты, поровая вода полностью замерзает. Когда в таких породах образуются трещины, они могут заполняться осадками, которые падают сверху. В результате образуется вертикальное тело осадка, которое прорезает горизонтальные слои, — дамба.

Галерея

• 
  Вертикальные базальтовые дайки, прорезающие горизонтальные потоки лавы, остров Лорд-Хау , Австралия
• 
  Темные дамбы на острове Баранова , Аляска
• 
  Магматические дайки, расходящиеся от пика Вест-Спэниш , Колорадо, США
• 
  Полосчатая обломочная дайка в ритмитах медленного затопления Миссулы в Сесиле, штат Орегон
• 
  Диоритовая дайка, прорывающая эпидот-амфиболовый сланец в Далупирипе, Итакон , Бенгет, Филиппины.

Смотрите также

• Батолит  – Крупная интрузия магматической породы.
• Трещина в жерле  – Линейный вулканический жерло, через которое извергается лава.
• Лакколит  – масса магматической породы, образовавшаяся из магмы.
• Рунамо  – Треснувшая долеритовая дайка в Швеции, которая считалась рунической надписью.

Ссылки

1. Основы геологии, 3-е изд., Стивен Маршак
2. Macdonald, Gordon A.; Abbott, Agatin T.; Peterson, Frank L. (1983). Вулканы в море: геология Гавайев (2-е изд.). Гонолулу: University of Hawaii Press. С. 137–140. ISBN 0824808320.
3. Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология: магматические, осадочные и метаморфические (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0716724383.
4. Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 28. ISBN 9780521880060.
5. Philpotts & Ague 2009, стр. 80.
6. Cruden, AR; Weinberg, RF (2018-01-01). «Механизмы транспортировки и хранения магмы в нижней и средней коре — сегрегация, подъем и размещение магмы». В Burchardt, S. (ред.). Вулканические и магматические системы водоснабжения: понимание транспортировки, хранения и эволюции магмы в земной коре . Elsevier. стр. 13–53 [15–16]. doi :10.1016/B978-0-12-809749-6.00002-9. ISBN 978-0-12-809749-6.
7. Philpotts & Ague 2009, стр. 86.
8. Re, Giuseppe; White, JDL; Ort, MH (март 2015 г.). «Дайки, силлы и эволюция режима напряжений во время размещения комплекса Jagged Rocks, вулканическое поле Hopi Buttes, нация Navajo, США». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 295 : 65–79. Bibcode : 2015JVGR..295...65R. doi : 10.1016/j.jvolgeores.2015.01.009.
9. Delcamp, A.; Troll, VR; van Wyk de Vries, B.; Carracedo, JC; Petronis, MS; Pérez-Torrado, FJ; Deegan, FM (2012-07-01). "Дайки и структуры северо-восточного рифта Тенерифе, Канарские острова: история стабилизации и дестабилизации рифтовых зон океанических островов". Bulletin of Volcanology . 74 (5): 963–980. Bibcode : 2012BVol...74..963D. doi : 10.1007/s00445-012-0577-1. ISSN  1432-0819. S2CID  129673436.
10. Philpotts & Ague 2009, стр. 80–81.
11. Philpotts & Ague 2009, стр. 83–84.
12. Philpotts & Ague 2009, стр. 85.
13. Macdonald, Abbott & Peterson 1983, стр. 137–140.
14. Филпоттс и Агу 2009, стр. 81–82.
15. Philpotts & Ague 2009, стр. 84.
16. Макдональд, Эбботт и Петерсон 1983, стр. 63.
17. Филпоттс и Агу 2009, стр. 380.
18. Филпоттс и Агу 2009, стр. 81.
19. Пилкингтон, Марк; Руст, Уолтер Р. (1998). «Устранение различных направленных трендов в аэромагнитных данных». Geophysics . 63 (2): 446–453. Bibcode :1998Geop...63..446P. doi :10.1190/1.1444345.
20. Макдональд, Эбботт и Петерсон 1983, стр. 143–144.
21. Philpotts & Ague 2009, стр. 86–89.
22. Крестен, Питер (3 июля 2018 г.). Карбонатитовый комплекс Альнё, центральная Швеция. Тролль, ВР Чам. ISBN 978-3-319-90224-1. OCLC  1046460156.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
23. Джексон, Джулия А., ред. (1997). "единственная инъекция". Глоссарий геологии (четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. ISBN 0922152349.