Сочленение — это разлом ( трещина ) естественного происхождения в слое или теле горной породы , в котором отсутствует видимое или измеримое движение параллельно поверхности (плоскости) разлома (перелом «Mode 1»). Хотя сочленения могут возникать по отдельности, чаще всего они появляются как наборы и системы сочленений. Набор сочленений — это семейство параллельных, равномерно расположенных сочленений, которые можно идентифицировать посредством картирования и анализа их ориентации, расстояния и физических свойств. Система сочленений состоит из двух или более пересекающихся наборов сочленений. [1] [2] [3]
Различие между стыками и разломами зависит от терминов «видимый» или «измеримый», разница, которая зависит от масштаба наблюдения. Разломы отличаются от стыков тем, что они демонстрируют видимое или измеримое боковое перемещение между противоположными поверхностями разлома (трещины «Mode 2» и «Mode 3»). Таким образом, стык может быть создан либо строгим перемещением слоя породы или тела перпендикулярно разлому, либо различной степенью бокового смещения параллельно поверхности (плоскости) разлома, который остается «невидимым» в масштабе наблюдения. [1] [2] [3]
Стыки являются одними из самых универсальных геологических структур, которые можно обнаружить практически в каждом обнажении горной породы. Они сильно различаются по внешнему виду, размерам и расположению и встречаются в совершенно разных тектонических условиях. Часто конкретное происхождение напряжений, которые создали определенные стыки и связанные с ними наборы стыков, может быть весьма неоднозначным, неясным и иногда спорным. Наиболее заметные стыки встречаются в наиболее хорошо консолидированных, литифицированных и высококомпетентных породах, таких как песчаник , известняк , кварцит и гранит . Стыки могут быть открытыми трещинами или заполненными различными материалами. Стыки, заполненные осажденными минералами, называются жилами , а стыки, заполненные затвердевшей магмой, называются дайками . [1] [2]
Стыки возникают из-за хрупкого разрушения горной породы или слоя из-за растягивающего напряжения . Это напряжение может быть наложено извне; например, растяжением слоев, повышением давления поровой жидкости или усадкой, вызванной охлаждением или высыханием горного тела или слоя, внешние границы которого остались фиксированными. [1] [2]
Когда растягивающие напряжения растягивают тело или слой породы таким образом, что его предел прочности на растяжение превышается, он ломается. Когда это происходит, порода разрушается в плоскости, параллельной максимальному главному напряжению и перпендикулярной минимальному главному напряжению (направлению, в котором растягивается порода). Это приводит к развитию одного субпараллельного набора соединений. Продолжающаяся деформация может привести к развитию одного или нескольких дополнительных наборов соединений. Наличие первого набора сильно влияет на ориентацию напряжения в слое породы, часто заставляя последующие наборы формироваться под большим углом, часто 90°, к первому набору. [1] [2]
Соединения классифицируются по их геометрии или по процессам, которые их сформировали. [1] [2] [4]
Геометрия швов относится к ориентации швов, как показано на стереосетках и розовых диаграммах или наблюдаемых в обнажениях горных пород. С точки зрения геометрии, различают три основных типа швов: несистематические, систематические и столбчатая отдельность . [2] [4]
Несистематические суставы – это суставы, которые настолько нерегулярны по форме, расположению и ориентации, что их невозможно легко сгруппировать в отдельные сквозные группы суставов. [2] [4]
Систематические соединения — это плоские, параллельные соединения, которые можно проследить на некотором расстоянии, и которые встречаются на регулярных, равномерно распределенных расстояниях порядка сантиметров, метров, десятков метров или даже сотен метров. В результате они встречаются как семейства соединений, которые образуют узнаваемые наборы соединений. Обычно обнажения или выходы в пределах данной области или региона исследования содержат два или более наборов систематических соединений, каждое из которых имеет свои собственные отличительные свойства, такие как ориентация и интервал, которые пересекаются, образуя четко определенные системы соединений. [2] [4]
На основе угла, под которым пересекаются системы систематических соединений, образуя систему соединений, систематические соединения можно подразделить на сопряженные и ортогональные системы соединений. Углы, под которыми обычно пересекаются системы соединений в системе соединений, структурные геологи называют двугранными углами . Когда двугранные углы составляют около 90° в системе соединений, такие системы соединений называются ортогональными системами соединений . Когда двугранные углы составляют от 30 до 60° в системе соединений, такие системы соединений называются сопряженными системами соединений . [2] [4]
В регионах, которые испытали тектоническую деформацию, систематические соединения обычно связаны с слоистыми или пластовыми пластами, которые были сложены в антиклинали и синклинали . Такие соединения можно классифицировать в соответствии с их ориентацией относительно осевых плоскостей складок, поскольку они часто обычно формируются в предсказуемом образце относительно направлений шарниров складчатых слоев. На основе их ориентации относительно осевых плоскостей и осей складок выделяют следующие типы систематических соединений:
Столбчатая отдельность — это характерный тип соединений, которые соединяются в тройных стыках под углом около 120°. Эти соединения разделяют тело породы на длинные призмы или колонны. Обычно такие колонны имеют шестиугольную форму, хотя 3-, 4-, 5- и 7-сторонние колонны встречаются относительно часто. Диаметр этих призматических колонн варьируется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Они часто ориентированы перпендикулярно либо верхней поверхности, либо основанию потоков лавы, либо контакту пластовых магматических тел с окружающей породой. Этот тип соединения типичен для толстых потоков лавы и неглубоких даек и силлов. [5] Столбчатая отдельность также известна как столбчатая структура , призматические соединения или призматическая отдельность . [6] Редкие случаи столбчатой отдельности также были зарегистрированы в осадочных слоях. [7]
Стыки можно классифицировать по их происхождению, под названиями тектоника, гидравлика, отслоение, разгрузка (освобождение) и охлаждение. Разные авторы предлагали противоречивые гипотезы для одних и тех же наборов и типов стыков. И стыки в одном и том же обнажении могут образовываться в разное время при разных обстоятельствах.
Тектонические швы — это швы, образованные, когда относительное смещение стенок шва нормально к его плоскости в результате хрупкой деформации коренной породы в ответ на региональную или локальную тектоническую деформацию коренной породы. Такие швы образуются, когда направленное тектоническое напряжение приводит к превышению предела прочности коренной породы в результате растяжения слоев породы в условиях повышенного давления поровой жидкости и направленного тектонического напряжения. Тектонические швы часто отражают локальные тектонические напряжения, связанные с локальным складчатым и разломным процессом. Тектонические швы встречаются как несистематические, так и систематические швы, включая ортогональные и сопряженные наборы швов. [2] [4] [8]
Гидравлические соединения образуются, когда давление поровой жидкости повышается в результате вертикальной гравитационной нагрузки. Проще говоря, накопление осадков, вулканического или другого материала вызывает увеличение порового давления грунтовых вод и других жидкостей в подстилающей породе, когда они не могут двигаться ни в боковом, ни в вертикальном направлении в ответ на это давление. Это также вызывает увеличение порового давления в уже существующих трещинах, что увеличивает растягивающее напряжение на них перпендикулярно минимальному главному напряжению (направлению, в котором растягивается порода). Если растягивающее напряжение превышает величину наименьшего главного сжимающего напряжения, порода будет разрушаться хрупким образом, и эти трещины распространяются в процессе, называемом гидравлическим разрывом . Гидравлические соединения встречаются как несистематические, так и систематические соединения, включая ортогональные и сопряженные наборы соединений. В некоторых случаях наборы соединений могут быть тектонически-гидравлическим гибридом. [2] [4] [8]
Трещины отслоения представляют собой наборы плоских, изогнутых и крупных трещин, которые ограничены массивно обнаженными скальными поверхностями в глубоко эродированном ландшафте. Трещины отслоения состоят из веерообразных трещин размером от нескольких метров до десятков метров, которые лежат субпараллельно рельефу. Вертикальная гравитационная нагрузка массы коренной породы размером с гору приводит к продольному расколу и вызывает выпучивание наружу по направлению к свободному воздуху. Кроме того, палеонапряжение, запечатанное в граните до того, как гранит был эксгумирован эрозией и высвобождено эксгумацией и прорезанием каньона, также является движущей силой для фактического откола. [2] [9]
Разгрузочные швы или швы освобождения возникают вблизи поверхности, когда слоистые осадочные породы приближаются к поверхности во время подъема и эрозии; когда они остывают, они сжимаются и становятся упруго расслабленными. Накапливается напряжение, которое в конечном итоге превышает предел прочности на растяжение коренной породы и приводит к образованию трещин. В случае разгрузочных швов сжимающее напряжение высвобождается либо вдоль уже существующих структурных элементов (таких как раскол), либо перпендикулярно прежнему направлению тектонического сжатия. [2] [4] [8]
Охлаждающие швы — это столбчатые швы, которые возникают в результате охлаждения либо лавы с открытой поверхности лавового озера или потока базальта, либо сторон пластинчатой магматической, обычно базальтовой, интрузии. Они демонстрируют рисунок швов, которые соединяются вместе в тройных стыках либо под углом 120°, либо около него. Они разделяют тело породы на длинные призмы или колонны, которые обычно имеют шестиугольную форму, хотя 3-, 4-, 5- и 7-сторонние колонны встречаются относительно часто. Они образуются в результате фронта охлаждения, который движется с некоторой поверхности, либо с открытой поверхности лавового озера или потока базальта, либо со сторон пластинчатой магматической интрузии в лаву озера или потока лавы или магму дайки или силла. [10] [11]
Распространение совместных процессов можно изучать с помощью методов фрактографии , в которых характерные признаки, такие как выступы и перистые структуры, используются для определения направлений распространения и, в некоторых случаях, основных ориентаций напряжений. [12] [13]
Некоторые трещины, которые выглядят как суставы, на самом деле являются сдвиговыми трещинами, которые по сути являются микроразломами. Они образуются не в результате перпендикулярного раскрытия трещины из-за растягивающего напряжения, а в результате сдвига трещин, который вызывает боковое смещение граней. Сдвиговые трещины можно спутать с суставами, поскольку боковое смещение граней трещины не видно на обнажении или в образце. Из-за отсутствия диагностического орнамента или отсутствия какого-либо заметного движения или смещения они могут быть неотличимы от суставов. Такие трещины возникают в плоских параллельных наборах под углом 60 градусов и могут иметь тот же размер и масштаб, что и суставы. В результате некоторые «сопряженные наборы суставов» могут на самом деле быть сдвиговыми трещинами. Сдвиговые трещины отличаются от суставов наличием скользящих поверхностей , продуктов сдвигового движения параллельно поверхности трещины. скользящие поверхности представляют собой мелкомасштабные, тонкие линии гребня в канавке на поверхности поверхностей трещин. [2]
Стыки важны не только для понимания местной и региональной геологии и геоморфологии , но и для разработки природных ресурсов, безопасного проектирования сооружений и защиты окружающей среды. Стыки оказывают глубокое влияние на выветривание и эрозию коренных пород. В результате они оказывают сильное влияние на то, как развивается топография и морфология ландшафтов. Понимание локального и регионального распределения, физического характера и происхождения стыков является важной частью понимания геологии и геоморфологии области. Стыки часто придают хорошо развитую проницаемость, вызванную трещинами, коренным породам. В результате стыки сильно влияют, даже контролируют, естественную циркуляцию ( гидрогеологию ) жидкостей, например, грунтовых вод и загрязняющих веществ в водоносных горизонтах , нефти в резервуарах и гидротермальной циркуляции на глубине, в коренных породах. [14] Таким образом, стыки важны для экономичной и безопасной разработки нефтяных, гидротермальных и грунтовых ресурсов и являются предметом интенсивных исследований относительно этих ресурсов. Региональные и локальные системы соединений оказывают сильное влияние на то, как рудообразующие гидротермальные жидкости (состоящие в основном из H 2 O , CO 2 и NaCl — которые образовали большую часть рудных месторождений Земли ) циркулируют в ее коре. В результате понимание их генезиса, структуры, хронологии и распределения является важной частью поиска и прибыльной разработки рудных месторождений. Наконец, соединения часто образуют разрывы , которые могут иметь большое влияние на механическое поведение (прочность, деформация и т. д.) грунта и скальных масс, например, при строительстве туннелей , фундаментов или склонов . В результате соединения являются важной частью геотехнической инженерии на практике и в исследованиях. [2] [4] [13]
