IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Тектонический разлом – это зона нарушения сплошности земной коры, деформационный шов, разделяющий породный массив на два блока. Тектонические разломы присутствуют в любом горном массиве на любой территории и давно изучаются геологами. Именно к тектоническим разломам, чаще всего, приурочены месторождения полезных ископаемых – металлических руд, углеводородов, подземных вод и др., что делает их весьма полезным объектом для исследований.

До недавнего времени в геологии считалось, что земная кора, за исключением районов активного вулканизма и проявления сейсмических явлений (опасных в плане землетрясений), находится в состоянии покоя, т.е. неподвижна. Однако, на современном этапе с вводом в эксплуатацию новой измерительной техники стало очевидным, что земная кора постоянно находится в движении. Эти движения обладают незначительной амплитудой и не заметны глазу, однако, могут оказывать существенное воздействие, как на массивы горных пород, так и на инженерные сооружения. В соответствие с первым законом Ньютона, движение происходит при условии воздействия силы. В земной коре постоянно действуют силы (одна из них - сила тяжести), вследствие чего геологическая среда всегда находится в напряженном состоянии. Поскольку горные породы всегда перенапряжены, они начинают деформироваться и разрушаться. Чаще всего это выражается в формировании тектонических швов (разрывов) или смещения блоков горных пород вдоль заложенных ранее активных разломов. Современные смещения по активным разломам могут приводить к деформации земной поверхности и оказывать механическое воздействие на инженерные объекты.

Процессы, протекающие в зонах тектонических нарушений сложны и разнообразны. Активный разлом – это зона концентрации тектонических напряжений и зона повышенных деформаций породного массива. Вследствие повышенной трещиноватости тектонический разлом, в большинстве случае, представляет собой водоносную зону. Движение подземных вод с растворенными в них солями (проводника) через толщу пород (которые отличаются по своим электрическим свойствам) может формировать и формирует электрические поля и аномалии. Т.е. в зонах тектонических разломов зачастую наблюдаются аномалии различных природных физических полей. Аномалии широко используются для поиска и выявления зон тектонических нарушений в современной геофизике. Геологический разлом, или разрыв — нарушение сплошности горных пород, без смещения (трещина) или со смещением пород по поверхности разрыва. Разломы доказывают относительное движение земных масс. Крупные разломы земной коры являются результатом сдвига тектонических плит на их стыках. В зонах активных разломов часто происходят землетрясения как результат выброса энергии во время быстрого скольжения вдоль линии разлома. Так как чаще всего разломы состоят не из единственной трещины или разрыва, а из структурной зоны однотипных тектонических деформаций, которые ассоциируются с плоскостью разлома, то такие зоны называют зонами разлома. Две стороны невертикального разлома называют висячий бок и подошва (или лежачий бок) — по определению, первое происходит выше, а второе ниже линии разлома. Эта терминология пришла из горной промышленности [1].

Типы разломов

Геологические разломы делятся на три основные группы в зависимости от направления движения. Разлом, в котором основное направление движения происходит в вертикальной плоскости, называется разломом со смещением по падению; если в горизонтальной плоскости — то сдвигом. Если смещение происходит в обеих плоскостях, то такое смещение называется сбросо-сдвигом. В любом случае, наименование применяется направлению движения разлома, а не к современной ориентации, которая могла быть изменена под действием местных либо региональных складок либо наклонов.

Рис.1 Разлом Сан-Андреас Калифорния, США

Рис. 2 Разлом в метаморфическом слое возле Аделаиды, Австралия

Разлом со смещением по падению

Разломы со смещением по падению делятся на сбросы, взбросы и надвиги. Сбросы происходят при растяжении земной коры, когда один блок земной коры (висячий бок) опускается относительно другого (подошвы). Участок земной коры, опущенный относительно окружающих участков сброса и находящийся между ними, называется грабеном [1]. Если участок наоборот приподнят, то такой участок называют горстом. Сбросы регионального значения с небольшим углом называют срывом, либо отслаиванием. Взбросы происходят в обратном направлении — в них висячий бок движется наверх относительно подошвы, при этом угол наклона трещины превышает 45°. При взбросах земная кора сжимается. Ещё один вид разлома со смещением по падению — это надвиг, в нём движение происходит аналогично взбросу, но угол наклона трещины не превышает 45°. Надвиги обычно формируют скаты, рифты и складки. В результате образуются тектонические покровы и клиппы. Плоскостью разлома называется плоскость, вдоль которой происходит разрыв.

Сдвиги

Во время сдвига поверхность разлома расположена вертикально и подошва двигается влево либо вправо. В левосторонних сдвигах подошва движется в левую сторону, в правосторонних — в правую. Отдельным видом сдвига является трансформный разлом, который проходит перпендикулярно срединно-океаническим хребтам и разбивает их на сегменты шириной в среднем 400 км.

Рис.3

Горные породы разломов

Все разломы имеют измеримую толщину, которую вычисляют по величине деформированных пород, по которым определяют слой земной коры, где произошёл разрыв, типу горных пород, подвергшихся деформации и присутствию в природе жидкостей минерализации. Разлом, проходящий через различные слои литосферы, будет иметь различные типы горных пород на линии разлома [1]. Длительное смещение по падению приводит к накладыванию друг на друга пород с характеристиками разных уровней земной коры. Это особенно заметно в случаях срывов или крупных надвигов.

Основными типами горных пород при разломах являются следующие:

• Катаклазит — порода, текстура которой обусловлена бесструктурным тонкозернистым веществом породы.

• Милонит — сланцевая метаморфическая горная порода, образовавшаяся при движении масс горных пород по поверхностям тектонических разрывов, при раздроблении, перетирании и сдавливании минералов исходных пород.

• Тектоническая брекчия — горная порода, состоящая из остроугольных, неокатанных обломков пород и соединяющего их цемента. Образуется в результате дробления и механического истирания горных пород в зонах разломов.

• Сбросовая грязь — несвязанная, богатая глиной мягкая порода, в добавление к ультрамелкозернистому катализиту, который может иметь плоский структурный рисунок и содержать < 30 % видимых фрагментов.

• Псевдотахилит — ультрамелкозернистая, стекловидная порода, обычно чёрного цвета.

Изучение активных разломов

Для обнаружения активности разлома используют комплекс геолого-геоморфологических, геофизических и геодезических методов. Наиболее широко применяют геолого-геоморфологические методы – выявление смещений и деформаций в зоне разлома молодых отложений и форм рельефа: русел, морских и речных террас (рис. 5).

Рис.5

Особенно надежно определять движения вдоль разломов по смещениям современных и древних сооружений (зданий, ирригационных систем), поскольку в таких случаях более точно устанавливаются возраст и соответственно скорость подвижки. Так, вдоль Главного Копетдагского разлома на юге Туркменистана обнаружены горизонтальные смещения на несколько метров древних подземных оросительных галерей и даже стены средневековой крепости. Длительность выявленных подвижек оценивается по возрасту геологических образований и сооружений, смещенных разломом и перекрывающих смещение. Хорошие результаты дают радиоизотопные методы (радиоуглеродный по отношению 14С / 12С и уран-иониевый по отношению изотопов урана), а также исторические и археологические оценки. Широко применяют методы геологической и геоморфологической корреляции смещений с удаленными датированными объектами [2].

Рис.6

О современных подвижках по разлому можно судить по изменению относительного положения пунктов повторных геодезических измерений, расположенных в его крыльях. Многолетние исследования показали, что более устойчивы горизонтальные перемещения вдоль разлома (сдвиги) и поперек к нему (надвиг одного крыла на другое или их раздвигание), тогда как вертикальная компонента перемещений подвержена частым вариациям, иногда намного превосходящим многовековой тренд. Поэтому наилучшие результаты дают космогеодезические наблюдения с помощью спутников, приемников и средств обработки данных так называемой GPS-системы, у которой точность измерений горизонтальных перемещений достигает первых миллиметров. Сущность системы в том, что спутник с точно определяемыми параметрами орбиты посылает сигналы, прием которых позволяет измерить координаты наземных пунктов наблюдений. Сравнение результатов измерений разных лет показывает относительное перемещение пунктов, то есть деформацию в зоне разлома, которая может сразу сниматься движением по нему, а может накапливаться и по прошествии многих лет реализоваться сильным землетрясением.

Косвенными признаками активности разломов являются расположенные вдоль них цепочки эпицентров землетрясений, вулканов, термальных источников. О поведении разлома на глубине удается судить по результатам сейсмопрофилирования, показывающего смещения поверхностей глубинных слоев, отражающих и преломляющих сейсмические волны. На характер подвижек по разлому могут указывать особенности происходивших вдоль него землетрясений. Совместное применение перечисленных методов выявляет сложную картину жизни разлома с изменениями его параметров вдоль разлома и на глубину, а также с временными вариациями их проявлений [2].

Индикация глубинных разломов

Расположение глубинных разломов можно определять на поверхности Земли при помощи гелиевой съёмки. Гелий, как продукт распада радиоактивных элементов, насыщающих верхний слой земной коры, просачивается по трещинам, поднимается в атмосферу, а затем в космическое пространство [1]. Такие трещины и особенно места их пересечения, обладают высокими концентрациями гелия. Это явление было впервые установлено российским геофизиком И. Н. Яницким во время поисков урановых руд, признано как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 68 с приоритетом от 1968 г . в следующей формулировке: "Экспериментально установлена неизвестная ранее закономерность, заключающаяся в том, что распределение аномальных (повышенных) концентраций свободного подвижного гелия зависит от глубинных, в том числе рудоносных, разломов земной коры".^[1]

Тектоническая позиция и геодинамическое значение живых разломов Большое значение, которое имеют живые разломы прежде всего для оценки сейсмической опасности, побудило Международную комиссию по литосфере инициировать в 1989 году проект "Карта крупных активных разломов мира". Этот проект, послуживший вкладом Международной программы "Литосфера" в объявленное ООН десятилетие уменьшения опасности природных бедствий, объединил усилия 70 ученых из 50 стран. Сейчас он близок к завершению. Созданы компьютерные базы данных и карты крупнейших активных разломов континентов, а в наиболее подвижных и жизненно важных регионах выполнены и более детальные исследования. Их результаты использованы при составлении карт сейсмической опасности различных регионов [2] .

Проведенные в рамках этого проекта исследования выявили общие закономерности активного разломообразования. Живые разломы распределены на поверхности Земли неравномерно. Большая их часть находится в подвижных поясах, отличающихся контрастностью рельефа и высокой сейсмичностью. Эти пояса разграничивают крупные литосферные плиты, охватывающие земную кору и самую верхнюю часть мантии. В зависимости от направлений относительного перемещения плит в таких поясах могут происходить их раздвигание (рифтовые системы на срединно-океанических хребтах), их сближение (островные дуги, активные континентальные окраины и области коллизии, то есть столкновения континентальных частей плит) или сдвиг вдоль их границ (например, между Анатолийской и Евразийской плитами по Северо-Анатолийской зоне разломов)[4]. На территории Евразии и Африки расположены два крупнейших подвижных мегапояса: Притихоокеанский и Альпийско-Гималайский. Первый приурочен к границе Евразийской плиты с Тихоокеанской и на севере с Северо-Американской плитами, а второй охватывает область сближения Евразийской плиты с плитами южного ряда: Австралийской, Индийской, Аравийской и Африканской [3].

Рис. 6. Карта живых разломов Евразии и Африки: 1-3 - возраст последних доказанных проявлений активности: 1 - исторический; 2 - последние 100 тыс. лет; 3 - 700-100 тыс. лет назад; 4-7 - скорость движений, мм/год: 4 - V≠5, 5 - 1≤V

Код для цитирования: Скопировать