Геология / 4 курс / Структурный анализ / Казаков_Заика-Новаций
.pdfлагается на глубине 40—50 км. Соленосный комплекс представлен кунгурским ярусом — каменной солью с прослоями терригенных и сульфатных пород. Первоначально (до дислокации) мощность ком плекса составляла 3—5 км. Штоки соли достигают мощности 10 км. Надсолевой комплекс включает верхнюю пермь и триас, юру, мел, палеоген, неоген и необычно мощные четвертичные отложения (до 800 м). Максимальные мощности отложений надсолевого комплек са до 9— 10 км отмечаются в межкупольных депрессиях внутренних районов Прикаспийской впадины.
Платформенным областям свойственны солянокупольные струк туры изометрических очертаний, распространяющиеся по площади равномерно, без концентраций в линейные зоны (рис. 101). Текто нические напряжения в таких областях слабые, во всяком случае значительно слабее, чем в подвижных зонах, и оказывают неболь шое влияние на проявление соляной тектоники. Формирование плат форменных соляных куполов происходило почти исключительно за счет гравитационного всплывания соли. Соляные структуры более просты по своей морфологии, чем в подвижных зонах.
Другим примером области соляной тектоники является Днеп ровско-Донецкая впадина (рис. 102). Состав подсолевых отложений известен еще слабо. По данным глубинного сейсмического зонди-
Рис. 102. Солянокупольные структуры Днепровско-Донецкой впадины (по М еж дународной тектонической карте Европы, лист И , 1964):
1 — кристаллические породы Украинского щита, 2 — платформенные отложения, 3 — гра ницы Днепровско-Донецкой впадины, 4 — соляные купола, 5 — структурные купола
150
рования подсолевой комплекс в осевой структуре впадины — Дне провском грабене — может достигать весьма значительной мощно сти. Учитывая строение аналогичных структур Русской плиты, мож но предположить, что в состав подсолевого комплекса входят вулканогенные и обломочные породы рифея и нижнего палеозоя.
Соленосный комплекс состоит из двух сложных толщ, содержа щих эвапориты и располагающихся на двух стратиграфических уровнях— девон и нижняя пермь (эвапориты — породы хемогенного происхождения, составленные солями, выпавшими из воды при ее пересыщении или испарении. В эту группу, кроме каменной соли, входят гипс, ангидрит, хемогенные известняки и доломиты, селит ры). Суммарная мощность вулканических, терригенных и хемогенных образований среднего и верхнего палеозоя в среднем достигает 6 км.
Надсолевой комплекс (верхняя пермь — неоген) представлен преимущественно терригенными образованиями, за исключением верхнемеловых отложений, сложенных писчим мелом. Максималь ная мощность комплекса изменяется от первых сотен метров до ки лометра.
Соляные структуры относятся к четвертому порядку, морфоло гически достаточно разнообразны — линзовидные, грибовидные, столбообразные (штоки) и др. По взаимосвязи с вмещающими и покрывающими породами различают закрытые купола, если верши на соляного массива или штока перекрыта надсолевыми слоями, и открытые, когда соль или кепрок (от английского «cap rock» — ка менная шляпа; образуется при растворении вершины массива) вы ходят на поверхность (Исачки, Радченковская структура); актив ны е — прорывающие, пассивные — размытые и деградирующие. По времени возникновения соляные штоки подразделяются на предкаменноугольные, формирующиеся с конца девона; предверхнепермские, образовавшиеся в период с конца карбона до поздней перми; предпалеогеновые, возникшие в конце мела.
В отличие от платформенных областей подвижным зонам свой ственны соляные купола удлиненной формы, субпараллельные гос
подствующему |
простиранию зоны, |
которые |
нередко |
группируются |
в цепочки (рис. 102). Такая ориентировка |
обусловлена действием |
|||
тектонических |
сил, направленных |
перпендикулярно |
простиранию |
|
зоны. Эти силы оказывают существенное влияние на морфологию структур и вызывают образование сложных соляных структурных форм.
Солевые структуры образуются в солевом и надсолевом комп лексах на разных уровнях стратиграфического разреза. Возраст возникновения того или иного соляного купола не зависит от его положения в разрезе. Нельзя сказать, например, что соляные ку пола, залегающие глубже, являются более древними, чем купола выше по разрезу. Единственный критерий заключается в том, что -образование самой соли является более древним, чем отложения пород надсолевого комплекса, а соляная интрузия произошла позд нее, чем отложения тех горизонтов в надсолевом комплексе, кото
151
рые она прорывает. Кроме того, нередко под влиянием тектоничес ких сил происходило более позднее изменение (усложнение) мор фологии соляных куполов, а участки локальных поднятий и погружений, вызванных соляной тектоникой, смещались в ходе гео логической истории области. Так что мы видим суммарный резуль тат соляной тектоники на протяжении значительного геологичес кого времени.
8.3. Морфология соляных структур
Характерной особенностью соляных структур являются их боль шие размеры, сопоставимые с размерами крупных интрузивных маг матических тел. Некоторые соляные гиганты по площади в гори зонтальном направлении занимают сотни и даже тысячи квадрат ных километров, распространяясь по глубине на 10— 12 км. Размер соляных структур зависит от первичной мощности соляных пластов массы надсолевых пород.
Наиболее крупной структурной единицей является соляной мас сиву который представляет скопление масс соли пластового типа со сложным рельефом кровли, образованным соляными поднятиями и соляными мульдами. Соляные массивы занимают большие пло щади — до 1000 км2 при мощности 2—4 км. Известны и более круп ные гиганты, например, Челкарский массив в Прикаспийской впа дине. Контуры соляных массивов — округлые, эллиптические или разветвленно-извилистые.
На соляных массивах нередко возникают дочерние вторичные структурные формы (вздутия, антиклинали). Иногда вторичные сателлитовые формы окаймляют основное тело соляного массива. Эпохи интенсивного преобразования соляных массивов совпадают по времени с эпохами усиления погружения района.
Формы соляных структур среднего масштаба (километры в ла теральном и вертикальном направлениях) относятся к группе со ляных куполов. Морфология соляных куполов, как показывают комплексные геолого-геофизические исследования, дающие возмож ность построить количественно охарактеризованные объемные структурные модели различного масштаба, весьма разнообразна (рис. 103). Наиболее существенным параметром, определяющим морфологию соляных структур, является мощность соляной толщи. На севере ФРГ установлен генетический ряд соляных структур от наименее развитых «соляных подушек», встречающихся по краям бассейна, в районе со сравнительно небольшой мощностью соли, через соляные штоки и диапиры до «соляных валов», наблюдающих ся в центральной части бассейна с максимальной мощностью соли над крупными проходящими здесь разломами. Этот ряд отражает интенсивность интрузий соли в надсолевые отложения.
Соляные подушки, вздутия или антиклинали могут быть упо доблены магматическим лакколитам — формам с субгоризонтальным нижним контактом и выпуклым верхним контактом. Такие фор мы, собственно, и есть купола. Падение крыльев в них обычно
152
8.4. Складчатые структуры внутри соляных куполов
Соляным отложениям ствойственна тонкая слоистость и полос чатость, что предопределяет широкое развитие в соляных куполах складчатых структур. Слоистость и полосчатость представлены че редованием светлых и темных полос различной мощности, сложен ных галогенными минералами. Слоистость подчеркивается мелкими включениями глинистых минералов. Мощность слоев различна — первые миллиметры (сезонные слои), первые сантиметры (годовые слои), дециметры, до метра. В галогенных формациях обнаружены подводные оползни, внутриформационные размывы и волноприбой ные знаки. Последние образовались вследствие воздействия волн рассола на рыхлую соль.
Внутренняя тектоника соли характеризуется двумя типами складчатых структур — конседиментационными складками и собст венно тектоническими складками, образованными синхронно с внед рением соляного диапира.
Конседиментационные складки представлены сложно смятыми мелкими формами непостоянного профиля, дисгармоничными, с яв лениями закрутки (рис. 105, а). Складчатые формы перекрываются поверхностями внутриформационного размыва. Перекристаллизованные порфиробласты карналлита прерывают мелкие конседимен тационные складки (рис. 105,6). Эти складки проявляются изби рательно в пачках пластов определенного состава. Они образуются, например, в пачках с мелкими слоями галитового и ангидритового состава и отсутствуют в мономинеральных пачках. Кроме явлений гравитационного оползания, конседиментационные складки гало генных формаций образуются в условиях локального растворения, локального уплотнения и особенно в условиях дифференциальной нагрузки.
Складки, образованные синхронно с внедрением соляного диа-
Рис. 105. Конседиментационные складки в галогенных отложениях массива Сергип, Бразилия (в керне скважины) (по Н. Вердлоу, W ardlow, 1972):
а — дисгармоничные и закруточные формы конседиментационных складок; б — пересечение кристаллом карналлита конседиментационных складок; / — галит, 2 — карналлит
154
rff 7T(f* |
И 1LZJ2LZ33B J 4 |
||
|
И X |
52 |
jSto |
|
|
||
Рис. 106. Складчатость внутри соляного купола (горизонтальное сечение) (руд ник Клир, Техас, США; по Р. Болку, Balk, 1949):
1 — падение слоистости, 2 — вертикальное залегание слоистости, 3 — линейность скоплений галита и ангидрита, 4 — оси складок
пира, разнообразны по размерам, по форме и степени сближения крыльев. На рис. 106, где представлена складчатость одного из участков соляного купола, видно, что складки представлены изо клинальными формами, реже открытыми, складки изоклинального типа по простиранию осевой плоскости переходят в более открытые (см. центральную часть рис. 106). Иногда обнаруживаются сильно удлиненные брахискладки. В мелких формах развиты шевроновые складки. Характерна дисгармоничность складок. Отдельные склад ки по простиранию осевой плоскости достигают сотен метров, склад ки всей гаммы более мелких размеров активно образуются.
В соляных куполах встречаются специфические структуры в ви де трубовидных тел цилиндрического или чаще эллиптического се чения с субвертикальной осью, имеющие диаметр в пределах метра или несколько более, а в длину десятки и даже сотни метров. Тру бовидные тела очерчиваются одним или несколькими слоями. Иног да в поперечном сечении заметно их спиралевидное строение. В не которых случаях они являются ядрами вертикальных удлиненных брахиоструктур.
Внутренняя тектоника соли обуславливается движениями соли вверх, а боковое сжатие практически отсутствует. Наоборот, дви жущийся поток соли раздвигает раму (вмещающие породы) и вы зывает дислокации в ней. Эта главная динамическая особенность, проявляющаяся в таком предельно пластичном материале как соль, вызывает образование складчатых структур особой категории — структур, к которым неприменимы понятия «изгиб», «сжатие» и другие. Складки образованы ламинарными потоками предельной геологической подвижности, вследствие этого ни в каких других геологических образованиях складчатость не достигает той степе ни динамичности как в соляных куполах. Складки соляных куполов в общединамическом смысле можно отнести к складкам течения. Но они не являются складками гравитационного течения (сполза ния) и их асимметричный узор не дает оснований для отличия от такой категории как складки волочения.
Активное внедрение и ламинарная динамика соли обуславлива ют характерные особенности внутренней тектоники соляных купо лов, среди которых нужно отметить следующие:
1. Интенсивность складчатости возрастает в верхней части со ляного купола, а также, как показали эксперименты Б. Эшера и
Ф. Куэнена (1929), от периферии к центру купола.
2. Крылья складок обычно занимают субвертикальное положе ние, параллельное контактам купола, нередко и шарниры складок также вертикальны. (Опрокинутые и лежачие складки встречаются
вверхних частях соляных куполов — в навесах и карнизах. Веро ятно, это более позднее опрокидывание первичных вертикальных складок). Необычность этой ориентировки состоит в том, что дви жение материала происходит в направлении шарниров складок, а не перпендикулярно им, как это осуществляется при образовании складок под действием стресса. Складки с вертикальными шарни
рами и осевыми плоскостями были получены в опытах Б. Эшера и Ф. Куэнена при нагнетании соли вверх в условиях жесткой рамы, слабо поддающейся растяжению под действием соляной ин трузии.
3. Осевые плоскости складок нередко изгибаются (см. рис. 106). Изгиб осевых плоскостей происходит в процессе образования склад ки и не может быть подразделен на отдельные этапы.
Вследствие последних двух особенностей к складкам соляных куполов, как и к оползневым складкам, неприменимы принципы наложенных деформаций в той их форме, которая приложима к стрессовым складкам. Этапность образования складчатых структур соляных куполов требует разработки особой методики.
В соляных куполах хорошо выражены линейные текстуры. Ли нейность представлена скоплениями галита или ангидрита, значи тельно реже — их удлиненными монокристаллами. Скопления до стигают длины до 10 см при диаметре в несколько миллиметров. Линейность ангидрита обнаруживается легче, чем линейность га лита. Скопления имеют веретенообразную или миндалевидную фор му и относятся к типу морфологической <з-линейности. Они обычно
156
совпадают по ориентировке с шарнирами соляных складок и падают круто или вертикально. Однако отмечаются и несовпадения с шар нирами складок по ориентировке (см., например, рис. 106).
8.5. Механизм образования соляных куполов
Происхождение соляных куполов рассматривается исходя из гравитационной гипотезы, в основе которой лежит инверсия плот ностей селевого комплекса и надсолевых отложений. В последнее время появилась тектоническая гипотеза, согласно которой соля ные купола образуются только за счет воздействия внешних тек тонических сил. Тектоническая гипотеза в своем крайнем проявле нии не объясняет многих существенных сторон галокинеза. Тем не менее, тектонический фактор имеет существенное значение. Он иг рает роль «стрессового курка» — вызывает подпоры и вздутия в подсолевом комплексе и трещины в надсолевом комплексе, по ко торым интрудирует соль. Движение соли может вызывать также дифференциальная нагрузка вышележащих пород на различные части солевого комплекса.
Первоначальным импульсом, вызывающим образование соля ных структур, может служить также тепловое расширение соли при погружении в зону повышенных температур, так как коэффициент объемного расширения соли при 0° — 200° в несколько раз превы шает соответственную величину для терригенных осадочных пород (38—44 против 3— 12).
Несмотря на эти дополнительные обстоятельства, гравитацион ный фактор является ведущим. Из геологических наблюдений ис ходит, что соль, найдя «неправильности» в вышележащих породах, перемещается по пласту и устремляется в приподнятые его части, а вышележащие отложения будут дробиться и раздвигаться расту щим соляным куполом. Неровности верхней поверхности соляного пласта — зародыши будущих солянокупольных структур.
Кроме геологических наблюдений галокинез весьма наглядно прослежен при помощи моделирования с использованием материа лов, поведение которых в условиях эксперимента подобно поведе нию соли в природных условиях.
Согласно В. В. Белоусову, с физической стороны процесс фор мирования соляных массивов и штоков является адвекцией (огра ниченное конвективное движение). Схема механизма нагнетания изображена на рис. 107. «Достаточно на поверхности раздела, по которой соприкасаются более плотный материал, лежащий вверху, и менее плотный, лежащий внизу, возникнуть любому отклонению от горизонтальной плоскости, как появляется стремление к лави нообразному росту этой неровности: чем больше неровность, тем больше различие в давлении под неровностью и за ее пределами на любую горизонтальную плоскость внутри соли» (В. В. Белоусов, 1975).
На рис. 107, а плотность покрывающей свиты (d\) больше плот ности подстилающей пластичной свиты (d2). В точке В давление
157
а
б
Рис. 107. Схема механизма тектонического нагнетания:
■а — |
в условиях инверсии плотностей; б |
— плотности покрывающей (rfj) и подстилающей |
|||
пластичной |
(d2) свит равны |
|
|
|
|
на |
горизонтальную плоскость АВА\ меньше, |
чем в точках А |
и А и |
||
так |
как |
h\dx-\-h2d2 < h xd {-\-h2d {. Поэтому |
материал нагнетаемой |
||
свиты должен течь к точке В |
(показано стрелками) и высота |
(h2) |
|||
будет возрастать. С увеличением высоты складки увеличивается и разность h2d x—h2d2t что сообщает процессу лавинообразный харак тер. Рис. 107, б демонстрирует состояние, когда дальнейшее подня тие складки невозможно, поскольку после образования складки нагнетания высотой Я, давление на плоскость А В А Х стало всюду одинаковым, так как Hd\ = Hd2.
Любое отклонение от горизонтальной плоскости, т. е. «заро дыш» соляного штока, вызывается перепадом (градиентом) дав ления, в основе которого могут лежать самые различные причины. К ним относятся тектонические разрывы, эрозионные врезы, нерав
номерное |
осадконакопление, |
вулканизм, |
блоковые давления (ко |
робление) |
кристаллического |
фундамента |
и подсолевого комплекса |
и др. |
|
|
|
Общая схема роста соляного купола представлена на рис. 108. На первых стадиях (стадии 2—4) происходит постепенное образо вание купола с наибольшими поднятиями в его центральной части. Затем в росте купола наступает качественное изменение — из наи более возвышенной части купола соль активно устремляется вверх и вовлекает всю массу соли в это движение (стадия 5). В итоге из
158
Конец |
Т '1 I 1 ■ ‘ I 1 I 1 ■1 I 1 ■ 1 ■1 I 1 1 1 'i ■]- T - ] 1i i 1 ■ 1 ■ ■ i »— f - * 'i . ' . I |
Средний |
т р и а с |
среднего |
|
Нижний |
т р и а с |
|
|
Верхняя |
пермь |
|
|
Д оверхне- |
|
пермские
отложения
Рис. 108. Схема образования соляного купола (по Ф. Трусхейму, Trusheim, i960)
горизонтального залегания соляной толщи (стадия 1) формиру ется соляной интрузив вертикально-цилиндрической или грибооб
разной (стадия 6) формы.