Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Горизонтальные трещины в осадочных породах на переднем плане и более разнообразный набор трещин в гранитных породах на заднем плане. Изображение с Казахской возвышенности в Балхашском районе , Казахстан .
Ортогональные совместные множества на постельных плоскости в плитах , Caithness , Шотландия
Соединения в Альмо Плутон, Национальный заповедник Город Скал , Айдахо .
Скала в Абиско треснула вдоль существующих трещин, возможно, в результате механического морозного выветривания
Базальт столбчатый сочлененный в Турции
Столбчатая трещиноватость в базальте, Марте Валлис , Марсе
Современные тектонические трещины пересекают более старые трещины отслоения в гранитно-гнейсах, Лизард Рок, Парра Вирра , Южная Австралия.
Расстояние между стыками в механически более прочных пластах известняка увеличивается с увеличением толщины пласта, залив Лилсток , Сомерсет

Сустава перерыв ( перелом ) естественного происхождения в непрерывности либо слой или тело породы , который испытывает недостаток какого - либо видимого или измеримого движения параллельно поверхности (плоскости) трещины ( «Mode 1» Трещина). Хотя они могут возникать по отдельности, они чаще всего встречаются в виде совместных наборов и систем. Набор суставов - это семейство параллельных, равномерно расположенных суставов, которые можно идентифицировать путем сопоставления и анализа ориентации, расстояния и физических свойств. Система соединений состоит из двух или более пересекающихся наборов соединений. [1] [2] [3]

Различие между соединениями и дефектами зависит от условий, видимых или измеримых, и эта разница зависит от масштаба наблюдения. Разломы отличаются от суставов тем, что они демонстрируют видимое или измеримое боковое движение между противоположными поверхностями трещины ("режим 2" и "режим 3" трещины). В результате соединение могло быть создано либо путем строгого движения пласта породы или тела перпендикулярно трещине, либо путем поперечного смещения различной степени параллельно поверхности (плоскости) трещины, которое остается «невидимым» в масштабе наблюдение. [1] [2] [3]

Соединения являются одними из самых универсальных геологических структур, так как они встречаются практически на каждом обнажении горных пород. Они сильно различаются по внешнему виду, размерам и расположению и встречаются в совершенно разных тектонических средах. Часто конкретное происхождение напряжений, создавших определенные соединения и связанные с ними наборы соединений, может быть довольно неоднозначным, неясным, а иногда и спорным. Наиболее заметные трещины встречаются в наиболее плотных, литифицированных и высокопрочных породах, таких как песчаник , известняк , кварцит и гранит . Стыки могут быть открытыми трещинами или заполнены различными материалами. Стыки, заполненные осажденными минералами , называются прожилками.а стыки, заполненные застывшей магмой , называются дайками . [1] [2]

Формирование [ править ]

Соединения возникают в результате хрупкого разрушения тела или слоя горной породы в результате растягивающих напряжений . Эти растягивающие напряжения были вызваны или наложены извне, например, при растяжении слоев; повышение порового давления флюида в результате либо внешнего сжатия, либо закачки флюида; или результат внутренних напряжений, вызванных усадкой, вызванной охлаждением или высыханием массива или слоя горной породы, внешние границы которых остались фиксированными. [1] [2]

Когда растягивающие напряжения растягивают тело или слой породы так, что его предел прочности на разрыв превышается, он разрушается. Когда это происходит, горная порода разрушается в плоскости, параллельной максимальному главному напряжению и перпендикулярной минимальному главному напряжению (направлению, в котором порода растягивается). Это приводит к созданию единого субпараллельного соединения. Продолжающаяся деформация может привести к образованию одного или нескольких дополнительных комплектов шарниров. Присутствие первого набора сильно влияет на ориентацию напряжений в слое породы, часто вызывая формирование последующих наборов под большим углом, часто 90 °, к первому. [1] [2]

Типы суставов [ править ]

Соединения классифицируются либо по процессам, ответственным за их образование, либо по их геометрии. [1] [2] [4]

Классификация стыков по геометрии [ править ]

Геометрия стыков относится к ориентации стыков, отображаемой либо на стереосетях и диаграммах в виде роз, либо наблюдаемой на обнажениях горных пород. С точки зрения геометрии, различают три основных типа соединений: несистематические соединения, систематические соединения и столбчатые соединения . [2] [4]

Несистематические суставы [ править ]

Несистематические суставы - это суставы, которые настолько неравномерны по форме, расстоянию и ориентации, что их невозможно легко сгруппировать в характерные сквозные наборы суставов. [2] [4]

Систематические суставы [ править ]

Систематические стыки - это плоские, параллельные стыки, которые можно проследить на некотором расстоянии и которые возникают на регулярных, равномерно распределенных расстояниях порядка сантиметров, метров, десятков метров или даже сотен метров. В результате они возникают как семейства суставов, которые образуют узнаваемые наборы суставов. Как правило, обнажения или обнажения в пределах данной области или области исследования содержат два или более набора систематических стыков, каждый со своими отличительными свойствами, такими как ориентация и интервал, которые пересекаются, образуя четко определенные системы стыков. [2] [4]

В зависимости от угла, под которым соединительные наборы систематических соединений пересекаются, чтобы сформировать соединительную систему, систематические соединения могут быть подразделены на сопряженные и ортогональные соединительные множества. Углы, при которых наборы стыков в системе стыков обычно пересекаются, геологи-строители называют двугранными углами. Когда двугранные углы в системе соединений составляют около 90 °, наборы соединений известны как наборы ортогональных соединений . Когда двугранные углы в системе соединений составляют от 30 до 60 °, наборы соединений известны как наборы сопряженных соединений . [2] [4]

В регионах, которые испытали тектоническую деформацию, систематические трещины обычно связаны либо со слоистыми, либо со слоистыми 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 предсказуемой структуре относительно тенденций шарниров складчатых пластов. По ориентации на осевые плоскости и оси складок типы систематических соединений:

  • Продольные стыки - стыки, которые примерно параллельны осям сгиба и часто веером вокруг сгиба.
  • Поперечные соединения - соединения, которые приблизительно перпендикулярны осям сгиба.
  • Диагональные соединения - соединения, которые обычно возникают как сопряженные соединения, задают эту тенденцию под углом к ​​осям сгиба.
  • Ударные суставы - суставы, расположенные параллельно простиранию осевой плоскости складки.
  • Поперечные соединения - соединения, которые пересекают осевую плоскость складки. [2] [4]

Соединение столбцов [ править ]

Столбчатое соединение - это особый тип соединений, которые соединяются вместе в тройных соединениях под углом 120 ° или около него. Эти стыки разделяют горное тело на длинные призмы или колонны. Обычно такие столбцы имеют шестиугольную форму, хотя 3-, 4-, 5- и 7-сторонние столбцы довольно распространены. Диаметр этих призматических колонн составляет от нескольких сантиметров до нескольких метров. Часто они ориентированы перпендикулярно верхней поверхности и основанию лавовых потоков и контакту пластинчатых вулканических тел с окружающей породой. Такой тип трещиноватости характерен для мощных лавовых потоков и неглубоких даек и силлов. [5] Столбчатые сращивания также известно как любая структура столбчатой , призматические суставы , или призматическая трещиноватость. [6] Редкие случаи столбчатой ​​трещиноватости также были зарегистрированы в осадочных толщах. [7]

Типы стыков по формированию [ править ]

Суставы также можно классифицировать по их происхождению. По своему происхождению соединения были разделены на несколько различных типов, которые включают тектонические, гидравлические, отслаивающиеся, разгрузочные (высвобождающие) и охлаждающие соединения в зависимости от конкретного автора и публикации. Кроме того, происхождение многих суставов часто бывает неясным и неоднозначным. Часто разные авторы предлагают несколько противоречивых гипотез для конкретных наборов и типов суставов. Наконец, следует иметь в виду, что разные трещины в одном и том же обнажении могли образоваться в разное время и по разным причинам.

Тектонические сочленения [ править ]

Тектонические суставы - это суставы, которые образуются, когда относительное смещение суставных стенок перпендикулярно его плоскости в результате хрупкой деформации коренных пород в ответ на региональные или местные тектонические деформации коренных пород. Такие соединения образуются, когда направленное тектоническое напряжение вызывает превышение прочности на растяжение коренных пород в результате растяжения слоев горных пород в условиях повышенного давления порового флюида и направленного тектонического напряжения. Тектонические трещины часто отражают местные тектонические напряжения, связанные с местными складчатыми образованиями и разломами. Тектонические суставы встречаются как несистематические, так и систематические суставы, включая ортогональные и сопряженные суставы. [2] [4] [8]

Гидравлические соединения [ править ]

Гидравлические соединения - это соединения, которые, как считается, образовались, когда давление поровой жидкости стало повышенным в результате вертикальной гравитационной нагрузки. Проще говоря, накопление отложений, вулканических пород или других материалов вызывает увеличение порового давления грунтовых вод и других флюидов в подстилающей породе, когда они не могут двигаться ни в поперечном, 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, перпендикулярное минимальному главному напряжению (направлению, в котором растягивается порода). Если растягивающее напряжение превышает величину наименьшего главного напряжения сжатия, порода становится хрупкой, и эти трещины распространяются в процессе, называемом гидроразрывом.. Гидравлические соединения могут быть как несистематическими, так и систематическими, включая ортогональные и сопряженные соединения. В некоторых случаях комплекты шарниров могут быть тектонико-гидравлическим гибридом. [2] [4] [8]

Отшелушивающие суставы [ править ]

Швы расслоения - это наборы плоских, изогнутых и крупных швов, которые ограничены массивно обнаженными скальными поверхностями в глубоко эродированном ландшафте. Отслоение трещин состоит из веерообразных трещин размером от нескольких метров до десятков метров, расположенных субпараллельно топографии. Вертикальная гравитационная нагрузка массы коренных пород размером с гору вызывает продольное расщепление и вызывает прогиб наружу в сторону свободного воздуха. Кроме того, палеонапряжение, запечатанное в граните до того, как гранит был эксгумирован эрозией и высвобожден в результате эксгумации и вырубки каньона, также является движущей силой фактического раскола. [2] [9]

Разгрузочные соединения [ править ]

Разгрузочные соединения или разъединительные соединения - это соединения, образующиеся у поверхности во время подъема и эрозии. По мере того как слоистые осадочные породы приближаются к поверхности во время подъема и эрозии, они охлаждаются, сжимаются и упруго расслабляются. Это вызывает накопление напряжений, которые в конечном итоге превышают предел прочности на разрыв коренной породы и приводят к образованию трещин. В случае разгрузки швов сжимающее напряжение снимается либо вдоль уже существующих структурных элементов (таких как раскол), либо перпендикулярно предыдущему направлению тектонического сжатия. [2] [4] [8]

Охлаждающие соединения [ править ]

Охлаждающие стыки представляют собой столбчатые стыки, которые возникают в результате охлаждения либо лавы с обнаженной поверхности лавового озера, либо паводкового базальтового потока, либо стенок пластинчатого вулканического, обычно базальтового, интрузии. Они демонстрируют структуру соединений, которые соединяются в тройных стыках под углом 120 ° или около него. Они разделяют горную породу на длинные призмы или колонны, которые обычно имеют шестиугольную форму, хотя 3-, 4-, 5- и 7-сторонние колонны довольно распространены. Они образуются в результате фронта охлаждения, который движется с некоторой поверхности, будь то обнаженная поверхность лавового озера или паводковый базальтовый поток, или стороны пластинчатого вулканического вторжения либо в лаву озера, либо в лавовый поток, либо в магму дайки или подоконник. [10] [11]

Фрактография [ править ]

Плюшевая структура на поверхности излома в песчанике, Аризона

Совместное распространение можно изучить с помощью методов фрактографии, в которых характерные отметки, такие как перья и перистые структуры, могут использоваться для определения направлений распространения и, в некоторых случаях, ориентации основных напряжений. [12] [13]

Сдвиговые переломы в сравнении с суставами [ править ]

Некоторые переломы, которые выглядят как суставы, на самом деле являются переломами сдвига, которые, по сути, являются микродефектами, а не суставами. Сдвиговые трещины образуются не в результате перпендикулярного раскрытия трещины из-за растягивающего напряжения, а в результате срезания трещин, вызывающего боковое перемещение ее поверхностей. Сдвиговые переломы можно спутать с суставами, потому что поперечное смещение поверхностей трещин не видно в масштабе обнажения или ручного образца. Из-за отсутствия диагностических украшений или отсутствия заметного движения или смещения они могут быть неотличимы от суставов. Сдвиговые переломы возникают в виде наборов плоских параллельных трещин под углом 60 градусов и могут иметь тот же размер и масштаб, что и суставы. В результате некоторые сопряженные суставные множествана самом деле могут быть сдвиговые переломы. В случае таких наборов стыков можно было бы отличить стыки от трещин при сдвиге, наблюдая за наличием поверхностей скольжения , которые являются продуктами поперечного движения параллельно поверхности трещины. Гладкие поверхности - это мелкие, тонкие линии гребешков в бороздках, которые обнаруживаются на поверхности поверхностей излома. [2]

Важность суставов [ править ]

Соединения важны не только для понимания местной и региональной геологии и геоморфологии , но также важны для разработки природных ресурсов, безопасного проектирования конструкций и защиты окружающей среды. Суставы серьезно влияют на выветривание и эрозию коренных пород. В результате они строго контролируют развитие топографии и морфологии ландшафтов. Понимание местного и регионального распределения, физического характера и происхождения трещин является важной частью понимания геологии и геоморфологии местности. Соединения часто придают коренным породам проницаемость, вызванную трещинами, на которых хорошо развиты трещины. В результате соединения сильно влияют на естественную циркуляцию ( гидрогеологию ) жидкостей, например грунтовых вод , и даже контролируют ее.и загрязняющих веществ в пределах водоносных слоев , нефти в резервуарах , и гидротермальные процессы на глубине, внутри коренных пород. [14] Таким образом, стыки важны для экономичного и безопасного освоения нефтяных, гидротермальных и подземных вод и являются предметом интенсивных исследований, связанных с разработкой этих ресурсов. Кроме того, региональные и локальные совместные системы оказывают очень сильное влияние на то, как рудообразующие (гидротермальные) флюиды, состоящие в основном из H2O , CO
2, и NaCl, который сформировал большую часть рудных месторождений Земли, циркулировавших в земной коре. В результате понимание их генезиса, структуры, хронологии и распределения является важной частью поиска и рентабельной разработки рудных месторождений различных типов. Наконец, стыки часто образуют неоднородности, которые могут иметь большое влияние на механическое поведение (прочность, деформацию и т. Д.) Грунтовых и горных масс, например, при строительстве туннелей , фундаментов или откосов . В результате соединения являются важной частью геотехнической инженерии на практике и в исследованиях. [2] [4] [13]

См. Также [ править ]

  • Базальтовая веерная конструкция
  • Отслаивающийся гранит
  • Мозаичный тротуар

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f Мандл, Г. (2005) Скальные соединения: Механическое происхождение. Шпрингер-Верлаг, Гейдельберг, Германия. 221 стр. ISBN  978-3-540-24553-7
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Дэвис, Г. Х., С. Дж. Рейнольдс и К. Клут (2012) Структурная геология горных пород и регионов (3-е изд.) : John Wiley and Sons, Inc. ., Нью Йорк, Нью Йорк. 864 стр. ISBN 978-0471152316 
  3. ^ a b Гоуди, А.С. (2004) Энциклопедия геоморфологии, том 2, J – Z. Рутледж Нью-Йорк, Нью-Йорк. 578 стр. ISBN 9780415327381 
  4. ^ a b c d e f g h i j van der Pluijm, BA, and S. Marshak (2004) Строение Земли: введение в структурную геологию и тектонику, 2-е изд. WW Norton & Company, Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк. 672 с. 10110 ISBN 978-0393924671 
  5. ^ Макфи Дж., М. Дойл и Р. Аллен (1993) Вулканические текстуры: руководство по интерпретации текстур вулканических пород. Центр изучения рудных месторождений и разведки, Университет Тасмании, Хобарт, Тасмания. 196 стр. ISBN 9780859015226 
  6. ↑ Neuendorf, KKE, JP Mehl, Jr., and JA Jackson, ред. (2005) Глоссарий геологии (5-е изд.). Александрия, Вирджиния, Американский геологический институт. 779 стр. ISBN 0-922152-76-4 
  7. ^ Янг, GM (2008) Происхождение загадочных структур: полевые и геохимические исследования столбчатых соединений в песчаниках, остров Бьют, Шотландия. Журнал геологии. 116 (5): 527-536.
  8. ^ a b c Дэвис, Г. Х. и С. Дж. Рейнольдс (1996) Структурная геология горных пород и регионов (2-е изд.). Нью-Йорк, John Wiley and Sons, Inc., 776 p. ISBN 978-0471152316 
  9. ^ Твидейл, CR и EM Campbell (2005) Австралийская форма рельеф: Понимание низкого, плоский, засушливый и Старый пейзаж. Rosenberg Publishing Pty. Ltd. Переработанное издание, 2005 г. С. 140. ISBN 1 877058 32 7 
  10. ^ Goehring, L., и SW Morris (2008) Масштабирование столбчатых швов в базальте. Журнал геофизических исследований. B113: B10203, 18 с.
  11. ^ Goehring, L. (2013) Развитие структуры трещин: столбчатые стыки, грязевые трещины и полигональный рельеф. Философские труды Королевского общества математических, физических и технических наук. 371 (20120353). 18 стр.
  12. ^ Робертс, JC (1995) Маркировка поверхности трещин в лиасовом известняке в Лавернок-Пойнт, Южный Уэльс . Геологическое общество, Лондон, специальные публикации; v.92; п. 175-186]
  13. ^ a b Бахат, Д., А. Рабинович, В. Фрид (2005) Разрушение горных пород при растяжении: методы тектонофрактографии и электромагнитного излучения. Springer-Verlag Berlin. 569 с. ISBN 3-540-21456-9 
  14. ^ Guerriero V и др. (2012). «Модель проницаемости для карбонатных коллекторов с естественной трещиноватостью». Морская и нефтяная геология . 40 : 115–134. DOI : 10.1016 / j.marpetgeo.2012.11.002 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Aydin, A., and J. Zhong (nda) Неортогональные соединительные множества , множественные соединительные множества , Rock Fracture Knolwedgebase , Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния.
  • Aydin, A., and J. Zhong (ndb) Наборы ортогональных соединений , множественные наборы соединений , Rock Fracture Knolwedgebase , Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния.
  • Айдын, А. и Дж Zhong (ОПРС) Модель нескольких совместных множеств , несколько совместных Sets , Rock Fracture Knolwedgebase , Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния.