Анализ ориентировок разрывов тектонического происхождения

Как было показано в гл. 3, анализ тектонических разрывов также дает возможность выяснять ориентировку осей напряжений. Прежде всего необходимо выяснить механический тип разрыва (отрыв или скол). Если это невозможно, то разрыв не может быть использован для изучения напряжений, которые обусловили его образование.

Отличительной чертой трещин скола является перемещение по ним блоков пород в связи с наличием на плоскостях трещин скалывающих напряжений. Обычно поверхности трещин более или менее ровные и притертые, на них устанавливаются борозды скольжения, вытянутые по направлению движения блоков. Трещины характеризуются большой протяженностью и прямолинейностью, а часто и наличием глинки трения.

Трещины отрыва имеют неровные, «рваные» ограничения без признаков притирания. Они не выдержаны по простиранию и падению, короткие, искривленные и демонстрируют значительное зияние. По таким трещинам не происходит значительных перемещений блоков пород в боковом направлении (стенки их просто раздвигаются), поэтому глинка трения здесь отсутствует.

Ранее уже говорилось, что плоскости отрывов перпендикулярны направлению наибольших растягивающих (наименьших сжимающих) напряжений. Сколы развиваются по двум сопряженным направлениям. Поэтому в полевых условиях геолог должен установить возможность группировки различных систем поверхностей скалывания в сопряженные пары. Сопряженность трещин скалывания различных ориентировок может устанавливаться по их слиянию, взаимному пересечению, противоположности направлений смещения, постоянству угла между ними при общем изменении их ориентировки, аналогичной распространенности и связи со структурой района, аналогичному и одновозрастному минеральному заполнению.

Восстановление поля напряжений по паре сопряженных сколовых нарушений. Для восстановления ориентировок главных нормальных напряжений по сопряженным сколовым нарушениям важно иметь в виду следующее.

• 1. Ориентировка оси промежуточных главных нормальных напряжений (ст₂) определяется пересечением пары сопряженных сколов.
• 2. Острый угол между сопряженными сколами равен 2а, a биссектрисой этого угла является ось алгебраически минимальных главных нормальных напряжений, т. е. ось ст₃.
• 3. Направление скольжения определяется по пересечению плоскости разлома и плоскости осей алгебраически максимального (а,) и минимального (ст₃) главных нормальных напряжений.
• 4. Направление скольжения по разлому должно быть таким, чтобы клин, заключенный в острый двугранный угол между плоскостями сколов, вдвигался в направлении а₃.
• 5. Угол внутреннего трения связан с углом, а уравнением

Используя эти простые правила, можно охарактеризовать поле напряжений, существовавшее на момент заложения разломов, а также пролить свет на некоторые важные физические свойства горных пород.

Предположим, нами установлены ориентировки двух разрывных структур, для которых установлена их сколовая природа и доказана сопряженность. Залегание сместителей разрывов: 1) азимут падения 66°, угол падения 50°; 2) азимут падения 222°, угол падения 76°.

Для восстановления поля напряжений, в котором были образованы разломы, рекомендуется следующая последовательность действий.

1. Используя либо поперечную равноугольную азимутальную проекцию сферы (сетка Вульфа), либо азимутальную поперечную равновеликую (равноплощадную) проекцию Ламберта (сетка Шмидта), наносят оба разлома на стереографическую сетку. При этом используются обычные приемы нанесения на диаграммы плоскостных элементов, причем плоскости обоих разломов показываются в виде дуг больших кругов (рис. 12.1), точка пересечения которых определяет направление промежуточных главных нормальных напряжений (ось а₂ эллипсоида напряжений).

• 2. Используя это направление как полюс, строим дугу большого круга, отвечающую плоскости осей алгебраически наибольших и наименьших главных нормальных напряжений (о, и ст₃). Точки пересечения плоскости с плоскостями разломов фиксируют здесь направления скольжения.
• 3. Отрезок дуги большого круга, заключенный между этими точками, отвечает одному из двух двугранных углов, образованных при пересечении плоскостей разрывов. Если угол между плоскостями разрывов острый, то, разделив его пополам, получаем положение оси алгебраически минимальных главных нормальных напряжений (ось о₃). Отсчитав от нее 90° по той же дуге большого круга, можно определить положение оси алгебраически максимальных главных нормальных напряжений (ось о,). Угол скалывания (а) отсчитывается по дуге большого круга как угол между направлением скольжения в одной из плоскостей разрывов и осью ст₃.

После того, как положение осей главных нормальных напряжений на диаграмме установлено, остается определить их ориентировки по правилам, существующим для линейных элементов. Для этого точка, отвечающая проекции на плоскость диаграммы той или иной оси, вращением восковки вокруг центра диаграммы выводится на нижний конец вертикального диаметра сетки. При этом метка С на восковке установится против значения азимута падения оси (считывается по круговой шкале сетки). Угол падения может быть отсчитан по нижнему концу вертикального диаметра, начиная от периферии к центру диаграммы.

Для выбранного нами примера ориентировки осей главных нормальных напряжений будут следующими: ст, — аз. пд. 234°, уг. пд. 13°; о₂ — аз. пд. 137°, уг. пд. 21°; о₃ — аз. пд. 6°, уг. пд. 68°.

Конечно же, чем меньше данных имеется в распоряжении, тем меньше определенности будет в заключениях об ориентировках главных нормальных напряжений. Однако их восстановление все же остается возможным.