Совместное (геология) - Joint (geology)

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 расслоения в гранитно-гнейсовых породах 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 слое или теле породы , который испытывает недостаток видимого или измеримого движения параллельно поверхности (плоскости) трещины ( «Mode 1» Трещина). Хотя суставы могут возникать по отдельности, они чаще всего проявляются в виде совокупностей и систем суставов. Набор суставов - это семейство параллельных, равномерно расположенных суставов, которые можно идентифицировать путем сопоставления и анализа их ориентации, расстояния и физических свойств. Система соединений состоит из двух или более пересекающихся наборов соединений.

Различие между соединениями и дефектами зависит от условий, видимых или измеримых, а это различие 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). Таким образом, соединение может быть создано либо путем строгого перемещения пласта породы или тела перпендикулярно трещине, либо путем изменения степени бокового смещения параллельно поверхности (плоскости) трещины, которое остается «невидимым» в масштабе наблюдения.

Суставы являются одними из самых универсальных геологических структур, которые встречаются почти 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 суставы и связанные с ними наборы суставов, 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 с открытыми трещинами или заполнены различными материалами. Стыки, заполненные осажденными минералами , называются жилами, а стыки, заполненные застывшей магмой , называются дайками .

Формирование

Соединения возникают в результате хрупкого разрушения породы или пласта из-за растягивающего напряжения . Это напряжение может быть наложено извне; например, растяжением слоев, повышением давления флюида в порах или усадкой, вызванной охлаждением или высыханием массива или слоя породы, внешние границы которого оставались фиксированными.

Когда растягивающие напряжения растягивают тело или пласт породы так, что их предел прочности на растяжение превышается, они разрушаются. 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. Наличие первого набора сильно влияет на ориентацию напряжений в слое породы, часто вызывая формирование последующих наборов под большим углом, часто 90 °, к первому.

Типы

Соединения классифицируются по их геометрии или процессам, которые их сформировали.

По геометрии

Геометрия швов относится к ориентации швов, отображаемой на стереосетях и диаграммах в форме роз, или наблюдаемой на обнажениях горных пород. С точки зрения геометрии различают три основных типа соединений: несистематические соединения, систематические соединения и столбчатые соединения .

Несистематический

Несистематические суставы - это суставы, которые настолько нерегулярны по форме, расстоянию и ориентации, что их невозможно легко сгруппировать в отличительные сквозные наборы суставов.

Систематический

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 расстояние, которые пересекаются, чтобы сформировать четко определенные системы стыков.

В зависимости от угла, под которым совокупности соединений систематических соединений пересекаются, чтобы сформировать систему соединений, систематические соединения могут быть подразделены на совокупности сопряженных и ортогональных соединений. Углы, под которыми наборы стыков в системе стыков обычно пересекаются, называются геологами-строителями двугранными углами. Когда двугранные углы в системе соединений составляют почти 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 .

В регионах, которые испытали тектоническую деформацию, систематические трещины обычно связаны либо со слоистыми, либо с пластовыми пластами, которые были сложены в антиклинали и синклинали . Такие соединения можно классифицировать в соответствии с их ориентацией по отношению к осевым плоскостям 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.
  • Штриховые суставы - суставы, расположенные параллельно простиранию осевой плоскости складки.
  • Поперечные соединения - соединения, которые пересекают осевую плоскость складки.

Столбчатый

Столбчатое соединение - это особый тип соединений, которые соединяются вместе в тройных соединениях под углом 120 ° или около него. Эти соединения разделяют горную породу 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. Столбчатые сращивания также известно как или столбчатая структура , призматические суставы , или призматическая трещиноватость . Сообщалось также о редких случаях столбчатой ​​трещиноватости в осадочных толщах.

По образованию

Соединения могут быть классифицированы по их происхождению по тектонике, гидравлике, расслоению, разгрузке (высвобождению) и охлаждению. Различные авторы предложили противоречивые гипотезы для одних и тех же наборов и типов суставов. И стыки в одном и том же обнажении могут образовываться в разное время при различных обстоятельствах.

Тектонический

Тектонические суставы - это суставы, образующиеся, когда относительное смещение стенок сустава перпендикулярно его плоскости в результате хрупкой деформации коренных пород в ответ на региональные или локальные 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 швы 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.

Гидравлический

Гидравлические соединения образуются, когда давление поровой жидкости становится повышенным в результате вертикальной гравитационной нагрузки. Проще говоря, накопление отложений, вулканов или других материалов вызывает увеличение порового давления грунтовых вод и других флюидов в подстилающей породе, когда они не могут перемещаться ни в поперечном, ни в вертикальном направлении в ответ на это давление. Это также вызывает увеличение порового давления в ранее существовавших трещинах, что увеличивает растягивающее напряжение на них перпендикулярно 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 встречаются как несистематические, так и систематические соединения, включая ортогональные и сопряженные соединения. В некоторых случаях комплекты шарниров могут быть тектонико-гидравлическим гибридом.

Отшелушивание

Швы расслоения - это наборы плоских, изогнутых и крупных швов, которые ограничены массивными выступами скальных пород 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 изгиб наружу в сторону свободного воздуха. Кроме того, палеонапряжение, запечатанное в граните до того, как гранит был эксгумирован эрозией и высвобожден в результате эксгумации и резки каньона, также является движущей силой фактического скалывания.

Разгрузка

Разгрузочные стыки или расцепляющие стыки возникают вблизи поверхности, когда слоистые осадочные породы приближаются к поверхности во время подъема и эрозии; когда они остывают, они сжимаются и упруго расслабляются. Накапливается напряжение, которое в конечном итоге превышает предел прочности на разрыв коренной породы и приводит к сращиванию. В случае разгрузки швов сжимающее напряжение снимается либо вдоль уже существующих структурных элементов (таких как раскол), либо перпендикулярно предыдущему направлению тектонического сжатия.

Охлаждение

Охлаждающие стыки представляют собой столбчатые стыки, возникающие в результате охлаждения либо лавы с открытой поверхности лавового озера, либо паводкового базальтового потока, либо стенок пластинчатого вулканического, обычно базальтового, интрузии. Они демонстрируют структуру соединений, которые соединяются в тройных стыках либо под углами, либо около 120 °. 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 дамбы или подоконник.

Фрактография

Перистая 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, используются для определения направлений распространения и, в некоторых случаях, ориентации основных напряжений.

Сдвиговые переломы

Некоторые переломы, которые выглядят как суставы, на самом деле являются трещинами сдвига, которые, по сути, являются микропробегами. Они образуются не в результате перпендикулярного раскрытия трещины из-за растягивающего напряжения, а в результате срезания трещин, вызывающего боковое перемещение поверхностей. Изломы при сдвиге можно спутать с суставами, потому что боковое смещение поверхностей трещин не видно ни в обнажении, ни в образце. Из-за отсутствия диагностических изображений или отсутствия заметного движения или смещения они могут быть неотличимы от суставов. Такие трещины возникают в виде плоско-параллельных групп под углом 60 градусов и могут иметь такой же размер и масштаб, что и суставы. В результате некоторые «совокупности сопряженных соединений» на самом деле могут быть трещинами сдвига. Сдвиговые переломы отличаются от суставов наличием поверхностей скольжения - продуктов срезающего движения, параллельного поверхности излома. Гладкие поверхности представляют собой мелкие, тонкие гребни в бороздках на поверхности поверхностей излома.

Важность

Соединения важны не только для понимания местной и региональной геологии и геоморфологии, но также для разработки природных ресурсов, безопасного проектирования конструкций и защиты окружающей среды. Суставы серьезно влияют на выветривание и эрозию коренных пород. В результате они сильно 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 ) флюидов, например, грунтовые воды и загрязняющие вещества в водоносных горизонтах , нефть в резервуарах и гидротермальную циркуляцию на глубине в коренных породах , даже контролируют ее . Таким образом, стыки важны для экономичного и безопасного освоения нефтяных, гидротермальных и подземных вод и являются предметом интенсивных исследований в отношении этих ресурсов. Региональные и местные совместные системы оказывают сильное влияние на то, как рудообразующие гидротермальные флюиды (состоящие в основном из H
2
O
, CO
2
, и NaCl, который сформировал большую часть рудных месторождений Земли ) циркулировал в ее коре. В результате понимание их генезиса, структуры, хронологии и распределения является важной частью поиска и рентабельной разработки рудных месторождений. Наконец, стыки часто образуют неоднородности, которые могут иметь большое влияние на механическое поведение (прочность, деформацию и т. Д.) Грунта и горных массивов, например, при строительстве туннелей , фундаментов или откосов . В результате соединения являются важной частью геотехнической инженерии на практике и в исследованиях.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки