Стрейн-анализ кливажированных обломочных пород: механизмы и количественная оценка деформации

Стрейн-анализ – изучение структуры пород, направленное на восстановление ориентировки осей эллипсоида и величины деформации [4 – 6, 21]. Фактически количественное описание деформаций неразрывно связано с изучением механизмов деформационных процессов, определяющих корректное применение различных методов количественной оценки. Деформация горных пород осуществляется различными механизмами, которые определяются действием концентраторов (структурных неоднородностей) разных уровней (внутризерновом, на уровнях зерен, слоев, блоков) [7]. Суммарная величина деформации некоторого объема складывается из нескольких составляющих каждого структурного уровня. Обычно при оценке величины деформации ограничиваются “главными” параметрами, используя при палеотектонических реконструкциях амплитуду перемещения по крупным надвигам и сдвигам с последующим “распрямлением” складок. Определение величины деформации на зерновом уровне – составляющая стрейна, которая определяется изменением текстуры породы, – не проводится либо по причине “несущественного” вклада данного фактора, либо из-за значительной трудоемкости большинства имеющихся методов и неоднозначности интерпретации полученных результатов. Вместе с тем, как показывает практика, величины деформации сокращения на зерновом уровне могут достигать значительной величины [1, 8].

Механизмы деформации обломочных горных пород. Деформация горных пород в зависимости от РТ-условий и приложенных напряжений определяется достаточно широким спектром механизмов деформации как на зерновом уровне (например, межзерновое проскальзывание, коррозия на границах зерен), так и за счет действия механизмов деформации внутризернового уровня (грануляция, диффузионная ползучесть). Поликомпонентное строение обломочных пород (различный состав как обломков, так и цемента), широкие вариации структурно-текстурных особенностей (гранулометрического состава, степени окатанности обломочной части, количественного соотношения цемента и обломков, типа цемента и др.) позволяют рассматривать любую обломочную горную породу как сложную систему, деформация которой определяется взаимодействием ряда факторов. Так, для слагающих горную породу минералов действие разных механизмов деформации зависит от различных внешних параметров, в том числе от величины и скорости нагружения. Петроструктурные исследования показывают, что, за редким исключением, одной из главных текстур деформированных обломочных горных пород (исключая грубообломочные) является межзерновой кливаж [9] в сочетании с минеральными жилами и симметрично расположенными в тенях давления обломочных зерен так называемых “бород нарастания”, сложенных тонковолокнистыми минеральными новообразованиями [3]. Эта особенность определяется взаимодействием двух главных факторов – двухкомпонентным строением литифицированных обломочных горных пород, состоящих из более крупных частиц (обломков), которые погружены в цемент (матрикс), и наличием свободного порового флюида.

При сжатии на контактах зерен, нормальных к оси сжатия, возникают участки повышенного давления, на субпараллельных – пониженного [8, 9]. Участки повышенных давлений выступают в качестве концентраторов напряжений, на которых (при наличии в породе флюида в низко- и среднетемпературных условиях) происходит селективное растворение наиболее легко растворимых компонентов пород (как самих обломочных зерен, так и цемента). Растворенное вещество мигрирует в зоны декомпрессии, где приоткрываются поры, формируются пустоты, трещины и т.п. В результате действия такого механизма – растворения под давлением (компрессионной ползучести [10]) – происходит вынос растворимых компонентов пород, зоны компрессии обогащаются нерастворимыми компонентами, образуют плоскостные кливажные зоны, рассекающие всю породу на линзы или пластинки (микролитоны), толщина которых обычно соизмерима с размерами зерен или обломков пород (рис. 1, а, б).

Таким образом, образование межзернового кливажа (кливажа обломочных пород) обусловлено породно-флюидным взаимодействием в неоднородном поле напряжений, которое зависит от действия концентраторов зернового типа. Межзерновой кливаж, или кливаж обломочных пород, - плоскостная микротекстура, выраженная плоскопараллельным расположением в породе уплощеных агрегатов, состоящих из глинистых, слюдистых, рудных минералов и органического вещества [9, 11]. Основными (базовыми) элементами, определяющими строение кливажированных пород, являются линзы-микролитоны, разделенные нитевидными кливажными зонами.