Галокинетические конвекционные системы

Галокинез (термин предложил Ф. Трусхейм — Truscheim, 1960) или соляная тектоника — это взаимосвязанные разнонаправленные перемещения масс каменной соли и перекрывающих соль осадочных образований, сопровождающиеся образованием соляных диапировых поднятий. Термин «диапировая складка» введён в литературу в 1908 г. Л. Мразеком, изучавшим нефтеносные структуры Румынии. Так он назвал антиклинальные изгибы напластований, проткнутые ядром высокоподвижной соли. Это явление весьма распространённое. Оно наблюдается практически во всех осадочнопородных бассейнах, где имеются достаточно мощные пласты и толщи каменной соли. По крайней мере с позднего протерозоя эти явления уже установлены.

Соляная тектоника благодаря нефтеносности солеродных бассейнов привлекает к себе внимание уже более 100 лет. Ей посвящено большое количество специальных научных работ и несколько международных симпозиумов, проведённых в Англии (1931 г.), США (1965 г.) и в нашей стране (1962, 1966 гг.). Наиболее значительные достижения в познании природы соляной тектоники связываются с именами Д. Бартона, Л. Неттлтона, Л. Мразека, Ю. А. Косыгина, Ф. Трусхейма, Г. Маррея, Ж. Гогеля, Т. Д. Паркера, А. Н. Макдоуэлла, У. Гассоу, А. М. Сычевой-Михайловой, В. С. Журавлёва, В. Е. Руженцева, В. И. Китыка, М. К. Калинко, В. С. Конищева.

В разрезах соленосных осадочных комплексов инверсия плотностей связана с толщами солей. Плотность каменной соли составляет примерно 2.2 г/см3. Плотность известняков и доломитов равна 2.5–2.6 г/см3. Плотности песчано-глинистых отложений зависят от глубины их залегания (рис. 25). На глубинах до 600 м они меньше плотности соли, на больших глубинах постепенно возрастают и достигают 2.4–2.6 г/см3. Плотность соли с глубиной практически не изменяется. Следовательно, в разрезах соленосных отложений всегда имеет место инверсия плотностей. Если пласты соли перекрываются карбонатными осадками, то инверсия плотностей возникает в непосредственной близости от земной поверхности, если песчано-глинистыми — то начиная с глубин 600–800 м.



Инверсия плотностей, как уже указывалось, это лишь одно из двух условий, необходимых для возбуждения конвекционных движений. Вторым необходимым условием является подвижность нижнего из соприкасающихся разноплотностных слоёв, т. е. высокая пластичность и малая прочность его вещества. В соленосных бассейнах все эти условия имеются. Пластичность каменной соли, заметная даже при комнатной температуре, при повышении температур быстро возрастает, а прочность её при этом также быстро снижается. При температурах +200°С и выше соль становится практически текучей. В большинстве крупных соленосных бассейнов мира (Прикаспийский, Мексиканский, Персидско-Мессопотамский, Польско-Североморский и др.) пласты соли располагаются на глубинах от 3–4 до 8–12 км и прогреты до весьма высоких температур. Несомненно, именно этим и обусловлено мощное проявление галокинеза в названных бассейнах. В бассейнах с неглубоким (2–3 км и менее) залеганием соли, например в Гуронском, Мичиганском, Цинциннатском, Западно-Канадском, Илийском, Тувинском, Пермском, Восточно-Перуанском, Предкавказском, Колумбийском, Эквадорском, проявления соляной тектоники очень слабые.

При наличии обоих необходимых условий любое, даже ничтожно малое нарушение гравитационного равновесия в системе соль—осадки перекрытия неизбежно приведёт к возбуждению движений. Роль «спускового крючка» могут сыграть неровности контакта соли с перекрытием, неровности земной поверхности, литологические и плотностные неоднородности перекрытия, его нарушенность и др. Раз начавшись, взаимопроникающие перемещения соли и перекрывающих масс будут затем развиваться перманентно, лавинообразно, пока не произойдёт полное вытеснение соли из под масс перекрытия.

В развитии взаимопроникающих движений соли и подсолевых масс, в размещении и морфологии соляных и осадочнопородных тел, в их размерах и характере внутрисолевых деформаций можно найти много общего с тем, что предсказывает теория Рэлея—Тэйлора. В частности, взаимопроникновения соляных масс и пород перекрытия проходят все предсказываемые стадии эволюции (рис. 26), начиная с пологих вздутий вдавливаний соли в перекрытие (соляных подушек) до сталактите- и сталагмитоподобных форм (соляные столбы, колонны, штоки, массивы) и обособившихся каплевидных тел (пережатые или бескорневые соляные диапиры). В связи с проникновениями соли в перекрытие в последнем образуются самые разнообразные надсолевые структуры — антиклинальные изгибы, в основном диапировые. Напротив, проникновения пород перекрытия в толщу соли вызывают образование различных пережимов и компенсационных депрессий в соляных пластах, над которыми появляются компенсационные или ободковые синклинали (Косыгин, 1969). Обычно ободковые синклинали окаймляют раздувы соляного пласта (соляные штоки, массивы и др.). В удалении от раздувов часто сохраняются участки с исходной или малоизменённой мощностью соли. Над последними пассивно, в основном за счёт ободковых синклиналей, возникают антиклинали, называющиеся остаточными соляными поднятиями.



Остаточные и диапировые поднятия резко отличаются друг от друга как по внутрисолевой тектонике, так и по структуре перекрывающих соль осадочных наслоений. Внутренняя структура соли в остаточных поднятиях остаётся ненарушенной. Внутрисолевая слоистость сохраняет своё первоначальное субгоризонтальное положение даже в сводах остаточных поднятий, так как деформации пород перекрытия (дробление, изгибы, сбросы) имеют место лишь на далёких крыльях поднятий, т. е. внутри соседних ободковых синклиналей. Внутрисолевая структура в диапировых надсолевых поднятиях, наоборот, чрезвычайно сложная. Соль и прослои ангидрита, глин, карналлита, сильвина и других пород, заключённые в ней, всегда оказываются сильно смятыми, собранными в изоклинальные складки, разорванными на будины, линзы и перемешанными. Это так называемый аккумулятивный тип внутрисолевой тектоники (по Ю. А. Косыгину, 1969). В диапировых ядрах, имеющих форму колонн, шарниры складок вертикальные, а у их подножий, где колонны соединяются с материнским телом соли, шарниры складок становятся горизонтальными. Все это следствие подтока соли с площади питания к единому центру вздутия, выдавливания. При этом слоистость соляного пласта деформируется так, как сминался бы лежащий горизонтально платок, если его протягивать через кольцо, подвешенное над центром платка. Довольно сложное строение имеют и толщи, перекрывающие соль в диапировых поднятиях. Это особенно чётко просматривается, когда перекрытие слагается непластичными или слабопластичными породами. В таких случаях сводовые части поднятий, как правило, оказываются разбитыми более или менее густой сетью разрывных нарушений, главным образом сбросов (рис. 27). Это свидетельствует о том, что соль при своём движении вверх оказывает на перекрытие активное растягивающее воздействие и возбуждает в нем мощные субгоризонтальные центростремительные сбросообразующие дисторсионные движения. Естественно, такие движения и соответствующая им сеть разрывных нарушений над остаточными соляными поднятиями возникнуть не могут.



Размещение надсолевых структур в плане обычно не имеет какой-либо определённой упорядоченности. Однако бывает, что и они оказываются явно подчинёнными теоретическим законам размещения конвективных форм. Так, в ряде случаев наблюдается группирование надсолевых поднятий в неправильные кольца или многоугольники (Белоусов, 1975). Многие примеры этому имеются в Прикаспийской впадине. Эти конвективные формы центрального типа образуются, когда менее вязкими в системе соль—перекрытие являются породы перекрытия (Артюшков, 1965). Геофизические материалы показывают, что соляные тела в таких случаях на глубине обычно составляют сплошные соляные валы-рамки, окружающие внутриячейное внедрение—опускание более тяжёлых масс перекрытия. В отдельных районах, например в Ишимбаевском Приуралье, эти соляные рамки обнажаются на земной поверхности. Нередко наблюдаются конвективные формы краевого типа, в которых тяжёлые массы перекрытия являются более вязкими, чем соль, и поэтому опускаются вниз по краям ячей, а соль всплывает вверх в их центральных частях. Этому типу конвекций соответствуют одиночные соляные купола, окружённые компенсационными ободковыми (краевыми) синклиналями.

Высоты, площадные размеры и расстояние между надсолевыми поднятиями бывают самыми различными. Они зависят от многих разных причин, но прежде всего от степени взаимопроникновения масс соли и пород перекрытий и типа конвекций. Известны бассейны с неглубоким залеганием соли, где соляных поднятий или нет вообще,или они находятся в стадии зарождения. Там же, где галокинез достаточно развит, размеры структур и расстояния между ними зачастую прямо связаны с мощностями и вязкостью толщ соли и перекрывающих осадков. В районах проявления конвективных движений краевого типа поперечники соляных диапиров несравненно больше тех, где они связаны с конвективными ячеями центрального типа. Например, Челкарский соляной массив в Прикаспийской впадине, располагающийся в центре ячеи, имеет гигантские площадные размеры (почти 500 км2). Где соль залегает глубже, там соляные выступы всегда имеют большую высоту. В районах с большей мощностью соли расстояния между соляными поднятиями всегда значительнее, чем при распространении маломощных соленосных толщ (Калинко, 1973; Белоусов, 1975 и др.).

Большое сходство проявлений соляной тектоники с узорами конвективных движений в жидкостях означает, что соляная тектоника по своей природе является гравитационной. Однако в полной мере это относится лишь к тектонически спокойным платформенным областям. В подвижных областях, главным образом в передовых и межгорных прогибах, наблюдаются несколько иные соотношения (Косыгин, 1969). Симметричные сводообразные над-солевые поднятия, ячеистое расположение соляных тел и относительно простое их строение, свойственные платформенным областям (рис. 28), в подвижных областях встречаются как исключение. Для них более характерны вытянутые, валообразные формы поднятий, их цепочкообразное размещение в плане и резко нарушенное строение соляных диапиров. Соль участвует здесь в боковых перемещениях.



При этом соляные тела рассекаются и смещаются взбросами и надвигами, разъединяются на блоки частичными или полными пережимами (рис. 29). Если в платформенных областях подсолевые отложения залегают, как правило, спокойно, нередко горизонтально, то в подвижных подсолевые и солевые комплексы совместно подчинены разломам и складкам, созданным как горизонтальным сжатием толщ, так и вертикальными перемещениями блоков земной коры. Из всего этого логически следует вывод о генетических отличиях галокинеза устойчивых и подвижных областей. Совершенно очевидно, если в спокойных платформенных областях галокинез — явление в основном гравитационное, то в подвижных геосинклинальных областях оно контролируется и гравитационными, и эндогенными тектоническими факторами, причём роль тектонических факторов во многих случаях оказывается ведущей.



Типичной геологической обстановкой развития галокинеза может считаться длительное прогибание земной коры, неизбежным следствием чего является погружение соляных толщ в области все больших глубин и температур. С повышением температуры вязкость соли уменьшается, а её подвижность растёт. Поэтому прогибание земной коры является мобилизующим, активизирующим фактором галокинеза, который проявляется конседиментационно и весьма длительно. Особенно активно он начинается при погружении соляной толщи на 2–3 км, а завершается на очень больших глубинах при полном вытеснении соли из материнских напластований.