Структурне формування будолини

Чому шарги шия не тоншає рівномірно, а розщеплюється

Коли пакет з шарових порід піддається розтягуванню, спосіб, яким кожен шар пристосовується до цього розтягування, залежить від його реологічних властивостей у порівнянні з сусідніми шарами. Абсолютно однорідний матеріал під рівномірним розтягуванням товшав би рівномірно всю свою довжину, але справжні геологічні послідовності рідко бувають однорідними; вони складаються з шарів із різною в'язкістю, міцністю та чутливістю до швидкості деформації. Коли твердіший, більш компетентний шар занурений у слабший, більш пластичний матрикс, невеликі випадкові варіації товщини або складу компетентного шару створюють невеликі зони слабкості. Оскільки швидкість здуття в будь-якій точці вздовж шару дуже чутлива до місцевої площі перерізу, як тільки починається розвиток трохи тоншого фрагменту, він здувається швидше, ніж його оточення, що призводить до неконтрольованої нестабільності, подібної до розмикання шийки металевого дроту або шматочка льодяного тіста, коли його тягнуть. Цю нестабільність формально проаналізували за допомогою теорії розмикання шийки, яка спочатку була розроблена для інженерних матеріалів і пізніше адаптована до геології такими дослідниками, як Ніл Рамберг та Рей Флетчер, що пояснює, чому розтягування в шарових породах рідко дає рівномірне здуття, а замість цього утворюються окремі точки стиснення. Довжина хвилі або характерний інтервал між послідовними шийками не є випадковим; він визначається переважно співвідношенням в'язкості компетентного шару до в'язкості оточуючого матриксу, а також початковою товщиною шару. Шарів із більш високою в’язкістю у порівнянні з їх матрицею зазвичай створюють шийки з більшою інтервалом і регулярністю, тоді як шари з низьким контрастом можуть майже не розмикатися, деформуючись замість цього більш розподіленим, пластичним способом, який безперервно переходить у оточуючий матрикс без утворення окремих сегментів. Ця сама нестабільність розмикання шийки зустрічається в надрах величезного діапазону масштабів і матеріалів, від розтягнутого еластичного гумусу до потягнутого шматка гарячого скла до кілометрових масштабів товщиною континентальної кори під час розтріскування, що пояснює, чому математика, розроблена для бодинджу, знайшла застосування далеко за межами структурної геології, включаючи гляціологію, науку про матеріали та навіть моделювання розмикання льодовикових платформ і металевих пластин під напругою.

Роль різниці вязкості

Різниця у в'язкості, яка зазвичай виражається як відношення між ефективною в’язкістю компетентного шару та в’язкістю навколишньої матриці, є основним фактором, що визначає стиль формування бодинів. Коли різниця дуже висока, тобто шар значно твердіший за свій матеріал, то формування шийок відбувається гостре і локалізоване, часто закінчується крихким розломом через шию, навіть якщо навколишня матриця деформується повністю пластичним чином; це призводить до класичних розірваних або поламаних бодинів із гострими кутовими кінцями. При помірній різниці у в’язкості шари мають тенденцію розвивати плавно заокруглені шийки, які поступово звужуються без тріщин, створюючи симетричні циліндричні або лінтові бодини, з'єднані тонкими пластичними містками від оригінального шару. Коли різниця у в’язкості низька, компетентний шар поводиться майже як навколишня матриця, і формування бодинів може не відбуватися взагалі або проявлятися лише як легкі хвилювання замість окремих сегментів. Геологи використовують спостережувану геометрію бодинів як зворотний показник реологічних умов, які діяли під час деформації, оскільки співвідношення розмірів окремих бодинів, різкість їхніх кінців та регулярність їхнього розташування систематично корелюють із відношенням в’язкості на момент розтягування. Це має практичне значення, оскільки пряме вимірювання палеов'язкості практично неможливе, але морфологія бодинів, збережена у відкладеннях, надає непрямий, але кількісний проміжок. Температура також опосередковано модулює різницю у ефективній в’язкості, оскільки багато мінералів, що утворюють скелю, стають значно слабшими за підвищеної температури, тобто одна й та сама пара скель може давати чітко розірвані бодини при прохолодній, поверхневій деформації та плавно заокруглені шийки при розтягуванні тієї ж пари скель пізніше на більшій глибині та за вищої температури. Це залежність від глибини означає, що окремий прогресивно вивітрений тектонічний блок може демонструвати повний спектр стилів формування бодинів, згрупованих вертикально, із крихкими, чітко розірваними бодинами поблизу структурно віддалених та прохолодних рівнів зони зсуву, що поступово переходить у плавно заокруглені шийки та пластичні бодини на глибших, гарячих структурних рівнях, надаючи польовим геологам прямий візуальний проміжок для визначення глибини та температури, за яких було деформовано певний горизонт.

Швидкість деформації та перехід від пластичної до тріскаючої поведінки

Швидкість, з якою відбувається розтягнення, має значний вплив на те, чи утримує компетентний шар форму псевдоморфну шийку пластично, а не різко руйнується, оскільки багато мінералів, що утворюють скелю, проявляють реологію, залежну від швидкості деформації. При дуже повільних, геологічно типових швидкостях деформації, гірські породи, які поводилися б крихко при швидкому навантаженні, компенсують деформацію за допомогою повільної, розподіленої пластичної деформації, такої як деформація дислокаціями або деформація дифузією, утворюючи гладкі, поступово звужуючі шийки будінь без видимих поверхень розлома. При вищих швидкостях деформації або в породах, чиї закони течії роблять їх природно чутливими до швидкості деформації, такий самий шар може не мати часу на розслаблення напружень за допомогою пластичної деформації і замість цього накопичує еластичну деформацію, поки вона не перевищить міцність матеріалу на різке руйнування, ламаючись через шийку з гострими, розірваними шийками будінь з мінімальним або без видимих пластичних звужень. Ця залежність від швидкості деформації означає, що окремий пласт може, в принципі, зберігати шийки різних стилів, якщо історія деформації включала епізоди повільної тектонічної деформації та швидшого, більш локалізованого навантаження, такого як деформація, пов'язана з землетрусом, яка була накладена на більш тривалий фон асеїстичної деформації. Конкуренція між характерним часом релаксації в шарі та часом, протягом якого зовнішнє навантаження застосовується, часто виражається за допомогою безрозмірної пропорції, аналогічної числу Дебора, що використовується в реології, де високі значення схильні до тріскаючої стилістики будінь, а низькі – до гладкої пластичної деформації шийок. Геологічні структурні карти, які проводять зйомку рядів шийок будінь на полі, уважно стежать за тим, чи показують розломи шийок ознаки синкінматичного мінерального заповнення, такого як кварц або кальцит, кристалізований у проміжку між шийками будінь, оскільки це заповнення записує те, що розлом і подальша інфільтрація рідин відбувалися під час тривалого розширення, надаючи миттєвий знімок швидкості деформації та наявності рідини в певний момент прогресивної деформації. Лабораторні експерименти з деформації порід підтверджують цю базову картину, показуючи, що ідентичні початкові шари, піддані різному накладеному навантаженню при різних умовах температури та ущільнення, відтворюють той самий перехід від гладкої пластичної деформації шийок до різкого крихкого руйнування, яке спостерігається в природних рядах шийок будінь, що надає сильної експериментальної підтримки швидкості деформації як першочерговому контролю над стилем формування шийок будінь.

Класифікація будолини Шийка

Структурні геологи розрізняють декілька чітких морфологічних класів будолини, кожен з яких діагностується за певних умов деформації. Розтягнуті або витягнуті будолини зберігають безперервну, хоч і стиснуту, зв’язок між сегментами та зазвичай свідчать про те, що зменшення поперечного перерізу відбулося без повного розходження, часто тому, що деформація припинилася до того, як шийка повністю розтріскалася, або тому, що пластичність шару була достатньо високою, щоб запобігти крихкому руйнуванню. Розщеплені або будинки-доміно показують чіткі проміжки між прямокутними сегментами, часто обмежені плоскими розривами, і можуть розвивати систематичне обертання або стильове укладання

доміно-стиль

коли на тертя накладається чисто простягання, геометрія якої особливо корисна для визначення напрямку тертя в транстресних або транстензійних умовах. Будолина

шоколадний пільяж

описує особливий випадок, коли розширення відбувається приблизно в двох ортогональних напрямках одночасно, фрагментуючи шар у сіткоподібний малюнок приблизно прямокутних блоків, нагадуючи сегментовані квадрати шоколадного батончика, текстуру, яка записує біаксівне або триаксисне деформування замість простого лінійного розтягування будолин. Структура

зморщки та розширення

представляє кінцевий член низької напруги, де компетентний шар товщає і зріджується ритмічно без повного розходження, по суті - початкова стадія будолини, яка не досягла повної сегментації. Проміжки між відокремленими будінками часто заповнюються матеріалом, або пасивно стиснутим з сусідньої слабкої матриці, або виробленим з флюїдів як синекматичний мінеральний цемент, і цей заповнюючий матеріал може записувати, чи був локальний стан напружень під час відкриття проміжків розтягуючим, що дозволяє зростати напружений мінерал, або переважно тертю. Ретельна класифікація типу будолини в полі, поєднана з вимірюванням співвідношення сторін і відстаней, дозволяє геологам відтворити не лише величину розтягування, але й повний кінематичний та реологічний анамнез деформаційного процесу. Правильне визначення цих класів в полі є не лише академічним, оскільки неправильна ідентифікація розщепленої будолини як структури

зморщки та розширення

або навпаки, може призвести до значно різних оцінок загального витягу та швидкості напруження, при якій відбулася ця деформація.

Будiнaж як мірач напруги та індикатор палеонапруженості

Через те, що геометрія будiнaжу таким систематичним чином реагує на механічні змінні, які керують деформацією, структурні геологи здебільшого використовують ряди будiнaжів як кількісні мірачі напруги в полі. Якщо початсову незмінену товщину та довжину компетентного шару можна оцінити або вона відома з незадіяного аналогічного шару в тій самій одиниці, сукупний розтяг, зафіксований рядами будiнaжів, може бути обчислений безпосередньо шляхом підсумовування поточних довжин будiнaжів та проміжків між ними і порівняння цієї суми з початковою довжиною шару. Це робить будiнaж одним із найбільш надійних природних мірачів напруги, доступних геологам-поліцам, особливо цінним у метаморфних тектонічних районах, де інші мітки напруги, такі як викопкові маркери, зазвичай знищуються рекристалізацією. Довша вісь витягнутих будiнaжів і орієнтація напрямку розширення, що випливає з геометрії шийки, також забезпечують прямий показник локальної палеонапруженості або орієнтації еліпсоїда напруги під час деформації, доповнюючи інші структурні мітки, такі як лінійні розтяжки та осі зморщувань. У тектонічних районах з багатоступеневою деформацією геологи іноді знаходять будiнaжі, які самі були зігнуті або повторно сформовані пізнішою деформацією, створюючи композиційні структури, ретельне розплутування яких може відтворити всю багатоетапкову тектонічну історію в одному винос. Будінaж також має економічне значення, оскільки компетентні кварцові породи, що містять золото або іншу мінералізацію, часто розвивають структуру будiнaжу під час пізньої деформації, а шийкові, високонапружені області між будiнaжами стають переважними місцями для концентрації рідин і подальшого збагачення мінералами, що робить картографування будiнaжу практичним інструментом у геології структурно контрольованих рудників, а також чисто академічною вправу з реконструкції давньої тектонічної напруги. Ряди будiнaжів також регулярно використовуються як показники напрямку розрізання, оскільки асиметричне обертання окремих будiнaжів відносно загального напрямку розширення виявляє, чи було застосовано простий зсув до чистого розтягування, дозволяючи геологам, які працюють у зонах трансляційного тиску, визначити як величину розтягування, так і напрямок зсуву з одного набору структур.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Boudinage Structural Necking і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.