Соляная тектоника

Соляная тектоника или галокинез описывает механическую мобилизацию соляных пород , возникающие в результате структурные изменения (деформации) в покрывающих слоях этих соляных пород и, таким образом, образование так называемых солевых структур . Сванте Аррениус и Ричард Лахманн около 1911 года и Дональд Клинтон Бартон около 1930 года заложили основы теоретического описания галокинеза . Немецкие геологи Фердинанд Трусхайм и Рудольф Майнхольд не использовали термины «галокинез» или «соляная тектоника» до конца 1950-х годов.тисненая. Первоначально галокинез относился к независимому движению соляной породы, в то время как соляная тектоника (или галотектоника ) описывает движение соляной породы, вызванное внешними тектоническими напряжениями.

Геологические и физические основы

Соляная порода состоит из минералов эвапорита , особенно минерала галита ( NaCl , «каменная соль»). Подавляющее большинство соляных пород на Земле образовалось в результате осаждения эвапоритов из сильно испарившейся морской воды, осаждения их на морском дне и последующего покрытия их дополнительными слоями отложений (конкретный сценарий для этого описан в статье соляной купол).

Соляная порода обладает особым реологическим свойством деформироваться пластично даже при относительно низких давлениях и температурах, таких как те, которые уже обнаружены на глубине нескольких 100 м, и поэтому может считаться текучей в течение геологических периодов времени. Это отличает соляную породу от большинства других осадочных пород, например B. Песчаник , аргиллит или известняк , которые ломаются при низком давлении и температуре . Здесь говорится о контрасте компетентности между соляными породами (вязко-упруго деформируемыми, т.е. некомпетентными) и другими осадочными породами (хрупко-пластическое разрушение, т.е. компетентными). Деформационные процессы в минералах соляных пород происходят в основном за счет дислокационной ползучести и ползучести с осаждением раствора . Последний преобладает, когда в кристаллической решетке на границах зерен минералов соли (> 0,05% по весу) присутствуют жидкие включения до определенного процента, и когда скорость деформации относительно невысока.

Второе важное свойство соляной породы - ее несжимаемость. В отличие от других отложений, эвапориты не уплотняются с увеличением покрытия, поэтому их средняя плотность (около 2,2 г / см³ для галита ) практически не меняется с глубиной. Начиная с определенной толщины покрывающей породы (примерно от 650 до 2000 м) происходит инверсия плотности, т. Е. Это означает, что отложения вскрыши теперь более плотные, чем осадки соли («неустойчивость Рэлея-Тейлора»). Результирующая плавучесть в значительной степени способствует образованию солевых структур.

Триггеры, процессы и вторичные эффекты

Поскольку соляную породу можно рассматривать как текучую в геологические периоды времени, концепции механики жидкости применяются к деформационным процессам в соляной тектонике. В соответствии с этим внутри текучей соляной породы происходит движение по градиенту гидравлического давления. Такой градиент давления может быть вызван изменениями поперечной плотности или толщины покрывающих пород, тектоническими нарушениями в покрывающих породах или уклонами соляного слоя.

Активный диапиризм

Классическая, иногда устаревшая модель образования соляной структуры основана на вязкой реологии соляных пород и покрывающих пород и описывает соляную тектонику как чисто гравитационное явление. Как только происходит инверсия плотности, подъем соли начинается с образования широкой выпуклости (соляной подушки). На определенной высоте соляная порода прорывается через перекрывающую толщу (англ. Piercing ) и образует диапир . Поскольку эта соляная порода активно проникает в покрывающую толщу, мы говорим в этом процессе об активных диапирах (англ. Active diapirism ).

С 1980-х годов физико-геологические измерения показали, что большинство осадочных пород (за исключением большинства эвапоритов) деформируются хрупко-пластическим образом и, следовательно, обладают определенной прочностью. Механические нагрузки, возникающие при подъеме соляной породы, обычно недостаточно высоки, чтобы преодолеть эту прочность. Из-за этого «активный диапиризм» считается возможным в современной литературе только тогда, когда соляная структура уже достигла определенной высоты, а именно, когда высота солевой структуры достигла примерно 2/3 толщины вышележащей покрывающей породы.

Реактивный диапиризм

Этот процесс предполагает, что для образования солевых структур необходимы внешние триггеры. Внешние триггеры включают тектонические процессы, то есть растяжение или сжатие. Покрывающая порода растягивается и истончается за счет расширения. В результате соляная порода может вторгаться в формирующиеся зоны разломов и в конечном итоге снова образовывать диапиры. Этот процесс называется реактивным диапиризмом (англ. Reactive diapirism ), потому что соляная порода реагирует только на внешние воздействия.

В случае тектонических спусковых механизмов также проводится различие между « тонкокожими » и « толстокожими » механизмами. Из-за того, что соляная порода легко деформируется, тектонические разломы в основании соляного слоя не всегда переносятся непосредственно на покрывающую толщу, а разъединяются. Разломы в основании смещаются вбок, этот процесс известен как «растяжение / сжатие с тонкой оболочкой». Только если солевой слой относительно тонкий, смещение в месте разлома очень велико или скорость деформации очень высока, разлом может передаваться непосредственно в покрывающий слой («толстостенное расширение / сжатие»).

Осадки перекрывающего слоя сжимаются, разворачиваются и выталкиваются сжатием (например, в горах Джура к северо-западу от Альп или в горах Загрос , Иран). Таким образом, соляная порода вдавливается в сердцевину складки и может даже продавливаться через гребень складки.

Пассивный диапиризм

После того, как соляная порода вышла на поверхность, подъем продолжается, в то время как другие отложения откладываются в соседних краевых впадинах. Этот процесс называется пассивным диапиризмом (англ. Passive diapirism или downbuidling ) и был постулирован Бартоном как важный процесс формирования соляных структур в северной части Мексиканского залива еще в 1930-х годах.

Разница в нагрузке

Осадочные различия в нагрузке ( дифференциальная нагрузка ) считаются дополнительным внешним воздействием . Если осадки отложены неравномерно над слоем соляной породы, соляная порода перетекает из областей с высоким содержанием наносов в области с низким содержанием наносов. Перераспределение является самоусиливающимся, поскольку дополнительные отложения могут накапливаться в областях, из которых мигрирует соль. Осадочные различия в нагрузке возникают, например, Б. прогрессивными дельтами, но также и вертикальными выносами подошвы солевого месторождения.

Тектоника плота

В осадочных бассейнах с наклонным основанием, например B. Пассивные континентальные окраины или прибрежные бассейны, покрывающие отложения скользят над слоем мягких соляных пород вниз по склону. Эта операция символически называется Floßtektonik (англ. Raft tectonics ) и может происходить на расстояниях более 100 км. Как правило, в верхней части склона в перекрывающих породах возникают деформационные структуры, то есть траншеи и полуоткрытия, сопровождаемые реактивными диапирами или так называемыми опрокидыванием . Последние представляют собой структуры, которые создаются синкинематической седиментацией на висячем блоке разлома , в то время как покрывающая толща сползает вниз по склону на обрыв соляной породы. В нижней части склона перекрывающий слой спрессован. Это создает там надвиги, сопровождаемые соляными антиклиналями и соляными покровами. Тектоника плота происходит в основном на пассивных континентальных окраинах , поскольку там имеется достаточный наклон соляного основания, например B. в бассейне Нижнего Конго и бассейне Кванзы у побережья Анголы , в Мексиканском заливе , в бассейне Новой Шотландии или в дельте Нила .

литература

  • MR Hudec, MPA Jackson: Terra infirma: Понимание соляной тектоники. В: Обзоры наук о Земле. Том 82, 2007, стр. 1–28, DOI: 10.1016 / j.earscirev.2007.01.001
  • Джон К. Уоррен: Эвапориты: отложения, ресурсы и углеводороды. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк, 2006, ISBN 3-540-26011-0 , глава Соляная тектоника. С. 375-452.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ DC Barton: Механика образования соляных куполов с особым упором на соляные купола на побережье Мексиканского залива в Техасе и Луизиане. В: Бюллетень AAPG. Том 17, № 9, 1933, стр. 1025-1083.
  2. ↑ Ф. Трусхайм: О галокинезе и его значении для структурного развития Северной Германии. В: Журнал Немецкого геологического общества. Том 109, 1957, стр. 111-158, (аннотация)
  3. ↑ Р. Майнхольд: Комментарии к вопросу о солевом подъеме. В кн . : Исследовательские книги Фрайберга. Том C22, 1956, стр. 65-77.
  4. ^ Р. Майнхольд: движение солей и тектоника в Северной Германии. В: Отчеты Геологического общества Германской Демократической Республики по всей области геологических наук. Том 4, № 2/3, 1959, стр. 157–168.
  5. ↑ Дж. К. Уоррен: Эвапориты: отложения, ресурсы и углеводороды. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк, 2006, ISBN 3-540-26011-0 , глава Соляная тектоника. С. 375-452.
  6. ^ MR Hudec, MP Джексон: Terra infirma: понимание соляной тектоники. В: Обзоры наук о Земле. Том 82, №1, 2007 г., стр. 1-28.
  7. ↑ JL Urai, CJ Spiers, HJ Zwart, GS Lister: Ослабление каменной соли водой во время длительной ползучести. В кн . : Природа. (Лондон) Vol. 324, No. 6097, 1986, pp. 554-557.
  8. ^ MPA Джексон, CJ Talbot: Внешние формы, скорости деформации и динамика соляных структур. В: Бюллетень Геологического общества Америки. Том 97, № 3, 1986, стр. 305-323.
  9. ^ MR Hudec, MP Джексон: Terra infirma: понимание соляной тектоники. В: Обзоры наук о Земле. Том 82, №1, 2007 г., стр. 1-28.
  10. ↑ Ф. Трусхайм: О галокинезе и его значении для структурного развития Северной Германии. В: Журнал Немецкого геологического общества. Том 109, 1957, с. 111-158 (аннотация)
  11. ↑ Д. Саннеманн: О семьях соляных куполов в Северо- Западной Германии. В: Erdoel Z. Volume 79, 1963, pp. 499-506.
  12. ^ BC Vendeville, MPA Джексон: рост диапиров во время тонкокожего расширения. В кн . : Морская и нефтяная геология. Том 9, № 4, 1992 г., стр. 331-354.
  13. ↑ MPA Jackson, BC Vendeville: региональное расширение как геологический триггер диапиризма. В: Бюллетень Геологического общества Америки. Volume 94, No. 1, 1994, pp. 57-73, DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1994) 106 <0057: REAAGT> 2.3.CO; 2
  14. ↑ DC Barton: Механика образования соляных куполов с особым упором на соляные купола на побережье Мексиканского залива в Техасе и Луизиане. В: Бюллетень AAPG. Том 17, № 9, 1933, стр. 1025-1083.
  15. ^ MR Hudec, MP Джексон: Terra infirma: понимание соляной тектоники. В: Обзоры наук о Земле. Том 82, №1, 2007 г., стр. 1-28.
  16. ↑ Ж.-П. Брун, TP-O. Mauduit: Ролловеры в соляной тектонике: неадекватность модели листрических разломов. В кн . : Тектонофизика. Том 457, № 1-2, 2008 г., стр. 1-11, DOI: 10.1016 / j.tecto.2007.11.038