Zlomy

Zlomy (foto 1) sú diskontinuitné štruktúry, ktoré presekávajú a oddeľujú pôvodne spojité bloky hornín. Charakteristický je nezanedbateľný pohyb dvoch blokov, ktorý je viditeľný voľným okom, pričom premiestnenie blokov hornín je kolmé alebo paralelné so zlomovou plochou. Pozorovanie a analýza zlomov poskytuje jednoznačný i keď v mnohých prípadoch komplikovaný kľúč k pochopeniu deformácie v krehkej vrchnej kôre. Okrem dominantnej paralelnej pohybovej zložky, ktorá je podstatná pri definovaní zlomu sa na zlomovej ploche vyskytujú aj iné zložky pohybu (dilatácia, konvergencia), ktoré vznikajú na nerovných plochách zlomu, alebo pozdĺž ich povrchu. Tu dochádza k vývoju žíl, stylolitov, slikolitov, fibrolitov a tektoglyfov. Väčšina zlomov v zemskej kôre je výsledkom krehkej deformácie (približne do hĺbky 10 km) a sú teda chápané ako krehké strižné poruchy. Tie existujú osamote, ako jednoduchý zlom pozostávajúci z jednej strižnej poruchy, alebo sa nachádzajú v takzvanej zlomovej zóne, ktorá obsahuje viacero navzájom geneticky prepojených strižných fraktúr. Niektoré zlomy môžu mať charakter úzkej strižnej zóny, kedy bol pohyb v zóne realizovaný bez straty kohézie, ktorú pozorujeme v mezoskopickej mierke (obr. 1). Ide o prejavy duktílnej deformácie v hlbších častiach kôry, kedy sa horniny správajú plasticky v dôsledku vzrastajúcej teploty a zvýšeného tlaku.

Obr. 1: Delenie zlomov podľa početnosti (upravené podľa TWISS & MOORES, 2007)

Kinematika a klasifikácia zlomov

Zlom presekáva horninu do dvoch samostatných blokov, ktoré sa voči sebe premiestnili. Ak je zlom uklonený, používa sa terminológia nadložný a podložný blok, pričom nadložný blok leží nad zlomom a  ako podložný označujeme spodný blok. V prípade vertikálnej zlomovej plochy sa jednotlivé bloky označujú podľa geografickej pozície – podľa svetových strán. Zlom je ďalej vymedzený zlomovou plochou, na ktorej sú pozorovateľné evidentné stopy po diferenciálnom pohybe – striácie (foto 2). Na nich možno určiť zmysel a smer pohybu, pomocou ktorých môžu byť spolu s amplitúdou a dráhou úplne zrekonštruované relatívne pohyby blokov oddelených zlomami. Zlom vzniká pôsobením deformačných napätí, postupným narastaním mikrofraktúr, ktorými sa na začiatku deformačného procesu uvoľňujú napätia. Spojením mikrofraktúr vzniká zlom, na ktorom sa pohybom uvoľňuje deformačné napätie. Vzájomným pohybom blokov vznikajú striácie. Smer pohybu na zlomoch sa uskutočňoval paralelne so smerom lineácie ryhovania na zlomovej ploche. Geometria zlomu môže byť úplne charakterizovaná pomocou minimálne 3 meraných uhlov a jednej vzdialenosti (obr. 2.).

Obr. 2: Znázornenie orientácie zlomového sklzu (Angelier, 1994) 

a) uhol d označuje smer sklonu zlomovej plochy. Tento uhol je azimutom, ktorý je meraný od severu v smere hodinových ručičiek a môže dosiahnuť hodnoty z intervalu <0° – 360°>

b) uhol p označuje úklon zlomovej plochy. Môže nadobudnúť hodnoty z intervalu <0° – 90°>.

Hodnoty uhlov d a p jednoznačne určujú orientáciu zlomovej plochy.

c) uhol i označuje hodnotu medzi ryhovaním a spádnicou na zlomovej ploche a definuje smer sklzu. Zmysel relatívneho pohybu musí byť jednoznačne určený. Dosahuje hodnoty z intervalu <0° – 360°>, ale je nevyhnutné určiť „dohodu“, ktorá by jednoznačne definovala zmysel pohybu (obr. 3).

Obr. 3: Klasifikácia translačných zlomov podľa ANGELIERA (1994) 

d) úplné premiestnenie na zlomovej ploche je charakterizované vektorom D, ktorý je zložený z troch na seba kolmých zložiek - V vertikálny posun, T priečny posun, L pozdĺžny posun. Ich vzťah je vyjadrený vzorcom D = T + V + L. Okrem toho môžeme definovať zložku premiestnenia po zlomovej ploche (S), ktorá je súčtom zložiek T a V (S = T + V), a potom D = S + L (obr. 4.)

Obr. 4: Zložky zlomového sklzu (Angelier, 1994)

Keď vezmeme do úvahy tieto kritériá, je možné klasifikovať zlomy na základe orientácie relatívneho premiestnenia alebo sklzu, ktorý je definovaný veľkosťou a smerom pohybu na zlomovej ploche. Túto klasifikáciu zaviedol Angelier (1994). V nej rozlíšil 4 hlavné oblasti (obr. 5.):

a) horizontálne zlomy sa nachádzajú na ľavej strane diagramu. Úklon zlomovej plochy je menší ako 10 – 15°, avšak tieto úklony majú v tomto prípade malý význam, pretože zlomový posun je veľmi premenlivý. Ide o zriedkavé zlomy, ktoré sa vzťahujú k násunovej tektonike a k extenznému odstrešovaniu veľkých plutónových komplexov.

b) vertikálne zlomy sú zlomy s prevahou vertikálneho pohybu. Umiestnené sú vo vrchnej polovici pozdĺž pravej strany diagramu. Úklon ich zlomovej plochy je väčší ako 75 – 80° a úklony striácií upadajú pod uhlom väčším ako 45°.

c) spádnicové zlomy (čisté poklesovo-prešmykové zlomy) - zodpovedajú najvyššej časti zostávajúcej oblasti, pomer T/L je väčší ako 4 – 8. Pohyb na týchto zlomoch je takmer paralelný so spádnicou zlomovej plochy – dominuje komponent pohybu d. Tento typ zlomov vzniká počas čistého trojosého extenzného alebo kompresného tektonického režimu, v závislosti od typu zlomov. Do tejto skupiny zaraďujeme: poklesy, prešmyky a násuny, ktoré sa líšia zmyslom pohybu na zlomovej ploche. Poklesy vznikajú, keď nadložný blok poklesáva dole voči podložnému v smere sklonu zlomu. Prešmyky sú tvorené nasúvaním sa nadložného bloku na podložný. Do tejto kategórie sa radia aj násuny, u ktorých je pohyb nadložného bloku proti smeru sklonu podložného bloku podobne ako pri prešmykoch. Avšak líšia sa v úklone zlomovej plochy a regionálnom rozsahu, pričom platí, že prešmyky majú strmšie uklonené zlomové plochy (>45°), naproti tomu násuny majú mierny až subhorizontálny sklon zlomovej plochy (<45°) a sú priestorovo rozľahlejšie.

d) smernicové zlomy (čisté smerne posuvné zlomy) – umiestnené sú v najspodnejšej časti diagramu vpravo, pomer L/T je väčší ako 4. Pohyb na týchto zlomoch je realizovaný subparalelne so smernicou zlomovej plochy. Vznikajú počas čistého smerne-posuvného tektonického režimu. Na základe zmyslu pohybu sa delia na pravostranné (dextrálne) a ľavostranné (sinistrálne) smerné posuny, kde sa v prvom prípade protiľahlý blok od pozorovateľa pohybuje smerom doprava. V druhom prípade je kinematika opačná.

e) šikmé zlomy – reprezentujú zostávajúcu centrálnu oblasť diagramu, ktorá zodpovedá rozličným šikmým zlomom. Je možné ju rozdeliť do dvoch skupín. Prvú tvoria laterálne sklzy menšie ako priečne sklzy (umiestnené vo vrchnej časti), zlom bude nazvaný poklesovo-pravostranný. Druhá skupina je reprezentovaná priečnymi sklzmi, ktoré sú menšie ako laterálne sklzy (spodnejšia časť) a zlom bude pomenovaný ako pravostranno-poklesový. Názov je určený podľa toho, ktorá horizontálna zložka pohybu prevláda. Všeobecná klasifikácia znázornená na obr. 5. je rovnako platná, bez ohľadu na zmysel pohybu (pokles/prešmyk alebo pravostranný posun/ľavostranný posun). Na obrázku sú znázornené len pohyby na ľavostranných posunoch až poklesoch.

Obr. 5: Klasifikácia zlomov založená na úklone zlomu (horizontálna os) a uhle striácií (vertikálna os) (ANGELIER, 1994)

Určenie zmyslu pohybu na zlomoch pomocou kinematických indikátorov

Východiskom pre určenie smerov tektonických napätí podľa zlomu je určenie smeru a zmyslu pohybu blokov na zlome, ktoré sú oddelené zlomovou plochou. Okrem orientácie porúch, ktoré určíme uhlovým meraním v teréne je pre rekonštrukciu paleonapätí nevyhnutné definovať ich kinematický charakter, ktorý je východiskom pre všetky metódy paleonapäťovej analýzy. V procese strihu sa na povrchu zlomových plôch, teda na tektonických zrkadlách generujú špecifické štruktúry, podľa ktorých sa určuje smer a zmysel strihu na blokoch oddelených zlomom.

Hlavným kritériom pre jednoznačnú identifikáciu zmyslu pohybu na zlome sú:

• stratigrafia, teda posun markerov (vrstvy, fosílie, zlomy, atď.), ktoré sú staršie, presekávané a presunuté zlomom (obr. 6a)
• orientácia vlečných vrás, ktoré vznikajú syngeneticky so zlomom (obr. 6b)
• asymetrické štruktúry, ktoré vznikajú na povrchu tektonického zrkadla

Prvé dve kritériá sú jednoducho identifikovateľné a až na malé výnimky (prevrátené vrásy) sa dajú ľahko interpretovať. Tretie kritérium, asymetrické štruktúry, ktoré označujeme aj ako kinematické indikátory si zasluhuje osobitnú pozornosť. Pre bližšiu charakteristiku hlavných kritérií, ich budeme ďalej opisovať ako pozitívne alebo negatívne, čo závisí na relatívnom množstve drsnosti (zadŕhania), ktoré sa vyskytuje, pri pohybe rukou proti smeru striácie na povrchu zlomu. Pozitívne kritérium predstavuje najľahší pohyb, čiže najmenší odpor, ktorý zodpovedá aktuálnemu zmyslu premiestnenia chýbajúceho bloku. Negatívne kritérium je, keď sa ruka pohne v protismere ako urobil chýbajúci blok. Odpor, ktorý cíti pozorovateľ je väčší. Základné kritériá sú vysvetlené v nasledujúcom opise a ich identifikácia si vyžaduje určitý stupeň skúsenosti.

Obr. 6: Základné spôsoby určenia zmyslu pohybu na zlome: a) pomocou stratigrafie; b) pomocou vlečných vrások 

akrečné minerálne stupne (obr. 7, foto 3) – vznikajú kryštalizáciou minerálov a kryštálových vlákien počas pohybu na zlome. Predstavujú minerálnu výplň dutín vznikajúcu mechanizmom „pull-apart“ pri strižnom pohybe na zlomovej ploche. K odkrytiu dochádza pri erózii a odstránení jedného z blokov. Väčšinou sú tvorené z kalcitu alebo kremeňa, ale často takto kryštalizujú aj minerály ako sadrovec, anhydrit, hematit, atď. Výplň akrečných stupňov môže byť vo vláknitom vývine, ale aj vo forme idiomorfných kryštálov, ktoré sú orientované v smere do otvárajúceho sa priestoru. Generálne sú akrečné minerálne stupne orientované „skokmi“ v smere pohybu protiľahlého bloku. Toto kritérium je pozitívne a100 % spoľahlivé.

Obr. 7: Minerálne akrečné stupne a slikolity

 

stylolity a slikolity (obr. 7) – stylolity (foto 4) sú nepravidelné zubovité alebo laločnaté švy, veľmi často sa vyskytujúce v karbonátových horninách, sú orientovane kolmo na tlak a vznikajú rozpúšťanim karbonátových minerálov a migráciou minerálov Fe do týchto švov. Na zlome sa často nachádzajú vrcholky označované ako slikolity (foto 5). Vznikajú ako produkty tlakového rozpúšťania na plochách tektonických zrkadiel v miestach zvýšeného tlaku, ktorý bol spôsobený nerovnosťou povrchu. Materiál rozpustený pôsobením tlaku migruje vo fluide pozdĺž zlomu a vyzrážaním sa akumuluje v tlakových tieňoch, pričom vrcholy slikolitov sú orientované proti smeru pohybu nadložného bloku. Na jednej zlomovej ploche je možné pozorovať akrečné minerálne stupne (na plochách, ktoré majú tendenciu sa otvárať pri uvoľňovacom pohybe na zlome) a stylolitické vrcholy (na plochách, ktoré prešli skrátením a realizoval sa tu uťahovací pohyb). Vývoj týchto štruktúr vyžaduje extrémne pomalé pohyby na zlomoch, ktoré zodpovedajú plazeniu. Fenomény tlakového rozpúšťania potrebujú čas na vývoj v kontraste s náhlym seizmickým zlomovým sklzom, kde sa vyvinú len ryhovania, prípadne drvené zóny (kataklazity). Kritérium je typické hlavne pre vápence, je 100% spoľahlivé a negatívne.

Riedelove strihy (obr. 8a) – pretínajú zlomovú plochu takmer kolmo na striácie, pričom tvoria stupne orientované strmo proti smeru pohybu nadložného bloku. Zvierajú 5º – 25º uhol s plochou zlomu a ich zmysel pohybu tam, kde je to možné pozorovať, je totožný s kinematikou na hlavnej zlomovej ploche. Vo všeobecnosti vznikajú ako „en echelon“ štruktúry pozdĺž hlavnej zlomovej plochy. Na povrchu zrkadla sa prejavujú ako lineárne stupne alebo mesiačikové fraktúry. Toto kritérium je negatívne a málo spoľahlivé (75 %), hlavne na miestach, kde sú vyvinuté strižné šošovky pozdĺž povrchu zlomu, môžu byť nesprávne interpretované.

Párové strižné trhliny (obr. 8b) – sú voči hlavnej zlomovej ploche orientované pod uhlom 40º – 70º. Sú to malé zlomy opačnej kinematiky ako je hlavná zlomová plocha a pretínajú striácie takmer kolmo. Označujú sa tiež ako Riedelove strihy (R´). Patria medzi negatívne kritériá so 70 % spoľahlivosťou.

Tenzné trhliny (obr. 8c, 9) – pretínajú hlavnú zlomovú plochu takmer kolmo na striácie a s povrchom zvierajú uhol 30º – 50º. Často sú vyplnené vykryštalizovanými minerálmi. Vznikajú v smere kompresnej osi σ1. Ich úklon je orientovaný proti smeru nadložného bloku, ak sa jedná o planárne extenzné trhliny. Extenzné trhliny kosákovitého tvaru, ktoré sa konkávne zakrivujú do priestoru bloku, naznačujú pohyb nadložného bloku v smere výstupu trhliny na povrch. Toto kritérium je negatívne a je spoľahlivé len na 70 %, pretože v niektorých prípadoch nie je jasný vzťah medzi tenznou trhlinou a zlomovou plochou.

Tektonické stopy po vtláčaní (obr. 8d) – vznikajú zatláčaním odolnejšieho materiálu (valúnov, úlomkov kremeňa alebo fragmentov hornín) do povrchu tektonického zrkadla počas trenia blokov. Prejavujú sa ako asymetrické ryhy s rôznym zahĺbením. Zmysel pohybu nadložného bloku určuje najhlbšie vtlačenie na konci dráhy telesa. Na zrkadle sa často zachováva aj zvyšok telesa, ale existujú aj prípady, kedy bolo teleso zničené počas pohybu na zlome. Toto kritérium je negatívne a je považované za vysoko spoľahlivé.

Vyleštené a drsné plochy (obr. 8f) – sú bežné vo všetkých typoch hornín. Vznikajú pri väčších deformačných rýchlostiach alebo pri nízkych P-T podmienkach. K vzniku ryhovania alebo k lešteniu plochy dochádza počas trenia. Rozrušený materiál sa hromadí v tlakových tieňoch pri uvoľňovacom pohybe. Orientácia plôch so striáciami určuje zmysel pohybu nadložného bloku, pričom tieto plochy sú orientované proti smeru jeho pohybu. Plochy majú rozličný tvar a vo väčšine prípadov bývajú predĺžené kolmo na smer sklzu. Takéto plochy sú vyhladené a ryhované, drsné alebo majú vytvorený biely povlak, ktorý spôsobilo trenie. Drsné plochy majú tendenciu otvárať sa počas zlomového pohybu a môžu byť pokryté fragmentmi hornín, oxidmi železa alebo vykryštalizovanými minerálmi (kremeň, kalcit, atď.). Často sa môžu zamieňať s minerálnymi stupňami a môže dôjsť k nesprávnemu určeniu zmyslu sklzu. Špeciálny význam majú hlavne v nekarbonátových horninách (pieskovce, bazalty, atď.), kde sa fenomén tlakového rozpúšťania neobjavuje a chýbajú tam aj iné indikátory pohybu (akrečné minerálne stupne, atď). Toto kritérium je pozitívne a spoľahlivé na 80 %.

Obr. 8: Kinematické indikátory na zlomových plochách (Angelier, 1994)

Ďalšie kritériá, aj keď sú zaujímavé, sa vo všeobecnosti používajú menej a môžu byť dvojzmyselné. Niektoré kritériá sú silne závislé od typu horniny. Kinematické indikátory sa na povrchu tektonických zrkadiel nevyskytujú vždy. Ich prítomnosť alebo absencia okrem reologických vlastností závisí od deformačných rýchlostí a P-T podmienok. Správna identifikácia zmyslu pohybu, t.j. kinematická klasifikácia zrkadla priamo v teréne je základným predpokladom pre úspešnú rekonštrukciu paleonapätí.

Obr. 9: Asymetrické kinematické indikátory (upravené podľa TWISS & MOORES, 2007)