Solná tektonika

Solná tektonika neboli halokinéza popisuje mechanickou mobilizaci solných hornin , výsledné strukturální změny (deformace) v nadloží těchto solných hornin a tím vznik takzvaných solných struktur . Svante Arrhenius a Richard Lachmann kolem roku 1911 a Donald Clinton Barton kolem roku 1930 položili základy teoretického popisu halokinézy . Němečtí geologové Ferdinand Trusheim a Rudolf Meinhold nepoužívali výrazy „halokinéza“ nebo „solná tektonika“ až do konce 50. letreliéfní. Halokinéza původně odkazovala na nezávislý pohyb solné horniny, zatímco solná tektonika (nebo halotektonika ) popisuje pohyb solné horniny, který byl vyvolán vnějšími tektonickými napětími.

Geologické a fyzikální základy

Solná hornina se skládá z minerálů vaporitů , zejména minerálu halit ( NaCl , „kamenná sůl“). Převážná většina solných hornin na Zemi byla vytvořena vysrážením odpařenin ze silně odpařené mořské vody, jejich usazením na mořském dně a následným pokrytím dalšími vrstvami sedimentu (konkrétní scénář je popsán v článku solná kupole).

Solná hornina má zvláštní reologickou vlastnost deformovat tvárnost i při relativně nízkých tlacích a teplotách, jaké se již vyskytují v hloubce několika 100 m, a lze ji proto považovat za tekutou v geologických časových obdobích. To odlišuje solnou horninu od většiny ostatních sedimentárních hornin, např. B. pískovec , mudstone nebo vápenec , které se lámou při nízkém tlaku a teplotě . Jeden zde hovoří o kompetenčním kontrastu mezi solnými horninami (viskoelasticky deformovatelnými, tj. Nekompetentními) a ostatními sedimentárními horninami (křehko-plastické lámání, tj. Kompetentní). Deformační procesy v minerálních soli hornin dochází v první řadě prostřednictvím dislokací tečení a roztok -precipitation tečení . Ten převažuje, když jsou v krystalové mřížce na hranici zrn minerálních solí (> 0,05% hmotn.) Tekuté inkluze do určitého procenta a když je rychlost deformace relativně nízká.

Druhou důležitou vlastností solné horniny je její nestlačitelnost. Na rozdíl od jiných sedimentů se vapority s rostoucím pokryvem nehutní, takže jejich průměrná hustota (kolem 2,2 g / cm³ pro halit ) zůstává s hloubkou téměř beze změny. Od určité tloušťky nadloží (přibližně 650 až 2 000 m) dochází k inverzi hustoty, tj. To znamená, že sedimenty skrývky jsou nyní hustší než sedimenty soli („Rayleigh-Taylorova nestabilita“). Výsledný vztlak významně přispívá k tvorbě solných struktur.

Spouštěče, procesy a sekundární efekty

Vzhledem k tomu, že solnou horninu lze v geologických časových obdobích považovat za tekutou, jsou na procesy deformace v solné tektonice aplikovány koncepce mechaniky tekutin . Podle toho dochází v tekuté solné hornině k pohybu podél gradientu hydraulického tlaku. Takový tlakový gradient může být způsoben bočními změnami hustoty nebo tloušťky v nadloží, tektonickými poruchami v nadloží nebo svahy solné vrstvy.

Aktivní diapirismus

Klasický, někdy zastaralý model formování solné struktury je založen na viskózní reologii solné horniny a nadloží a popisuje solnou tektoniku jako jev čistě gravitační. Jakmile dojde k inverzi hustoty, začíná stoupání soli tvorbou široké boule (solný polštář). V určité výšce solná hornina prorazí skrz nadloží (anglicky piercing ) a vytvoří diapir . Protože tato solná hornina aktivně proniká skrz nadloží, hovoříme v tomto procesu aktivních diapirů (angl. Active diapirism ).

Od 80. let 20. století ukázala skalní fyzikální měření, že většina sedimentárních hornin (s výjimkou většiny vaporitů) se deformuje křehko-plastickým způsobem, a proto mají určitou pevnost. Mechanická napětí, která jsou aplikována při výstupu na solnou horninu, obecně nejsou dostatečně vysoká, aby překonala tuto sílu. Z tohoto důvodu je „aktivní diapirismus“ v moderní literatuře považován za možný pouze tehdy, když solná struktura již dosáhla určité výšky, konkrétně když výška solné struktury dosáhla asi 2/3 tloušťky nadložního nadloží.

Reaktivní diapirismus

Tento proces předpokládá, že pro tvorbu solných struktur jsou zapotřebí externí spouštěče. Mezi externí spouštěče patří tektonické procesy, tj. Rozšíření nebo komprese. Nadloží je napnuto a ztenčeno prodloužením. Výsledkem je, že solná hornina může zasahovat do vznikajících poruchových zón a nakonec znovu vytvářet diapiry. Tento proces je reaktivní pně (Engl. Reaktivní diapirism ) nazvaný protože sůl skála reaguje pouze na vnější vlivy.

V případě tektonických spouštěčů se rozlišuje také mezi „ tenkými “ a „ tlustými “ mechanismy. Kvůli snadné deformovatelnosti solné horniny nejsou tektonické poruchy na základně solné vrstvy vždy přenášeny přímo na skrývku, ale jsou odděleny. Poruchy v základně jsou bočně odsazeny, což je proces známý jako „prodloužení / komprese tenké kůže“. Poruchu lze přenést přímo do skrývky („prodloužení / stlačení tlusté kůže“) pouze v případě, že je solná vrstva relativně tenká, offset při poruše je velmi velký nebo je velmi vysoká rychlost deformace.

Sedimenty nadložní vrstvy jsou stlačeny, rozloženy a tlačeny přes stlačování (např. V pohoří Jura severozápadně od Alp nebo v pohoří Zagros v Íránu). Solná hornina je tak vtlačena do jádra záhybu a může být dokonce vytlačena přes hřeben záhybu.

Pasivní diapirismus

Jakmile solná hornina pronikla na povrch, stoupání pokračuje, zatímco další sedimenty se ukládají v sousedních okrajových depresích. Tento proces se označuje jako pasivní diapirismus (anglický pasivní diapirismus nebo downbuidling ) a Barton jej postuloval jako základní proces formování solných struktur v severním Mexickém zálivu již ve 30. letech.

Rozdíly v zatížení

Sedimentární rozdíly v zatížení ( diferenciální zatížení ) se počítají jako další vnější vliv . Pokud jsou sedimenty nerovnoměrně ukládány přes vrstvu solné horniny, proudí solná hornina z oblastí s vysokým zatížením sedimentů do oblastí s nízkým zatížením sedimentů. Přerozdělení je samo-zesilující, protože v oblastech, ze kterých sůl migruje, se mohou hromadit další sedimenty. Sedimentární rozdíly v zatížení vznikají např. B. progresivními deltami, ale také vertikálními posuny základny ložiska soli.

Raftová tektonika

V sedimentárních pánvích se svažujícím se suterénem, ​​např. B. pasivní kontinentální okraje nebo povodí předpolí, nadloží sedimentů klouže nad měkkou solnou horninovou vrstvou dolů ze svahu. Tato operace je symbolicky jako Floßtektonik (angl. Raft tectonics ) a může probíhat na vzdálenosti více než 100 km. Typicky v horní oblasti svahu vznikají v skrývce dilatační struktury, tj. Příkopy a příkopy, doprovázené reaktivními diapiry nebo takzvanými převrácením . Posledně jmenované jsou struktury, které jsou vytvořeny synkinematickou sedimentací na visícím bloku poruchy , zatímco skrývka sklouzává ze svahu dolů na odvar solné horniny. Ve spodní části svahu je vrstva skrývky stlačena. To tam vytváří tahy, doprovázené solnými antiklinály a solnými kryty. Raftová tektonika se vyskytuje hlavně na pasivních kontinentálních okrajích , protože tam je dostatečný sklon solné báze, např. B. v povodí Dolního Konga a povodí Kwanza u pobřeží Angoly , v Mexickém zálivu , v povodí Nového Skotska nebo v deltě Nilu .

literatura

  • MR Hudec, MPA Jackson: Terra infirma: Porozumění solné tektonice. In: Recenze vědy o Zemi. Svazek 82, 2007, s. 1–28, doi: 10,1016 / j.earscirev.2007.01.001
  • John K.Warren : Evaporites: Sedimenty, zdroje a uhlovodíky. Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2006, ISBN 3-540-26011-0 , kapitola Solná tektonika. 375-452.

Individuální důkazy

  1. ↑ DC Barton: Mechanika tvorby solných dómů se zvláštním zřetelem na solné dómy Gulf Coast v Texasu a Louisianě. V: Bulletin AAPG. Svazek 17, č. 9, 1933, str. 1025-1083.
  2. ↑ F. Trusheim: O halokinéze a jejím významu pro strukturální rozvoj severního Německa. In: Journal of the German Geological Society. Svazek 109, 1957, s. 111-158, (abstrakt)
  3. ↑ R. Meinhold: Komentáře k otázce vzestupu soli. In: Freiberg research books. Svazek C22, 1956, str. 65-77.
  4. ^ R. Meinhold: Pohyb soli a tektonika v severním Německu. In: Zprávy geologické společnosti v Německé demokratické republice pro celou oblast geologických věd. Svazek 4, č. 2/3, 1959, s. 157-168.
  5. ^ JK Warren: Evaporites: Sedimenty, zdroje a uhlovodíky. Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2006, ISBN 3-540-26011-0 , kapitola Tektonika soli. 375-452.
  6. ^ MR Hudec, MP Jackson: Terra infirma: porozumění solné tektonice. In: Earth Science Reviews. Svazek 82, č. 1, 2007, s. 1-28.
  7. ↑ JL Urai, CJ Spiers, HJ Zwart, GS Lister: Oslabení kamenné soli vodou během dlouhodobého plazení. In: Příroda. (London), sv. 324, č. 6097, 1986, str. 554-557.
  8. ^ MPA Jackson, CJ Talbot: Vnější tvary, deformační rychlosti a dynamika solných struktur. In: Bulletin geologické společnosti Ameriky. Svazek 97, č. 3, 1986, str. 305-323.
  9. ^ MR Hudec, MP Jackson: Terra infirma: porozumění solné tektonice. In: Earth Science Reviews. Svazek 82, č. 1, 2007, s. 1-28.
  10. ↑ F. Trusheim: O halokinéze a jejím významu pro strukturální rozvoj severního Německa. In: Journal of the German Geological Society. Svazek 109, 1957, s. 111-158 (abstrakt)
  11. ↑ D. Sannemann: O rodinách solných kopulí v NW Německu. In: Erdoel Z. Svazek 79, 1963, s. 499-506.
  12. ^ BC Vendeville, MPA Jackson: Vzestup diapirů během prodloužení tenké kůže. In: Marine and Petroleum Geology. Svazek 9, č. 4, 1992, str. 331-354.
  13. ^ MPA Jackson, BC Vendeville: Regionální rozšíření jako geologická spoušť diapirismu. In: Bulletin geologické společnosti Ameriky. Volume 94, No. 1, 1994, pp. 57-73, doi : 10.1130 / 0016-7606 (1994) 106 <0057: REAAGT> 2.3.CO; 2
  14. ↑ DC Barton: Mechanika tvorby solných dómů se zvláštním zřetelem na solné dómy Gulf Coast v Texasu a Louisianě. V: Bulletin AAPG. Svazek 17, č. 9, 1933, str. 1025-1083.
  15. ^ MR Hudec, MP Jackson: Terra infirma: porozumění solné tektonice. In: Earth Science Reviews. Svazek 82, č. 1, 2007, s. 1-28.
  16. ↑ J.-P. Brun, TP-O. Mauduit: Převrácení v solné tektonice: nedostatečnost listinného poruchového modelu. In: Tectonophysics. Svazek 457, č. 1–2, 2008, s. 1–11, doi: 10,1016 / j.tecto.2007.11.038