Dzisiejszy wykład będzie poświęcony strukturom pierwotnym deformacyjnym. Wcześniej omawialiśmy już depozycyjne i erozyjne. Deformacyjne polegają na deformacji, jak sama nazwa wskazuje. Jest ona wyrażona przez zaburzenie pierwotnego układu warstw, które powstają w miękkim osadzie najczęściej krótko po depozycji. I nieorganiczne, bo podobną definicję moglibyśmy przecież podać dla organicznych.

Jakie mogą być przyczyny deformacji (to dotyczy tylko tego co się dzieje w miękkim osadzie):

• grawitacyjne ruchy masowe

• niestateczne warstwowania gęstościowe

• upłynnienie osadu

Nawodnione osady, które pod wpływem mieszania, wstrząsów czy fal ultradźwiękowych¹ mogą przejść w stan upłynniony. To zjawisko nosi nazwę tiksotropii.

• wstrząsy sejsmiczne

Przyczyny mogą się na siebie nakładać. Widzimy jakiś efekt, ale wszystkie przyczyny mogą dać podobne efekty. Musimy być ostrożni z interpretacją w wyniku czego to powstało. Te procesy mogą się nakładać i dawać podobne skutki. Tylko niektóre łączą się z konkretnym procesem. Wiele jest natomiast zaburzonych o problematycznej przyczynie.

My przedstawimy struktury deformacyjne w czterech grupach genetycznych. Kryterium jest główny czynnik wywołujący deformację. To są odwodnieniowe wynikające z odwodnienia oraz odgazowania , iniekcyjne, przemieszczeniowe i obciążeniowe.

Odwodnieniowe

Znana jest nam struktury szczelin z wysychania (mud cracks) – mamy osad kohezyjny, spójny który wysychając zmniejsza swoją objętość, pęka i tworzy spękania, charakterystyczną siatkę spękań. To są struktury powierzchniowe, które mają charakter penetratywny, ale tylko do jakiejś tam głębokości. Zależy to od miąższości osadu kohezyjnego.

Wierzchnia warstwa jest najczęściej najdrobniej ziarnista, materiał najdrobniejszy najpóźniej opada. To łączy się z największą utratą wody i może się pozwijać w tak zwane zwitki błotne. One mogą być redeponowane, jako że są bardzo kruche. Jeżeli to zostanie przez wiatr porwane, to długość przetrwania jest niewielka. Potencjał prezerwacyjny jest niewielki, ale jest. Szczeliny z wysychania wskazują jednoznacznie na warunki lądowe.

Mamy też szczeliny z wysychania niepełne.

Generalnie możemy powiedzieć, że im więcej substancji organicznej, tym poligony mają bardziej poszarpany nieregularny kształt. Przy czystej substancji mineralnej krawędzie poligonów są bardziej prostolinijne.

Tutaj mamy z kolei przykład słonych okresowych zbiorników czy bagnisk, gdzie na wszystko nakłada się wzrost kryształów soli. One w tych wysychających zbiornikach mogą powodować struktury z wysychania.

To są przykłady poligonów z wysychania w stanie kopalnym.

Kolejna struktura odwodnieniowa to struktury miseczkowe – to jest struktura wewnątrzławicowa. Jej warunkiem powstania jest obecność w nawodnionym osadzie rozproszonego iłu lub pyłu. Czyli generalnie piasek, który ma dużą domieszkę tych drobnych frakcji. Jest pokazane jak mogą się w formie bardziej ciągłej prezentować, np. wklęsłe ku górze laminy, albo zupełnie poprzerywane. Ten układ miseczkowy jest związany z przerywaniem takich ciągłych lamin. Czyli jak to się przerwie, to powstają miseczki.

Tutaj szczegóły budowy. Generalnie jak to powstaje? Woda, filtrując przez taki osad, w którym znajduje się frakcja spławialna, porywa ze sobą, wymywa, drobny materiał i on w pewnych strefach jest zatrzymywany i tworzy takie laminy, przesłony, tam gdzie woda straci nośność.

Te przesłony mułowe są naturalną barierą dla wody, którą ta próbuje się wydostać. Ten schematyczny rysunek pokazuje, że ten piasek (pusty w środku), to jest piasek bardzo dobrze wysortowany czyli taki przemyty. Woda będzie płynęła wzdłuż tej słaboprzepuszczalnej strefy i ona będzie płynąć do momentu, kiedy będzie w stanie przerwać taką laminę albo znajdzie ujście, bo ta lamina będzie jakoś tam przerwana. Bardzo subtelna struktura. Tak naprawdę jeszcze takiej nie widziałam. w stanie kopalnym. Zdjęć jest niewiele. To są takie po prostu w piasku takie ugięcia rynny mniej lub bardziej rozpłaszczone.

To jest przykład z kolekcji Dżułyńskiego ten odłam (kształt Wenus z Milo).

Kolejna struktura odwodnieniowa to kanały ucieczkowe – można powiedzieć, że też związana z ucieczką wody, ale tam ona znaczy nam drogę skoncentrowanego przepływu wydobywającej się z osadu wody. Powstaje tam, gdzie mamy szybkie tempo depozycji, dużo wody jest zgromadzonej i ona zaczyna być wyprowadzana ku górze. To są pionowe, owalne kolumny ograniczone pionowymi powierzchniami. Warstwowany piasek na skutek ucieczki wody ulega homogenizacji. Drobny materiał razem z wodą pod ciśnieniem ucieka nam z tego osadu. On może być z czasem zdeponowany u wylotu kanału i tworzy laminę jakąś (1). To jest struktura wewnątrzławicowa – zawsze ograniczona do jednej ławicy.

Mamy owalne struktury widoczne w stropie będące zakończeniami tych kanałów ucieczkowych.

Struktury iniekcyjne

Teraz przechodzimy do struktur iniekcyjnych. Tu mamy coś wprowadzane pod ciśnieniem. Strukturą iniekcyjną są wulkany klastyczne. Zwane są też wulkanami mułowymi błotnymi (mud volcano) lub piaszczyste (sand volcano).One nie mają nic wspólnego z magmą, choć mechanizm powstawania jest podobny. Mamy źródło komin i pseudokrater na powierzchni. Najczęściej powstają w czasie trzęsień ziemi. Osady głębiej leżące podatne na upłynnienie podlegają mu i wydostają się szczelinami. Powstają wskutek erupcji luźnego upłynnionego materiału z głębi osadu na powierzchnię. Ich wysokość zwykle nie przekracza 1 metra. Asymetria może wynikać z przepływu wody.

Przykłady aktywnego wulkanu błotnego na Krymie i na Islandii.

Generalnie są obszary uprzywilejowane tym zjawiskom. Takie, które związane są też z takimi strefami rozkładu substancji organicznej i emisji różnych gazów metanu, np. taką strefą jest bliski wschód Azerbejdżan. Są tu wulkany błotne związane z upłynnieniem osadów oraz emisją metanu i innych węglowodorów, pochodzących z osadów bogatych w materię organiczną (wysokość dochodzi do 200 m).

Dalej znowuż struktura, którą jest struktura wewnątrzławicowa. To są żyły albo dajki klastyczne (plastic dykes). Upłynniony osad wprowadzony od dołu pod ciśnieniem w warstwy otaczające. Termin żyła jest lepszy, ale z angielskiego przyjęła się dajka. Mamy schematyczny rysuneczek, pokazujący tworzenie się takich żył klastycznych². Strefy podatne na upłynnienie. Tu cała warstwa piachu upłynniona i intrudująca w osad powyżej. Ona może się łączyć z tę masą i generować kolejne dajki klastyczne. Ławice macierzyste żył wykazują nieregularnej miąższości laminy, a niekiedy zanikają lub pozostają jedynie kroplowe formy. Żyły wykorzystują istniejące powierzchnie nieciągłości lub same torują sobie drogę. Jeśli natrafią na podobną ławice stanowią impuls do jej upłynnienia i powstania nowych intruzji.

Obecność różnych struktur sedymentacyjnych nie służy upłynnianiu, powstawaniu żył. Iniekcji ulegają najchętniej osady masywne.

Widzimy na zdjęciu bardzo charakterystyczne granice w laminach.

Kolejnym rodzajem dajek, które nie należą do struktur iniekcyjnych, bo to nie jest pod ciśnieniem, tylko zasypywanie od góry szczelin pod wpływem grawitacji, są dajki neptuniczne (neptunian dykes). To są struktury, które powstają pod wodą. Te szczeliny są wypełnione piaskiem glaukonitowym. Zawsze wypełnienie jest młodsze od osadu otaczającego.

Jeszcze raz dwa rodzaje dajek klasycznych. Jeden to pod wpływem upłynnienia i wyprowadzeni materiału, ku górze (zapożyczony też termin sill piaszczysty odchodzący od boku). No i dajki neptuniczne wypełniane od góry.

Struktury przemieszczeniowe

Następna grupa to struktury przemieszczeniowe. To będą związane z ruchami masowymi. Tutaj mamy cały szereg zaburzeń, różnych fałdów, ścięć w osadzie które będą nazywane terminem opisowym zaburzone warstwowanie.

Tutaj mamy zdjęcie z eksperymentu laboratoryjnego, gdzie w warunkach laboratoryjnych doprowadzono do spływu masowego. Widzimy to w przekroju prostopadłym i równoległym. Widzimy, że te zaburzenia są olbrzymie. To zależy od nachylenia, gęstości itd.

W zależności do stopnia deformacji wyróżnia się osady rozdrobnione i nierozdrobnione. W nie rozdrobnionych, tam gdzie wszystko jest pofałdowane, ale mamy całe fragmenty, które nie zostały zupełnie rozdrobnione w masie spływu.³ Możemy się tych pierwotnych elementów, które uległy deformacji, dopatrzeć. W rozdrobnionym mamy pojedyncze kawałki w zdeformowanym osadzie. One noszą nazwę toczeńców.⁴

W obrębie zaburzonego warstwowania będziemy wyróżniać fałdy deformacyjne i płaty deformacyjne. Fałdy deformacyjne to obalone synkliny grubiejące w przegubach albo takie antykliny, które z kolei cienieją w przegubach (Gradziński, ryc. 4-77).

Zdeformowane plastycznie fragmenty ławic które nie mają charakteru fałdów określamy jako płaty deformacyjne⁵ Może dojść do zawinięcia się w górę, albo w dół. Może dojść też do zafałdowania. W antyklinach mamy ścięcia, a w synklinach zgrubienia. Te synkliny będą ulegały obalaniu i też mogą tworzyć toczeńce. To rozstrzyga nieraz o deformacyjnym pochodzeniu fałdów. W fałdach osuwiskowych mamy synklinalne przegięcia.

Teraz jeszcze raz o osuwiskach, o ruchach masowych. Będziemy jeszcze mieli na to zwracane uwagę. To są takie właśnie deformacje w osuwisku. To, że mamy tu do czynienia z osuwiskiem wskazuje, że mamy kontakt na osadach niezaburzonych. Dochodzi do deformacji warstw nadległych. Tutaj z kolei w antyklinach dochodzi do ścięć, a w synklinach do grubienia.

Tutaj przykład fałdów, one są synsedymentacyjne, zachodzące w miękkim osadzie.

Uskoki też w skałach osadowych możemy mieć albo pochodzenia tektonicznego kruchego albo mogą być synsedymentacyjne, które powstają w luźnym miękkim osadzie, bardzo powszechne to są zwykle uskoki normalne. Taką jak gdyby najważniejszą przesłanką jest to, że są one od góry zgodnie przykryte przez osad przykrywający. Ten uskok nie ciągnie się przez ileś warstw i ma ten sedymentacyjny kontakt z nadkładem.

One mogą być wynikiem impulsów tektonicznych. ale będziemy w stanie powiedzieć czy to było w luźnym osadzie czy po diagenezie.

Struktury obciążeniowe

Układy stateczne i niestateczne gęstościowo. Mamy dwa rodzaje układów. Pierwszy taki, że górna warstwa jest lżejsza. To jest układ stateczny (ab). Mamy normalne granice. W odwrotnym przypadku jeżeli cieńsza jest nad lżejszą to jest to układ niestateczny gęstościowo (ba). W takich warunkach te niestateczne układy generują nam struktury deformacyjne, które powstają na granicach warstw o dużych różnicach gęstości i lepkości.

Gęstość to nic innego jak masa do objętości. Różnice w gęstości osadów warstwowanych mogą wynikać po pierwsze z różnic ciężarze właściwym. Z kolei w osadach jednorodnych litologicznie mogą wynikać z różnic w stopniu upakowania ziaren. To też będzie układ niestateczny gęstościowo.

Teraz klasycznym przykładem warstwowania niestatecznego ba, jeżeli mamy na luźnej warstwie mułu zdeponowaną warstwę piasku. Oprócz tego, że mamy odwrócony układ ba, to te struktury deformacyjne są też rozpatrywane jako ruchome i nieruchome. Nieruchome są takie, gdzie nie mamy poziomego ruchu między warstwami ab. Są tu zaburzenia, które mają charakter pionowych ruchów wyrównawczych, którym towarzyszą niewielkie przemieszczenia poziome, ale we wszystkich kierunkach.

W układach ruchomych występują poziome przesunięcia pomiędzy warstwami a i b, zaburzenia są wypadkową ruchów poziomych i pionowych. One są już bardziej skomplikowane.

Zaczniemy od tych nieruchomych czyli mniej skomplikowanych. Ich kształt czy wygląd będzie zależał od różnic w lepkości tych warstw. Lepkość to tarcie wewnętrzne, to opór, który przeciwstawia jeden ośrodek drugiemu. Dopóty układ będzie pozostawał w stanie równowagi, dopóki lepkość przeciwdziała ciężarowi warstwy górnej.

Jeżeli lepkości są równe to powstanie linia falista bez dominacji ruchu w górę lub w dół. Jeżeli lepkość na górze jest większa wchodzą kliny w dół, a jeżeli na odwrót to wchodzą kliny w górę.

Jeżeli lepkość warstwy górnej jest większa, wchodzą kliny w dół i mamy te nasze pogrązy. Chodzi o to by wyrównać te gęstości, warstwa górna przemieszcza się w dół. Najczęściej proces ten w naturze nie zachodzi do samego końca, co wiążę się z utratą wody przez ośrodek.

Jeszcze w zależności od różnic w tej lepkości, powstają nam tak zwane struktury kroplowe. Pojedyńcza kropla zatopiła się w osadzie mniej lepkim. Dochodzi tu zatem do powstania pogrązów albo struktur kroplowych.

Inną odmianą tego typu struktur obciążeniowych są tak zwane pogrzęźnięte formy synklinalne (ball and pillow structures)⁶. To jest znowu taki model. Deformacje zainicjowane zostały wstrząsem. Nawodniony układ, na skutek wstrząsu warstwa piasku została rozerwana na skutek piasku poduszko kształtnych zarysowanych ciał. Warstwa piaszczysta rozczłonkowana jest na takie pojedyncze nodule.

Znowu osady znalezione w fliszu, z pracy Dżułyńskiego, nodule o oddzielności, to zostało zinterpretowane jako pogrzeżnięte ripplemarki. Ripplemarki migrują i ulegną pogrzęźnięciu w mułowe dno. Okaz z muzeum w Krakowie.

Teraz odwrotna sytuacja od bardziej lepkich na dole, ku mniej lepkim na górze. Postają diapiry, albo coś takiego jak owalnych kształtów rozczłonkowane fragmenty warstwy b, tworzące a la budinaż (nie ma nic wspólnego z budinażem tektonicznym). To budinaż sedymentacyjny jest.

Tu widzimy diapirki ku górze (zdjęcie z palcem).

Tutaj całą strefa diapiru z ciemnym mułowcem wciśniętym w jasne osady. Drobny materiał mułowcowi podlega erozji i jest kawerna.

Oglądamy sobie struktury w hieroglifach na spągach warstw piaszczystych. To możemy oglądać na powierzchniach, które są spągami warstw piaszczystych.

Teraz sprawa się komplikuje jeżeli warstwy ba się poruszają. Widzimy izometryczne jakby wzory na spągach. Diapiry czy pogrązy w układach ruchomych pokazują nam kierunek transportu. One zakrzywiają się w jedną stronę. To się nazywa układy płomieniowe (flame structure).

Jeżeli mamy te odlewy na spągach związane z pogrązami i dodatkowo mamy układy ruchome, to w zależności jak będą te sześcioboki ułożone względem siebie naprzemialegle to będziemy mieli do czynienia z takim wzorem łuskowym. Jeżeli będą sześcioboki ułozone rzędowo, to będziemy mieli równoległe pasy. To się tak rzędowo układa wtedy (zdjęcie Dżułyński).

Jeszcze jedna ważna struktura jest. Ona jest zaliczana do obciążeniowych, choć geneza jest trudna. Widzimy laminy zaburzone i niezaburzone. Takie zaburzenie mogą pojawiać się w obrębie jednej ławicy. To powstaje w efekcie pionowych konwekcyjnych ruchów w upłynnionym osadzie, które mogą być wywołanie różnicami gęstości lub zróżnicowanym obciążeniem czyli tym nadkładem. Są prawie wyłącznie w osadach bardzo drobnoziarnistych. Wzory konwolucji mogą być przeróżne: to są fałdy kopułowe dysharmonijne, kuferkowe często.

Co jest dla nich charakterystyczne. ? W odróżnieniu od tych które powstają przy ruchach masowych, mamy do czynienia ze stałą miąższością lamin konwolutnych. Te laminy nafałdowane, obserwowane na pewnym dystansie, będą miały stosunkowo taką samą miąższość. Te laminy można śledzić na dużym dystansie. One się nie ścinają, nie nasuwają. Czyli brak ponasuwanych fałdów. Poniżej mamy osady nie zaburzone i od góry znowuż niezaburzone. Tych warstwowań konwolutnych jest wyróżnianych kilka odmian. Mamy też sporo okazów z takimi konwolucjami.

Zagadka –warstwy wyraźnie zerodowane.

Na dole większa lepkość.

Jeszcze dla porównania deformacyjne struktury. W osuwisku fałdy cieniejące w antyklinach i grubiejące w synklinach.

---

1. Ultradźwięki to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 16 lub nawet (u ludzi bardzo młodych) 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz. [pl.wikipedia.org, stan na 15.04.2011]↩

2. por. też Gradziński, ryc. 4-89↩

3. Gradziński, 4-75↩

4. Gradziński, 4-74↩

5. Gradziński, 4-76↩

6. Gradziński, 4-83↩