8-1

8 skyrius. Druskų struktūros

Druska yra nuosėdinė uoliena, kuri susidaro iškrentant evaporitiniams mineralams (paprastai halitas, NaCl, ir gipsas ar anhidritas, kalcio sulfatai) iš druskingo vandens. Druskų nuosėdos kaupiasi bet kokiame nuosėdiniame baseine – žemoje vietoje, galbūt slėnio formos, kuris yra nuosėdų iškritimo vieta. Ten druskingas vanduo, toks kaip jūros vanduo, garuoja pakankamai stipriai, kad ištirpusios druskos koncentracija vandenyje didėtų ir druska iškristų kristalų pavidale. Ypatingai stori druskų klodai kaupiasi pasyvių-pakraščių baseinuose, kurie pavadinti taip dėl to, kad jie yra išsidėstė palei kontinentų neaktyvius pakraščius. Pavyzdžiui, tokie baseinai susidarė kada superkontinentas, kaip Pangėja, buvo tempiamas iš visų pusių ankstyvajame Mezozojuje. Toks procesas, vadinamas riftingu, apima trapius ir plastiškus lūžius, kurio pasekoje kontinentinė litosfera plonėja, iki galiausiai ji trūksta ir atsiranda okeaninis gūbrys, kuriame darosi okeaninė pluta. Ankstyvuosiuose riftingo etapuose, rifto baseinas yra sausas arba užpildytas gėlu vandeniu, ežerais. Galiausiai, rifto dugnas nusileidžia žemiau jūros lygio, baseinas susisiekia su jūra, ir susidaro seklus jūrinis baseinas. Jei garavimo tempas yra didelis, iš jūros vandens nusėda įvairios druskos (paprastai halitas ir gipsas/anhidritas) ir jie nusėda ant rifto dugno. Kada riftas pasiekia atviro vandenyno stadiją, kontinento pakraščiai tampa pasyviais, kurie pamažu grimzta. Grimzdimui tęsiantis, evaporitų (druskų) storymė yra užklojama klastinių nuosėdų ir karbonatų, tipiškų kontinentinio šelfo aplinkai. Taigi, susidaro didelės storymės nuosėdų, kurių apatinė dalis sudaryta iš druskos sluoksnių. Tai yra druskų intruzijų formavimosi pradinė sąlyga.

Druskos skiriasi nuo kitų nuosėdinių uolienų tuo, kad jos yra kur kas silpnesnės ir, dėl to, gali tekėti panašiai kaip klampus skystis, esant tokioms sąlygoms, prie kurių kitos nuosėdinės uolienos elgiasi kaip trapios. Kai kuriais atvejais, druskų deformacija yra dėl tektoninių lūžių ar raukšlėjimo, bet kadangi druska yra tokia silpna, ji paprastai deformuojasi vien tik dėl sunkio jėgos įtakos, ir tuo būdu sukelia supančių uolienų deformaciją. Jei sunkio jėga (gravitacija) yra vienintelė priežastis dėl kurios druska juda, to sukelta deformacija yra vadinama halokineze (apjungiant du graikiškus žodžius reiškiančius druską ir judesį) ir dėl to sudaręs druskos kūnas yra vadinamas druskos struktūra.

8.1 Kodėl halokinezė vyksta

Halokinezė vyksta kaip atsakas į tris faktorius: (l) tankio inversijos {density inversion} atsiradimo, (2)

skirtuminės apkrovos {differential loading}, ir (3) druskos sluoksnio pado polinkio kampo buvimo. Visi trys iš šių faktorių yra pasyvių-pakraščių baseinuose. Druska yra beporė ir, iš esmės, nespūdi medžiaga. Taigi, kai ji palaidojama giliai nuosėdinėje storymėje, ji tankesne netampa. Druska netgi tampa mažiau tankesne su gyliu, kadangi didesniuose gyliuose ji sušyla ir išsiplečia. Kitos nuosėdinės uolienos (kaip smiltainis ir dumblainis), priešingai, sudaro nuosėdines uolienas, kurios turėjo didelį poringumą sedimentacijos metu ir tapo tankesnėmis su gyliu (slėgiu). Tokia situacija, kada kitų nuosėdų tankis viršija druskos tankį gylyje, didesniame nei 6 km, vadinama tankio inversija. Tai reiškia, kad tankesnės uolienos slūgso ant mažesnio tankio uolienų. Druskos tankis yra apie 2200 kg/m3, tuo tarpu kitų nuosėdinių uolienų tankis yra apie 2500 kg/m3. Tankių inversija yra nestabili situacija, kadangi druska turi teigiamą plūdrumą {positive buoyancy}. Teigiamas plūdrumas reiškia, kad sunkio jėgos gravitaciniame lauke verčia mažesnio tankio medžiagas kilti virš tankesnių medžiagų, ir taip sumažina bendrą sistemos gravitacinės potencinės energiją. Kitaip sakant, stabilizuoja situaciją. Neigiamas plūdrumas, atvirkščiai, yra jėga, dėl kurios tankesnė medžiaga grimzta per mažiau tankesnę medžiagą. Artimesnis teigiamo plūdrumo pavyzdys yra jėga, kurią jaučia ranka, laikydama oro pripūstą balioną po vandeniu. Plytos laikymas po vandeniu yra neigiamo plūdrumo pavyzdys. Kai teigiamo plūdrumo jėga viršija druskos tvirtumą ir yra pakankama išlenkti aukštyn sluoksnį, gulintį virš druskos struktūros, tada prasidės druskos struktūros susidarymas.

Druskos sluoksnio skirtuminė apkrova atsiranda tada, kai jėga, susidaranti dėl dengiančių sluoksnių svorio, veikianti žemyn į druskos sluoksnį kinta lateraliai, tai yra jėgos poveikis plote (horizontaliai, bet nebūtinai) yra nevienodas. Tai gali būti dėl pirminio dengiančių sluoksnių storio ar sudėties nevienodumų, pirminio druskos sluoksnio reljefo kitimo, dengiančių sluoksnių storio variacijų, atsiradusių dėl lūžių. Nepriklausomai nuo priežasties, dėl skirtuminės apkrovos kai kurios druskos sluoksnio vietos patiria didesnę vertikalią apkrovą nei kitos vietos, ir druska išspaudžiama iš vietų, kuriose slėgis didesnis į vietas kur jis mažesnis. Pavyzdžiui, įsivaizduokime druskos sluoksnio kraigą su nedideliais kupolais. Uolienų kolonos1 ir vandens kolonos, esančios virš uolienų, svoris ant horizontalaus druskos sluoksnio paviršiaus bus didesnis aplink kupolą nei ant kupolo. Tai yra dėl to, kad druska yra mažiau tanki nei kitos nuosėdinės uolienos ir dar dėl to, kad kolonų aukštis bus nevienodas dėl tų kraigo nelygumų. To pasekoje, druska yra išspaudžiama į kupolą ir taip kupolas auga aukštyn. Druskos sluoksnis, kuris tiekia druską druskos struktūros susidarymui ir

1 Taip vadinamas vandens kolonos atitikmuo uolienos ir reiškia, neapibrėžto pagrindo ploto uolienų „koloną“, kurios aukštis nuo žemės paviršiaus iki tam tikro sluoksnio ar vietos.

8-2

kuris dėl halokinezės keičiasi, yra vadinamas šaltiniu arba maitinančiu sluoksniu {source layer}.

Skirtuminė apkrova ir plūdrumo jėgos kartu verčia druską judėti aukštyn per dengiančius sluoksnius tol, kol yra druska pasiekia neutralų plūdrumą {neutral buoyancy}, kitaip sakant tokį gylį, kuriame druską nebėra plūdri. Šiame gylio lygyje druska turi tą patį tankį kaip ir supančios uolienos. Vidutiniškai kompaktiškų klastinių sluoksnių tankis prilygsta druskos tankiui maždaug, priklausomai nuo sudėties, 500-1500 m žemiau baseino paviršiaus. Neutralaus plūdrumo lygyje, druska gali pradėti plisti į šonus. Šis procesas, kuris irgi varomas sunkio jėgos (virš neutralaus plūdrumo gylio druska paklūsta neigiamo plūdrumo jėgai), yra vadinama

gravitaciniu plitimu {gravity spreading}. Kur druska išsiveržia į žemės paviršių, ji tampa druskos ledynu (Pav. 8.1). Jūros dugne, druska irgi plinta kaip ledynas, tik skirtumas tas, kad ji lieka palaidota po naujomis nuosėdomis.

8.2 Druskų struktūrų geometrija ir susiję procesai

Druska, verčiama teigiamo plūdrumo jėgos ir skirtuminės apkrovos, tekės į viršų nuo maitinančio sluoksnio, kuris dėl to plonės. Jei maitinantis sluoksnis suplonėja iki išnykimo ribos ir sluoksnis virš ir sluoksnis žemiau maitinančio sluoksnio susiliečia, kontaktas tarp šių sluoksnių

vadinamas pirminiu suvirinimu {primary weld}. Paprastai suvirinimas yra bet koks kontaktas tarp sluoksnių, kurie kažkada buvo atskirti druskos sluoksniu. Tam tikru metu, tam tikras regionas gali turėti druskos struktūras, esančias daugelyje formavimosi stadijų. Yra turtingas žodynas, skirtas šioms struktūroms, sudarytas pagal jų geometrija; kai kuri terminologija pateikta lentelėje 8.1 ir iliustruota paveiksle 8.2. Terminai, priskirti prie tam tikrų struktūrų, yra paremti struktūrų formomis, stebimomis šiai dienai, bet geologinio laiko kontekste, šios formos gali būti laikinos.

Kadangi druska kyla į jau esamus sluoksnius ir kyla dengiantiems sluoksniams besikaupiant jos kilimo metu,

Paveikslas 8.1: Druskos ledynas, prasidedantis iš druskos kupolo (Iranas).

Druskos diapyras Druskos struktūra, kuri perduria dengiančius sluoksnius. {salt diapir}.

Druskos siena Pailgas (plane) druskos diapyras. {salt wall}.

Druskos kupolas Maždaug simetriškas plane, santykinai maitinančio sluoksnio iškilęs išsikišimas. Sluoksniai, esantys aukščiau, darniai išlenkti aplink struktūrą. {salt dome}.

Druskos pagalvė Tas pats kas druskos kupolas. {Salt pillow}.

Druskos antiforma Pailgas druskos palikimas santykinai maitinančio sluoksnio. Sluoksniai, esantys aukščiau, darniai išlenkti aplink struktūrą. {salt antiform}.

Druskos volas Nesimetriškas druskos kupolas, kuris primena jūros bangą. {salt roller},

Druskos štokas Pusiau apvalus, žiūrint žemėlapyje, diapyras, Brandesni druskų diapyrai yra siauresni apačioje ir platesni viršuje; apatinė dalis vadinama kamienu, o viršutinė kriauše {bulb}. {salt stock}.

Druskos ledynas Druska, kuri teka ant paviršiaus, kai druskos diapyras jį praduria. {salt glacier}

Druskos baldakimas Regionuose, kur maitinantis šaltinis buvo storas pakankamai, kad iš jo susidarytų keletas diapyrų. Druskos sienos ar štokai aukštesniuose stratigrafiniuose lygiuose gali išsiskirti, o po to vėl, dar aukštesniuose lygiuose susilieti, taip sudarydami „stogelius“ ant „polių“ - baldakimus. Baldakimai, veikiami sunkio jėgos, gali tekėti viena vyraujančia kryptimi, ir jei tai vyksta, jie vadinami druskos liežuviniais baldakimais. {salt canopy}.

Lentelė 8.1: Kai kuri druskos struktūrų terminologija

8-3

geologai išskiria šiuos du druskų struktūrų augimo tipus. Jei druska kyla jau dengiantiems sluoksniams pilnai susidarius, druska kildama išsiriečia ir galiausiai persilaužia per viršuje gulinčius sluoksnius. Šis procesas vadinamas {upbuilding}. Tačiau jeigu druskos kilimas, matuojant nuo maitinančio sluoksnio, vyksta vienu metu su dengiančių sluoksnių kaupimusi, atstumas tarp šaltinio ir baseino paviršiaus taip pat didėja. Šis procesas vadinamas {downbuilding}. Druskai judant, ji deformuoja gretimus sluoksnius ir susidaro sudėtingos raukšlės ir vietiniai lūžiai. Kada druskų diapyras priartėja prie paviršiaus, viršuje gulintys sluoksniai yra išlenkiami ir vietoms tempiami, ir to pasekoje susidaro sprūdžiai, kurie suformuoja sudėtingas jų eiles virš druskos struktūros keteros (Pav. 8.3).

Pasyvių pakraščių struktūrinė geometrija yra sudėtinga, kadangi nuosėdų kaupimasis tęsiasi druskoms kylant. Nuosėdiniai sluoksniai sustorėja ir suplonėja dėl druskos sukeltų pakilumų ir pažemėjimų, ir dėl to atsiradęs skirtuminis uolienų sutankėjimas verčia tolimesnį druskos judėjimą. Nuosėdų kaupimosi pobūdis vienoje vietoje gali keistis jei druskos struktūra tuštėja ir teka į struktūrą, esančią kitoje vietoje. Tuo būdu, vietoje kur vyksta halokinezė yra įprasta rasti vietų, kuriose sluoksnių išlenkimas, susijęs su kažkada kilusiu kupolu, tampa įlenkimu, ir atvirkščiai - šis procesas yra vadinamas inversija {inversion}.

8.3 Gravitacijos sukelti lūžiai ir raukšlės

Druskos struktūrų susidarymas yra dinamiškas procesas, kuris tiesiogiai susietas su lūžių atsiradimu dengiančiuose sluoksniuose. Druska yra taip silpna, kad ji yra geras „tepalas“ ir sudaro gerus horizontus - lubrikantus ir tuo pačiu gerus bazalinius lūžius (pusiau horizontalias šlyties zonas) palei kuriuos vyksta dengiančių sluoksnių perstūmimas. Iš tikrųjų, daugelyje pasyvių pakraščių, stori druskos sluoksnių paketai yra linkę atsiskirti palei bazalinį lūžį, sudarytą iš druskos, ir nušliuožti link jūros. Tai primena nuošliaužas, bet mastelis yra gana skirtingas. Kai nuošliauža slysta, baseino dalis, esanti sausumos pusėje, yra ištempiama ir dėl to atsiranda eilė sprūdžių, kurių polinkio kampas mažėja einant gilyn. Dėl tokio polinkio pokyčio su gyliu, lūžiai yra įlenkti, ir tokie lūžiai vadinam listriniais lūžiais2 {listric faults}. Vykstant poslinkiui palei listrinį lūžį, sluoksniai, esantys virš lūžio išlenkiami į nulenkimo antiklinas3 {rollover anticlines; Pav. 8.4). Daug listrinių sprūdžių kerta paviršių pietiniame Teksase, JAV., kadangi šis regionas yra pasyvaus pakraščio baseino, palei Įlankos Krantą {Gulf Coast}, dalis. Kadangi lūžiai yra palinkę į pietus ir jie perneša uolienas link Meksikos įlankos, jie kartais vadinami žemyn-link-Įlankos lūžiais {down-to-Gulf faults}. Poslinkis palei

2 Plačiau apie tai bus prie tektoninių struktūrų.

Paveikslas 8.2: Schematiškas piešinys, rodantis druskos struktūros vystymosi etapus ir susijusią terminologiją. Struktūrinis brandumas ir dydis didėja link paveikslo galo. [a] seka rodo struktūras, kylančios iš linijiško šaltinio, o [b] iš taškinio šaltinio.

8-4

šiuos lūžius suplonina stratigrafinį pjūvį virš druskos sluoksnio ir taip atsiranda skirtuminė apkrova. To pasekoje, druska gali kilti žemiau lūžio ir sudaryti iš pradžių druskos kupolą, po to druskos volą {salt roller} ir, galiausiai, diapyrą, kuris gali prakirsti virš jo esantį lūžį. Pasyvaus pakraščio pleišto papėdėje, kad „patalpintų“ jūros link judantį bloką, susiformuoja eilė antstūmių, panašiai kaip susidaro antstūmiai sausumos nuošliaužos papėdėje.

8.4 Druskos struktūrų praktinė svarba

Kodėl gi reikia praleisti tiek daug laiko nagrinėjant druskų struktūras ir pasyvius pakraščius? Paprasčiausiai dėl to, kad šie regionai turi didelę ekonominę ir socialinę reikšmę. Pasyvių pakraščių baseinai yra svarbūs naftos rezervuarai, ir daug naftos šiuose rezervuaruose yra pagaunama šalia druskų kūnų. Nafta kyla palinkusiuose sluoksniuose palei druskos kūno pakraščius ir sustoja ties nelaidžia druska. Pastaraisiais metais, druskos kūnai masyviuose pakraščiuose yra naudojami kaip milžiniškos naftos ir dujų kaupyklos, ir yra aptariamos kaip potencialios vietos branduolinio kuro saugykloms. Čia yra vienas iš daugelio pavyzdžių, kur struktūrinė geologija yra itin svarbi padedant priimti socialinius sprendimus.

Paveikslas 8.3: Skerspjūvis, vaizduojantis sprūdžių eilę virš druskos kupolo Teksase, JAV.

Paveikslas 8.4: Skerspjūvis, vaizduojantis "žemyn-į-Įlanką" tipo pasyvaus pakraščio druskos pleišto judėjimą; pjūviai taip pat rodo listrinius sprūdžius ir druskos volus. Nuo [a] iki [d] seka rodo vienas po kito sekančius etapus pakraščio evoliucijoje, ir lydimą tempimą.