Foliácie, kliváž a lineácie

Úvod Základy štruktúrnej geológie Foliácie, kliváž a lineácie

Horniny, ktoré prešli deformačným procesom, zvyčajne obsahujú lineárne alebo planárne štruktúrne anizotropie. Takéto štruktúry vznikajú reorientáciou minerálov (najčastejšie fylosilikátov) alebo iných stavebných prvkov v hornine, čím vytvárajú plochy, pozdĺž ktorých sa hornina môže štiepať. Na základe charakteru vzniknutej štruktúry rozlišujeme štruktúrnu anizotropiu planárnu alebo lineárnu, prípadne ich kombináciu.


Planárne anizotropie, tzv. S-tektonity sa nevyskytujú v jednej vrstve, na povrchu alebo v tenkej zóne. Zväčša prestupujú celú horninu, sú penetratívne. Všeobecne ich označujeme pojmom foliácia. Prítomnosť foliácie v hornine nám umožňuje rozdeliť horninu na tenké dosky, tzv. litóny, pozdĺž ktorých vznikajú v hornine plochy oslabenia. V skutočnosti sa foliácia vytvára bez zjavnej straty súdržnosti. To znamená, že zlomy a pukliny nie sú formou foliácie, ani v prípade, ak by mali paralelné usporiadanie. Foliácia je jednoducho každá planárna penetratívna anizotropia, ktorú môžeme v horninách pozorovať. Patrí medzi najbežnejšie typy štruktúr v kôre. Poskytuje nám užitočné informácie o pôsobení napätia, predovšetkým v oblastiach, kde chýbajú iné markery. Vzťah foliácie k vrstevnatosti nám zase naznačuje vzťah k väčším štruktúram v zle odkrytých oblastiach. Termín foliácia sa väčšinou používa pre planárne štruktúry vytvárajúce anizotropie v metamorfovaných horninách, ale môže vznikať napríklad aj pri prúdení magmy, pri tzv. gravitačnom zhutňovaní pyroklastických hornín. Takáto foliácia je označovaná ako primárna a usporiadanie jednotlivých prvkov je náhodné. Sekundárna foliácia vzniká pôsobením napätia a závisí predovšetkým od zloženia horniny. Vyskytuje sa vo všetkých typoch hornín, ale zvlášť dobre je vyvinutá v silne deformovaných metamorfovaných horninách, označovaných ako tektonity. Pojmom foliácia teda označujeme všetky typy anizotropie hornín bez ohľadu na ich vznik, teda vrstvovitosť, metamorfnú bridličnatosť a tiež všetky druhy kliváže.

 


Kliváž

Kliváž (foto 1) sa vzťahuje na schopnosť horniny rozdeliť sa alebo štiepiť sa na takmer rovnobežné plochy, nezávisle od primárnej vrstvovitosti, ktorú často presekáva pod veľkým uhlom. Ide doslova o štiepateľnosť. Je to druh sekundárne vzniknutej foliácie v jemnozrnných horninách, ktoré obsahujú planárne štruktúrne prvky. Tie sa vplyvom deformácie usporiadajú do prednostnej orientácie. Vyskytuje sa prevažne v nízko až stredne metamorfovaných horninách. Prítomnosť kliváže umožňuje horninu rozdeliť na tenké vrstvy - mikrolitóny, ktoré predstavujú jej plochy oslabenia, avšak kliváž sa vytvára bez zjavnej straty súdržnosti. Aby mohla byť štruktúra, podľa ktorej sa hornina rozpadá, označená ako kliváž, musí mať hustotu rovinných prvkov (mikrolitónov) aspoň jednu plochu na centimeter, ale spravidla je to jedna plocha na milimeter. Ak je vzdialenosť mikrolitónov menšia ako 1 mm, hovoríme o kontinuitnej kliváži, v opačnom prípade označujeme vzniknutú foliáciu ako oddelenú kliváž (vzdialenosť medzi plochami je viac ako 1mm) (obr. 1).

 

Obr. 1: Členenie kliváže

Obr. 1: Členenie kliváže (upravené podľa Fossen 2010)



Vývoj kliváže

Termín kliváž sa používa vtedy, ak je okrem vrstevnatosti S0 viditeľné aj inak orientované usporiadanie prvkov. Prvá sekundárna foliácia S1 sa v sedimentárnych horninách vytvára pri kompakcii a označujeme ju ako kompakčná kliváž (obr. 2a). Dochádza k reorientácii minerálnych zŕn do prednostného smeru, úniku fluid z pórov a ich následnému zrúteniu. Pri vzniku kompakčnej kliváže dochádza k splošťovaniu horniny, paralelne s primárnou vrstvovitosťou S0, čo môžeme znázorniť splošteným deformačným elipsoidom. V sedimentárnych horninách vzniká takýmto spôsobom bridlica s výrazným štiepením. Vo vápencoch a výnimočne aj v pieskovcoch dochádza k tzv. tlakovému rozpúšťaniu, pri ktorom sa vytvárajú nepravidelné švy - stylolity, na mieste, kde došlo k rozpúšťaniu kremeňa alebo kalcitu. Takto vzniknutú kliváž označujeme ako stylolitickú a je typom kliváže tlakového rozpúšťania. Rozstup švov vo vápencoch môže byť až niekoľko cm, preto hovoríme o oddelenej kliváži. Naproti tomu, kompakčná kliváž vznikajúca v bridliciach je kontinuitná. Takto vzniknuté kliváže sú často považované za primárne foliácie.


Po usadení a kompakcii môžu byť sedimentárne horniny vystavené ďalšiemu tektonickému napätiu, čo vedie k vzniku nových foriem kliváže. Ak na horniny pôsobí sila v inom smere, σ1 je horizontálna, teda kolmá vzniká vertikálna forma kliváže S2, ktorá je naložená na staršiu anizotropiu S1. V bridliciach v takomto prípade dochádza k preorientovaniu ílovitých minerálov a vzniku dvoch plôch odlučnosti, vytvárajúcich tzv. ceruzkový alebo vretenovitý rozpad horniny (obr. 2b, foto 2).Vo Flynnovom diagrame predstavuje prolátny (subhorizontálne natiahnutý) elipsoid, ktorý znázorňuje horninu prechádzajúcu procesom naťahovania. Ceruzkový rozpad horniny je najčastejšie spojený so vznikom násunových rámp, ktoré sa vytvorili počas jednej deformačnej fázy.


Obr. 2: Vývoj kliváže

Obr. 2: Vývoj kliváže (upravené podľa Fossen 2010)


Ak subhorizontálne tektonické skrátenie pretrváva, rozvoj anizotropie S2 sa nakoniec stane dominantným nad kompakčnou klivážou a vzniká nová subvertikálna kliváž. Hornina sa z poľa naťahovania dostáva do poľa splošťovania za vzniku výrazne splošteného elipsoidu. Väčšina zŕn v hornine sa prednostne preorientuje do vertikálnej polohy, pričom dochádza k  rozpúšťaniu kremitých zŕn. Výsledkom je výrazná kontinuitná kliváž, ktorá úplne zastiera vrstvovitosť a dominuje celej štruktúre horniny. Hornina je teraz bridličnatá a foliácia sa označuje ako bridličnatosť (obr. 2c). Bridličnatosť vzniká pri nízkom stupni metamorfózy, keď takmer nedochádza k rekryštalizácii minerálov, len k ich distribúcii. Pri takomto procese sa vytvárajú domény, v ktorých dominujú kremeň a živec – QF-domény (pretiahnutého alebo šošovkovitého tvaru) a M-domény, bohaté na fylosilikáty, ktoré tvoria úzke pásy obklopujúce QF-domény. Aj keď bridličnatosť vzniká prevažne reorientáciou zŕn, na to, aby sa vytvorila nová anizotropia, je potrebná tzv. mokrá difúzia alebo tlakové rozpúšťanie menej odolných minerálov. Rozpustený materiál je vo forme fluid precipitovaný do tzv. tlakových tieňov väčších rigidnejších zŕn v QF-doméne alebo je transportovaný do inej časti horniny. Ak bridlica vstupuje do oblasti, kde sú metamorfné podmienky fácie zelených bridlíc až amfibolitovej fácie, dochádza zvýšenej kryštalizácii sľudových minerálov na úkor ílových. Novovytvorené minerály sú paralelné a rastú kolmo na σ1. Kliváž je stále kontinuálna a vývoj QF- a M-domén je výraznejší, pretože tlakové rozpúšťanie sa zvyšovaním teploty zrýchľuje. Takto rekryštalizované minerály vytvárajú zreteľné pásy a sú viditeľné voľným okom. Foliácia, ktorá vzniká zvýšenou rekryštalizáciou minerálov sa označuje ako metamorfná bridličnatosť.


Každá tektonicky vzniknutá foliácia (S1) môže byť prekrytá novou planárnou anizotropiou (S2) iného smeru, ktorá vznikla v dôsledku neskoršej fázy deformácie. Keďže kliváž sa vytvára kolmo na maximálny smer skracovania, nová kliváž prekryje pôvodnú foliáciu. Často sa stáva, že plochy staršej anizotropie sa zvrásnia do série mikrovrás v vlnovou dĺžkou maximálne do 1cm a s paralelnými osovými povrchmi. Vzniknutá foliácia sa označuje ako krenulačná kliváž (obr. 2d, foto 3). Na základe uhla medzi S1 a S2 rozlišujeme dva typy krenulačnej kliváže. Ak sú ramená vzniknutých mikrovrás približne rovnako dlhé, hovoríme o symetrickej krenulačnej kliváži. V opačnom prípade vznikajú mikrovrásy s asymetrickými ramenami, s geometriou tvaru písmena S alebo Z. Vznik krenulačnej kliváže závisí od litológie horniny a preexistujúcej foliácie s prednostným usporiadaním fylosilikátov. Tie vplyvom zvyšujúceho sa napätia migrujú do ramien mikrovrások, zatiaľ čo svetlé minerály (kremeň, kalcit...) sa premiestňujú do ich zámkov. Takéto usporiadanie minerálov uľahčuje strih pozdĺž ramien a prejavuje sa rytmickým striedaním hrubších svetlých plôch predstavujúcich mikrolitóny a paralelných tmavých plôch kliváže. Ramená vrások bývajú niekedy porušené sústavou mikrozlomov, pozdĺž ktorých dochádza k tlakovému rozpúšťaniu alebo strižným pohybom.


Puklinová kliváž vzniká v nemetamorfovaných alebo slabo metamorfovaných horninách, predovšetkým v masívnych vápencoch, pieskovcoch a vyvretých horninách. Prejavuje sa v podobe drobných fraktúr, ktoré sledujú pre-existujúce plochy odlučnosti. Keďže na puklinách dochádza k prejavom extenzie, veľa autorov ju nepovažuje za skutočnú kliváž a takúto štruktúru zaraďujú medzi systematické pukliny.

 

 

Kliváž osovej roviny

Vznik kliváže je často úzko spojený s procesom vrásnenia. Je zrejmé, že vo väčšine prípadov tieto dve štruktúry vznikajú súčasne. Z geometrického hľadiska kliváž rozdeľuje vrásu na pozdĺžne zóny, ktoré majú nejaký vzťah k osovej rovine vrásy. Ak je s ňou kliváž paralelná, hovoríme o nej ako o kliváži osovej roviny. Zaujímavosťou je, že pri horninách s rôznou litológiou môže dochádzať k zmene orientácie kliváže vzhľadom k osovej rovine. V skutočnosti, orientácia kliváže varíruje medzi jednotlivými vrstvami, hlavne v kompetentných horninách. Táto zmena orientácie často vzniká pri ohybovom strihu, pri ktorom vzniká samotná vrása. Charakter kliváže sa mení aj naprieč samotnou vrásou. Najvýraznejšia zmena orientácie sa prejavuje v zámku vrásy. Vo všeobecnosti je kliváž orientovaná kolmo na os skracovania (rovina XY napäťového elipsoidu), je teda paralelná s osovou rovinou. V kompetentných vrstvách dochádza k zmene orientácie v zámku vrásy, kliváž má v antiklinále rozbiehavý smer, v nekompetentných vrstvách je charakter kliváže v zámku zbiehavý. Zmena orientácie planárnej anizotropie v zámku vrásy súvisí s jej vznikom. Kliváž je kontinuálna, ak je už dobre vyvinutá pred samotným vrásnením. Na druhej strane, ak dôjde k vrásneniu pred vznikom samotnej foliácie, s najväčšou pravdepodobnosťou dôjde k refrakcii kliváže.


Vzťah kliváže a vrstvovitosti vo vrásach nám v teréne môže poskytnúť dôležité informácie o normálnom alebo prevrátenom vrstvovom slede slabo odkrytých štruktúr. Pri pôsobení kompresného napätia na vrstvu dochádza k vzniku dvoch typov štruktúr. Prvou štruktúrou je foliácia, ktorá vzniká kolmo na σ1, teda na smer maximálneho skrátenia (obr. 3a). Druhou štruktúrou je skracovanie vrstvy vrásnením, pričom kliváž rotuje spolu so vznikajúcou štruktúrou (obr. 3b). V ideálnom prípade zostane orientácia foliácie rovnobežná alebo približne rovnaká ako rovina vzniknutej vrásy.

Ak sú v takomto prípade foliácia a vrstvovitosť v rovnakom smere, môžeme štruktúru interpretovať dvoma spôsobmi:

  • kliváž je strmejšia ako vrstvovitosť – poloha vrstvy je v normálnom slede,
  • vrstvovitosť je strmejšia ako kliváž – vrstva je v prevrátenom smere

Ak sú kliváž a vrstvovitosť protiklonné, zrejme ide o polohu vrstvy blízko zámkovej línie.



 Obr. 3: Vzťah kliváže a vrstvovitosti

Obr. 3: Vzťah kliváže a vrstvovitosti



Lineárne anizotropie

Všetky lineárne anizotropie v hornine sa označujú spoločným názvom – lineácie alebo L-tektonity (foto 4). Ide o všetky lineárne prvky, ktoré sa v horninách vyskytujú a ktoré môžeme nahradiť priamkou (pretiahnuté minerály, ryhovanie, osi vrás). V deformovaných horninách sa väčšinou vyskytujú spolu s planárnymi štruktúrami. Poskytujú nám dôležité informácie o napätí a kinematike, ktoré viedli k ich vzniku. Tektonické lineárne štruktúry vznikajú pôsobením jednoosého predĺženia. Podľa vzťahu k primárnej foliácii rozlišujeme lineácie penetratívne, ktoré prestupujú celú horninu a sú typické pre deformáciu v duktílnom režime a povrchové, obmedzené len na povrch vrstvy (napr. striácie).


Minerálne lineácie

Predstavujú penetratívnu štruktúru, ktorá je charakteristická lineárnym usporiadaním minerálnych zŕn tabuľkovitého tvaru (napr. amfiboly, pyroxény) do prednostnej orientácie alebo kryštalizáciou minerálov v tlakových tieňoch (foto 5). K reorientácii minerálov dochádza rekryštalizáciou, pri zmene teplotno-tlakových podmienok, ale môže tiež vznikať procesom precipitácie minerálov, čo umožňuje ich rast v preferovanom smere. Ďalší typ vzniká naťahovaním minerálnych zŕn. Ide o tzv. strečingové lineácie, ktoré sú typické pre plasticky sa deformujúce horniny pôsobením jednosmerného napätia. Vznikajúce štruktúry označujeme ako tyčovitú lineáciu. Podobným spôsobom vzniká aj stebelnatá lineácia, pri ktorej narastajúce minerálne vlákna indikujú smer rozťahovania počas ich rastu. Lineácia minerálnych vlákien vzniká v žilách pri nízkom stupni metamorfózy.


Intersekčné lineácie

Mnohé deformované horniny obsahujú viac ako jednu planárnu štruktúru. Priesečníky týchto foliácií sa označujú ako intersekčné lineácie. Typickým príkladom je vrstvová plocha deformovaná klivážou. Miesto, kde kliváž „prereže“ vrstvu sa prejaví ako priamka na povrchu vrstvovej plochy a vytvorí lineáciu. Podobné lineácie sa vytvárajú, ak pri vrásnení vzniká tzv. kliváž osovej roviny. Intersekčné lineácie kliváže sú paralené s osou vrásy. Naložením viacerých systémov foliácií na seba vzniká typická štruktúra označovaná ako ceruzkový rozpad (foto 2), ktorá je typická pre bridličnaté horniny.

 

Krenulačné lineácie

Aj keď sú osi vrás vo všeobecnosti považované za teoretické línie, v horninách, ktoré majú vysokú hustotu paralelných vrásových osí, môžu byť na pohľad viditeľné. Takéto vlastnosti majú bridličnaté horniny bohaté na fylosilikáty. Tie sa pod vplyvom zvyšujúcich sa teplotno-tlakových podmienok reorientujú a migrujú do ramien mikrovrások. Svetlé minerály sa zároveň premiestňujú do ich zámkov. Vzájomným farebným kontrastom vytvárajú krenulačnú lineáciu (foto 3).


Budiny

Budiny (foto 6) vznikajú vtedy, keď sa kompetentné horniny vplyvom naťahovania roztrhajú a medzi oddelené segmenty sa dostane menej kompetentná hornina základnej hmoty. Vytvárajú sa v smere deformačnej osi x, ktorá je výrazne dlhšia ako os y. Roztrhané bloky horniny obtekané nekompetentými vrstvami sa na povrchu javia ako lineárne štruktúry.


Muliony

Muliony (foto 7) sa vytvárajú na rozhraní kompetentných a nekompetentných vrstiev, pričom kontrast viskozity musí byť výrazný. Vznikajú detailným zvrásnením kompetentných vrstiev, počas nižšieho stupňa metamorfózy. Charakteristické sú širokými sedlami a ostrými hrebeňmi.


Lineácie vznikajúce v krehkom režime

Niektoré lineácie sú obmedzené len na povrch plochy. Väčšinou ide o zlomovú plochu alebo puklinu, ktoré vznikli v krehkom režime. Ak sa v horninách pôsobením extenzného alebo strižného napätia vytvorí trhlina a do vzniknutého priestoru medzi jednotlivými blokmi sa dostanú nasýtené fluidá, môže dôjsť k vykryštalizovaniu minerálov vo voľnom priestore. Tieto minerály rastú v smere prednostne orientovanom na smer otvárania sa štruktúry a naznačujú nám smer deformácie. V puklinách vznikajúcich extenzným režimom môžu takúto lineáciu vytvárať vláknité minerály (foto 8), ktoré rastú v smere extenzie. Ak minerály kryštalizujú na postupne sa otvárajúcej zlomovej ploche, hovoríme im minerálne akrečné stupne (foto 9). Sú spoľahlivým indikátorom určovania zmyslu pohybu na zlome. Ďalší typ lineácie, ktorý môžeme pozorovať na zlomovej ploche sú striácie (foto 10). Vznikajú obrusovaním plochy zlomu protiľahlým blokom počas zlomovej aktivity. Vzájomným obrusovaním sa plochy leštia, ale zároveň sa na nich vytvárajú ryhy spôsobené nepravidelnosťou alebo prítomnosťou odolných minerálov na protiľahlom bloku. Prítomnosť striácií nám naznačuje, že ide o plochu zlomu.