Kontrakčný tektonický model

Úvod Základy štruktúrnej geológie Kontrakčný tektonický model

Kompresné alebo kontrakčné zlomy sa vyskytujú vo všetkých tektonických režimoch, ale najčastejšie sa vyskytujú pozdĺž aktívnych okrajov litosferických dosiek, v tzv. orogénnych zónach. Ide o štruktúry, ktoré vznikajú horizontálnym skracovaním primárnej foliácie tektonickými alebo gravitačnými silami. Pri skracovaní dochádza k deformáciám na mikro aj makro úrovni, vplyvom kompresie môže dochádzať k zmene objemu horniny, k tlakovému rozpúšťaniu alebo k vzniku vrás. Medzi kontrakčné zlomy patria prešmyky a násuny.


Prešmyky sú strmé zlomy s uhlom sklonu vyšším ako 30°, pri ktorých dochádza k presunu nadložnej kryhy na podložnú (obr. 1, foto 1). Pri realizácii prešmyku nedochádza k presunu na veľké vzdialenosti. Vyskytujú sa v akejkoľvek mierke, od mikroskopických až po obrovské zlomy tvoriace orogénne subdukčné pásma.


Obr. 1: Prešmyk


Druhým typom kontrakčných zlomov sú násuny. Násuny sú veľmi mierne uklonené prešmyky, ktoré nedosahujú uhol sklonu vyšší ako 30°. Je pre nich typické, že presúvajú staršie horniny na mladšie a horniny vyššieho stupňa metamorfózy na nízkostupňové. K výnimkám dochádza na miestach, ktoré prešli viacfázovou deformáciou.


 

Geometria kontrakčných zlomov

Kontrakčné zlomy sa často nachádzajú vo forme komplikovanej tzv. imbrikovanej zóny (obr. 2, foto 2), ktorá je tvorená sériou podobne orientovaných prešmykových zlomov, spojených nízkouhlovými násunmi. Geometria celej imbrikovanej zóny je založená na prítomnosti násunovej plochy, ktorá môže byť sekundárne rotovaná alebo prevrásnená.


Obr. 2: Imbrikovaná stavba

Obr. 2: Imbrikovaná stavba

 

Násunové zlomy majú stupňovitú geometriu, pomocou ktorej sa vytvárajú zlomy schodovitého tvaru naznačujúce smer tektonického transportu. Na nich sa striedajú ploché úseky, predstavujúce plochy odlepenia a strmo uklonené úseky označované ako rampy. Na kontakte kompetentných a nekompetentných vrstiev môže vplyvom kompresného napätia dôjsť k vytvoreniu plochy odlepenia, ktorá často prograduje cez menej kompetentné horizonty. V nízkostupňových metamorfitoch alebo v nemetamorfovaných horninách vznikajú, pôsobením kontrakčného napätia, ako prvé strmé rampové segmenty. Vytvárajú sa v najviac kompetentných vrstvách, ktoré sa navzájom skracujú. Štruktúra, ktorá vzniká má tvar dvoch plochých násunov spojených strmým úsekom (rampou), označuje sa ako koník a má tvar zalomenej vrásy. Pri pokračovaní deformácie dochádza k zdvojeniu štruktúry, ktorú označujeme ako duplex (obr. 3). V prípade opakujúcich sa tektonických šupín uklonených rovnakým smerom vzniká imbrikovaná zóna.


Obr. 3. Vývoj duplexu

Obr. 3: Vývoj duplexu (Fossen 2010)



Príkrovy

Pod pojmom príkrov chápeme plošne rozsiahle horninové teleso, ktoré bolo premiestnené na cudzorodé podložie. Vo všeobecnosti ide o tektonicky alebo gravitačne presunutý allochtón, ktorý leží na relatívne stabilnom autochtóne. Tieto telesá doskovitého tvaru sa vyskytujú v tektonicky namáhaných oblastiach. Sú presúvané na veľké vzdialenosti pozdĺž násunových plôch. Miera presunu kolíše od 5 km, čo je spodná hranica až po viac než 100 km. V skutočnosti ide o veľké vrásovo-násunové pásma, ktoré postupujúcou konvergenciou propagovali smerom do predpolia ako tzv. frontálna akrécia alebo menej častým spôsobom, od predpolia do tyla. Najväčšie duplexy sa nachádzajú v tyle vrásovo-násunového pásma. Do ich stavby bývajú zakomponované aj horniny fundamentu, preto ich označujeme termínom hrubo-kôrová deformácia, alebo v Západných Karpatoch nazývané aj ako príkrovy fundamentu. Čelo príkrovov je väčšinou budované iba sedimentárnymi horninami. V takomto prípade hovoríme o tenko-kôrovej tektonike alebo o superficiálnych príkrovoch (obr. 4).


Obr. 4: Príkrovy fundamentu a supraficiálne príkrovy Západných Karpát

Obr. 4: Príkrovy fundamentu a supraficiálne príkrovy Západných Karpát (Hók et al., 2014)


Samotný príkrov sa skladá z niekoľkých častí (obr. 5). Celkovú masu hornín, ktorá zahŕňa kompletný vrstvový sled tvorí vlastné teleso príkrovu, v prednej časti, v jeho čele sa tvoria vrásy veľkých rozmerov – digitácie. Miesto odlepenia príkrovu predstavuje jeho domovskú oblasť označovanú tiež ako koreňová zóna. Po presune príkrovu často zostane jazva alebo tektonická sutúra. Ak nie je známa domovská oblasť hovoríme o bezkoreňových príkrovoch. Plocha, po ktorej sa príkrov pohybuje sa nazýva plocha odlepenia, resp. bazálna plocha. Je to zóna intenzívnej deformácie hornín. Často má povahu tektonickej melanže.


Obr. 5: Znázornenie základných príkrovových javov, 1) podložie, 2) teleso príkrovu, 3) príkrovová plocha, 4) tektonická troska, 5) tektonické polokno

Obr. 5: Znázornenie základných príkrovových javov, 1) podložie, 2) teleso príkrovu, 3) príkrovová plocha, 4) tektonická troska, 5) tektonické polokno


Najčastejšie používaná klasifikácia príkrovov je genetická klasifikácia. Je založená na mechanizme sunutia príkrovov. Podľa toho rozlišujeme príkrovy:

  • tangenciálne – kompresívne – vznikajú tlakom z tyla príkrovu
  • gravitačného sklzu – sú založené na gravitačnom transporte po naklonenej ploche
  • gravitačného rozpínania – laterálne rozpínanie spôsobené tiažou.
  •  vrásové príkrovy – vznikajú redukciou stredného ramena veľkých ležatých vrás
  • príkrovy generované skrátením fundamentu

Existencia príkrovov je v súčasnosti nespochybniteľná. Problematickým zostáva mechanizmus presunu, ktorý je spojený s tzv. „mechanickým paradoxom“. Spočíva v tom, že sila, ktorá je potrebná na presun bloku hornín je väčšia ako pevnosť týchto hornín. To by malo spôsobiť deformáciu a lámanie hornín v mieste pôsobenia sily a nie ich presun.

Z hľadiska mechanizmu presunu príkrovov boli vypracované dve skupiny teoretických modelov: modely založené na pôsobení tlaku z tyla, model gravitačného sklzávania a model gravitačného rozpínania.



Model gravitačného sklzávania

Princípom modelu gravitačného sklzávania je pohyb horninového telesa riadeného gravitáciou bez vnútornej deformácie po naklonenej rovine pričom jeho báza je oslabená. Takýto pohyb je možný len u menších horninových blokoch. Pri kĺzaní po suchom podklade na báze pôsobí normálové a strižné napätie. Pohyb je reálne možný, ak je uhol sklonu svahu rovný uhlu vnútorného trenia, čo je u väčšiny geologických materiálov 30o. Vzhľadom na skutočné dĺžky príkrovov sa to dá dosiahnuť len pri nereálnych sklonoch. Prítomnosť fluíd na báze redukuje treciu silu a tým znižuje uhol sklonu svahu. Tlak fluíd pôsobí izotropne vo všetkých smeroch a redukuje normálové napätie. Keďže strižné napätie zostáva nezmenené, tlak fluíd znižuje deformáciu hornín a zvyšuje možnosť posunu horninového bloku na značné vzdialenosti už pri malom sklone svahu. Takéto vlastnosti majú aj horniny s nízkou viskozitou, ktoré sú schopné presúvať rozsiahle horninové bloky na veľké vzdialenosti reálnou rýchlosťou, pri nenulovom sklone svahu. Horniny s nízkou viskozitou preto často tvoria bázu príkrovov (evapority, ílovité bridlice). Typickým príkladom tohto typu príkrovu v Západných Karpatoch je krížňanský príkrov.



Model gravitačného rozpínania

Predpokladá viskózne vlastnosti príkrovu, čo spôsobuje „tečenie“ vplyvom vlastnej hmotnosti. Tento model je realizovateľný, ak je presúvaný blok tvorený ľahko deformovateľnými alebo plastickými horninami. Horniny sú v dôsledku pôsobenia vysokej teploty, či obsahu pórovych fluíd schopné sa laterálne rozpínať vplyvom vlastnej váhy, pričom dochádza ku kráteniu vo vertikálnom smere a predĺženiu v smere horizontálnom.


Pre tieto príkrovy je charakteristický výstup a laterálne rozpínanie prehriatych hmôt fundamentu, čo spolu s izostatickým zaťažením spôsobí pohyb čela príkrovu po horizontálnej ploche. Po presune prvej kryhy sa horniny pôvodného podložia zaťažia až do medze kritického strižného napätia. Neporušené podložie pod touto kryhou sa stáva ďalšou násunovou plochou, pričom prvá kryha je v nadloží druhej a je pasívne nesená. Intenzita deformácie rastie smerom k čelným zónam.

V súčasnosti sa často používajú modely založené na kombinácii gravitačného sklzu a rozpínania.



Kompresný model

Kompresia sa považuje za riadiacu silu pre pohyb príkrovov. Teória vychádza z názoru, že vzrastajúca deformácia od čela k tylu príkrovov je dôsledkom kompresie. Tento model predpokladal násunové pásma klinovitého tvaru a deformáciu klinu tvoreného plastickým materiálom. Princíp spočíva v tom, že vplyvom kompresie sa klin deformuje prostredníctvom vnútornej deformácie, čím sa zväčší sklon povrchu klinu. Po určitom čase sa deformácia zastaví a klin sa stabilne kĺže pozdĺž násunovej plochy. V prostredí, kde dominujú krehké deformačné mechanizmy, závisia tieto štruktúry predovšetkým od pôsobiacej sily a gravitácie a v neposlednom rade od trenia pozdĺž plochy odlepenia (závisí od vlastností podložných hornín), vnútornej sily materiálu (napätie vo vnútri telesa musí byť všade identické, inak dôjde k deformácii) a od erózie na povrchu klinu (spôsobuje nestabilitu celej štruktúry).