Структурная геология занимается геометрическими соотношениями горных пород и геологическими особенностями в целом. Возможности структурной геологии обширны: от субмикроскопических дефектов решетки в кристаллах до горных поясов и границ плит.
Структуры можно разделить на два широких класса: первичные структуры, которые были приобретены в процессе образования массива горных пород, и вторичные структуры, которые возникают в результате более поздней деформации первичных структур.
Большинство слоистых пород (осадочные породы, некоторые лавовые потоки и пирокластические отложения) изначально осаждались в виде почти горизонтальных слоев. Породы, которые изначально были горизонтальными, могут позже деформироваться путем складывания и смещаться по трещинам. Если произошло смещение и породы по обе стороны от трещины переместились в противоположных направлениях друг от друга, то трещина называется разломом; если смещения не произошло, то такую трещину называют стыком.
Понятно, что разломы и стыки являются вторичными структурами, т.е. их относительный возраст моложе пород, которые они пересекают, но эта разница может быть небольшой. Например, многие трещины в магматических породах образовались в результате сжатия при охлаждении пород.
С другой стороны, некоторые трещины в породах, включая магматические породы, связаны с процессами выветривания и расширения, связанным со снятием вышележащих нагрузок. Они будут производиться еще долгое время после того, как будут сформированы горные породы.
Вышеупомянутые выше разломы и стыки представляют собой хрупкие структуры, которые образуются в виде дискретных трещин в недеформированных породах в холодных верхних слоях земной коры. Напротив, пластичные структуры возникают в результате постоянных изменений в широком слое деформированных пород при более высоких температурах и давлениях в более глубоких слоях земной коры. К таким структурам относятся складки и расщепления в сланцевых поясах, слоистость в гнейсах и линейность минералов в метаморфических породах.
Методы структурной геологии разнообразны. В мельчайших масштабах дефекты и дислокации решеток в кристаллах можно изучать на изображениях, увеличенных в несколько тысяч раз с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Многие структуры можно исследовать под микроскопом, используя те же общие методы, что и в петрологии, когда срезы горных пород, закрепленные на предметных стеклах, измельчаются очень тонким слоем, а затем исследуются в пропускающем свете с помощью поляризационных микроскопов. Конечно, некоторые структуры можно изучить на образцах при сборе в полевых условиях.
В больших масштабах используются методы полевой геологии. Они включают в себя подготовку геологических карт, которые показывают территориальное распределение геологических единиц, выбранных для отображения на карте. Они также включают нанесение на карту ориентации таких структурных особенностей, как разломы, стыки, расщелины, небольшие складки, а также расположение пластов по отношению к трехмерному пространству. Общей целью является интерпретация структуры на некоторой глубине под поверхностью. Можно с некоторой степенью точности сделать вывод о структуре под поверхностью, используя информацию, доступную на поверхности.
Однако, если доступна геологическая информация, полученная из буровых скважин или горных выработок, конфигурация горных пород в недрах обычно может быть интерпретирована с гораздо большей уверенностью по сравнению с интерпретациями, предполагающими проецирование на глубину, основанную в основном на информации, полученной на поверхности.
Вертикальные графические разрезы широко используются для отображения конфигурации горных пород под поверхностью. Длины отдельных надвиговых сечений суммируются, и общая восстановленная длина сравнивается с текущей длиной сечения, и, таким образом, может быть вычислен процент укорочения через надвиговый пояс. Кроме того, широко используются контурные карты, которые отображают высоту определенных слоев относительно уровня моря или некоторые другие данные, а также контурные карты, отражающие изменения толщины.
Анализ деформации — еще один важный метод структурной геологии. Деформация — это изменение формы; например, измеряя эллиптическую форму деформированных оолитов или конкреций, которые изначально должны были быть круглыми, можно провести количественный анализ закономерностей деформации в деформированных отложениях. Другими полезными маркерами деформации являются деформированные окаменелости, конгломератная галька и пузырьки.
Долгосрочной целью такого анализа является определение вариаций деформаций во всех сегментах горных поясов. Ожидается, что эта информация поможет геологам понять механизмы, участвующие в формировании таких поясов.
Комбинация структурных и геофизических методов, как правило, используется для проведения полевых исследований крупномасштабных тектонических особенностей. Полевые работы позволяют картографировать структуры на поверхности, а геофизические методы, включающие изучение сейсмической активности, магнетизма и гравитации, позволяют определять структуры подповерхностного слоя.
