Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Динамические условия образования складок

Изгиб слоев в складки представляет собой упруго-вязкую деформацию. Если деформация не сопровождается пластиче ским смещением вещества, происходит разрушение породы и образование разрывов. В породах с низкой вязкостью (соли, гипсы и др.) при воздействии достаточной нагрузки и различиях в давлении окружающей среды изгиб сопровождается течением вещества. Последнее может возникнуть и в любых других породах в результате снижения вязкости по мере возрастания температуры.

Различия в динамической обстановке позволяют разделить складки на две крупные группы: складки изгиба и складки течения.

Складки изгиба развиваются при продольном сжатии, поперечном изгибе и воздействии пары сил.

Складки продольного изгиба

Продольный изгиб вызывается силами, ориентированными обычно горизонтально и действующими вдоль слоистости.

При однородном составе слоистых толщ скольжение рассредоточивается по всей массе пород: если слои имеют различные свойства, оно концентрируется в наиболее мягких пластичных слоях (например, в прослоях аргиллитов, заключенных среди песчаников). Малопластичные слои при этом нередко разрываются и перемещаются в виде отдельных блоков. При скольжении вещество перераспределяется в пределах одной складки. Оно перемещается к изгибам с меньшим радиусом кривизны от изгибов с относительно большим радиусом. Подобные складки легко воспроизвести, сминая стопку листов бумаги (рис. 1).

Рис. 1. Складки продольного изгиба. 1 — направления действующих сил; 2 — направления перемещения пород; 3 — участки растяжения; 4 — участки сжатия

Скольжение происходит на фоне общего перемещения вещества в направлении, перпендикулярном к действию сжимающих усилий, в участки с относительно меньшим давлением. Таким образом, при образовании складок продольного изгиба происходит общее сжатие пород в направлении, нормальном к осевым поверхностям складок, и удлинение вдоль осевой поверхности.

В прямых складках ось максимального сокращения (с) располагается горизонтально и перпендикулярно к простиранию складок, ось максимального удлинения (а) будет вертикальной, а средняя ось деформации (b) вытянется по направлению складки (рис. 2).

Рис. 2. Расположение осей деформации в складке

Ширина и высота складок продольного изгиба возрастает с увеличением мощности слоев и вязкости пород. В маломощных слоях складки обычно невелики по размерам.

По отношению к сжимающим усилиям оси складок продольного изгиба ориентируются в поперечном направлении. Однако в вертикальных сечениях они могут иметь различное положение.

При однообразном составе и двухстороннем сжатии образуются симметричные складки, нарушения концентричности или подобия в которых могут быть вызваны различиями в физических свойствах отдельных слоев (рис. 3).

При резких литологических различиях в слоях могут возникнуть более сложные складки с разрывами хрупких пород, сводовыми отслаиваниями и другими нарушениями.

Рис. 3. Дисгармоничное смятие пластических пород в ядре антиклинали, крылья которой сложены более жесткими породами, во Флишевых Карпатах (по Свидзинскому)

Складки поперечного изгиба

При поперечном равномерном изгибе силовое воздействие ориентировано перпендикулярно к плоскости напластования. Образованию складок на начальных стадиях и в этом случае способствует скольжение слоев, но направленное иначе, чем в складках продольного изгиба (рис. 4).

Рис. 4. Складки поперечного изгиба. 1 - направления действующих сил; 2 - участки растяжения.

Вещество станет перемещаться в стороны от участков с максимальным радиусом изгиба в большей степени, чем на участках с меньшим радиусом. Таким образом, при поперечном равномерном изгибе повсеместно будет наблюдаться неодинаковое по интенсивности растяжение пород.

Если силы, вызывающие образование складок поперечного изгиба, сосредоточены вдоль определенных линий, возникают особенно сложные деформации, повторяющие в общих чертах те линейные направления, от которых передаются усилия (см. рис. 4). Участки с интенсивным растяжением в таких складках могут локализоваться в виде узких полос, создавая флексуры.

При значительном поперечном изгибе в породах перпендикулярно к слоистости начинают возникать трещины, а затем и крупные разрывы. Нередко центральные части таких складок отрываются от своих крыльев и опускаются вниз под воздействием силы тяжести (например, на сводах соляных куполов).

В складках поперечного изгиба ось минимального сокращения пород обычно расположена перпендикулярно к слоистости, а ось максимального удлинения – вдоль слоев.

Складки, образующиеся при действии пары сил

Складки, образующиеся при действии пары сил (сдвиговых деформациях), имеют ряд отличительных черт.

Если пара сил действует в горизонтальной плоскости, оси складок обычно располагаются кулисообразно под углом 40—50° к активной паре сил. Если действие сил сосредоточено по разные стороны от линии разрыва, оси складок при приближении к нарушению дугообразно изгибаются в направлении смещения крыльев разрыва (рис. 5).

При расположении пары сил в вертикальной плоскости и их действии в горизонтальном направлении образуются наклонные или опрокинутые складки, часто осложненные разрывами (рис. 6, 7).

Рис. 5. Схема расположения складок, сопровождающих крупный сдвиг. Двойная линия - поверхность сдвига; пунктирные линии оси - складок (план)

Рис. 6. Складки, образующиеся при действии пары сил в вертикальной плоскости

Рис. 7. Опрокинутые складки, осложненные разрывами, в Польских Карпатах

Складки течения

Складки течения возникают при вязко-пластическом состоянии вещества и очень большом значении фактора времени. Для направленного течения необходима разность давлений в окружающей среде, способная вызвать перемещение из участков с высоким давлением к участкам, в которых давление относительно ниже.

Складки течения обладают особенно неправильными формами с многочисленными раздувами, утонениями и пережимами слоев (рис. 8).

В верхних слоях земной коры, в условиях относительно невысоких температур и давления, течение свойственно только горным породам, обладающим малой вязкостью: солям, гипсам, углям, глинам.

Рис. 8. Складки течения

При достаточно высоких температурах и давлениях высокую пластичность приобретают даже самые крепкие породы, такие как кварциты, аплиты, гнейсы и др. При этом одновременно может происходить и перекристаллизация вещества.

Складки течения, развитые в метаморфических толщах, отличаются небольшими размерами и образуются под воздействием стресса в условиях повышения температуры до сотен градусов и длительного воздействия нагрузок.

Несмотря на значительные перемещения вещества при образовании складок течения, заметить поверхности скольжения почти никогда не удается из-за происходящей одновременно с течением рекристаллизации пород.