2) Механизмы складкообразования и геологические обстановки формирования складок и складчатых областей.

Опыт, накопленный при геологических исследованиях, свидетель­ствует о многообразии процессов складчатости, которые не явля­ются следствием какой-либо одной причины, а отражают различ­ные стороны развития земной коры и протекают с различной ин­тенсивностью как во времени, так и в пространстве, в полной за­висимости от физических свойств горных пород и условий окру­жающей среды. Ниже рассмотрены две генетические классификации складок. Первая из них основана на различиях в динамических условиях пластических деформаций; вторая — отражает геологиче­скую обстановку, в которой развиваются складки.

Динамические условия образования складок

Изгиб слоев в складки представляет собой упруго-вязкую деформацию. Если деформация не сопровождается пластиче­ским 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.

Продольный изгиб вызывается силами, ориентированными обычно горизонтально и действующими вдоль слоистости (рис. 121, а). 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 большим радиусом кривизны от изгибов с относительно меньшим радиусом. Подобные складки легко вос­произвести, сминая стопку листов бумаги.

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 (Ь) вытянется по направлению складки (рис. 122).

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 подо бия в которых могут быть вызваны различиями в физических свой­ствах отдельных слоев (рис. 123). При резких литологических раз­личиях в слоях могут возникнуть более сложные складки с разры­вами хрупких пород, сводовыми отслаиваниями и другими нарушениями.

Рис. 121. Различные типы складок.

О, б — продольного изгиба; в, г — поперечного изгиба; б —течения; / — направления дейст­вующих сил; 2 — направления перемещения по­род; 3 — участки растяжения; 4 — участки сжа­тия

Рис. 122. Расположение осей деформации в складке

При одностороннем действии сжимающих усилий возникают наклонные или опрокинутые складки. Если в нижних частях сжи­маемой толщи преобладают более хрупкие слои, а в верхних — мягкие, то наклон складок будет соответствовать направлению действующих сил. При обратном соотношении пород наклон скла­док будет направлен в сторону, противоположную действующим силам (см. рис. 121, б)

При поперечном равномерном изгибе силовое воздействие ори­ентировано перпендикулярно к плоскости. Образованию складок на начальных стадиях и в этом случае способствует скольжение слоев, но направленное иначе, чем в складках продольного изгиба (см. рис. 121, г). 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.

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.

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. 121, в). Участки с интенсивным растяжением в таких складках могут ло­кализоваться в виде узких полос, создавая флексуры.

В складках поперечного изгиба ось минимального сокращения пород обычно расположена перпендикулярно к слоистости, а ось максимального удлинения — вдоль слоев. Если кривизна складки неодинакова, то и сокращение и удлинение на ее отдельных участ­ках будут различны. В вытянутых овальных складках растяжение и удлинение максимальны в направлении, поперечном к простира­нию складки, а минимальные — вдоль ее простирания. В округлых куполах сжатие в вертикальном направлении сопровождается рас­тяжением по всем радиусам (ось максимального удлинения совпа­дает со средней осью эллипсоида деформации).

Складки, образующиеся при действии пары сил (сдвиговых де­формациях), имеют ряд отличительных черт. Очень важно устано­вить, в какой плоскости действует пара сил: в горизонтальной или вертикальной.

В первом случае оси складок обычно располагаются кулисообразно под углом 40—50° к активной паре сил, занимая все прост­ранство в интервале между действующими силами.

Если действие сил сосредоточено по разные стороны от линии раз­рыва, оси складок при приближении к нарушению дугообразно из­гибаются в направлении смещения крыльев разрыва.

Во втором случае при расположении пары сил в вертикальной плоскости, т. е. друг над другом, и их действии в горизонтальном или почти горизонтальном направлении образуются наклонные или опрокинутые складки, часто осложненные разрывами, оси которых перпендикулярны к действующим силам. При активном действии верхнего вектора наклон и опрокидывание складок и действие век­тора направлены в одну и ту же сторону. Если актив­ным является нижний вектор, наклон и опрокидывание складок происходят в сторону, противоположную действию вектора.

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

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

При однородности физических свойств отдельных слоев тече­ние вещества происходит рассредоточение в направлении слоисто­сти; при разнородных слоях оно сосредоточивается в наиболее пластичных в данных условиях слоях. Несмотря на значительные перемещения вещества при образовании складок течения, заме­тить поверхности скольжения почти никогда не удается из-за про­исходящей одновременно с течением перекристаллизации пород.

Складки течения обладают особенно неправильными формами с многочисленными раздувами, утонениями и пережимами слоев (см. рис. 121, д). Наиболее обычны условия, при которых возни­кают складки течения, связанные с общим горизонтальным сжа­тием пород. При этом происходит относительно свободный рост антиклиналей вверх, а породы с малой вязкостью перемещаются из крыльев на участки с меньшим давлением в ядра складок, где они образуют структуры течения, нередко дисгармоничные к об­щему строению основной складки.

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.

В более резкой форме, хотя и на ограниченных по площади районах, складки течения появляются в породах с малой вяз­костью и пониженной плотностью (соли, гипсы).

Будучи перекрыты отложениями с большой плотностью, они начинают перемещаться вверх, протыкая последние и образуя при этом сложные сочетания складок (диапировые складки, см. ниже).

Из сказанного выше следует, что в каждом из типов складок обязательно присутствуют явления, свойственные и двум другим типам. Иногда образование двух или даже трех типов складок может происходить одновременно. Например, в пластичном ядре диапировой складки могут возникнуть складки про­дольного изгиба и складки течения, а вмещающие породы в это время будут испытывать поперечный изгиб, выгибаясь вверх. Тем не менее каждому из видов складок присущ определенный преоб­ладающий характер перемещения вещества, что вместе с отмечен­ными выше морфологическими особенностями позволяет легко раз­личать отдельные разновидности складок в естественных условиях.