учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

Проведем простой опыт: возьмем любой журнал и начнем его сгибать в складку. Мы увидим, что страницы скользят и смещаются друг относительно друга и без такого скольжения изгиб журнала вообще невозможен. Точно так же ведут себя и слои горных пород, сминаемые в складку. Они скользят друг по другу, и при этом в своде складки мощность слоев увеличивается, т. к. материал слоев, раздавливаясь на крыльях, нагнетается и перемещается в своды складок. Такие складки называются подобными, потому что углы наклона всех слоев в крыле складки одинаковы и не меняются с глубиной. Но есть другой тип изгиба, когда, наоборот, мощность слоев остается везде неизменной, но при этом форма свода складки должна изменяться (рис. 17.14). Такие складки называются концентрическими.

Рис. 17.14. Складки: 1 — концентрические, 2 — подобные

Существует еще один очень интересный тип складок — диапировый. Образуется он в том случае, когда в толщах горных пород присутствуют пластичные и относительно легкие породы, например, такие как соль, гипс, ангидрит, реже глины. Плотность соли (2,2 г/см3) меньше, чем плотность осадочных пород (в среднем 2,5–2,6 г/см3). В далекие времена ранней перми на месте Прикаспийской впадины существовала морская лагуна, залив. Климат был сухой, жаркий, и морская вода, попав в залив, периодически испарялась, а на дне откладывался тонкий слой соли. Так продолжалось сотни тысяч лет, и постепенно накапливавшаяся соль образовала пласт мощностью в десятки и сотни метров. Это очень большая мощность, и чтобы ее наглядно представить, посмотрите на главное здание Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. От асфальта до 24-го этажа будет ровно 125 м.

Со временем климат и условия изменились и пласт соли, медленно погружаясь, был перекрыт уже другими осадочными породами — песками, глинами, известняками. Но соль легче перекрывающих ее пород, она менее плотная. Возникла инверсия плотности, т. е. легкая масса внизу, а более тяжелая — наверху. Это состояние неустойчиво, и достаточно небольших движений, например поднятия какого-то блока

в Мексиканском заливе и других местах. Часто купола похожи на перевернутые капли, причем нередко они оторваны от основного слоя соли

иуже «всплывают» сами по себе. Иногда верхняя часть такой гигантской капли расплывается в стороны, и тогда соляной купол приобретает форму гриба на тонкой ножке.

Образование диапировых складок и соляных куполов хорошо поддается моделированию в лабораторных условиях, в котором роль соли

иосадочных пород играют специально подобранные жидкости с различной плотностью, при этом размер и время формирования модели соляных куполов сокращаются в тысячи раз, но благодаря пропорциональному уменьшению вязкости эквивалентного материала сохраняются условия подобия реальным структурам.

Изучение районов с соляными пластами и куполами важно потому, что соль является хорошим экраном или покрышкой для нефти и газа, не пропуская их вверх. Поэтому под солью могут находиться нефтегазовые месторождения.

Уже говорилось о том, что явления диапиризма связаны с присутствием в геологическом разрезе пластичных толщ — соли, гипса, мергелей и глин. В последнем случае развивается глиняный диапиризм, хорошо известный в неогеновых отложениях Керченского и Таманского полуостровов, Средне-Куринской впадины, на Юго-Восточном Кавказе. В тесной связи с глиняным диапиризмом находятся явления грязевого вулканизма, для проявления которого, помимо пластичных глинистых толщ, необходимы пласты, насыщенные водой и газом. В толще таких пластов, на глубине, возникает аномально высокое пластовое давление, превышающее гидростатическое. Если такой участок будет нарушен разрывом, то в него устремится смесь воды, глины и газа и произойдет извержение грязевого вулкана, высота которого может достигать десятков и даже сотен метров, как, например, в Кобыстане, недалеко от Баку.

Чаще всего мы видим смятые в складки слои горных пород в поперечном разрезе, в котором они выглядят наиболее эффектно (рис. 17.16–17.18). Но если разрезать складку в горизонтальной плоскости, то мы получим форму складки в плане. И можно убедиться, что складки в этом сечении также разнообразны: они могут быть вытянутыми, очень длинными, но узкими — линейными или, наоборот, овальными, почти круглыми — брахискладками; иногда они приобретают квадратную форму (в разрезе — корыта или сундуки, о которых говорилось выше). Замыкание антиклинальной складки в плане называется периклиналью, а синклинальной — центриклиналью (рис. 17.20). Разнообразие формы складок зависит от свойств горных пород и от направления действия силы, приложенной к пластам.

Рис. 17.20. Складки в плане. 1 — линейная антиклинальная складка, 2 — брахискладка синклинальная. А — периклиналь — замыкание антиклинальной складки.

Б — центриклиналь — замыкание синклинальной складки

Как правило, в горных областях наблюдается сложное сочетание складок в большом объеме пород, т. е. все пространство занято складками, переходящими друг в друга. Обычно такое сочетание складок называют полной складчатостью в противоположность прерывистой складчатости, характеризующейся тем, что отдельные складки разделены обширным пространством с горизонтальным залеганием пород, как, например, на Русской плите, где мы наблюдаем пологие отдельные складки, иногда называемые валами (рис. 17.19). Сочетание складок в областях с полной складчатостью приводит к образованию антиклинориев (с преобладанием антиклинальных складок) и синклинориев (с преобладанием синклинальных) (рис. 17.21).

Рис. 17.21. Антиклинорий (1) и синклинорий (2)

Каким же образом возникают различные типы складок? Какие силы и сколько времени должны действовать на пласты горных пород, чтобы их перекрутить, как веревку? Был ли этот процесс относительно быстрым или растягивался на десятки миллионов лет? Были ли силы, приложенные к пластам горных пород, исключительно большими или, наоборот, очень слабыми, но действовали длительное время? Всеми этими вопросами занимается та ветвь геологической науки, которая называется тектоникой. Именно тектоника рассматривает различные виды структур и условия их образования. Механизмы формирования прак-

тически всех известных типов складок можно свести к трем главным типам.

Первый тип — это складки поперечного изгиба. Они образуются в том случае, когда сила, сминающая горизонтально залегающий пласт, направлена перпендикулярно к нему (рис. 17.22Б).

Рис. 17.22. Складчатость: А — продольного изгиба; Б — поперечного изгиба; В — нагнетания. Стрелками показано направление движения масс

Второй тип складок — это складки продольного изгиба. В данном случае силы направлены вдоль пластов по горизонтали (рис. 17.22А). Такой тип складок можно получить, сжимая на столе толстую пачку листов бумаги. При этом отчетливо будет видно, как листы бумаги, сминаясь в складки, скользят друг по другу, иначе, как уже говорилось, смять их невозможно. Представим себе, что продольное сжатие испытывают слои разной вязкости: твердые песчаники и мягкие глины. При общем смятии более податливые глины будут сильнее раздавливаться и выжиматься с крыльев складок в их своды, которые будут увеличиваться в объеме. В них как бы накачивается, нагнетается пластичная глина.

Третий тип складок — это складки течения, или нагнетания (рис. 17.22В). Они свойственны таким пластичным породам, как глины, гипс, камен-

ная соль, ангидрит, каменный уголь. Складки из таких пород отличаются очень прихотливой формой. Надо отметить, что при высоких температурах, которые существуют на глубине несколько километров, пластичными становятся даже такие прочные породы, как кварциты, мраморы, известняки и песчаники.

Таким образом, формирование складок — это сложный и, самое главное, очень длительный процесс. Стоит обратить внимание на время, которое в геологии играет важную роль. Не следует думать, что складка может образоваться в течение нескольких лет. Этот процесс занимает миллионы, реже сотни тысяч лет. Тогда и силы, приложенные к пластам горных пород, могут быть не столь значительны, но зато устойчиво действовать длительное время, а горные породы ведут себя при этом как очень вязкая жидкость. Вместе с тем эти же породы обладают твердостью и хрупкостью. Если к ним быстро приложить какуюнибудь силу, например резко ударить молотком, они расколются, но при медленном сдавливании «потекут» и начнут деформироваться.

Где мы наблюдаем наиболее сложно построенные складчатые пояса, в которых нагромождение складок занимает огромные пространства? Это прежде всего участки столкновения — коллизии — крупных континентальных литосферных плит, например Евро-Азиатской и Африканской, между Азиатской и Индостанской, где возник грандиозный складчатый пояс Гималаев. Или это участки земной коры, в которых океанская плита погружается — субдуцирует в силу своей большей плотности — под континентальную (северо-восточная окраина Азии, Южно-Амери- канские Кордильеры и др.). Именно в этих зонах, хотя и медленно, в течение сотен миллионов лет со скоростью 2–8 см в год, происходит сближение и взаимодействие колоссальных масс земной коры, которые и вызывают смятие, коробление и перемещение осадочных и вулканогенных пород.

17.4. РАЗРЫВНЫЕ НАРУШЕНИЯ

До сих пор речь шла о таких деформациях пластов горных пород, которые не нарушали сплошности пласта, хотя пласт при этом мог сильно изгибаться. Иными словами, даже в самых сложных складках можно проследить какой-либо пласт, выбранный нами наугад, по всей складке как в поперечном, так и в продольном разрезах.

Однако если тектонические напряжения растут, то в какое-то время может быть превышен предел прочности горных пород, и тогда они должны будут разрушиться или разорваться вдоль некоторой плоскости — образуется разрывное нарушение, разрыв или разлом, а вдоль этой плоскости происходит смещение одного массива относительно другого.

Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т. д. Для того чтобы разобраться в разрывных нарушениях, надо определить некоторые их элементы, как и в случае со складками (рис. 41 на цветной вклейке).

Так, в любом разрыве всегда присутствуют поверхность разрыва, или сместитель, и крылья разрыва, или два блока горных пород, расположенные по обе стороны от поверхности разрыва, которые и подвергаются смещению (рис. 17.23). Так как в большинстве случаев поверхность разрыва наклонена, то блок пород или крыло, располагающееся выше сместителя, называют висячим — оно как бы «висит» над ним, а блок, располагающийся ниже — лежачим. Перемещение крыльев друг относительно друга по сместителю является очень важным показателем, его величина называется амплитудой смещения.

Рис. 17.23. I — Элементы сброса. Блоки (крылья): 1 — поднятый (лежачий), 2 — опущенный (висячий), 3 — сместитель, 4 — амплитуда по сместителю, 5 — стратиграфическая амплитуда, 6 — вертикальная амплитуда, 7 — горизонтальная амплитуда. II — блокдиаграммы: А — сброса, Б — взброса. Крылья: 1 — лежачее; 2 — висячее; 3 — сместитель

По амплитуде смещения мы судим о том, маленькое или большое было смещение по разрыву. Но это смещение можно отсчитывать как по сместителю, так и по вертикали и горизонтали.

Существует несколько главных типов разрывов — это сброс, взброс (надвиг), покров (шарьяж) и сдвиг. Понять, что они собой представляют, позволяет рис. 17.24. Хорошо видно, что при сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону опущенного блока, при взбросе — наоборот, как и при надвиге, только в последнем случае поверхность разрыва более пологая. У покрова поверхность разрыва близка к горизонтальной. Во всех этих случаях смещение имеет вертикальную и горизонтальную компоненты, а при сдвиге смещение происходит вдоль поверхности разрыва (любого наклона) и имеет только горизонтальную компоненту.

6

Рис. 17.24. Различные типы тектонических разрывов: 1 — сброс; 2 — взброс; 3 — надвиг; 4 — сдвиг; 5 — покров: А — аллохтон; Б — автохтон; В — тектонический

останец; Г — тектоническое окно, Д — корень покрова; 6 — вертикальный сброс, Горный Алтай (фото Б. М. Богачкина)

Можно легко убедиться в том, что совершенно безразлично, двигался ли один блок, а другой был неподвижен, или они оба перемещались на одно и то же расстояние, либо на разные расстояния. Важен конечный результат, и всегда сбросом будет называться разрыв, поверхность которого наклонена в сторону относительно опущенного блока или крыла.

В случае покрова (шарьяжа) выделяют автохтон — породы, по которым перемещается тело покрова, и аллохтон, собственно покров. Передняя часть покрова называется фронтом покрова, а обнажающийся автохтон из-под аллохтона в результате эрозии — тектоническим окном. Расчлененные участки фронтальной части аллохтона называются

тектоническими останцами (см. рис. 17.24).

Разрывные нарушения могут встречаться поодиночке, а могут образовывать сложные системы, например многоступенчатые грабены и горсты.

Грабен — это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым ее центральная часть опущена (рис. 17.25). Если сбросов