книги из ГПНТБ / Паталаха, Е. И. Пересекающаяся складчатость (геометрический анализ)

средиземноморского складчатого пояса палеозоя и мезо-каіінозоя на преимущественно субмериднональные складчатые структуры банкалид (І\ац, Соколов, 1970). Это при­ водило к пересечению геосппклинальных зон, а также лежащих в основании их разломов и сопровож­ дающих последние голоморфных складчатостей. Поэтому «складча­ тые зоны различных циклов пере­ крывают друг друга, в связи с чем в одном и том же месте породы не­ однократно подвергаются интенсив­ ному складкообразованию» [1, стр. 250]. Это подтверждает и И. А. Резанов, который, на основа­ нии анализа гравитационных и маг­ нитных полей с учетом геологичес­ ких данных Северо-Востока СССР, установил следующую смену струк­ турных планов: протерозойский — субширотный, рифейский — субмеридиоиалыіый, палеозойский — севе­ ро-западный (рис. 5). Структурный план мезо-кайиозоя оказался селек­ тивно-унаследованным. Частично он совпал с простиранием палеозой­ ских структур, а частично — с про­ стиранием более древних. Интерес­ но отметить, что одним из крите­

риев выделения структурных планов явилось сосуществование, по дан­

ным И. А. Резанова, в одном склад­ чатом комплексе складок и разры­ вов двух, реже трех различных на­ правлений, т. е. пересекающаяся складчатость в нашем понимании.

II.А. Резанов п Нгуен Ван Шан

в1968 г. установили в Северном Вьетнаме два характерных прости­ рания разновозрастных складчатых структур, очень тесно переплетаю­

щихся между собой в пространст­ ве, — северо-восточное и северо-за­ падное. Первые возникли еще в до­ кембрии, тогда как вторые стали образовываться с начала палеозоя.

Прямое пересечение в одних и тех же толщах складчатости пиреней­ ского (эоцепового) и альпийского (миоценового) простираний в пред­ горьях французских Альп констати­

рует Ж- Гогель (1969). Возникновение голоморфной ли­

нейной складчатости одного направ­ ления в чехле сопровождается воз­ никновением кливажа осевой плос­ кости и известным метаморфизмом, что влечет за собой консолидацию среды, т. е. ее гомогенизацию*.

* Следует отметить, что содержание такоіі «гомогенизации» сподитсн к отмира­ нию обычной физической роли слоев в складкообразовании и к возникновению но­ вой кливажнон (либо сланцеватой) плос­ костной анизотропии

НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ

Здесь мы коротко остановимся на ряде моментов, имеющих прин­ ципиальное значение для правиль­ ного понимания проблемы в целом.

Структурные особенности склад­ чатости общего смятия и глубинной. Голоморфная линейная складча­ тость, как уже отмечалось, вклю­ чает складки двух принципиально различных геотектонических типов: общего смятия и глубинные [1]. Характерными и весьма существен­ ными для нашего исследования осо­ бенностями складок общего смятия являются: линейный морфологиче­ ский облик, сжатый либо близкий к изоклинальному поперечный про­ филь, утолщение слоев в замках и утонение на крыльях (подобный тип складок), однообразие вергент-

скости, линейность течения, а также слабый уровень метаморфизма, ие превышающий обычно фации зеле-

S,IIS,

Рис. 6. Четыре характерных положения

Si — слоистость; S* — кливаж н слапчешатость; I — линейность: Ь — ось складки; ab — осевая плоскость

иых сланцев. Линейность течения в типичном случае занимает двойст­ венное положение в складках: она параллельна их осям, повторяя ундуляцип, либо перпендикулярна осям, располагаясь в плоскости кли­ важа [2]; реже линейность развита вдоль обоих направлений (рис. 6).

Судя по данным детального коли­ чественного изучения изменения мощности слоев в складках данного* типа в Северо-Западном Каратау, механизм образования их представ­ лен поперечным либо косым осевым ламинарным течением [4]. Именно такие складки в типичном выраже­ нии сопровождаются динамометаморфнческим структурным параге­ незисом с его закономерным распо­ ложением структурных элементов в пространстве [2].

Глубинную линейную складча­ тость зачастую характеризуют не­ сколько менее сжатые поперечные профили складок, менее «правиль­ ная» (а зачастую и более прихотли­ вая) их форма, кристаллизационная сланцеватость, как правило, парал­ лельная слоям, но нередко соглас­ ная осевой плоскости в замковых частях складок, меньшая линейная упорядоченность складок, как пра­ вило, очень резкое утолщение слоев в замках и утонение на крыльях, зачастую огромный размер дефор­ маций, выражающийся не только в массовом и весьма ярком проявле­ нии почти всех элементов динамометаморфического структурного пара­ генезиса (птигматитовые складки, будинаж и пр.), но также и в рас­ таскивании и будинировании от­ дельных складок, полной дезинтег­ рации слоев и т. д. Породам присущ высокий уровень метаморфизма вплоть до гранулитовой фации. Ли­ нейность течения занимает в прин­ ципе близкое к предыдущему слу­

рос о том, в результате одного или нескольких складкообразователь­ ных актов («фаз») она возникла. Сама по себе морфология пересе­ кающейся складчатости (внешняя деформация пород), хорошо запе­ чатлевая обычно интерференцион­ ный облик складок, при слабой ин­ тенсивности складкообразования никак не отражает последователь­ ности проявления разноплановых складкообразователыіых актов. Это происходит потому, что одну и ту же геометрическую форму любой поверхности можно получить интер­ ференцией складчатых волн А и Б как в последовательности А->-Б, так и в обратной последователь­ ности Б-кА. Поэтому порядок прояв­ ления линейных складкообразова­ телыіых актов устанавливается почти исключительно на основании наблюдений над деформацией ран­

П

них структурных элементов и пере­

метаморфичеекпм структурным парагенезнсам. Примерами подобного рода данных могут быть: пересече­ ние жил альпийского типа разных

элементы хуже сохраняются, не­ сут на себе следы наложенной метаморфической (перекристалли-

ными по величине усилиями (рис. 8): сила qі выше предела пластич­ ности, а сила Цч ниже предела пластичности. Из рис. 8 следует, что в условиях одноактного процес­ са вначале возникает складчатость А под прямым углом к направле­ нию усилия qu что означает ослаб­ ление сопротивления пластинки в направлении В и, наоборот, упроч­ нение ее в направлении А. Это ускорит рост складок А и сделает невозможным образование перпен­ дикулярных к ним складок В. Ког­ да оба усилия qi и q* превышают предел текучести, возникает линей­

исходя из элементарных соображе­ ний, пересекающуюся складчатость нельзя вывести из одноактного про­ цесса.

Принимая во внимание, что по­ ведение пород в длительных склад­ кообразовательных процессах апроксимируется обычно течением вязко-пластичного тела [2 и др.], нами был проверен сделанный вы­ вод экспериментальным путем. Следѵет отметить, что эксперименты для изучения пересекающейся складчатости использовались и дру­ гими исследователями [8, 9, 10, 11, 14]. Одиако они, как правило, име­ ли иллюстративный характер.

Так, Рейнольдс и Холмс [14] из­ готовляли скульптурные модели, пересекающиеся в двух направле­ ниях складчатости, путем произ­ вольного, чисто искусственного смя­ тия (без определенной ориентиров­ ки сил) полосы, составленной из разноцветных слоев пластилина.

* При этом реализуется одно из двух равновероятных направлений.

Складки при этом возникали не са­ мопроизвольно, их просто «изготов­ ляли». Опыты Баттахарии [9] пос­ вящены воспроизведению прерыви­ стой складчатости в весьма специфических условиях неравно­ мерного продольного сжатия слоев и вряд ли имеют общее значение в рассматриваемой проблеме.

Интересные эксперименты В. В. Эза [8] со слоем мягкого ма­ териала (глины, петролатума, пу­ шечной смазки), наносившегося на радиально растянутый резиновый круг и сжимавшегося затем вслед­ ствие самопроизвольного сокраще­ ния площади круга, также нельзя признать вполне удачными ввиду того, что в природе условия для ра­ диального (в плане, как считал этот автор) сокращения слоев, как из­ вестно, практически отсутствуют на больших площадях. Сокращение, если и есть, то оно носит линейный характер и порождается, по широко распространенной терминологии бо­ ковым односторонним либо двусто­ ронним давлением. Например, тип складчатости герцинид Централь­ ного Каратау линейно-мозаичный, а расположение ее основных скла­ док в принципе так или иначе от­ ражает полигональные очертания блоков структурного основания, движению которых (и именно при­ разломному смятию) складчатость обязана в конечном итоге своим возникновением (см. рис. 2).

О’Дрискол [11] остроумно мани­ пулировал с пластинками и пачка­ ми бумажных листов. Его опыты носили сугубо формально-иллюст­ ративный характер, однако при всем том скульптурные модели пересе­ кающейся складчатости этого авто­ ра впечатляют и помогают осмыс­ лить природные соотношения.

Опыты Гоша и Рамберга [10] по

продольному изгибу плавающего слоя больше всего приближаются к природным условиям. Недоста­ ток их — жидкий субстрат деформи­ руемого слоя, аналога которого в природном складкообразовании мы

не имеем.

При постановке эксперимента ав­ торы этих строк, естественно, пы­ тались учесть недостатки в опытах предшественников. В наших экспе­ риментах модели имели прямоу­ гольное очертание, а сжимающие усилия прилагались к торцам их в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такая схема нагру­ жения моделей отвечает двусторон­ нему боковому сжатию слоев в при­ роде, и этим она в принципе отли­

сжатия. Модельный материал — уже использовавшаяся ранее смесь петролатума и каолина в весовой пропорции 2:3 [2]. Модель пред­ ставляла собой слоистый пакет, состоящий обычно из трех слоев толщиной около 3—10 мм каждый. Испытания моделей произведены на приборе двуосного сжатия (рис. 9).

В отличие от приборов для одно­ осного сжатия, настоящий прибор оснащен двумя поршнями, приводи­ мыми в движение независимо с по­ мощью электромоторов. Скорость

подачи поршней варьирует от 0,1 до 0,5 мм/мин. Для обеспечения одновременного двухосного сжатия один из поршней изготовлен в виде кассеты.

Поставлено две серии эксперимен­ тов с одновременным и последова­ тельным сжатием слоистых моделей в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 10).

В опытах первой серии слоистая модель сжималась одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой и раз­ личной скоростью на одну и ту же и различную величину. Так как те­ чение вязкое, скорость пропорцио­ нальна усилию. Поскольку модель зажата с боков усилие, прилагаемое каждым из поршней к торцу мо­ дели, угасает по направлению к противоположному концу ее, расхо­ дуясь на преодоление бокового трения.

Результаты опытов, приведенные на рис. 11 и в табл. 1, показали, что, независимо от относительной сжа­ тости в двух направлениях и вели­ чины сжатия (укорочения) в каж­ дом из них, модель сминается в линейную складку, ориентирован­ ную приблизительно в диагональном направлении по отношению к актив­ ным усилиям, с отклонением ближе к перпендикуляру относительно на-

Таблица 1

Параметры опытов первой серии