Геология / 4 курс / Структурный анализ / Казаков_Заика-Новаций

пояса возрастает. Пояс становится полным при угле между кры­ льями, равным нулю (рис. 112, в).

Наиболее важным признаком диаграмм полюсов слоистости для складок с прямолинейными крыльями и острыми замками яв­ ляются два четких максимума, отвечающие усредненному положе­ нию крыльев (рис. 112, г—е). При увеличении степени сжатия и соответственном уменьшении угла между крыльями складки уве­ личивается угол между максимумами.

В прямых складках (рис. 112, г—е) максимумы полюсов на ду­ ге большого круга расположены симметрично относительно ее то­ чек пересечения с внешним кругом диаграмм, в опрокинутых склад­ ках (рис. 112, ж) — асимметрично. Для лежачих изоклинальных складок (рис. 112, з) характерен один максимум полюсов слоисто­ сти в центре диаграммы.

Отмеченные особенности структурных диаграмм свойственны также складчатым пакетам, если они составлены складками с од­ ним типом поперечного профиля.

Форма дуги, по которой концентрируются nS на структурной диаграмме, зависит и от угла падения в разных частях складки. На рис. 113 изображены три случая замыкания складчатой струк­ туры с разными углами падения слоистости по ее периметру. Все концентрации располагаются по дугам малых кругов разной кри­ визны. Если угол падения одинаков по всему периметру, то дуга малого круга представляет собой полуокружность с центром, сов­ падающим с центром сетки. Если на перегибе складки угол паде-

Рис. 113. Замыкание складчатой структуры с разными углами падения по ее пе­ риметру (а, б, в ) и отражение ориентировки л S на структурной диаграмме (г)

170

ния круче, чем на ее крыльях, то дуга малого круга состоит из двух сильно сближенных ветвей. Если же угол падения на перегибе складки более пологий, чем на крыльях, то дуга малого круга представляет собой очень пологую кривую. Чем больше угол па­ дения в перегибе складки, тем траектория дуги малого круга ста­ новится более сжатой.

9.5. Геометрия складок и ее отражение на структурных диаграммах

Главными геометрическими типами складчатых структур в зем­ ной коре являются цилиндрические, конические и брахискладки. Цилиндрическая складка любой протяженности на своем периклинальном замыкании должна оканчиваться конически, т. е. само­ стоятельно существовать не может. Конические складки могут су­ ществовать отдельно в виде незамкнутых структур. Брахискладкк также встречаются в самостоятельном развитии.

Геометрия цилиндрической складки. Цилиндрическая складка представляет собой полуцилиндр или сегмент кругового или эллип­ тического сечения. Ее шарнир лежит в плоскости слоистости и яв­ ляется генератором складки, т. е. при перемещении параллельно самому себе может очертить ее поверхность. На стереографической

сечения всех плоских отрезков, которые можно выделить на поверх­ ности складчатого изгиба.

Структурная диаграмма цилиндрической складки предельно проста и содержит следующие элементы: полный или неполный пояс полюсов слоистости (nS) по дуге большого круга, точку, от­ вечающую шарниру В, и след осевой плоскости, проходящей через шарнир В (рис. 114, а).

Геометрия конической складки. В конической структуре роль шарнира выполняет вершинная ось Д (рис. 114, б, в). Ее можно рассматривать как генератор, один конец которого закреплен в точке Т, а другой оконтуривает при своем движении поверхность складки. Линии пересечений плоских отрезков, составляющих тело конической складки, рассеяны по площади диаграммы, имеющей вид сферического треугольника. Далее мы его будем называть треугольником (5-пересечений. Наибольшая концентрация их нахо­ дится вблизи опорной дуги о1 и уменьшается к вершине треуголь­ ника. Вершинная ось Д располагается в центре дуги о1 и делит ее пополам. К — ось конуса, частью которого является дуга ol.

При одном и том же положении вершинной оси Д ориентировка оси конуса К может быть различной. Это зависит от углов падения слоистости в данном сечении складки. Если углы падения слоисто­ сти по всему периметру складки одинаковы (дуга jcS располагается концентрически относительно центра проекции), то ось конуса К вертикальна (рис. 114). Если же углы падения неравны (дуга n S

17L

г — брахискладка; В — шарнир цилиндрической складки, К — ось конуса, Т — вершина конуса, D — вершинная ось (шарнир), заштрихован треугольник P-пересечений, ol — опор­ ная дуга треугольника, jcS — пояса полюсов слоистости, пунктир — след осевой плоскости, а — кинематическая брахискладка

не располагается концентрически относительно центра проекции), то ось конуса К горизонтальна или наклонна. На рис. 114, а изо­ бражен случай, когда ось К горизонтальна (дуга JIS совпадает с одной из «параллелей» проекции). Из этого следует, что ориен­ тировка вершинной оси Д является более важной характеристикой, чем ориентировка оси конуса К.

Первым признаком конической структуры является ориентиров­ ка полюсов слоистости (jiS) в поясе по одной из дуг малого круга. Кроме ориентировки nS на структурной диаграмме показываются также треугольник p-пересечений, вершинная ось Д и осевая плос­ кость складки, проходящая через Д и вершину треугольника ^-пе­ ресечений.

Геометрия брахискладки. В идеальном случае брахискладка геометрически представляет собой часть сферы и, как структура осевой симметрии, не имеет ни шарнира, ни осевой плоскости. Един­ ственной координатой является кинематическая ось а (рис. 114, г), в направлении которой происходит рост структуры, всегда распо­ ложенной вертикально.

Полюса слоистости J C S , замеренные по всему периметру брахи­ складки, на структурной диаграмме располагаются в центральной круговой зоне, размеры которой тем больше, чем больше углы па­ дения на скатах структуры. Такое расположение полюсов nS свой­ ственно как брахиантиклиналям, так и брахисинклиналям, в виду того, что на стереографической сетке не отражаются ни форма, ни размеры объектов, а только угловые соотношения.

172

ляют собой уже конические складки или их комбинацию с цилин­ дрическими складками. Удлиненные брахиструктуры обладают осе­ вой плоскостью и ундулирующим шарниром.

9.6. Графическое определение шарниров

иосевых плоскостей крупных цилиндрических складок

Измерить ориентировку шарнира мелкой складки в обнажении при благоприятных условиях не составляет большого труда. Пря­ мое измерение шарнира крупной структуры невозможно, его мож­ но вычислить только графическим путем. Сама по себе разница в способах выявления ориентировки шарниров крупных и мелких складок не позволяет механически подмеять ориентировку одних другими.

Для крупных цилиндрических структур иногда применяют гра­ фический экспресс-метод, определяя ориентировку шарнира как линию пересечения двух произвольно выбранных в разных крыль­ ях складки плоскостей слоистости. Получаемая линия зачастую бывает очень далека от действительной ориентировки шарнира. Единственно правильный и наиболее точный ответ дает диаграмма полюсов слоистости (jiS-диаграмма), составленная по измерениям на всем пространстве исследуемой структуры. Полюса слоистости будут сконцентрированы в поясе по дуге большого круга проекции, а шарнир складки определится как нормаль к плоскости симмет­ рии пояса.

Положение осевой плоскости и угол между крыльями цилинд­ рической структуры можно вычислить только в том случае, если пояс J I S неполный или если в поясе nS выделяются два устойчивых максимума концентрации полюсов слоистости, фиксирующих поло­ жение противоположных крыльев складок. Последний случай пред­ ставлен на рис. 115. На структурной диаграмме определяем точку, разделяющую сектор между центрами максимумов пополам (точ­ ка а), и, проведя дугу большого круга между этой точкой и шар­ ниром, получаем след осевой плоскости. Такой способ применим для складок с вертикальными и крутонаклонными осевыми пло­ скостями.

Кроме шарнира и осевой плоскости по яБ-диаграмме крупной цилиндрической структуры можно определить также угол между ее крыльями. Он соответствует углу между максимумами концен­ траций. На диаграмме рис. 115 этот угол равен 110°.

9.7. Графическое определение структурных элементов конических складок

Прежде всего для участка, где по геологической карте уста­ навливаются незамкнутые структуры (рис. 116, а), необходимо составить диаграмму, где показать ориентировку полюсов слои­ стости nS либо в виде индивидуальных точек, если замеров мало

173

' 35

Рис. 115. Синклиналь цилиндрического типа (западная часть оз. Имандра у ст. Уполокша, Кольский п-ов):

1 — биотитовые гнейсы, 2 — амфиболиты, 3 — шарниры мелких складок, 4 — элементы за ­

кривую, отмечающую собой криволинейную плоскость симметрии концентраций точек по дуге. Если эта дуга соответствует одной из дуг малого круга, то переходят к дальнейшим построениям.

Д ля того чтобы найти шарнир Д и траекторию осевой плоско­ сти конической структуры по данным яБ-диаграммы необходимо прежде всего построить на этой диаграмме треугольник 0-пересе-

174

а — залегание сланцеватости и мигматитовой полосчатости в плане, б — структурная диа­ грамма участка: 1, 2, 3 — опорные точки на концентрациях nS и соответствующие им д у ­ ги большого круга; Д — вершинная ось (шарнир)

Рис. 117. Построение треугольника Р-пе- ресечений:

Д — вершинная ось (шарнир), К — ось кону­ са, а — угол траектории конуса полюсов сло­ истости я S

Ю

б

чений. Пример такого расчета представлен на рис. 117. На дуге малого круга, соответствующей среднестатическому положению полюсов слоистости (показана в центре рис. 117), отмечается ряд точек. Две крайние из них должны быть расположены на концах дуги. Их необходимо четко фиксировать, т. е. они должны пред­ ставлять точки действительно крайне противоположных полюсов слоистости на обоих крыльях структуры.

На дуге отмечаем пять точек. Берется точка 1 как полюс и проводится соответствующая ей дуга большого круга. Аналогично оперируем с точкой 2. Точка пересечения больших кругов отмеча­

получаем сферический треугольник концентраций р-пересечений. Если на дуге малого круга взять еще массу промежуточных точек между выбранными и построить p-пересечения соответствующих

175

им плоскостей, то все они попадут внутрь треугольника концентра­ ций, построенного на пяти точках.

Сферический треугольник образован двумя дугами больших

использовать только три точки— 1, 3 и 5. Выделенные три точки на поясе концентраций показаны как 1, 2, 3 (рис. 116). Считая их

середину дуги малого круга, по которому концентрируются полю­ са слоистости, и продолжив ее до пересечения с внешним круговым ограничением диаграммы, получаем след осевой плоскости склад-

Рис. 118. Изображение полюсов слоистости и линейности при помощи треуголь­ ника P-пересечений (Северное П риладож ье):

а — структурная карта одного из участков ладожской серии: 1 — залегание слоистости и параллельной ей сланцеватости в гнейсах ладожской серии, 2 — шарниры среднемасштаб­

176

ки. Шарнир Д соответствует точке, лежащей на пересечении опор­ ной дуги и осевой плоскости.

Значение треугольника концентраций p-пересечений не только в том, что его можно использовать при определении положения осевой плоскости и шарнира конической структуры, но и в том, что он ограничивает площадь диаграммы, в которой сконцентри­ рованы шарниры синхронных мелких складок и направления син­

нир Д конической структуры, в отличие от цилиндрической склад­ чатости, не совпадает с максимумом шарниров мелких -синхрон­ ных складок, он расположен на опорной дуге, а не внутри треу­ гольника р-пересечений.

Методика построения треугольника p-пересечений, определение положения осевой плоскости и шарнира Д независимы от типа конических структур. Их сечения могут соответствовать сечениям

случае общая форма конической складки будет сферической). Осо­ бенности формы складок отразятся только в направлении и кон­ фигурации полюсов J I S . Траектория nS любой конфигурации может быть использована для построения треугольника р-пересе- чения и определения геометрических параметров складчатых структур.

9.8. Графическое определение структурных элементов складок на площадях комбинированного строения

Индивидуальные складки цилиндрических и конических сече­ ний встречаются часто, но все же в природе преобладают площади комбинированного строения, сложенные обоими типами складок. Поэтому геометрическая задача заключается в том, чтобы по осо­ бенностям концентраций n S на диаграмме для какой-либо площа­

ров В цилиндрических складок и вершинных осей Д конических складок. Мы рассмотрим такого рода исследование на примере одного из участков ладожской серии Балтийского щита (рис. 118).

Структурная ситуация, изображенная на рис. 118, является вполне заурядной. На фоне меняющегося залегания слоистости выделяются отдельные незамкнутые структуры. Однако общий характер складчатости из карты не выявляется. При нанесении на стереосетку полюсов слоистости и совпадающей с ней сланцева­ тости гнейсов обнаруживается, что главнейшие их концентрации располагаются в центральной части диаграммы по дуге малого

177

круга, являющегося траекторией полуконуса с осью К, совпадаю­

мелко- и среднемасштабных структур, часть из которых показана на рис. 118, а, являясь как бы их интегральным графическим вы­ ражением. Построение треугольника p-пересечений (верхняя часть диаграммы) позволяет определить усредненную ориентировку осе­ вых плоскостей конических складок (пунктир) и положение шар­ нира Д интегральной структуры. Шарниры мелких складок и бороздчатость располагаются внутри треугольника р-пересечения с максимальной концентрацией в зоне осевой плоскости инте­ гральной структуры. В ориентировке концентраций полюсов слои­ стости (рис. 118,6) можно выделить еще одну подчиненную траек­ торию — по дуге большого круга, полюс которого В соответствует ориентировке шарниров цилиндрических.складок. Шарниры В и Д расположены близко и образование конических и цилиндриче­ ских складок происходит одновременно.

9.9. Использование геометрического анализа при изучении наложенной складчатости

Определение оси наложенной складчатости по ориентировке шарниров и осевых плоскостей ранних складок. Под осью нало­ женной складчатости мы будем понимать ось вращения ранее де­ формированных плоскостей слоистости или сланцеватости, вслед­ ствие чего изменяется ориентировка шарниров и осевых плоскос­ тей складок, образованных в предшествующий этап деформаций. Шарниры образующихся при этом наложенных складок могут совпадать с осью наложенной складчатости или не совпадать с ней. Несовпадение тем больше, чем больше отклонение дефор­ мируемых плоскостей от оси наложенной складчатости.

Задача по определению оси наложенной складчатости удовлет­ ворительно решается для областей двукратной складчатости при

коаксиальной складчатости, ось которой в2 будет совпадать с цент­ ром максимума шарниров ранних складок в\. При этом полевыми наблюдениями должно быть подтверждено существование нало-

178

женных складок F2, признаком которых является изгибание осе­ вых плоскостей складок Fi.

большого круга, шарниры в\ занимают некоторый сектор по этой дуге. Полюс дуги большого круга отвечает оси наложенной склад­ чатости в2. Д ля разбираемого случая проявление наложенной складчатости возможно только при условии, если ранние складки будут представлены пологими формами с углом между крыльями не менее 90° так, чтобы угол между осью наложенной складчато­ сти и слоистостью составлял не более 45°. При несоблюдении это­ го условия пласты будут реагировать хрупкими деформациями.

3. Полюса осевых плоскостей Si при разном простирании и па­ дении, как в случае 1, располагаются на стереограмме в полном

179