Геология / 4 курс / Структурный анализ / Казаков_Заика-Новаций

Рис. 69. Ложноскладчатая (а) и истинноскладчатая (б) цепи струк­ тур

Z7DTI 4

Рис. 68. Концентрация рудных компонентов в межбудинных пространствах (Кри­ ворожский бассейн):

а — концентрация сульфидов в межбудинных промежутках; б — межбудинные концентра­ ции железных руд; 1 — вмещающие сланцы, 2 — будинированные пласты (а — роговики, б — джеспилиты), 3 — концентрации железных руд, 4 — горные выработки

тур выявляются по следующим при­ знакам. В цепи ложноскладчатых, но истинно будинажных структур все шарниры перегибов падают в одну сторону при одинаковом в об­ щем случае падении слоистости по обеим удлиненным сторонам струк­ тур (рис. 69, а). И наоборот, в цепи истинно складчатых, но ложнобудинных структур шарниры падают навстречу друг другу и составляют ундулирующую кривую, а падения

СЛОИСТОСТИ противоположны на обоих флангах структур (рис. 69, б).

Контрольные вопросы, задания. 1. Составьте классификацию тектонокластических пород и рассмотрите условия их образования и залегания. 2. Что опреде­ ляет будинаж как показатель вида и масштаба деформации? 3. Каковы различия литокластических и тектонокластических породных ассоциаций (формаций)?

Глава 7. СКЛАДЧАТЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

Под складкой понимается изгиб тем или иным образом дефор­ мированной плоскостной текстуры (слоистости, сланцеватости, полосчатости и др.)* Это только самое общее определение, так как

90

Рис. 70. Морфологические и геометриче­ ские элементы складки:

а, в, с — оси координат; А — антиклиналь, С — синклиналь

существуют складки, образо­ вавшиеся не изгибом пласта, слоя, а вследствие дифферен­ циальных движений по тесно сближенным плоскостям, субперпендикулярным слоистости, полосчатости или расположен­ ным к ним под очень крутым углом. Образовавшаяся струк­ тура морфологически точно от­ вечает складке, но образова­ лась не вследствие изгиба.

Минеральная линейность или линейность, не имеющая мате­ риального выражения (напри­ мер, штрихи скольжения), мо­ жет быть деформирована склад­ чатостью, но к таким образо­ ваниям понятие складки обыч­

но не применяется, так как истинная складка должна обладать ясно выраженной пространственной протяженностью.

В экзогенных условиях складки образуются под воздействием гравитации, в глубинных условиях — при действии эндогенных тектонических сил. Третьим, подчиненным фактором складкообра­ зования является динамическое воздействие на вмещающие породы магматических масс.

7.1. Элементы складок

Главнейшими элементами складки являются осевая плоскость и шарнир (рис. 70). Именно эти элементы характеризуют ориенти­ ровку в пространстве.

Осевая плоскость. Главная особенность осевой плоскости склад­ ки определяется тем, что она является плоскостью симметрии складки и делит угол между крыльями пополам. Кроме того, во многих категориях складок это плоскость, проходящая через точки наибольшего перегиба пластов, а также плоскость, равноудаленная от поверхностей крыльев, ограничивающих какой-либо пласт.

Шарнир складки. Это линия пересечения осевой плоскости складки с поверхностью напластования. Шарнир можно также представить себе как ось вращения крыльев складки или ее гене­ ратор, след движения которого параллельно самому себе опишет поверхность складки. Положение шарнира в пространстве опреде­ ляется азимутом погружения и углом погружения.

Шарнир представляет собой также линию, сохранившуюся от додеформационного положения слоистости или сланцеватости, если последняя деформируется. Угол падения шарнира нельзя отождест­ влять с углом падения слоистости до деформации. Такое совпаде-' ние имеет место только в одном частном случае, когда слоистость

91

Рис. 71. Морфология одних и тех же скла­ док в стандартном сечении, перпендикуляр­

ном	шарнирам	и осевым	плоскостям	(а), и
в сечении под		углом к шарнирам в 10— 15°
(б)	(мигматизированные		биотитовые	гней­

сы; беломорская серия, Кольский п-ов, рай­ он оз. Верхняя П иренга):

So — полосчатость, Si — сланцеватость, параллель­ ная осевым плоскостям

или сланцеватость смяты в симметричные складки. Можно дока­ зать стереометрически, что во всех остальных случаях угол падения шарнира отвечает минимально возможному углу падения слоис­ тости до деформации.

Сечение складки, перпендикулярное осевой плоскости и шар­ ниру, является стандартным сечением. Именно для этого сечения приводятся характеристики морфологии и других особенностей складки. Косые или продольные сечения для характеристики склад­ ки непригодны, так как искажают ее вид до неузнаваемости. И л­ люстрацией этого может служить рис. 71, где для одних и тех же складок изображены стандартные сечения (а) и сечения под углом к шарнирам в 10— 15° (б). В стандартных сечениях наблюдаются простые гирлянды асимметричных складок. В нестандартных сече­ ниях складчатый рисунок сложен и произволен.

Медианная линия (дополнительный элемент). Линия, располо­ женная на крыле складки, параллельная шарниру и делящая кры­ ло пополам. По обе стороны медианной линии кривизна крыла очерчивается в противоположных направлениях. Угол падения кры­ ла измеряется в зоне медианной линии.

Угол между крыльями складки. Отражает степень сжатости пластов и обычно принимается как показатель интенсивности складчатой деформации. Номенклатура складок по степени сжа­ тости приведена в табл. 6.

Зона перегиба, замок, ядро. Зона перегиба состоит из замковой и ядерной частей (см. рис. 70). Замок — часть складки в месте ее наибольшего перегиба с внешней стороны изогнутого пласта. Ядро — часть складки в месте ее наибольшего перегиба с внутрен­ ней стороны пласта. Деление зоны перегиба на замковую и ядер-

92

6. Разновидности	складок,		выделяемые
по углу между крыльями
Р а з н о в и д н о с т и	Угол м еж ду		крыльями
склад о к
Отлогие	от	180° до	120°
Открытые	от	120° до 70°
Закрытые	от 70° до 30°
Сжатые	от 30° до 0°
Изоклинальные	0°

ную части оправдано разными динамическими условиями, возни­ кающими в этих частях при изгибе пласта.

Внекоторых руководствах по структурной геологии зону пере­ гиба в целом считают замком, а ядром называют пространство между крыльями, примыкающее к замку. Такое разделение менее четкое, чем приведенное выше и отнесенное к одному пласту.

Оси координат складки. Прямоугольная (декартова) система координат с осями а, 6, с (рис. 70) определяет, согласно Б. Занде­ ру, как формальную симметрию складки, так и ее кинематические особенности. Ось координат Ъ параллельна шарниру, ось коорди­ нат а лежит в осевой плоскости складки и перпендикулярна оси Ь. Осевая плоскость — плоскость ab. Ось координат с перпендику­ лярна плоскости ab.

Вкинематическом отношении ось b — это ось вращения или постоянная ось деформации. При двумерной деформации по этой оси не происходит ни удлинения, ни укорочения. Ось а это ось дви­ жения. Она отражает направление движения пласта при образова­ нии складки и направление удлинения или скольжения при дефор­ мации. Ось с — ось укорочения или сжатия.

Размер складки. Под размером складки понимается ее протя­ женность в трехмерном пространстве. Ширина или размах складки, измеряемая в разрезе, перпендикулярном шарниру, соответствует длине волны, т. е. расстоянию между перегибами одноименных структур (антиклиналей или синклиналей). Длина складки изме­ ряется по шарниру. Глубина складки, определяемая в направлении, параллельном осевой плоскости и перпендикулярном шарниру, определяется расстоянием, на котором складка дисгармонично за­ тухает и слои становятся прямолинейными.

Элементарные типы складок. Это антиклинали, синклинали и нейтральные складки. В антиклиналях замок складки гипсометриче­

ски лежит выше, чем ядро и медиальная линия (см. рис. 70), в син­ клиналях, наоборот, направление и угол падения шарнира в анти­ клиналях и синклиналях не совпадают с линией падения осевой плоскости. Если же шарнир складки совпадает с линией падения осевой плоскости, то такая складка будет нейтральной (рис. 72), т. е. ни антиклиналью, ни синклиналью. При горизонтальном по­ ложении осевой плоскости любая складка нейтральна. Складки с вертикальными шарнирами также всегда нейтральны.

93

7.2. Структурные элементы

Под структурными элементами следует понимать линейные, плоскостные и объемные ячейки однотипного строения. Они имеют в основном материальное выражение (сланцеватость, линейность минералов и др.)» но могут быть и чисто геометрическими (напри­ мер, шарнир складки или ее осевая плоскость). Многие из них мы рассмотрели в предыдущих разделах. Здесь же мы дадим обоб­ щенную характеристику.

Структурные элементы непосредственно связаны с деформаци­ ями. Они образуются либо синхронно с деформациями, либо, воз­ никнув ранее, деформируются и являются, таким образом, индика­ торами складчатого и других деформационных процессов. По особенностям ориентировки структурных элементов выявляется

структурный план и структурная история пород.
Различают главные	и дополнительные структурные	элементы.
К г л а в н ы м с т	р у к т у р н ы м э л е м е н т а м ,	залегание

которых должно быть измерено во всех обнаженных точках иссле­ дуемой площади, где они видны, относятся: слоистость, сланцева- тость-кливаж различных направлений, шарниры складок. Метамор­ фическая полосчатость также относится к главным структурным элементам. В поле необходимо установить, с каким из других структурных направлений совпадает полосчатость (со слоистостью, сланцеватостью или осевыми плоскостями складок) и использовать ее соответственно при обработке данных. К главным структурным элементам будем относить также вычисляемые графически в' оси — линии пересечения слоистости в разных крыльях складки, линии пересечения сланцеватости и слоистости, которые статистически эквивалентны шарнирам складок (см. главу о геометрическом ана­ лизе).

Д о п о л н и т е л ь н ы м и с т р у к т у р н ы м и э л е м е н т а м и , залегание которых также рекомендуется замерять в поле, являют­ ся осевые плоскости складок и линейности разного рода— мономинеральная линейность, агрегатная линейность, бороздчатость, реб­ ристость, линейность фрагментов, будин и т. д. Осевые плоскости складок обычно совпадают с кливажом или сланцеватостью, но не всегда. Последние являются более выдержанными структурными направлениями, чем осевые плоскости складок.

Наблюдаемые геологом в поле складки относятся к мезоструктурам, т. е. таким, которые видны в обнажении или в группе непре­ рывных обнажений. Синхронные с ними структурные элементы, такие как сланцеватость и шарниры складок, иногда обнаружива­ ют выдержанное залегание на больших площадях, приобретая этим значение региональных ориентировок. В целом же ориенти­ ровка макроструктур, т. е. складок, оконтуриваемых на карте, распознается в результате геометрической обработки залеганий слоистости.

Набор структурных элементов в метаморфических комплексах значительно шире и разнообразнее, чем в комплексах неметамор-

94

физованных. Он состоит из структурных элементов неметамор­ физованных комплексов в той или иной степени сохранности плюс новообразованные структурные элементы в процессе метаморфиз­ ма. К последним относятся метаморфическая полосчатость, мине­ ральная линейность, агрегатная линейность.

7.3. Пространственные категории складок

Категории складок относительно горизонта. Складки в данном случае классифицируются по признаку наклона осевых плоскостей и крыльев относительно горизонта. Профиль складки рассматри­ вается в поперечном стандартном сечении, перпендикулярном шарниру и осевой плоскости. Такие профили хорошо проявлены в вертикальных стенках в горных местностях при условии, что шар­ ниры складок горизонтальны или слабо наклонны.

Прямые симметричные складки (рис. 73, а). Осевые плоскости этих складок вертикальны. Крылья равной длины, наклонены в разные стороны под одинаковыми углами к горизонту.

Косые или наклонные складки (рис. 73, б) обладают асиммет­ рией, т. е. разной длиной крыльев. Осевые плоскости наклонены к горизонту под крутым углом (более 45°, но менее 90°). Крылья наклонены в разные стороны под разными углами к горизонту.

Опрокинутые или запрокинутые складки (рис. 73, в) так­ же асимметричны. Осевые плоскости наклонены к горизонту под уг­ лом менее 45°. Крылья наклонены в одну сторону под разными углами.

Идеальные лежачие складки (рис. 73, г) имеют горизонтальные осевые плоскости и горизонтальные же крылья. К этой категории

примыкают складки с горизонтальными осевыми	плоскостями, но
с крыльями не горизонтальными, а наклоненными	к горизонту.

Рис. 73. Категории складок относительно горизонта:

а — прямые симметричные складки; б — косые или наклонные асимметричные складки; в — опрокинутые или запрокинутые складки; г — лежачие складки

95

Рис. 74. Категории складок, выделяемые на геологических планах и картах:

1 — изометрнчная складчатая форма, 2 — линейная замкнутая структура, 3 — линейная не­ замкнутая гармоничная структура, 4 — линейная незамкнутая дисгармоничная структура, а — структурно-кинематическая ось; стрелки — шарниры

Складки с профилями, изображенными на рис. 73, могут встре­ титься и в обнажениях с наклонными и даже горизонтальными поверхностями. В этих случаях шарниры должны быть наклонны­ ми или вертикальными. Тогда складки категории, изображенные на рис. 73, а, будут просто симметричными, на рис. 73, б, в — асим­ метричными, на рис. 73, г — изоклинальными.

Категории складок, выделяемые на геологических картах и планах. Все геологические объекты, в том числе и складки, изобра­ жаются на геологических картах и планах в проекции на горизон­ тальную плоскость. В общем это можно представить себе как го­ ризонтальный срез местности, изображенной на карте. В таком срезе все сечения складок будут случайными, главным образом косыми и редко стандартными. Несмотря на это неблагоприятное обстоятельство, на геологических планах и картах, где масштаб структур вариирует в широких пределах — от первых метров до десятков километров, все разнообразие складчатых структур мож­ но свести к трем пространственным категориям: 1) изометричные и близкие к ним складчатые формы, 2) линейные замкнутые струк­

туры и 3) линейные незамкнутые структуры	(рис. 74).	(рис. 74, У).
И з о м е т р и ч н ы е с к л а д ч а т ы е	ф о р м ы

Антиклинальной разновидностью является купол, синклинальной —

96

чаша или мульда. Геометрически это структуры осевой симметрии, не имеющие ни осевой плоскости, ни шарнира. Отсутствуют также крылья в обычном понимании этого слова. Все периферические части складки можно приравнивать к крыльям. Ядро и замок на­ ходятся в центральной части такой структуры. Единственным структурным элементом в таких складках является кинематическая ось а, совпадающая с осью симметрии структуры. Ось а всегда вертикальна.

Если изометричные структуры складчатые, то они почти всегда связаны с концентрированными вертикальными движениями, на вообще их происхождение весьма разнообразно:

1.В областях, имеющих двухъярусное строение, эти формы мо­ гут быть образованы изометричными в плане выступами фунда­ мента, обнаженного или скрытого под породами покрова. Сами по себе такие выступы не могут быть отнесены к складчатым формам, но они нередко активизированы последующими складчатыми дви­ жениями. В целом, возникающая структура может быть названа отраженной (по В. И. Хайну, 1957), отраженные складки возника­ ют в осадочном чехле под влиянием подвижек фундамента.

2.Формирование изометричной структуры может также про­ изойти под воздействием штампа, т. е. активного концентрирован­ ного давления какой-то массы нижнего яруса на породы верхнего яруса.

3.Наконец, изометричные структурные сечения могут не быть

первичными,	а образуются вследствие складчатых наложений.
К примеру,	лежачие изоклинальные складки изображенного на

рис. 73, г типа вследствие концентрированного направленного дав­ ления снизу формируются вторично как пачка пластов с образо­ ванием куполовидного вздутия.

Л и н е й н ы е з а м к н у т ы е с т р у к т у р ы (см. рис. 74, 2). Это четко вытянутые формы, эллиптические в плане. Не очень про­ тяженные структуры относятся к брахискладкам. Осевая плоскость складки расположена параллельно ее наибольшему удлинению. Шарниры на концах складки падают в противоположных направ­ лениях (в брахиантиклиналях). При большой протяженности склад­ ки в ее центральной части можно выделить отрезок со свойствами складки цилиндрического типа, с горизонтальным шарниром. Не­ смотря на меняющееся падение шарнира (ундуляция шарнира), ки­ нематическая ось а складки, как и в предыдущей категории скла­ док, всегда вертикальная.

Изометричные и линейные замкнутые структуры обнаруживают­ ся только в горизонтальных сечениях местности и в очень пологих сечениях к горизонту, полностью отсутствуя в вертикальных и кру­

тонаклонных сечениях.	встречаются в
Л и н е й н ы е н е з а м к н у т ы е с т р у к т у р ы
двух вариантах—гармоничном и дисгармоничном.	В гармоничных

складках все смятые пласты параллельны между собой (см. рис. 74, 3). Такое строение бесконечно продолжаться не может и на каком-то расстоянии пласты в направлении осевых плоскостей

4

591

97

выполаживаются, что создает в целом дисгармоничную структуру (рис. 74, 4).

Линейные незамкнутые структуры обнаруживаются на геоло­ гических планах и картах в тех случаях, если падение их шарниров отличается от горизонтального (т. е. при наклоне от пологого до вертикального).

При горизонтальных шарнирах складки на планах и картах не вырисовываются. Складку можно установить только по встречным падениям слоистости (синклинали) или по падениям в противопо­ ложные стороны (антиклинали). Как видно из этого, линейные не­ замкнутые складки изображаются на планах и картах в абсолют­ ном большинстве случаев в нестандартных сечениях. Морфология складок искажена. Длина крыльев кажущаяся, увеличенная, угол между крыльями, измеренный по карте, также не соответствует углу в стандартном сечении. Мелкие детали искаженной морфоло­ гии, характерные для нестандартных сечений мелких складок (см. рис. 71, б), при изображении на карте крупных складок обычно скрадываются. Для выяснения истинной морфологии линейной не­ замкнутой структуры необходимо построить ее разрез в сечении, перпендикулярном шарниру, с учетом особенностей рельефа мест­ ности.

7.4. Главные и дополнительные складки

Определения. В любой дислоцированной толще в процессе складкообразования возникают складки разных порядков — от очень крупных до очень мелких, даже микроскопических. Складки разных порядков могут быть одновременно образованы или могут возникать в разные этапы складчатости. В данном разделе мы рас­ смотрим синхронно возникающие складки разных порядков, под­ разделяя их на главные и дополнительные.

Главными складками считаются самые крупные структуры изу­ чаемой площади или объекта. Их масштаб может быть весьма раз­ личен, но преимущественно это структуры, превышающие по раз­ мерам естественные обнажения и выявляемые при картировании площади или при составлении разреза. Непременным условием отнесения той или иной складки к главным является ее осложнение дополнительными складками. Главная складка по отношению к до­ полнительной является материнской. К наиболее распространен­ ным разновидностям дополнительных или дочерних складок отно­ сятся асимметричные складки на крыльях главной структуры и симметричные складки в области ее перегиба (рис. 75, а).

Деление складок на главные и дополнительные указывает толь­ ко на их соподчиненность, но не на размер. Чем больше размер* главной складки, тем более возможно образование дополнительных складок значительной протяженности.

Причина образования складок разных порядков заложена пре­ жде всего в мощности и относительной жесткости деформируемых пластов. Чем более жесткость и мощность пласта или пачки, тем

98

Рис. 75. Дополнительные асимметричные складки:

а — Северо-Байкальское нагорье (мамская серия, пропластки двуслюдяных плагиосланцев (черное) в цоизитовых мраморах); б, в, д, е, ж, з — схемы по натурным зарисовкам; г — железистые кварциты Кривого Рога (по Б. А. Занкевичу, 1979)

в более крупные складки они сминаются. В маломощных податли­ вых слойках тонкого переслаивания возникает комплекс мелких складок. При чередовании жестких монолитных пластов с тонко­ слоистыми пачками первые очерчивают главные структуры, а во вторых проявляются дополнительные складки. Последние образу­ ются всегда в условиях дифференциальных скольжений или диф­ ференциального пластического течения по одному или нескольким из трех возможных направлений; параллельно слоистости (межпластовое течение-скольжение), параллельно осевой плоскости глав­ ной складки или по веерным плоскостям относительно осевой плос­ кости главной складки.

А с и м м е т р и ч н ы е д о п о л н и т е л ь н ы е с к л а д к и . Эти складки всегда обязательно связаны с более крупными структура­ ми и развиваются на их крыльях. Они, вероятно, являются самыми важными из всех разновидностей дополнительных складок, так как дают определенные возможности распознавания пространственного положения более крупных структур.

4*

99