216 Глава 6

гиональных деформационных событий (этапов). Конечно (и как правило), кинкбанды всегда следует рассматривать в контексте и во взаимосвязи со складчато-разрывными нарушениями, и только в случае установления выдержанного их распространения в пространстве можно делать вывод об их регулярном (региональном) развитии [Sharma, Bhola, 2005 и др.].

Ярко выраженная плоскостная анизотропия (расслоенность) среды является не­ обходимым условием развития кинкбандов. Распространенные в широком диапазо­ не масштабов, они указывают на относительно высокие всесторонние давления и во многих случаях позволяют однозначно определить положение кинематических осей.

6.2. Будинаж

Структура будинажа представляет собой пережатый сегментированный более ком­ петентный (более вязкий) слой среди менее компетентных (менее вязких) слоев. Про­ цесс будинажа можно определить как сегментацию более вязких слоев, а будины - как вытянутые их фрагменты (рис. 6.19, 6.20, фиг. 6.3, вклейка) [Белоусов, 1986; Фойгт, 1990 и др.]. Структуры будинажа являются кинематическими индикаторами обстано­ вок растяжения вдоль слоистости, по асимметрии которых можно также определить направление сдвиговой составляющей.

Рис. 6.19. Будины в координатах главных деформационных осей (.X, У, Z): ориентировка оси бу­

дины (7), область (2) и линия (5) шейки, поперечное (4) и продоль­

ное (5) сечения, длина (б), шири-

X-

При незавершенной сегментации слоя отдельные будины разделены пережимами, или шейками (см. рис. 6.19, 6.20). Линия шейки определяется как линия на поверх­ ности будинированнош слоя в области пережима, соединяющая точки с минимальной мощностью. Будинированный прослой может состоять из полностью разобщенных фрагментов (будин, см. фиг. 6.3, вклейка), промежутки между которыми выполнены либо менее компетентными вмещающими породами, либо новообразованными мине­ ральными агрегатами (кварцевыми, кальцитовыми), а в сильно метаморфизованных породах - аплитами или пегматитами. Ось будины ориентирована вдоль ее удлинения и представляет собой прямую, которая при параллельном переносе наилучшим образом описывает форму будины (см. рис. 6.19). Длина будины измеряется вдоль ее оси, пер­ пендикулярно к оси определяются ширина и толщина (мощность) будины. В попереч­ ном (ортогональном оси) сечении будины имеют разнообразную морфологию - прямо­ угольную, ромбоидальную, линзовидную.

В современной терминологии [Международный..., 1991] будинажем предлагает­ ся называть только округлые в поперечном сечении структуры с четкой сегментацией, в которых каждая будина отделена от другой. При наличии пережимов (шеек) можно

218

Глава 6

I I I I i I I м

I I

I

I

I

I

I

t I

I

I

t

I I

I

t

M

Рис. 6.21. Образование будин в результате неоднородного растяжения более вязкого слоя, заключенного в менее вязкой вмещающей породе. По [Белоусов, 1986] с изменениями. Вещество, окружающее средний слой повышенной вязкости, при сжатии ортогонально слоистости «растекается» вдоль нее (7), на границах слоев возникают силы трения, распределенные по всей поверхности слоя и стремящиеся растянуть слой большей вязкости (2). Каждый участок слоя растягивается независимо от других участков, растяжение приводит к формированию множественных шеек (3) и вслед за ними - разрывов слоя (4).

После образования шеек контраст вязкостей перестает играть доминирующую роль в дальнейшей морфологической эволюции будин. Возрастающая деформация, концентрирующаяся в растягиваемом слое во все более узких сечениях шеек (рис. 6.22, 1 и 2), приводит в конечном счете к разрывам шеек и вслед за этим, при до­ стижении критических напряжений, к разрыву слоя на отдельные фрагменты, кото­ рые будут раздвигаться с заполнением промежутков веществом менее вязких слоев. Пластичный материал, заполняя пространство между будинами, иногда формирует складки (рис. 6.22, 4). Нередко межбудинное пространство выполняется привнесен­ ным растворами минеральным веществом (рис. 6.22, 3), или - в высокометаморфизованных породах - расплавами. После образования шеек и межбудинных отрывов возникает новообразованное резко неоднородное строение породы, обусловленное концентраторами растягивающих напряжений в межбудинном пространстве.

Такая простейшая трехслойная модель позволяет понять механизм формирования будинажа, а также определить основные факторы, которые обусловливают возможность образования этой структуры и особенности протекания процесса. К основным факторам можно отнести, во-первых, контрастность деформационных свойств слоев в деформи­ руемой пачке (прежде всего - контраст вязкости, определяющийся деформационными механизмами уровня агрегатов зерен) и, во-вторых, мощность более вязкого прослоя.

Рис. 6.22. Структуры растяжения шеек (7 - система сколовых трещин, 2 - трещины отрыва) и выполнения

межбудинного пространства (3 - мине­ ральные жилы, 4 - складки затекания

маловязкого материала).

Кинкбанды. Будинаж. Муллионы

219

Чем выше контраст вязкостей, тем интенсивнее деформируется вещество менее вязких слоев по отношению к более вязкому прослою, тем выше силы трения на гра­ ницах слоев и тем выше растягивающие напряжения, возникающие в слое. Это, в свою очередь, должно приводить к более частой сегментации его шейками (рис. 6.23). Вместе с тем, при одинаковом контрасте вязкостей существенное значение имеет мощность прослоя: в более тонком прослое шейки будут формироваться чаще, чем в более мощном - при равных растягивающих напряжениях, определяемых силами трения между слоями, длина отрезков вдоль менее мощного слоя, на котором распределенно действуют растягивающие усилия, достаточные для образования шеек, ока­ зывается короче. Отмечается, что очень тонкие слои имеют тенденцию к утонению, не подвергаясь при этом будинажу, даже при наличии высокого контраста вязкостей [Talbot, 1970]. В микротектонике способность удлиненных или уплощенных зерен к сегментации определяется как микробудинаж [Masuda et al., 1995, 2007].

Деформационные свойства пород, в том числе вязкость, определяются РТ-усло- виями деформации, величиной дифференциальных напряжений, скоростью дефор­ мации, наличием флюида и другими условиями, которые, в свою очередь, определя­ ют действующие механизмы деформации уровней зерен и агрегатов зерен. Широкое распространение будинажа в метаморфических породах обусловлено более высоки­ ми РТ-параметрами синметаморфических деформаций, приводящими к повышению скорости пластических деформаций пород. При высоких скоростях деформации в будинируемом слое быстро достигаются условия хрупкого разрушения, напротив, при медленных деформациях накапливающиеся в породе напряжения успевают релаксировать за счет пластичной деформации с формированием шеек. В целом взаимодейс­ твие внешних условий (РТ-параметры, скорость деформации) определяет характер деформации растягиваемого слоя, которая может реализоваться путем формирования трещин растяжения (отрывов), сколовыми сбросовыми трещинами или пластичным утонением с формированием шеек (см. рис. 6.22).

В ряде случаев морфология будин обусловлена главным образом существовавши­ ми внутри слоя додеформационными неоднородностями, например трещинами отде­ льности, расстояние между которыми определяет ширину будин. Формирование будин происходит за счет раскрытия ранних трещин с образованием прямоугольных будин.

1

2

3

4

Ф

Рис. 6.23. Зависимость морфологии будин от контраста вязкости. Контраст вязкости уменьшается от слоя а к слою г (вязкость последнего равна вязкости матрикса). Величина деформации увеличивается от рис. / к 4. По [Ramsay, 1967] с изменениями.

220

Глава 6

«Хрупкий» будинаж с разрывом слоя без образования шеек может протекать в по­ родах с очень высоким контрастом вязкостей. В классическом случае образование пря­ моугольных в поперечном сечении будин происходит за счет формирования отрывов, ориентированных под прямым углом к слоистости. «Хрупкий» будинаж может приво­ дить также к формированию будин ромбической формы, если растяжение ориентиро­ вано косо к слоистости или если существовала сдвиговая составляющая деформации вдоль слоистости [Stromgard, 1973]. В ряде случаев ромбическая форма сечения будин определяется наложенными сдвиговыми деформациями первоначально прямоуголь­ ных будин [Ghosh, Ramberg, 1976]. При развитии в компетентном слое сопряженных сколовых и сдвигово-раздвиговых трещин могут возникать трапециевидные будины, а сам растянутый слой в поперечном сечении приобретает горст-грабеновую структуру [Gay, Jaeger, 1975; Mandal et al., 2000]. Эксперименты по деформациям горных пород показывают, что трещины отрыва и скола при «хрупком» будинаже возникают, соот­ ветственно, при низком и высоком всестороннем давлении [Hirth, Tullis, 1994], хотя полевые наблюдения свидетельствуют о том, что и отрывы, и сколы могут развиваться при будинаже одновременно. При прочих равных условиях, морфология будин и меха­ низмы деформации при «хрупком» будинаже определяются главным образом отноше­ нием Г мощностей более вязких и менее вязких слоев (Г = tjtnk, где tkи tnk - мощности компетентного и некомпетентного слоев, соответственно). Трещины отрыва, приво­ дящие к формированию прямоугольных будин, возникают при малых значениях от­ ношения мощностей. При увеличении этого отношения образуются сколовые будины [Mandal et al., 2000] (рис. 6.24).

А

Рис. 6.24. Морфогенетическая классификация «хрупких» будинаж-структур, формирующихся при сжатии ор­ тогонально слоистости: I - будины отрыва прямоугольного сечения, II, III - сколо-раздвиговые (II) и сколовые (III) будины с ромбообразными и трапециевидными сечениями. На диаграмме Аг - Г показаны теоретически

рассчитанные области развития различных типов будин в слоистых толщах (при постоянном контрасте вязкос­ тей): Аг - соотношение ширины будины / к мощности /; Г - отношение мощностей компетентного tk и неком­ петентного tnk слоев. Параметры Аг и Г кроме числовых значений показаны пиктограммами. По [Mandal et al.,

2000] с упрощениями и изменениями. Из этой теоретической модели следует, что трещины отрыва, приводящие к формированию прямоугольных будин (I), возникают при малых отношениях мощностей Г; при увеличении этого отношения образуются сколовые будины (II, III).

Кинкбанды. Буцинаж. Муллионы

221

По отношению к эллипсоиду деформации оси будин и линии шеек вытянуты ор­ тогонально оси максимального удлинения X (рис. 6.25, 7). Будины также могут под­ вергаться растяжению вдоль промежуточной оси Y с формированием второстепенного направления утонения и растрескивания, в результате чего слой разбивается на вытя­ нутые призмы (рис. 6.25,2). При деформации сплющивания будинирующийся прослой может разбиваться на изометричные в плане призмы (рис. 6.25, 3). По отношению дли­ ны будин к их ширине можно оценить отношение величин удлинения вдоль осей X и У эллипсоида деформаций. В случае плоской деформации растяжение слоя также может реализоваться путем формирования косоориентированных под углами 45-90° к оси рас­ тяжения отрывов и формирования структур типа «плиток шоколада» (рис. 6.25, 4).

Будинаж-структуры указывают на сжатие ортогонально слою и на растяжение вдоль него. Рассматривая будинаж-структуры обособленно, можно лишь утверждать, что при их образовании ось сжатия была ориентирована под углом более 45° к слоистости. До­ полнительная информация может быть извлечена из особенностей морфологии будин (например, ромбическая форма сечений будин указывает на неортогональную ориен­ тировку оси сжатия к слоистости, приведшую к сегментации слоя сколовыми разрыва­ ми) или при рассмотрении других деформационных структур.

Асимметричные будины возникают при вращении и сдвиговом смещении будин в процессе прогрессирующего послойного растяжения со сдвиговой составляющей [Gaudemar, Tapponier, 1987; Goscombe, Passchier, 2003; Goscombe et al., 2004 и др.]. Такие будины могут использоваться в качестве кинематических индикаторов (рис. 6.26, 6.27).

Выделяют две группы асимметричных будин, межбудинное скольжение у ко­ торых будет иметь синтетический или антитетический характер (соответственно, в

222

Глава 6

направлении сдвига или против него, см. рис. 6.26). Эти структуры могут быть зер­ кально симметричны, и, как правило, требуются дополнительные морфологические критерии, чтобы отнести такие будины к одному из этих типов и использовать их как кинематический индикатор. Попытка морфологического анализа предпринята в [Gos­ combe, Passchier, 2003; Goscombe et al., 2004], на основании которого выделяются три типа асимметричного будинажа.

Рис. 6.27. Определение кинематики перемещения по асимметричным будинам всдвиговых зонах. По [Goscombe, Passchier, 2003] с изменениями. Анализ проводится по сечениям, ориентированным параллельно линейности. Установив морфологический тип будин (см. рис. 6.26) - синтетические (/), «промежуточные» (2), типа доми­ но (3) - можно определить кинематический знак (а-в - различные варианты соотношения со сланцеватостью).

Будины типа домино с неизвестным соотношением со сланцеватостью не позволяют однозначно судить о на­ правлении перемещения.

Кинкбанды. Будинаж. Муллионы

223

Сдвиговые (англ. shear) будины характеризуются синтетическим типом межбудинных перемещений и имеют удлиненную, изогнутую линзовидную морфологию. Для них характерно большое относительное перемещение вдоль межбудинных по­ верхностей, которые ориентированы под небольшим углом к будинам. Будины типа домино (англ. domino) формируются за счет антитетических перемещений, имеют уг­ ловатую ромбообразную форму в поперечном сечении и характеризуются крутыми углами межбудинных сколов, смещения по которым относительно невелики. На окон­ чаниях будин такого типа могут наблюдаться флексуры. Рубцовые (англ. gash) будины являются подтипом будин домино с сигмоидальными межбудинными отрывами.

Синтетические будины (см. рис. 6.26, а) имеют веретенообразную морфологию, сильно вытянуты в поперечном сечении вдоль линейности L и рассланцевания S при высоком соотношении ширины к толщине. Величина синтетического (т.е. в направле­ нии сдвиговой зоны) смещения D выше, чем у будин типа домино, а угол в у окончания будин острый, величина вращения меньше и противоположна направлению сдвига. При наличии внутри будины сланцеватости у окончаний будин формируется синтети­ ческий подворот (/), в межбудинном пространстве могут отмечаться кинкбанды {к).

Уантитетических будин типа домино (см. рис. 6.26, б) низкие отношения ширины

ктолщине, будины часто изометричны в поперечном сечении, величина антитетичес­ кого (т.е. против направления сдвига) смещения D относительно небольшая, характер­ но значительное вращение, обратное направлению сдвига. Подвороты сланцеватости

(/)внутри будин имеют антитетический характер, угол в большой, нередко отмечаются раскрытия межбудинных поверхностей. У рубцовых (см. рис. 6.26, в) будин эти рас­ крытия имеют вид сигмоидальных или разветвленных на концах отрывов.

Кроме морфологических особенностей самих будин при описании должна отдельно отмечаться асимметрия цепочек будин по отношению к рисунку текстур вмещающих будины пород и общей расслоенности будинированных пачек. Структуры будинажа распадаются на две главные категории: унаследованные, с последовательным развитием будин различных морфологических типов в обстановке прогрессивной деформации, и преобразованные - будины, изменившие свою морфологию при деформации в течение более поздних, наложенных деформационных событий [Goscombe et al., 2004].

Спомощью структур будинажа можно оценить величину растяжения слоя (при необходимости введя поправки, если можно оценить изменение объема, общее утоне­ ние, предшествовавшее будинажу и т.д.). Кроме того, можно попытаться качественно оценить вязкость и прочность пород - для этого необходимо, чтобы сопоставляемые слои разного состава имели одинаковую мощность и находились в одном поле напря­ жений: более вязкие слои будут формировать более короткие будины (см. рис. 6.23).

Будинаж-структуры формируются в широком диапазоне температур и давлений, эти структуры можно наблюдать как в неметаморфизованных породах, так и в гней­ совых толщах. Основным структурообразующим фактором здесь выступает контрас­ тность деформационных свойств пород, слагающих слоистую толщу в данных усло­ виях, и наличие сжатия ортогонально или под большим углом к слоистости. Будинаж возникает на стадии диагенетического уплотнения пород в горизонтально залегаю­ щих отложениях платформ и перикратонных прогибов, а также на крутых крыльях складок в процессе складчатых деформаций, когда слоистая толща оказывается долж­

226

тактах слоев часто возникают «пучки» кливажных зон. При изгибе слоев в склад­ ки обособленные призмы более вязких прослоев нередко смещаются по кливажным швам и в дальнейшем играют роль ярко выраженных концентраторов напряжений (рис. 6.31, 4). В случае плоской деформации (рис. 6.31, 5) можно усмотреть аналогию между сечением муллиона и единичной зерновой неоднородностью, погруженной в более тонкозернистый матрикс. У такой неоднородности границы, ориентированные под большим углом к ориентировке сжатия, выступают в качестве концентраторов на­ пряжений сжатия, малоугловые границы, обычно параллельные слоистости, недогру­ жены. Таким образом, в случае кливажных муллионов при доминирующем механизме растворения под давлением, аналогично структурам зернового уровня, происходит перераспределение растворенного материала, и муллионы приобретают характерную бочонковидную форму (см. рис. 6.28-6.30, 6.31, 5). В шлифах наблюдаются последо­ вательные стадии развития микромуллионов от начальных стадий процесса (рис. 6.32, а и б) до полного обособления муллион-структур: морфологически такие образования можно принять за линзовидные включения или микробудины (рис. 6.32, в).

Образование муллионов и будинаж нередко проявляются в слоистых пачках на разных стадиях деформации, как это показано для муллионов Арденнского сланцево­ го пояса европейских герцинид [Kenis et al., 2002,2004]. Рубцовые будины, межбудинное пространство которых выполнено кварцем, на последующих этапах деформации при сжатии вдоль слоистости формируют хорошо морфологически оформленные, бочкообразные в поперечном сечении, муллионы, а кварцевые межбудинные жилы выступают в качестве сегментирующих слой неоднородностей.