7. СКЛАДКИ

5 S » 3

...Важнейший предмет составляет пластование горнокаменных пород и соединение оных в горные образования или формации; ибо ими только познать можно строение земной коры и определить относительную древ­ ность каждого образования. Для достижения сего надлежит вам при вся­ ком изыскании, во всех классах гор, обращать внимание: на слоение пород; на отделы и трещины в слоях имеющиеся; на параллельность слоев между собою и на постепенное понижение поверхностей выходов оных; на ук­ лонение от параллельности по направлению особенному; на протяжение слоев; на их падение и перемены, в обеих сих случаях бывающие, как в отношении к странам света, так в отношении к горизонтальной линии.

Инструкция горным партиям для геогностического описания хребта Уральского и для приискания руд и золотосодержащих россыпей.

СПб, 1829 г.

Складками называют изгибы слоев, пластов, полосчатости, даек и жил, плоскос­ тей разрывных нарушений. Термин складчатость используется как по отношению к процессу, так и к итоговой структуре [Международный..., 1991]. Складки образуются при смятии слоистых осадочных и метаморфических толщ под действием тектони­ ческих сил или, реже, в результате других процессов. Действие тектонических сил яв­ ляется не единственным фактором складкообразования: в нелитифицированных осад­ ках континентальных склонов образуются складки оползания; в моренных глинах в основании мощных ледниковых покровов, в подножии оползней аккумулятивных террас наблюдаются складки выжимания (нагнетания); при течении лавовых пото­ ков формируются причудливые складки течения (подобные структуры иногда можно наблюдать и в интрузивных магматических породах). Соляные диапировые складки возникают при выдавливании легких и пластичных соленосных толщ под действием нагрузки вышележащих пород (см. рис. 2.6). Таким образом, генетический диапазон «нетектонических» складок достаточно широк. Тем не менее, вне зависимости от ге­ незиса для образования складок необходимо выполнение двух условий: наличие неко­ торой расслоенности пород и действие усилий (не обязательно тектонической приро­ ды), достаточных, чтобы в данных РТ-условиях произошел изгиб без существенного нарушения сплошности.

7.1. Геометрия складок

Элементы складки показаны на рис. 7.1. Выделяется ядро - внутренняя область складки, замок - область максимального изгиба слоистости, крылья - область меж­ ду участками замков сопряженных складок противоположного знака. Шарнир {линия шарнира) определяется как линия, соединяющая точки максимальной кривизны за­ мка складки. Линия перегиба - это линия, соединяющая точки с нулевой кривизной на крыльях складки. Осевая поверхность складки представляет собой поверхность, включающую линии шарниров в разных слоях складки. В частном случае эта поверх­

	228	Глава 7
		ность может быть плоской, и тогда говорят
		об осевой плоскости складки. Ось склад­
		ки -	это линия пересечения осевой повер­
		хности с поверхностью земли или (в част­
		ном случае) с горизонтальной плоскостью.
		Складки, выпуклые вверх, в ядре ко­
		торых располагаются более древние поро­
		ды, называются антиклиналями, вогнутые
	Рис. 7.1. Основные элементы складки.	вниз,	с более молодыми породами в яд­
		ре -	синклиналями (фиг. 7.1, а, вклейка). В
		общем случае при неясной стратиграфичес­
		кой последовательности слоев или для ме­
	Рис. 7.2. Длина вол­	таморфических толщ можно использовать
	ны W (складываю­	термины синформа и антиформа (фиг. 7.1,
	щаяся из длин двух	б ив, вклейка).
	полуволн W/2) и ам­	Длина волны W обособленной складки
	плитуда А складки;
	ip - точки перегиба.	определяется через расстояние между дву­

мя точками перегиба, которое соответствует половине длины волны W/2. Максимальное расстояние по нормали от линии, соединя­ ющей точки перегиба, до замка складки называется амплитудой складки А (рис. 7.2).

7.1.1.Ориентировка осевых поверхностей и шарниров складок

Взависимости от положения крыльев складки по отношению к осевой поверх­ ности различают симметричные и асимметричные складки (рис. 7.3). Асимметрия может быть выражена как различной длиной крыльев, так и разной мощностью. В зависимости от положения (угла падения) осевой поверхности складки могут быть

прямыми (стоячими), наклонными, опрокинутыми, лежачими или перевернутыми.

Вотличие от наклонных складок, у которых противоположные крылья сохраняют

нормальное по отношению к го­ ризонту положение, у опроки­ нутых складок одно из крыльев перевернуто (рис. 7.4). Лежачие складки характеризуются субго-

Рис. 7.3. Симметричные (а) и асимметричные (б) складки.

230

Глава 7

Количественное описание морфологии складок можно проводить с применением полиномиального анализа Фурье [Huddleston, 1973] (рис. 7.7) или анализа простых функций [Bastida et al., 1999]. На практике предпочтение отдают более простым ка­ чественным характеристикам.

м о р ф о л о г и я

I

II

III

IV

V

VI

1

2

с

z

<и

Рис. 7.7. Диаграммадля определения морфологии складок наоснове полиномиальногоанализаФурье. Амплитуда складок измеряется по вертикальной шкале от 1 до 5, морфология - по горизонтальной шкале от I до VI (I - ко­ робчатые, II - переходные от коробчатых к полуэллиптическим, III - полуэллиптические, IV - параболические, V - промежуточные между синусоидальными и шевронными, VI - шевронные) [Huddleston, 1973].

7.1.3. Цилиндрические и конические складки

Важным морфологическим признаком складок является степень их цилиндричности. Цилиндрической называется складка с прямым шарниром (осью), поверхность которой можно получить параллельным переносом относительно этой оси (рис. 7.8, а). Большинство геометрических операций со складками основано на допущении, что складки являются цилиндрическими, что в общем случае выдерживается лишь для ограниченных участков. Складки с изгибающимися по простиранию шарнира­ ми и крыльями не являются цилиндрическими (рис. 7.8, б). Частным случаем неци­ линдрических являются конические складки, поверхность которых можно получить вращением прямой относительно некоторой точки (т.е. часть конуса, рис. 7.8, в). К нецилиндрическим складкам относятся футляровидные (колчановидные) складки, морфологические особенности которых описаны выше, в разделе 5.7.4.1 (см. рис. 5.70, 5.71). Для систематики и удобства графического представления нецилиндри­

ческих складок может быть применена треугольная так называемая PQR-диа-

Рис. 7.8. Цилиндрическая (д), нецилиндрическая с ундулирующим шарниром (б) и коническая (в) складки.

Рис. 7.9. Систематика складок на PQR-диа­

грамме. По [Williams, Chapman, 1979] с из­ менениями. Угол между крыльям” —------ ' откладывается по оси PQ, угол иа

шарнира - по оси PR.

Складки	231
	плоскости
180°	р
	----------

				изоклинальные
цилиндрические	\	V -	ф у т л я р о в и д н ы е -	купола
изоклинальные	IQOC	120е	60°
складки

грамма (рис. 7.9) [Williams, Chapman, 1979], на которой крайними членами морфоло­ гических рядов выступают плоскость (вершина Р), цилиндрическая изоклинальная складка (вершина Q) и изоклинальный купол (вершина R). Принцип построения диа­ граммы основан на определении угла между крыльями и шарнирного угла, которые откладываются, соответственно, вдоль осей PQ и PR. Цилиндрические складки рас­ полагаются на стороне PQ.

7.1.4. Параллельные и подобные складки. Изогоны

По морфологическому признаку выделяют параллельные и подобные складки. У параллельных складок мощность слоев, измеряемая ортогонально слоистости (/), пос­ тоянна (рис. 7.10, а). Параллельные складки с одинаковой кривизной называются так­ же концентрическими, их морфология в разрезе является частью окружности некото­ рого радиуса R (рис. 7.10, б). В отличие от параллельных складок у подобных складок мощность слоя варьирует, увеличиваясь в замковой части. Для подобных складок по­ верхность изогнутых в складки слоев идентична, и мощность слоя, измеренная вдоль осевой поверхности (7), постоянна (рис. 7.10, в). Терминологически более точно, как отмечается в [Ramsay, Huber, 1987], такие складки следовало бы называть «идентич-

Рис. 7.10. Параллельные (я), концентрические (б) и подобные (в) складки; / -мощность, измеряемая ортогональ­ но слоистости, Т - мощность, измеряемая вдоль осевой поверхности складки, R - радиус окружности концент­ рического участка складки, ОП - осевая поверхность.

232

Глава 7

ными», но определение «подобные» закрепилось исторически. Понятно, что парал­ лельные и подобные складки являются крайними членами некоторого морфологичес­ кого ряда складок. Более строго этот морфологический ряд определен с применением метода построения изогон [Ramsay, 1967; Ramsay, Huber, 1987] (рис. 7.11). Изогоной называется линия, соединяющая точки в кровле и подошве слоя с равными углами падения. По графическому отображению изогон в замке складки определяется при­ надлежность складки к морфологическому типу: тип 1 (конвергентные, или сходя­ щиеся по отношению к ядру складки изогоны), тип 2 (параллельные изогоны), тип 3 (дивергентные, или расходящиеся от ядра изогоны). В типе 1 выделяются подтипы: с сильно конвергентными изогонами (1А), изогонами, ортогональными слоистости (1В), и слабо конвергентными изогонами (1C). Параллельные складки соответствуют подтипу 1В, а подобные - типу 2 (рис. 7.12).

Рис. 7.11. Принцип построения изогон. Опорная линия горизонтальная, изогона соединяет точки в подошве и кровле слоя, где угол между опорной линией и касательной а одинаков (а). На рис. б показано построение изогон

0°, 30° и 60° на обоих крыльях антиклинальной складки.

Рис. 7.12. Морфологические типы складок, определяющиеся рисунком изогон. Конвергентные (сходящиеся к ядру складки) изогоны характерны для типа 1. Подтипы: 1А - с сильно конвергентными изогонами, 1В - с изо­ гонами, ортогональными слоистости (параллельные складки), 1C - со слабо конвергентными изогонами. Тип 2 характеризуется параллельными изогонами (подобные складки), тип 3 - дивергентными, или расходящимися от

ядра изогонами [Ramsay, 1967].

7.1.5. Линейные и брахиморфные складки. Замыкания складок

Складки, являясь трехмерными телами, чаще всего наблюдаются и анализируются в двумерных сечениях: в плане - на геологических картах, аэроили космоснимках (рис. 7.13,7.14), или в вертикальных сечениях - при построении геологических разрезов (см. фиг. 7.1, вклейка) или непосредственно в обнажениях с большой вертикальной амп-

234

Глава 7

литудой (фиг. 7.2, вклейка). Обычно морфологические закономерности первоначально устанавливаются в двумерных сечениях, а затем мысленно или с помощью дополни­ тельных графических процедур достраивается картина в объеме. Изображение складок на детальных картах в регионах с сильно расчлененным рельефом представляет собой произвольное «пересечение» складчатого многослоя поверхностью современного эро­ зионного среза, т.е. склонами с различной экспозицией.

Для мелкомасштабных карт и в регионах со слабо расчлененным рельефом для классификации складчатых форм используется отношение длины складки (сГ) к ее ширине (.s). Так, линейные складки оп­ ределяются соотношением d/s >5, для

брахиморфных складок 5 >d/s> 2, для куполов и мульд d/s < 2 [Ярошевский, 1981] (рис. 7.15). Эти типы более стро­ го могут быть определены на PQR- диаграмме (см. рис. 7.9). Замыкания складок фактически представляют со­ бой отображения в плане замков скла­ док. Наличие замыканий определяет­ ся ундуляциями шарниров. Выделяют

Рис. 7.15. Схематическое изображение линейной (d/s > 5, а)	периклинальные И центриклшальные
и брахиморфной (5 > d/s >2,6) антиклиналей, купола (d/s <	ЗОМЫКания, соответственно, ДЛЯ анти-
2, в) на геологических картах; з - замыкание складок.	клиналей И Синклиналей.

7.1.6. Зеркало складчатости. S,Z и М-складки

Существуют обособленные складки (например, соляные диапировые складки и купола), но гораздо чаще в некотором объеме наблюдаются системы складок, пов­ торяющихся с определенной периодичностью. Зеркалом складок называют огибаю­ щую поверхность, проходящую через шарниры складок или точки перегиба. Данная поверхность может определять складки более низкого порядка, сформированные ма­ лоамплитудными складками более высокого порядка (рис. 7.16). Складки высоких порядков могут быть распространены по всей толще, например в метаморфических комплексах, или формируются в какой-либо определенной пачке пород. В последнем случае их называют складками волочения, «намекая» на механизм формирования, под действием которого многослой тонкослоистой толщи сминается в многочисленные складки при перемещении на крыльях складки между двумя более вязкими слоями (рис. 7.17), или паразитическими (т.е. осложняющими строение более крупных и «важных» складок) [Рамберг, 1991]. Такие складки часто наблюдаются в пачках алев-

Рис. 7.16. Зеркала складок, оп­ ределяющиеся огибающими по­ верхностями (1) и срединная ли­ ния (2), проведенная через точки перегиба (ip). Огибающие поверх­

ности и срединная линия образуют складки более низкого порядка.

Складки

237

Даже в относительно просто построенных складчатых областях статистический ана­ лиз структурных элементов позволяет дать ответ на многие вопросы, возникающие при картировании и структурном анализе.

Для складчатых толщ основным методом геометрического анализа с применением стереографических проекций является построение так называемых к- и /?-диаграмм [Вознесенский и др., 1980; Ramsay, Huber, 1987]. Сущность построения 7г-диаграмм сводится к нанесению на стереографическую проекцию (лучше равноплощадную) ориентировок полюсов слоистости (так называемых ;г-полюсов, перпендикулярных поверхностям слоистости). Полюсы слоистости, нанесенные на диаграмму, распола­ гаются определенным образом (рис. 7.20). Так, если складка является цилиндричес­ кой, то все полюсы слоистости ориентированы под углом 90° к шарниру складки, и все частные замеры будут располагаться на дуге большого круга (см. рис. 7.20; рис. 7.21). Восстановленная ортогонально этому большому кругу 7г-ось параллельна шар­ ниру складки, и, таким образом, ориентировка шарнира может быть восстановлена по положению этой оси на стереографической диаграмме.

линия

горизонта

полю

слоист

Рис. 7.20. Принцип построения ;г-диаграмм: ориентировки полюсов слоистости (т.н. ж-полюсов, перпендикуляр­ ных поверхностям слоистости) наносятся на стереографическую диаграмму. Для цилиндрических складок полю­ сы слоистости лежат в плоскости, ортогональной оси складки F и осевой поверхности ОП. На стереографической

диаграмме все частные замеры будут располагаться надуге большого круга. Восстановленная ортогонально этому большому кругу 7г-ось параллельна шарниру складки F. По [McClay, 1989] с изменениями.

В зависимости от угла между крыльями и морфологии складок, л>диаграммы имеют различный вид; эти особенности складок можно установить в том числе по рисунку ;г-диаграммы (см. рис. 7.21). Подобное же влияние на вид диаграмм оказы­ вает нецилиндричность складок, за счет чего 7г-оси располагаются не точно на дуге большого круга, а в некоторой области значений (поясе), описываемых статистичес­ кой совокупностью точек. Полюсы слоистости конических складок на /г-диаграммах располагаются в области дуг малого круга (рис. 7.22).

Построение /7-диаграмм направлено на установление ориентировки шарниров складок. В цилиндрических складках любая поверхность параллельна шарниру складки. Таким образом, линия пересечения любых двух плоскостей образует так на­ зываемую /?-ось, параллельную шарниру (рис. 7.23). Построение частных /?-осей, по­ лученных по парным замерам, дает совокупность точек. Центр концентрации точек в

238

Глава 7

<у = 150(

Рис. 7.21. Различные по морфологии цилиндрические складки на ^-диаграммах; ОП - осевая плоскость, ш - шар­ нир, л.г. - линия горизонта, ВП - вертикальная плоскость, а - угол погружения шарнира, р - азимут простирания шарнира, г - угол наклона осевой поверхности, со - угол между крыльями складки (у = 180° - со) [Вознесенский

и др., 1980].