Концентрические складки

Складки продольного укорочения

Большинство исследователей считают возникшее тем или иным путем продольное укорочение слоистых толщ основной причиной образования голоморфной складчатости, которая преобладает в складчатых областях и в районах развития метаморфических комплексов. Складки, образующиеся в условиях продольного укорочения, чаще всего называют «складками продольного сжатия», но это не совсем точно (сжатие не обязательно приводит к образованию складок). Не очень подходит и термин «складки продольного изгиба» (в формировании складок принимает участие не только изгиб). По мнению В. В. Эза (1985)термин «складки продольного укорочения» точнее отражает условия образования этих складок.

Складки образуются в многослойной среде. Начальная стадия их формирования может рассматриваться как продольный изгиб серии прилежащих друг к другу субпараллельных слоев. Такая серия изгибается иначе, чем совокупность удаленных один от другого слоев, изгибающихся самостоятельно.

Из всего разнообразия природных складчатых форм принято выделять в качествеправильных складок концентрические и подобные складки. Природные складки соответствуют идеальным моделям концентрических и подобных складок лишь с той или иной степенью приближения. Мы рассмотрим вначале идеальные модели цилиндрических складок, образующихся в условиях плоской деформации. Исходное положение слоев будем считать горизонтальным, а образующиеся складки – прямыми.

Концентрическими называют складки, в которых мощность каждого слоя, измеренная по нормали к слоистости, постоянна во всех частях складки. К ним не относятся складки с постоянной мощностью слоев, в замках которых слои отходят друг от друга, а пространство между ними заполнено новым материалом, образующим седловидные жилы, так как при измерении мощности в замке такой складки надо учитывать и величину промежутков между пластами.

Из определения концентрической складки следует, что в ней нормаль к одной поверхности слоистости является нормалью ко всем пересекаемым ею поверхностям слоистости и на ней расположен общий центр кривизны всех поверхностей для точек пересечения их с этой нормалью. Поэтому складки и называются концентрическими.

Как показывают эксперименты, в слоях, смятых в концентрические складки, нормали к поверхностям слоев, проведенные до деформации, остаются нормалями и после деформации (рис….). Из сохранности нормалей в слое еще не следует, что точки разных слоев, лежавшие до деформации на одной нормали к слоистости, остаются на той же нормали и после образования концентрической складки. Действительно, поскольку объем при остаточной деформации не изменяется, а в условиях плоской деформации не изменяются площади сечений тел и их частей плоскостью деформации, то равные прямоугольники, выделенные в сечении слоистой пачки до деформации (рис….), в ходе изгиба превращаются в равные им по площади изогнутые четырехугольники (рис….). Так как расстояния между изогнутыми сторонами (нормальные мощности слоев) остаются неизменными, то, чтобы сохранилась площадь, в каждом слое должна остаться прежней длина заключенного между соседними нормалями отрезка средней линии сечения слоя. Значит, расстояния между нормалями становятся короче на вогнутой стороне каждого слоя и длиннее на выпуклой стороне, что возможно лишь при взаимном проскальзывании слоев. В результате единые до деформации нормали ко всем слоям, разбивавшие толщу на прямоугольники, распадаются на смещенные отрезки, являющиеся прямыми сторонами изогнутых четырехугольников (рис….). Из симметрии складки очевидно (и проверено экспериментально), что проскальзывание равно нулю в шарнире складки и максимально в ее крыльях.

Из того, что нормали к слоистости остаются нормалями и после изгиба, следует, что в слоях, сминающихся в концентрические складки, не происходит сдвига в крыльях складки (имеется в виду сдвиг внутри слоев). Деформация слоев в концентрических складках состоит, таким образом, только в их изгибе, который сопровождается проскальзыванием слоя по слою. Когда между двумя соседними изгибающимися слоями находится тонкий податливый прослой, проскальзывание изгибающихся слоев сопровождается сдвигом вдоль слоистости в податливом прослое, причем величина его относительного сдвига тем больше, чем тоньше прослой. Следовательно, относительная деформация такого прослоя может быть сколь угодно велика.

Нередко считают, что концентрическими могут быть только окружности, и представляют себе поперечное сечение концентрических складок как сочетание дуг окружностей, обращенных выпуклостью то в одну, то в другую сторону (рис….). Но это вовсе не так. Можно показать, что рядом с выбранной кривой (рис…. ) всегда можно построить другую кривую, все точки которой будут находиться на одинаковом расстоянии от данной кривой (для чего это расстояние должно быть короче наименьшего радиуса кривизны первой кривой в местах, где та обращена вогнутостью в сторону новой кривой). Из определения концентрической складки следует, что ее крылья могут включать и прямолинейные участки.

Легко показать, что протяженность всех поверхностей слоистости в пачке, смятой в концентрические складки, должна оставаться одинаковой. Но в концентрических складках, образованных серией слоев, все кривые не могут иметь одинаковую длину (рис…., на строгом доказательстве мы останавливаться не будем). Из этого вытекает одно далеко идущее следствие: важнейшее геометрическое свойство концентрических складок, состоит в том, что они не могут охватить сколь угодно большую мощность. Эти складки обязательно имеют дисгармонические соотношения со складками в подстилающей и покрывающей толщах. Кстати, из этого свойства иногда делается ошибочный вывод, что концентрические складки встречаются редко и бывают только пологими.

Когда мы наблюдаем концентрическую складку, нетрудно по ее обнаженной части определить предел ее распространения по разрезу в сторону вогнутой части: достаточно провести вблизи точки наибольшей кривизны какого-либо слоя две нормали: точка их пересечения укажет на предел увеличения мощности в эту сторону, дальше которого концентрическая складка продолжаться не может (рис….).

Развитию концентрических складок благоприятствует большая относительная вязкость пород и малая величина трения между слоями.

На рис…. в виде эллипсов показано поле деформаций в слое, смятом в концентрическую складку. В зоне относительного удлинения могут развиваться такие структуры, как трещины отрыва треугольной формы, заполненные минеральным веществом (рис….), небольшие сбросы (рис….), а в зоне относительного укорочения – маленькие взбросы, кливаж, в том числе кливаж плойчатости (рис….), швы. Примеры концентрических складок в природе показаны на рис…..

Подведем итог сказанному о концентрических складках.

Механизм образования концентрических складок исчерпывается изгибом пластов и межпластовым скольжением (поэтому их иногда, особенно в зарубежной литературе, называют «складками изгиба со скольжением»). Деформация материала слоев (внутрислойная деформация) здесь минимальна по сравнению с деформацией в складках других видов, в которых происходит еще и изменение мощности слоев. Поскольку при формировании концентрических складок происходит поворот и перемещение больших участков слоев, пачка или толща в целом может испытать большую деформацию и при небольшой деформации самих слоев. Поэтому образование концентрических складок энергетически, как будто, очень выгодно: большое смещение концов сминаемой пачки может достигаться при малой работе деформирования, что обеспечивается относительной легкостью перемещения слоя по слою. Но, несмотря на легкость образования концентрических складок, далеко не все складки продольного укорочения являются концентрическими. Наоборот, доля слоев и пачек, образующих концентрические складки, в складчатых структурах невелика. Связано это с тем, что геометрия концентрических складок ставит жесткие ограничения их распространению вверх и вниз по разрезу. Кроме того, концентрические складки развиваются в пачках с определенными деформационными свойствами, о которых говорилось выше; однако такие пачки встречаются отнюдь не повсеместно