Складки течения

Кинематика процесса формирования складок течения

Обратимся, наконец, к рассмотрению последней группы наименьших по масштабу складок, обнаруженных в герцинском структурном этаже хр. Большого Каратау. Эти складки встречаются далеко не повсеместно и обычно образуют небольшие, но очень сложные нагромождения, локализованные на весьма ограниченных по площади участках. Чаще всего такие нагромождения располагаются в осевых частях синклиналей коробления. В отдельных случаях они фиксируются и на крыльях крупнейших штамповых антиклиналей. Данные складки захватывают в районе главным образом верхнюю часть фаменских отложений, в частности толщу пород куркебайской и амансайской свит. Еще более сложные по строению складки того же типа развиваются в самых низах разреза фаменского яруса. Они также приурочены к более крупным складчатым формам, но возникают, вероятно, несколько иным путем.

В подавляющей массе складки рассматриваемого типа являются линейными, хотя детали их конфигураций в плане довольно разнообразны. Размеры складок меняются в широких пределах. Меньшие из них измеряются по протяжению, ширине и амплитуде первыми метрами и даже долями метра. Большие протягиваются на сотни и тысячи метров, имея ширину десятки, реже сотни метров и примерно такую же амплитуду.

Следует сказать, что линейность этих складок является малохарактерным признаком, так как она почти не отличает их от форм предыдущего типа. Более существенными кажутся их небольшие размеры, хотя сами по себе они также, конечно, не могут служить основанием для определения типа складок. Вместе с тем в совокупности со всеми другими признаками указанные черты представляют большой интерес.

Формы поперечных сечений данных складок довольно разнообразны. Помимо килевых, изоклинальных и других типов среди них встречаются иногда и значительно более сложные, охарактеризовать которые одним каким-либо наименованием невозможно.

Эта черта строения является несравненно более важной. Она резко отличает данного типа складчатые сооружения от двух предыдущих, характеризующихся обычно сравнительно простыми поперечными сечениями. Такой полиморфизм, естественно, должен всецело определяться особенностями механизма формирования рассматриваемых структур. Очевидно, этот процесс мог быть результатом крайней дифференциации движений отдельных частей деформируемых слоистых толщ. Ведь достаточно сложные конфигурации поперечных сечений складок смогли бы возникать лишь тогда, когда слои оказались бы способными деформироваться с максимальной независимостью друг от друга. Нетрудно понять, что это возможно, например, в процессе их дифференцированного пластического течения, Каждый слой в этом случае может менять свою конфигурацию в меру присущих ему пластических свойств. Необходимо отметить далее большие различия и в наклонах осевых поверхностей складок. Помимо наклонных форм среди них были встречены лежачие, опрокинутые и даже перепрокинутые. Наряду с этим нередко отмечалось наличие складок того же типа с сильно наклоненными, а местами даже вертикально поставленными шарнирами.

Анализируя эту особенность описываемых складок, можно прийти к заключению, что предположение о их тесной связи с явлениями пластического течения слоистых толщ получает еще большее подтверждение. Действительно, ни механизм коробления слоев, ни тем более механизм формирования штамповых складок не смогли бы обеспечить столь различные ориентировки складок в пространстве. Предполагаемое же явление течения пород даже в своих начальных стадиях должно было приводить к резким искривлениям их параллельного напластования и к возникновению разнообразных наклонов создающихся при этом складок.

С последней особенностью рассматриваемых складок тесно связана и степень их асимметрии. В наиболее общем случае они являются асимметричными. Очень часто констатировалась различная мощность отдельных слоев на разных крыльях складок, разная крутизна их наклонов и т. д.

Очевидно, можно сделать вывод, что предполагаемое течение вещества пород, на фоне которого и происходило складкообразование, было преимущественно односторонним, что и обусловливало асимметрию поперечных сечений складок.

Характерно далее, что в пределах единичных складок и даже в их группах нигде? не наблюдалось никаких литологических изменений подвергавшихся деформации пород. Другими словами, процесс складкообразования совершенно не отражался на распределении фаций. Вместе с тем почти всюду отмечались значительные изменения мощности деформированных слоев. Как указывалось выше, наиболее часто констатировались увеличения мощности в перегибах, т. е. в сводах антиклиналей и в осевых частях синклиналей. Напротив, на крыльях обычно отмечалось сокращение мощностей. При этом было обнаружено, что интенсивность складчатости обычно пропорциональна резкости изменения мощностей слоев, образующих складки. Во многих случаях удавалось отметить и общее увеличение мощности слоев на участках, захваченных данного типа деформациями. Характерно также и то, что деформации отдельных пачек слоев проявлялись иногда в весьма своеобразной псевдодиагональной слоистости и плойчатости.

Отмеченные особенности изменения фаций и мощностей слоев, образующих рассматриваемого типа складки вновь подтверждают предположение, что их формирование было связано с явлением течения материала. Наибольшее значение имеет упомянутый выше характер изменения мощностей, свидетельствующий о наличии непосредственной связи между процессами послойной миграции вещества пород и складкообразованием. Этот последний процесс в данном случае можно рассматривать как следствие первого. Такой вывод кажется тем более вероятным, что имелась возможность наблюдать результаты данного процесса на всех его стадиях, начиная с возникновения в слоях плоско-выпуклых линз (т. е. односторонних раздувов их мощности) и кончая резко дисгармоничными антиклинальными складками (т. е. уже серией деформированных слоев, облекающих такие первичные линзы). Нетрудно понять, что указанные ритмические изменения мощности слоев не могли быть обусловлены ни тангенциальными, ни нормальными силами. Объяснить их можно лишь процессом своеобразного внутрислойного перемещения вещества пород, находившегося под высоким всесторонним давлением.

Исключительно важно то обстоятельство, что в целом все рассматриваемые складки представляют собой образования резко дисгармоничные. Они локализуются в сравнительно маломощных толщах пород, бесследно исчезая в подстилающих и перекрывающих их отложениях. Было установлено, что в разрезе фаменского яруса имеется несколько пачек, в которых сосредоточивается основная масса складок данного типа. Так, например, весьма интересные формы были обнаружены в толще аргиллитов, аргиллитвых брекчий и доломитов корпешской пачки яруса. Довольно часто они отмечались и в мергельно-известняковых пачках разреза, таких, как аккузская, баялдырская, акжарская и акбулакская. Наконец, наиболее значительные по размерам складки того же типа были зафиксированы в толще различных по составу карбонатных пород куркебайской и амансайской свит.

Анализируя отмеченную черту строения складок, можно прийти к выводу, что процесс, обусловивший их возникновение, должен был локализоваться в сравнительно маломощных толщах, обладавших наиболее высокой пластичностью. Вероятно, этот процесс имел характер своеобразного расплющивания определенных групп слоев, которое и приводило к локальным скоплениям их вещества в виде более или менее сложных нагромождений дисгармоничных складок.

Так же как и складки двух других типов, рассматриваемые формы осложняются многочисленными разрывными нарушениями, среди которых преобладают взбросы и надвиги. И те и другие в большинстве случаев являются продольными и диагональными. По протяжению они измеряются обычно метрами и десятками метров, изредка достигая первых сотен метров. Ширина зон разрывов почти всегда ничтожная (миллиметры и сантиметры). Амплитуды смещений изменяются от долей метра до нескольких десятков (редко сотен) метров. Как правило, в швах смещений не наблюдается никаких зеркал скольжения, а равно и тектонических брекчий. Поверхности смещений большей частью волнистые. Их простирания меняются в соответствии с изменением простираний осложняемых ими складчатых форм. Ориентировки в пространстве очень сложны; встречаются вертикально, наклонно и горизонтально расположенные формы. Все разрывные нарушения, связанные с рассматриваемыми складками, резко дисгармоничны и, как правило, не выходят за их пределы. Характерно почти полное отсутствие кливажа.

На основании этих фактов можно сделать некоторые существенные выводы.

Во-первых, преобладание взбросов и надвигов свидетельствует об образовании данных форм в обстановке сжатия. Во-вторых, разрывные нарушения должны были развиваться в конце пластической фазы деформаций и в большинстве случаев заканчивать ее. В-третьих, по отношению к складчатым структурам разрывные нарушения могли быть только вторичными, подчиненными им как по масштабу, так и по форме.

В заключение следует рассмотреть особенности соотношения единичных складок данного типа друг с другом, а также и с описанными ранее более крупными формами. Приведенный выше фактический материал свидетельствует о том, что эти складки в пределах отдельных групп располагаются на площади более или менее единообразно. Сравнительно редко констатируются существенные расхождения в их простираниях. Наряду с этим отмечается довольно хорошее совпадение их ориентировок с теми более крупными складчатыми структурами, которые они осложняют. Так, подавляющее большинство мелких дисгармоничных складок, связанных с синклиналями коробления, располагается строго параллельно их крыльям. Складки, осложняющие наиболее крупные штамповые формы, также обычно располагаются в соответствии с их контурами, хотя в соотношениях тех и других иногда отмечаются и некоторые расхождения.

Данные черты строения рассматриваемых складок прежде всего позволяют сделать заключение, что их отдельно взятые группы формировались, вероятно, в результате самостоятельных, не зависящих друг от друга процессов, развивавшихся на различных стратиграфических и гипсометрических уровнях в разных частях герцинского структурного этажа. Можно считать также, что причины возникновения каждой складчатой формы в пределах группы одни и те же. Это и обеспечивало общность их строения и расположения. Наконец, следует считать, что эти причины были тесно связаны с формированием более крупных складчатых структур, в частности штамповых складок и складок коробления. Все эти выводы представляют большой интерес и дают важный материал для суждения о динамике происходившего здесь некогда процесса.

Заслуживает внимания и последняя из отмеченных морфологических особенностей мелких складок герцинского мегантиклинория Каратау — их обычно довольно отчетливо выраженная конгруэнтность. Во всех многочисленных складчатых группах этого типа наблюдалось равномерное чередование антиклиналей и синклиналей и только их единичные формы представляли собой антиклинали без смежных синклинальных изгибов.

Из сказанного можно заключить, что степень конгруэнтности рассматриваемых складок является сходной с той, которой обладают складки коробления.

Итак, анализ важнейших морфологических особенностей строения последней группы герцинских складок Каратау позволяет сделать вывод о их принадлежности к типу, вероятно, возникшему в процессе дифференцированного течения слоистых толщ. Как уже отмечалось, эти складки играют в строении герцинского мегантиклинория района подчиненную роль. Вместе с тем они распространены довольно широко и поэтому могут рассматриваться как весьма характерные структурные элементы любых складчатых зон. Учитывая этот вывод, следует, как и в других случаях, прежде всего попытаться выяснить все важнейшие стороны кинематики процесса их формирования в наиболее общем виде, т. е. вне зависимости от порождающих его причин.

Механизм образования складок течения весьма сложен и характеризуется совершенно особыми чертами. Как уже указывалось выше, он должен рассматриваться в качестве побочного явления, происходящего при пластической миграции вещества пород. Очень важно понять, что деформации, связанные с течением вещества, происходят и при образовании других типов складок, но там они сопровождают складкообразовательный процесс, а здесь — обусловливают его. Сущность процесса заключается в следующем. В некоторых зонах земной коры могут в результате разных причин возникать локальные силовые поля, способные обусловить пластическую миграцию вещества отдельных компонентов ее разреза (рис. 136). В связи с обычной анизотропией слоистых толщ скорости течения слоев в общем случае должны быть различными, что неизбежно проявится в искривлении «потока», т. е. в возникновении разнообразных по сложности складчатых деформаций. Обращаясь к подробному рассмотрению особенностей данного процесса, следует прежде всего отметить, что траектории частиц пород, перемещающихся в пластическом потоке, могут быть чрезвычайно сложными.

Несомненно, что наряду с горизонтальными они будут иметь и вертикальные составляющие, причем соотношения между теми и другими могут варьировать очень широко. Обладая различными скоростями, частицы пород будут уподобляться частицам перемещающейся жидкости. В связи с тем что данный процесс может идти лишь при достаточно высоком всестороннем давлении, здесь всюду будет обстановка только сжатия. Между тем деформации геометрически могут быть самыми разнообразными. Внешне, наряду с неизбежным увеличением мощности слоев, будет происходить и ее уменьшение, т. е. как бы растяжение, по существу представляющее собой своеобразное расплющивание.

Заслуживает внимания и вопрос о возможной дифференциации слоев внутри данного пластического потока. Ранее (Бронгулеев, 1947) уже предлагалось ввести понятие о так называемых активных и пассивных слоях. Те слои, вещество которых при данных условиях будет обладать наиболее высокой подвижностью, должны играть во всем рассматриваемом процессе ведущую роль. Напротив, слои относительно менее пластичные и, следовательно, менее подвижные должны находиться по отношению к первым в подчиненном положении.

Очевидно далее, что ширина пластического потока в наиболее общем случае будет определять протяженность формирующихся в его пределах складок. Наличие слоистости пород предполагает возможность достаточно широкого распространения этого процесса и, следовательно, линейного строения деформаций. Эллиптические складки течения должны считаться сравнительно редкими формами, округлые же будут возникать только в виде исключений. В отличие от двух предыдущих типов складок, складки течения могут иметь сколь угодно сложные формы поперечных сечений. Их морфологическое разнообразие будет зависеть от интенсивности процесса течения слоистых толщ, которая в свою очередь определится физическими свойствами пород, слагающих эти толщи. Трудно ожидать, чтобы такие складки достигали крупных размеров. Локализация пластического потока в определенных зонах разреза должна ограничивать и габариты возникающих в его пределах деформаций (по вертикали).

Неравномерность процесса течения вещества пород, зависящая от множества нередко совершенно случайных факторов, должна предопределять сложность пространственных ориентировок образующихся складок и в частности большое разнообразие в наклонах их осевых поверхностей и степени асимметрии. По-видимому, это разнообразие в значительной мере должно определяться величиной «стесненности» пластического потока. В случае большой мощности последнего формирующиеся изгибы слоев не будут «опираться» своими крыльями на расположенные ниже не затронутые деформацией базальные слои. Они (как формы) могут «отрываться» от этих слоев и «плыть» в общей массе перемещающегося вещества. Естественно, что при этом они будут принимать весьма различные наклоны.

Столь же естественным кажется и возникновение в данном процессе асимметричных складок. Дело в том, что течение материала слоистых толщ в наиболее общем случае может быть только односторонним. Эта черта неизбежно предопределит неравномерность концентрации перемещающихся масс в разных частях образующихся складок и, следовательно, их асимметрию. Простые эксперименты с выдавливанием пластичных материалов (Лебедева, 1956, 1958, 1962 и др.) хорошо подтверждают сказанное.

Как уже отмечалось в других работах автора, складки течения могут формироваться большей частью на определенных глубинах от земной поверхности. В связи с этим никаких следов изменения литологического состава образующих их пород, как правило, быть не должно. Исключением могут являться складки «свободного течения», развивающиеся, в частности, в осадках при подводно-оползневых процессах, о чем речь будет идти ниже. Нужно отметить, что и в этих случаях при малых масштабах складкообразовательного процесса вряд ли возможны литологические изменения слоев в пределах отдельных частей единичных форм. Значительно более важной можно считать проблему текстурных изменений слоистых толщ. Во многих случаях, как известно, процесс течения пород вызывает полную перестройку их первичных текстур. Наиболее интенсивным этот процесс должен быть на больших глубинах, где он сможет проявляться в различной степени динамометаморфизма пород. Данная черта во многих случаях будет существенно отличать складчатые структуры течения от двух предыдущих типов.

В связи с тем что формирование складок течения связано с процессом перераспределения вещества пород, следует ожидать значительных изменений мощности образующих складки слоев. Границы последних могут не изменяться, но материал внутри них будет то расплющиваться, то, наоборот, нагнетаться. Помимо складчатости, следствием данного процесса может быть также разлинзовывание пород и будинаж.

Поскольку течение пород может происходить лишь в определенных зонах, а главное на определенных стратиграфических уровнях, возникающие на его фоне складчатые деформации неизбежно будут резко дисгармоничными. Вероятно, это явление сможет развиваться сразу на нескольких горизонтах и порождать многоэтажные складчатые группы. Затухание ^дислокаций по вертикали может быть и резким (например, на границе раздела пород с различными физическими свойствами) и постепенным (в случаях определенной изотропности разреза).

^Заслуживает внимания и вопрос о типах разрывных нарушений, сопутствующих рассматриваемым складчатым структурам. Прежде всего следует отметить, что подавляющая масса возможных разрывов, и особенно разрывных смещений, должна относиться к классу надвигов, возникающих в конце пластической фазы деформации. Поскольку эти разрывы завершают развитие складчатых форм, они должны быть теснейшим образом с ними связаны. В частности, их простирания, характер расположения поверхностей смещений, наклоны последних и другие особенности должны строго отвечать соответствующим элементам складок. В тех случаях, когда процесс течения развивается в высокопластичной среде (например, в осадках), появление разрывов является вообще маловероятным (это относится и к кливажу). Наконец, по-видимому, все разрывные нарушения, связанные со складками течения, должны иметь волнистые, притертые поверхности без брекчий трения и без зеркал скольжения. Этот вывод можно сделать, учитывая общую обстановку складкообразовательного процесса, протекающего, как отмечалось выше, в условиях высокого всестороннего сжатия.

Пластическое течение комплексов слоев может, по-видимому, вызывать появление как одиночных складчатых форм, так и их групп. В первом случае должны возникать преимущественно антиклинали, во втором — чередование антиклинальных и сиклинальных форм. Сам процесс течения возможен лишь при определенной разности потенциалов давлений. Очевидно, что расположение складок, возникающих под действием силовых полей, будет определяться направлением их эквипотенциальных поверхностей. Очевидно также, что по этой причине ориентировки складок в каждой данной их группе должны быть сходными, т. е. складки, как правило, будут располагаться параллельно друг другу. Если процесс образования силовых полей окажется связанным с процессом роста более крупных складчатых форм других кинематических типов (подробнее об этом см. далее), то следует ожидать совпадения простираний этих последних с простиранием и осложняющих их более мелких складок течения.

Динамика процесса формирования складок течения

Совокупность установленных особенностей кинематики процесса течения слоистых толщ земной коры и возникающих при этом весьма своеобразных складчатых структур позволяет довольно близко подойти и к решению наиболее сложной части всей задачи: к выяснению причин, обусловливающих данный процесс. Как и в рассмотренных выше случаях, наибольшие трудности возникают в связи с проблемой сил, создающих те локальные поля напряжений, которые способствуют пластической миграции вещества пород. Источников этих сил может быть несколько, но конкурировать сейчас, по-видимому, могут лишь две существенно различные схемы их происхождения. Согласно одной из них, которую для краткости целесообразно называть в дальнейшем компрессионной, возникновение ограниченных по площади силовых полей в слоистых толщах может быть связано с перераспределением их веса при вертикальных движениях земной коры. Другая схема представляет собой разновидность уже рассмотренной выше гравитационной схемы.

—Источник—

Бронгулеев, В.В. Проблема складкообразования в земной коре/ В.В. Бронгулеев.- М.: Недра, 1967.- 282 с.

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава