Величина деформации при образовании складок продольного укорочения

Для целей различных геодинамических реконструкций большой интерес представляет величина продольного укорочения складчатой области или ее частей. Для определения такого укорочения чаще всего просто «распрямляют» складки, показанные на геологических разрезах поперек складчатой области. Однако так поступать можно лишь с концентрическими или близкими к ним складками, в которых не изменяется мощность, а следовательно, длина слоев (рис…..). Однако при образовании складок других типов мощность слоев изменяется, но мы не знаем их первичной мощности.

При образовании большинства складок осуществляется однородное укорочение слоев, но мы не можем, как правило, сказать, какая доля общего укорочения толщи реализуется с помощью изгиба, а какая – с помощью однородной деформации. Индикатором значительного однородного укорочения является кливаж, развитый во всех слоях. Следовательно, в пачках и толщах с таким кливажем нельзя просто «распрямлять» складки. При образовании складок с интенсивным кливажем может измениться и объем толщи.

На некоторых участках складчатой области ошибка при измерении величины продольного укорочения слоев путем простого распрямления может быть незначительной, а на некоторых – многократной.

Следует учитывать также, что величина укорочения может быть различной на разных (по высоте) уровнях складчатой толщи. Поэтому результаты, полученные по какому-либо геологическому разрезу нельзя экстраполировать.

Величину деформации укорочения-удлинения в некоторых слоях можно определить с помощью различных методов (например, используя деформированную фауну). Однако полученные цифры относятся только к некоторому элементарному объему внутри слоя и ничего не говорят об общей деформации.

Существуют методики, с помощью которых можно производить оценки продольного укорочения при образовании отдельных складок и складчатых толщ.

Один из методов был разработан Дж. Рэмси. Он ввел так называемый поправочный фактор. При его расчете как раз и учитывается величина внутрислойной деформации.

Другой метод для складок пачек слоев, в которых чередуются более вязкие и менее вязкие слои, разработал Ф.Л Яковлев. Он создал кинематическую модель, в которой «слои деформировались комбинациями определенных элементарных механизмов (изгиб и сплющивание, например), что позволило получать геометрию подобных складок с разным увеличением мощности в замке для разных по вязкости слоев. Тем самым были смоделированы основные черты природных складок. Модель была реализована в виде компьютерной программы, в которой одновременность действия механизмов обеспечивалась их малыми приращениями в большом числе итераций. По результатам вычислений построена номограмма "угол наклона крыла складки — отношение мощности компетентного слоя на крыле к его мощности в замке", на которой нанесены изолинии величины укорочения. Также по фотографии или в обнажении измеряются наклон осевой плоскости складки, наклон слоя, мощность компетентного слоя на крыле (в точке замера наклона) и в замке. По положению замера геометрии природной складки на номограмме среди изолиний определялась величина укорочения» (Яковлев, 2008).

Кливажно-складчатые парагенезы

1. Соотношение слоистости и кливажа

а) кливаж развит во всех слоях (в данном контексте, чтобы не утяжелять изложение, под кливажем понимается также секущая сланцеватость глинистых сланцев и филлитов – то, что называют также slaty cleavage)

§ прямой (редко)

§ преломляющийся

б) кливаж развит лишь в некоторых слоях (избирательный)

2. Геометрические соотношения кливажа и складок

а) сплошной (развит всюду – на крыльях и в замке)

§ параллельный осевой плоскости складки (редко)

§ прямой веерообразный во всех слоях (редко)

§ прямой веерообразный в компетентных слоях и обратный веерообразный в некомпетентных слоях

б) локальный (развит лишь в замках или на смыкающих пологих крыльях набегающих складок).

3. Связь кливажа и складок: генетическая или парагенетическая?

а) существует множество складок без кливажа;

б) описаны, правда редко, случаи развития кливажа в слоях, не смятых или смятых в крайне пологие складки;

в) следовательно, кливаж не обязан своему возникновению изгибу слоев в складки, а формирование складок не зависит от наличия кливажа;

г) кливаж и складки – это самостоятельные структуры, проявляющиеся совместно вследствие одной и той же причины, а именно, продольного укорочения слоистых толщ. Следовательно, между ними существует парагенетическая связь.

4. Схема формирования кливажно-складчатых парагенезов. Три стадии складкообразования

а) первая стадия складкообразования (чем меньше контраст вязкости слоев и больше их мощность, тем дольше длится эта стадия и тем больше однородное продольное укорочение).

Закладывается кливаж – сплошной или только лишь в менее компетентных слоях (избирательный), могут формироваться швы и муллион-структуры. Деформация происходит на уровне зерен и агрегатов зерен.

б) стадия преобладания изгиба компетентных слоев (стадия собственно складкообразования).

§ Если кливаж образовался на предыдущей стадии, то

o кливаж разворачивается в прямой веер в компетентных слоях и в обратный веер в некомпетентных слоях;

o кливаж совершенствуется, поскольку всегда есть составляющая сплющивания, перпендикулярная ему;

o вдоль поверхностей кливажа (в основном, в некомпетентных слоях) происходит сдвиг (о неизбежности сдвига см. предыдущую лекцию, при перемещении используется возникшая кливажная анизотропия). Нельзя путать этот не очень значительный сдвиг с «механизмом скалывания при образовании складок». «Складок скалывания» не существует.

§ Если кливаж в некоторых слоях не успел сформироваться на первой стадии, он может образоваться и на второй стадии, но лишь локально, в замках складок или на смыкающих крыльях набегающих складок, т.е. там, где не происходит изменения ориентировки оси укорочения по отношению к слою (см. предыдущую лекцию).

Все, что сказано о кливаже, происходит и с муллион-структурами.

На этой стадии преобладает деформация на уровне пачек слоев.

в) стадия завершающего однородного укорочения (общего сплющивания).

В принципе, может образоваться кливаж, параллельный осевой плоскости (т.е. деформация снова может перейти на уровень зерен), но, кажется, это происходит нечасто.

 

Итоги:

1. Кливаж и складки образуются в единой механической обстановке.

2. Кливаж и складки формируются в общем случае разновременно. Кливаж образуется:

§ до изгиба слоев в складки

§ лишь локально на стадии изгиба

§ изредка на стадии общего сплющивания после изгиба

3.Особенности формирования кливажа и складок.

Кливаж (а также сланцеватость) образуются:

§ в обстановке укорочения (неважно, как оно ориентировано по отношению к слоистости);

§ необходимое условие для развития собственно межзернового кливажа – наличие неоднородностей на зерновом уровне и достижение определенной величины деформации укорочения;

§ действуют механизмы зернового уровня: растворение под давлением (в случае кливажа) и , если говорить грубо-обобщенно, ориентированная перекристаллизация (в случае сланцеватости).

Складки образуются:

§ в условиях укорочения, направленного вдоль слоев или под острым углом к ним

§ необходимое условие – наличие неоднородности на более крупном уровне, а именно, существование плоских тел (слоистости)

§ ведущий механизм – изгиб слоев.

Безусловно, при формировании складок используется ранее возникшая анизотропия в виде кливажа.