Однородная деформация при складкообразовании

При получении в модельных материалах складок продольного укорочения было обнаружено, что в слоистой модели до появления видимых изгибов может происходить однородная деформация укорочения вдоль слоистости, сопровождаемая соответствующим утолщением модели (рис….). Эту стадию называют первой или начальной стадией складкообразования. Чем толще и податливее слои, тем большую однородную деформацию они испытывают до появления в них изгибов. В ходе продольного сжатия разнородной слоистой толщи раньше других перестают однородно деформироваться и начинают изгибаться слои более тонкие и вязкие. Следовательно, отсутствие в разрезе слоистой толщи таких слоев благоприятствует ее однородному продольному укорочению без образования складок.

Если быть точным, то однородная деформация продольного укорочения (ее часто называют сплющиванием) идет одновременно с изгибом, но на первой стадии доля изгиба в общей деформации крайне мала.

Трудно обнаружить однородную деформацию до образования складок в природных геологических структурах и совсем нелегко определить ее величину. Это связано с тем, что мы не знаем исходной мощности слоев и соответственно лишены критериев для определения степени их утолщения. Если в породах имеется сплошной кливаж или сланцеватость, преломляющиеся на границах слоев разного состава, то это свидетельствует о наличии стадии однородного доскладчатого укорочения, на которой этот кливаж и формировался. Текстура, сходная с кливажем, была получена также в модели (рис….).

Помимо однородного укорочения слоев до образования складок, однородная деформация всех слоев толщи может наступить и после образования складок. Начиная с этого времени, раздельный изгиб слоев, видимо, больше уже происходить не может, т. е. такая однородная деформация представляет собой заключительную стадию складкообразования.

Однородная деформация, естественно, не приводит к возникновению новых складок, но ранее существовавшие продолжают расти и увеличивают свою амплитуду. Однородная деформация не изменяет соотношений осевых мощностей в разных частях складок. Следовательно, если осевые мощности были равны, т. е. складки являлись подобными, они остаются подобными и после однородной деформации (рис….). Из этого, кстати, следует, что в природе трудно определить, была ли при образовании подобных складок заключительная стадия однородной деформации. Если складки были концентрическими, т. е. осевые мощности слоев в крыльях были больше, чем в замках, те же соотношения осевых мощностей остаются и после однородной деформации, хотя складки перестают быть концентрическими (рис.8...).

Однородная деформация толщи всегда вызывает изменение нормальной мощности слоев. Участки слоев, расположенные под углом менее 45° к направлению укорочения, утолщаются, а расположенные под углом более 45° – становятся тоньше. Так как угол между направлением укорочения и слоистостью изменяется в ходе деформаций, одни и те же участки слоя могут сначала испытывать утолщение, а потом – утонение. С первым может быть связано образование дополнительных, более мелких складок, а со вторым – будинаж и разлинзование слоев.

При однородной деформации толщи, смятой в складки и продолжающей укорачиваться в прежнем направлении, происходит, как это ясно из рис…., сдвиг кровли слоя относительно его подошвы. Напомним, что он отсутствует в концентрических складках и местах перегиба крыльев подобных складок. Для остальных частей подобных складок такой сдвиг является следствием сочетания изгиба с неоднородным укорочением-удлинением.

В чем причина перехода от изгиба к однородной деформации? Мы знаем, что сами по себе геометрические свойства концентрических складок ставят предел их дальнейшему росту тем же способом. Что же касается подобных складок, то их развитию путем изгиба геометрические свойства складок предела не ставят. Наиболее известная причина смены изгиба однородной деформацией состоит в том, что по мере роста складок, т. е. по мере увеличения угла между слоистостью и направлением наибольшего укорочения в крыльях увеличивается нормальная к напластованию составляющая сжимающих сил. Этим все больше затрудняется необходимое для изгиба взаимное проскальзывание слоев, и в конце концов наступает такое положение, когда для однородной деформации самих слоев требуется меньшая работа, чем для преодоления трения между слоями вместе с работой изгиба. Тогда дальнейшее укорочение толщи реализуется через однородную деформацию. При каких именно углах наклона слоев изгиб начинает сопровождаться однородной деформацией, а потом полностью сменяется ею – это зависит от деформационных свойств пород, мощности слоев, скорости деформирования и т. д.

Существуют, по-видимому, и другие причины перехода от изгиба к однородной деформации. Этому может способствовать такое увеличение мощности слоев в замках складок, которое приводит к тому, что замок перестанет быть местом, где деформация идет быстрее, чем в других частях складки.

В природе трудно выявить признаки однородного укорочения после формирования складок. В принципе, можно было бы использовать геометрические соотношение кливажа со складками. Как мы знаем, кливаж образуется в условиях однородной деформации укорочения-удлинения перпендикулярно оси максимального укорочения. Значит, если имеется кливаж, пронизывающий все слои и параллельный осевой поверхности складки, то можно сделать вывод, что он возник на стадии однородной деформации укорочения после изгиба. Однако в обнажениях такие соотношения наблюдаются редко. Так, на рис. …. показана складка с кливажем, который на первый взгляд параллелен осевой поверхности. Но при внимательном рассмотрении можно увидеть участки, где он преломляется. Кроме того, если на первой стадии складкообразования возникает сплошной кливаж в пачках слоев с близкими деформационными свойствам, то впоследствии его ориентировка будет крайне мало отличаться в смежных слоях, и он может производить на первый взгляд впечатление «наложенного» на складки.

Три стадии складкообразования. Итак, судя по полевым наблюдениям и экспериментальным данным, продольное укорочение слоистой толщи в целом можно разделить на три стадии: однородное укорочение, собственно складкообразование, завершающая однородная деформация (рис. …). Эти стадии могут проявиться в разных частях толщи в разной степени, вплоть до выпадения любой из них (кроме, собственно складкообразования), и сменять одна другую в разное время.

Мы с вами уже рассмотрели эти стадии, но не учли одно обстоятельство. Однородная деформация протекает и на стадии изгиба.Действительно, поскольку в сминаемой толще сжимающие напряжения, параллельные исходному положению слоистости, остаются больше сжимающих напряжений, нормальных к исходному положению слоистости, то в толще все время протекает соответствующая деформация, однако ее доля в суммарной деформации на стадии изгиба невелика. Установить наличие такой деформации можно с помощью геологических наблюдений. Так как слои в крыльях складок при изгибе все время поворачиваются, оси однородной деформации меняют по мере роста складок свое положение относительно материальных частиц слоев. Поэтому такая деформация не может привести к появлению упорядоченной текстуры нигде, кроме как в непосредственной близости от осевых плоскостей, где поворот незначителен. Если наблюдается развитие новой упорядоченной текстуры, угасающей от осевой плоскости к крыльям складок, значит во время изгиба была и существенная однородная деформация. И такое распределение текстуры в складке встречается довольно часто (рис….).