Складчатые нарушения

Наблюдая толщи горных пород, смятые в складки, кажется, что формы складок бесконечно разнообразны. На самом деле их можно свести к нескольким основным типам и легко различать в кажущемся хаосе различных по форме и по размерам складок (рис. 37-39 на цвет­ной вклейке).

Два типа складок являются главными: антиклинальная и синкли­нальная (рис. 17.9). Первая складка характеризуется тем, что в ее цен­тральной части, или ядре, залегают более древние породы; во второй — более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки на­клонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы, описываемые всеми геологами одинаково: крыло складки, угол при вершине складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки (рис. 17.10, 17.11).

Рис. 17.10. Основные элементы складки: 1 — крыло складки; 2 — осевая поверхность складки; 3 — угол при вершине складки; 4 — ось складки (линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью); 5 — шарнирная линия складки; 6 — замок складки

Рис. 17.11. Соотношение между осевой поверхностью складки (1), осью складки (2) и шарнирной линией складки (3). При наклонном положении складки ось и шарнирная линия в пространстве не совпадают

С помощью этих понятий, обозначающих разные части (элементы) складок, их легко классифицировать. Например, характер наклона осе­вой поверхности складки позволяет выделять следующие виды скла­док: 1) прямые, 2) наклонные, 3) опрокинутые, 4) лежачие, 5) ныряю­щие (рис. 17.12).

Рис. 17.12. Классификация складок по наклону осевой поверхности и крыльев (складки изображены в поперечном разрезе). Складки: 1 — прямая, 2 — наклонная, 3 — опрокинутая, 4 — лежачая, 5 — ныряющая

Особенно интересны складки с разными по форме сводами. Нередко можно наблюдать складки «острые», напоминающие зубья пилы, или, на­оборот, с очень плавными, округлыми сводами (рис. 17.13). В Горном Даге­стане широко распространены крупные складки, называемые «сундучны­ми» и «корытообразными». Они сложены толщами плотных известняков, изогнутых вверх наподобие сундуков и вниз — корыт. На обрывистом краю одной такой сундучной складки располагается знаменитый аул Гуниб, пос­ледний оплот восставшего Шамиля.

А/Щ1Я

6 * 7 8

Рис. 17.13. Типы складок по форме замка: 1 — острые, 2 — округлые, 3 — сундуч­ные, 4 — корытообразные; по углу при вершине складки: 5 — открытые, 6 — закры­тые, 7 — изоклинальные, 8 — веерообразные

Проведем простой опыт: возьмем любой журнал и начнем его сгибать в складку. Мы увидим, что страницы скользят и смещаются друг относи­тельно друга и без такого скольжения изгиб журнала вообще невозможен. Точно так же ведут себя и слои горных пород, сминаемые в складку. Они скользят друг по другу, и при этом в своде складки мощность слоев увели­чивается, т. к. материал слоев, раздавливаясь на крыльях, нагнетается и перемещается в своды складок. Такие складки называются подобными, по­тому что углы наклона всех слоев в крыле складки одинаковы и не меня­ются с глубиной. Но есть другой тип изгиба, когда, наоборот, мощность слоев остается везде неизменной, но при этом форма свода складки должна изменяться (рис. 17.14). Такие складки называются концентрическими.

Рис. 17.14. Складки: 1 — концентрические, 2 — подобные

1 2

Существует еще один очень интересный тип складок — диапировый. Образуется он в том случае, когда в толщах горных пород присутству­ют пластичные и относительно легкие породы, например, такие как соль, гипс, ангидрит, реже глины. Плотность соли (2,2 г/см³) меньше, чем плотность осадочных пород (в среднем 2,5-2,6 г/см³). В далекие времена ранней перми на месте Прикаспийской впадины существовала морская лагуна, залив. Климат был сухой, жаркий, и мор­ская вода, попав в залив, периодически испарялась, а на дне отклады­вался тонкий слой соли. Так продолжалось сотни тысяч лет, и посте­пенно накапливавшаяся соль образовала пласт мощностью в десятки и сотни метров. Это очень большая мощность, и чтобы ее наглядно пред­ставить, посмотрите на главное здание Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. От асфальта до 24-го этажа будет ровно 125 м.

Со временем климат и условия изменились и пласт соли, медленно погружаясь, был перекрыт уже другими осадочными породами — пес­ками, глинами, известняками. Но соль легче перекрывающих ее по­род, она менее плотная. Возникла инверсия плотности, т. е. легкая масса внизу, а более тяжелая — наверху. Это состояние неустойчиво, и достаточно небольших движений, например поднятия какого-то блока
земной коры под соленосным пластом, как соль начинает перетекать, двигаться и при этом вести себя как очень вязкая жидкость. Как толь­ко на пласте соли образуются вздутия, сразу же начинает действовать Архимедова сила и соль благодаря своей относительной легкости дви­жется вверх и всплывает в виде гигантской капли или гриба.

Рис. 17.15. Строение соляного купола, ядро которого очень сильно дислоцировано, а по краям — оторочка гипса (вертикальная штриховка)

2 КМ

Геологами хорошо изучена форма соляных куполов во многих рай­онах Белоруссии в Припятском прогибе, в Северной Германии,

Всплывая, соль приподнимает слои, залегающие выше, дефор­мирует их и прорывает, появляясь иногда на поверхности в виде соляного купола (рис. 17.15). Такие диапировые складки и купола широко распространены в Прикаспийской впадине, в которой име­ются соляные толщи кунгурского яруса перми, образовавшиеся примерно 265-260 млн лет тому назад. За это время выше слоя соли накопилась толща осадочных пород мощностью в несколько километров. Соль, приведенная в неустойчивое состояние тектони­ческими движениями, постепенно всплывала, образуя соляные ку­пола и диапировые складки. Поскольку соль в ядре складки обла­дает куполовидной формой, то на поверхности мы наблюдаем структуру, напоминающую разбитую тарелку, т. к. в стороны от купола отходят радиальные разломы, а между ними наблюдаются концентрические трещины. Соляные купола растут очень медлен­но, примерно на 1-3 см в год. Но за многие миллионы лет они «проходят» путь в несколько километров.

в Мексиканском заливе и других местах. Часто купола похожи на пере­вернутые капли, причем нередко они оторваны от основного слоя соли и уже «всплывают» сами по себе. Иногда верхняя часть такой гигантс­кой капли расплывается в стороны, и тогда соляной купол приобретает форму гриба на тонкой ножке.

Образование диапировых складок и соляных куполов хорошо под­дается моделированию в лабораторных условиях, в котором роль соли и осадочных пород играют специально подобранные жидкости с различной плотностью, при этом размер и время формирования моде­ли соляных куполов сокращаются в тысячи раз, но благодаря пропор­циональному уменьшению вязкости эквивалентного материала сохра­няются условия подобия реальным структурам.

Изучение районов с соляными пластами и куполами важно потому, что соль является хорошим экраном или покрышкой для нефти и газа, не пропуская их вверх. Поэтому под солью могут находиться нефтега­зовые месторождения.

Уже говорилось о том, что явления диапиризма связаны с присутстви­ем в геологическом разрезе пластичных толщ — соли, гипса, мергелей и глин. В последнем случае развивается глиняный диапиризм, хорошо изве­стный в неогеновых отложениях Керченского и Таманского полуостровов, Средне-Куринской впадины, на Юго-Восточном Кавказе. В тесной связи с глиняным диапиризмом находятся явления грязевого вулканизма, для про­явления которого, помимо пластичных глинистых толщ, необходимы плас­ты, насыщенные водой и газом. В толще таких пластов, на глубине, возни­кает аномально высокое пластовое давление, превышающее гидростатическое. Если такой участок будет нарушен разрывом, то в него устремится смесь воды, глины и газа и произойдет извержение грязевого вулкана, высота которого может достигать десятков и даже сотен метров, как, например, в Кобыстане, недалеко от Баку.

Чаще всего мы видим смятые в складки слои горных пород в поперечном разрезе, в котором они выглядят наиболее эффектно (рис. 17.16-17.18). Но если разрезать складку в горизонтальной плоскости, то мы получим форму складки в плане. И можно убедиться, что склад­ки в этом сечении также разнообразны: они могут быть вытянутыми, очень длинными, но узкими — линейными или, наоборот, овальными, почти круглыми — брахискладкамщ иногда они приобретают квадрат­ную форму (в разрезе — корыта или сундуки, о которых говорилось выше). Замыкание антиклинальной складки в плане называется перик- линалъю, а синклинальной — центриклиналью (рис. 17.20). Разнообра­зие формы складок зависит от свойств горных пород и от направления действия силы, приложенной к пластам.

Рис. 17.16. Закрытая складка. Карбонатный флиш. Таласский хребет, Северный Тянь-Шань (фото Н. С. Фроловой)

Рис. 17.17 Сильно сжатые, почти изоклинальные складки во флишевых отложениях Таласского хребта, Северный Тянь-Шань (фото Н. С. Фроловой)

Рис. 17.18. Складки в тонкослоистой карбонатно-глинистой толще в Таласском хребте, Средняя Азия, Тянь-Шань (фото Н. С. Фроловой)

Рис, 17.19. Одиночная складка в горизонтально залегающих меловых отложениях в низовьях р. Лены, Восточная Сибирь

Рис. 17.20. Складки в плане. 1 — линейная антиклинальная складка, 2 — брахи- складка синклинальная. А — периклиналь — замыкание антиклинальной складки. Б — центриклиналь — замыкание синклинальной складки

Как правило, в горных областях наблюдается сложное сочетание складок в большом объеме пород, т. е. все пространство занято склад­ками, переходящими друг в друга. Обычно такое сочетание складок называют полной складчатостью в противоположность прерывистой складчатости, характеризующейся тем, что отдельные складки разде­лены обширным пространством с горизонтальным залеганием пород, как, например, на Русской плите, где мы наблюдаем пологие отдельные складки, иногда называемые валами (рис. 17.19). Сочетание складок в областях с полной складчатостью приводит к образованию антиклино- риев (с преобладанием антиклинальных складок) и синклинориев (с преобладанием синклинальных) (рис. 17.21).

Рис. 17.21. Антиклинорий (1) и синклинорий (2)

Каким же образом возникают различные типы складок? Какие силы и сколько времени должны действовать на пласты горных пород, чтобы их перекрутить, как веревку? Был ли этот процесс относительно быст­рым или растягивался на десятки миллионов лет? Были ли силы, при­ложенные к пластам горных пород, исключительно большими или, на­оборот, очень слабыми, но действовали длительное время? Всеми этими вопросами занимается та ветвь геологической науки, которая называ­ется тектоникой. Именно тектоника рассматривает различные виды структур и условия их образования. Механизмы формирования прак­
тически всех известных типов складок можно свести к трем главным типам.

Первый тип — это складки поперечного изгиба. Они образуются в том случае, когда сила, сминающая горизонтально залегающий пласт, направлена перпендикулярно к нему (рис. 17.22Б).

А

Б

Рис. 17.22. Складчатость: А — продольного изгиба; Б — поперечного изгиба; В — нагнетания. Стрелками показано направление движения масс В

Второй тип складок — это складки продольного изгиба. В данном случае силы направлены вдоль пластов по горизонтали (рис. 17.22А). Такой тип складок можно получить, сжимая на столе толстую пачку листов бумаги. При этом отчетливо будет видно, как листы бумаги, сминаясь в складки, скользят друг по другу, иначе, как уже говорилось, смять их невозможно. Представим себе, что продольное сжатие испы­тывают слои разной вязкости: твердые песчаники и мягкие глины. При общем смятии более податливые глины будут сильнее раздавливаться и выжиматься с крыльев складок в их своды, которые будут увеличи­ваться в объеме. В них как бы накачивается, нагнетается пластичная глина.

Третий тип складок — это складки течения, или нагнетания (рис. 17.22В). Они свойственны таким пластичным породам, как глины, гипс, камен­ная соль, ангидрит, каменный уголь. Складки из таких пород отлича­ются очень прихотливой формой. Надо отметить, что при высоких тем­пературах, которые существуют на глубине несколько километров, пла­стичными становятся даже такие прочные породы, как кварциты, мраморы, известняки и песчаники.

Таким образом, формирование складок — это сложный и, самое главное, очень длительный процесс. Стоит обратить внимание на вре­мя, которое в геологии играет важную роль. Не следует думать, что складка может образоваться в течение нескольких лет. Этот процесс занимает миллионы, реже сотни тысяч лет. Тогда и силы, приложен­ные к пластам горных пород, могут быть не столь значительны, но зато устойчиво действовать длительное время, а горные породы ведут себя при этом как очень вязкая жидкость. Вместе с тем эти же породы обла­дают твердостью и хрупкостью. Если к ним быстро приложить какую- нибудь силу, например резко ударить молотком, они расколются, но при медленном сдавливании «потекут» и начнут деформироваться.

Где мы наблюдаем наиболее сложно построенные складчатые пояса, в которых нагромождение складок занимает огромные пространства? Это прежде всего участки столкновения — коллизии — крупных конти­нентальных литосферных плит, например Евро-Азиатской и Африкан­ской, между Азиатской и Индостанской, где возник грандиозный склад­чатый пояс Гималаев. Или это участки земной коры, в которых океанская плита погружается — субдуцирует в силу своей большей плотности — под континентальную (северо-восточная окраина Азии, Южно-Амери­канские Кордильеры и др.). Именно в этих зонах, хотя и медленно, в течение сотен миллионов лет со скоростью 2-8 см в год, происходит сближение и взаимодействие колоссальных масс земной коры, которые и вызывают смятие, коробление и перемещение осадочных и вулкано­генных пород.