Введение
Стопка изначально плоских поверхностей
В структурной геологии складка – это стопка изначально плоских поверхностей, таких как осадочные слои, которые изгибаются или искривляются ("складываются") при постоянной деформации. Складки в горных породах варьируются в размере от микроскопических складок до складок размером с гору. Они встречаются как отдельные изолированные складки или в периодических сериях (известных как складчатые цепи). Синседиментарные складки – это складки, образовавшиеся в процессе осадконакопления. Складки формируются в разнообразных условиях напряжения, порового давления и температурного градиента, что подтверждается их наличием в рыхлых отложениях, во всем спектре метаморфических пород и даже в виде первичных структур течения в некоторых магматических породах. Набор складок, распространенных в региональном масштабе, образует складчатый пояс – типичную особенность орогенных зон. Складки обычно формируются в результате укорочения существующих слоев, но также могут образовываться в результате смещения по непланарному разлому (складка изгиба разлома), на конце распространяющегося разлома (складка распространения разлома), в результате дифференциальной компакции или под воздействием высокоуровневого магматического интрузива, например, над лаколитом.
Складывание терминологии
Сгибающий шарнир – это линия, соединяющая точки максимальной кривизны на сложенной поверхности. Эта линия может быть прямой или изогнутой. Термин «линия шарнира» также используется для обозначения этой характеристики. Сложенная поверхность, рассматриваемая перпендикулярно направлению укорочения, может быть разделена на области сгиба и крылья; крылья являются боковыми поверхностями складки, и они сходятся в зоне сгиба. В пределах зоны сгиба находится шарнирная точка, которая является точкой минимального радиуса кривизны (максимальной кривизны) складки. Гребень складки представляет собой наивысшую точку поверхности складки, а впадина – наинизшую. Точка перегиба складки – это точка на крыле, в которой меняется направление выпуклости; у регулярных складок это обычно середина крыла. Осевая поверхность определяется как плоскость, соединяющая все линии шарниров наложенных сложенных поверхностей. Если осевая поверхность плоская, она называется осевой плоскостью и может быть описана по азимуту и углу наклона. Складки могут иметь ось сгиба. Ось сгиба – это наиболее близкое приближение к прямой линии, которая при перемещении параллельно самой себе генерирует форму складки (Рамсей, 1967). Складка, которая может быть сгенерирована осью сгиба, называется цилиндрической складкой. Этот термин был расширен и включает в себя близкие к цилиндрическим складки. Часто ось сгиба совпадает с линией шарнира.
Размер складки
Небольшие складки довольно часто наблюдаются в обнажениях, крупные – редко, за исключением более засушливых регионов. Однако, небольшие складки часто могут служить ключом к пониманию крупных складок, с которыми они связаны. Они отражают ту же форму и стиль, направление замыкания крупных складок, а их слоистость указывает на положение осевых плоскостей крупных складок и направление их опрокидывания.
Форма складки
Складка может иметь форму шеврона, с плоскими крыльями, пересекающимися под углом, быть куспитальной с изогнутыми крыльями, круговой с изогнутой осью или эллиптической с разной длиной волны.
Прочность складок
Плотность складчатости определяется величиной угла между крыльями складки (измеренного касательно к сложенной поверхности по линии изгиба каждого крыла), который называется углом между крыльями. Слабоскладки имеют угол между крыльями от 180° до 120°, открытые складки – от 120° до 70°, близкие складки – от 70° до 30°, а тесные складки – от 30° до 0°. Изоклинали, или изоклиновые складки, имеют угол между крыльями от 10° до нуля, с практически параллельными крыльями.
Симметрия складков
Не все складки симметричны относительно своей оси. Складки с относительно равными по длине крыльями называются симметричными, а с сильно различающимися по длине крыльями – асимметричными. Ось асимметричных складок обычно наклонена к первоначальной расслоенной поверхности, на которой они образовались.
Направление и вергенция
Вергенция рассчитывается в направлении, перпендикулярном оси складки.
Линейный
Антиклинали: линейные, пласты обычно погружаются от осевой линии, самые древние пласты в центре, независимо от ориентировки. Синклинали: линейные, пласты обычно погружаются к осевой линии, самые молодые пласты в центре, независимо от ориентировки. Антиформа: линейная, пласты погружаются от осевой линии, возраст неизвестен или инвертированы. Синформа: линейная, пласты погружаются к осевой линии, возраст неизвестен или инвертированы. Моноклиналь: линейная, пласты погружаются в одном направлении между горизонтальными слоями по обеим сторонам. Рухляковая складка: линейная, складная осевая плоскость ориентирована под малым углом, что приводит к опрокинутым пластам в одной крыле складки.
Сгибание, вызванное неисправностью
Многие складки напрямую связаны с разломами, обусловлены их развитием, сдвигом и компенсацией деформаций между соседними разломами.
Сгибание по ушибам
Сгибы изгиба разломов вызываются смещением вдоль непланарного разлома. В невертикальных разломах висячая порода деформируется, чтобы компенсировать несоответствие по разлому по мере продвижения смещения. Сгибы изгиба разломов возникают как при растяжении, так и при сдвиге-надвиге. При растяжении листрические разломы формируют опрокинутые антиклинали в своих висячих породах. При сдвиге-надвиге антиклинали наслоения образуются всякий раз, когда разлом надвига пересекает участок от одного горизонта отрыва к другому. Смещение по этому более крутому участку (рампе) генерирует складчатость.
Сгибание с распространением дефекта
Складчатость, связанная с распространением разлома, или складчатость по линии фронта разлома, возникает при смещении вдоль существующего разлома без его дальнейшего распространения. Как при обратных, так и при нормальных разломах это приводит к складчатости вышележащей толщи пород, часто в форме моноклинали.
Складка отделительных элементов
Когда сброс-надвиг продолжает смещаться по плоскости отслоения без дальнейшего распространения разрыва, могут формироваться складки отслоения, как правило, коробчатого типа. Обычно они возникают над хорошо выраженным отслоением, например, в горах Юра, где отслоение происходит по среднетриасовым эвапоритам.
Сгибание в зонах сдвига
Зоны сдвига, близкие к простому сдвигу, обычно содержат небольшие асимметричные складки, направление опрокидывания которых соответствует общему направлению сдвига. Некоторые из этих складок имеют сильно изогнутые оси и называются пластинчатыми складками. Складки в зонах сдвига могут быть унаследованы, сформированы из-за ориентации слоистости, существовавшей до сдвига, или образованы вследствие неустойчивости внутри потока сдвига.
Игнозный проникновение
Размещение магматических интрузий обычно приводит к деформации вмещающих пород. В случае высокоуровневых интрузий, расположенных близко к поверхности Земли, эта деформация концентрируется над интрузией и часто проявляется в виде складчатости, например, верхней поверхности лаколита.
Складывание потока
Соответствие слоев горных пород называется компетентностью: компетентный слой или пласт горных пород способен выдерживать приложенную нагрузку, не разрушаясь, и является относительно прочным, в то время как некомпетентный слой относительно слаб. Когда горная порода ведет себя как жидкость, как в случае очень слабой породы, такой как каменная соль, или любой породы, погребенной на достаточную глубину, обычно наблюдается текучая складчатость (также называемая пассивной складчатостью, поскольку оказываемое сопротивление незначительно): слои кажутся смещенными без искажений, принимая любую форму, навязанную им окружающими более жесткими породами. Слои просто служат индикаторами складчатости. Подобная складчатость также характерна для многих магматических интрузий и ледникового льда.
Складывающие механизмы
Складчатость горных пород должна обеспечивать равновесие между деформацией слоев и сохранением объема горной массы. Это достигается за счет нескольких механизмов.
Сдвиги
Сгибание позволяет образованию складок за счет создания параллельного смещения между слоями горных пород, что в совокупности приводит к деформации. Хорошая аналогия – это сгибание телефонного справочника, где сохранение объема достигается за счет скольжения между страницами. Складка, образованная сжатием компетентных (прочных) слоев горных пород, называется складкой изгиба.
Сгибание
Как правило, считается, что складкообразование происходит за счет простого выпучивания плоской поверхности и вмещающего её объема. Изменение объема компенсируется укорочением объема параллельно слоям, при этом происходит увеличение его толщины. Складкообразование по этому механизму обычно приводит к схожему стилю складок, где истонченные крылья укорачиваются в горизонтальном направлении, а утолщенные петли – в вертикальном.
Массовое смещение
Если деформация складчатости не может быть компенсирована сгибательным скольжением или укорочением за счет изменения объема (схлопыванием), то породы обычно удаляются из зоны действия напряжения. Это достигается посредством растворения под давлением – формы метаморфического процесса, при котором породы укорачиваются за счет растворения компонентов в областях высокой деформации и их последующего осаждения в областях с меньшей деформацией. Складки, образованные таким образом, встречаются, например, в мигматитах и областях с ярко выраженным осевым плоскостным расслоением.
Механика складывания
Складки в горных породах формируются под воздействием поля напряжений, в котором эти породы находятся, а также реологии, то есть способа реагирования породы на напряжение, в момент его приложения. Реология слагаемых слоев определяет характерные особенности складок, которые измеряются непосредственно в полевых условиях. Породы, которые легче деформируются, образуют множество складок с коротными волнами и большой амплитудой. Породы, которые деформируются с трудом, образуют складки с длинными волнами и малой амплитудой.
Горнодобывающая промышленность
Слои горных пород, образующие складки с шарниром, должны вмещать значительные деформации в зоне этого шарнира. Это приводит к образованию пустот между слоями. Эти пустоты, и особенно то, что давление воды в них ниже, чем снаружи, служат триггером для отложения минералов. На протяжении миллионов лет этот процесс способен аккумулировать большие количества микроэлементов из обширных участков горных пород и концентрировать их в определенных местах. Это может быть механизмом образования жил. Таким образом, при поиске жил ценных минералов целесообразно обращать внимание на сильно сложенные горные породы, и именно поэтому горнодобывающая промышленность проявляет большой интерес к теории геологического сложения.
Нефтяная промышленность
Антиклинальные ловушки формируются в результате складчатости горных пород. Например, если пористый песчаник, перекрытый сланцем с низкой проницаемостью, сминается в антиклинорий, это может создать ловушку для углеводородов, где нефть накапливается в верхней части складки. Большинство антиклинальных ловушек образуется под действием бокового давления, вызывающего складчатость слоев горных пород, но они также могут возникать в результате компактирования осадочных пород.