Складки изгиба и портьерные складки

До сих пор мы рассматривали только различные типы складок продольного изгиба, возникающих при боковом сжатии. В этом разделе описывается другой тип складок, — складки изгиба (bending folds), которые образуются под действием неоднородных сжимающих напряжений, действовавших перпендикулярно или почти перпендикулярно к слоистым структурам. Складки изгиба обнаружены в толщах, проткнутых соляными куполами или перекрывающих глыбовые блоки фундамента, а также в гнейсовых слоях, окружающих мантийные гнейсовые купола. Примеры складок изгиба, ассоциирующих с соляными куполами в шт. Техас, изображены на рис. 5.26. Структурные особенности складок изгиба были изучены теоретически и экспериментально многими исследователями, начиная с опубликования в 1951 г. теории Хафнера (Паркер и Макдоуэлл, 1955, Санфорд, 1959, Рамберг, 1963, Флетчер, 1972, Икеда и Шимамото, 1974, Каплес 1977).

На рис. 5.27 показаны результаты, полученные при анализе методом конечных элементов складок изгиба, возникших в сложной среде, состоящей из ньютоновских жидкостей под действием синусоидального смещения снизу. Форма нижележащего геологического тела прямо отражается в форме складок. Амплитуды кладок уменьшаются кверху, и у верхних границ складки исчезают. По мере развития смещения в верхней части залегающего внизу геологического тела горизонт, на котором исчезают кладки, поднимается вверх. Распределение деформаций в складках изгиба характеризуется постепенным изменением направления максимального удлинения (если слои пластичны, ожидается, что при интенсивных деформациях сланцеватость пли кливаж развиваются в этом направлении) от параллельного слоистости в антиклинальной зоне до перпендикулярного в синклинальной (см. рис. 5.27, а). Таким образом, слои становится тоньше в антиклинальной зоне и мощнее — в синклинальной, отражая распределение деформации. Удлинение компетентных слоев почти однородно, что приводит к отсутствию заметных изменений в распределении мощности. Некомпетентные слои между ними обнаруживают заметное увеличение и уменьшение мощности в синклинальной и антиклинальной зонах, соответственно (см. рис. 5.27, б) Направление максимального удлинения в компетентных слоях почти везде субпараллельно слою. Распределение деформаций на рис. 5.27, а напоминает распределение деформаций в упругих складках изгиба, изученных Хафнером (1951). Основываясь на этом распределении напряжений, Хафнер показал, что нормальные и обратные сбросы будут образовываться в антиклинальной и синклинальной зонах, соответственно. Нормальные радиальные сбросы, развитые вокруг купола и показанные на рис. 5.26, б, по-видимому, можно интерпретировать аналогично.

Стеффансон (1971) изучал складки изгиба в слоях известняка, ассоциирующих с глинистыми диапирами на о-ве Оланд на юге Швеции и сообщил, что формы складок и распределения мощностей весьма напоминают изображенные на рис. 5.27. Он установил, что когда система состоит из чередующихся известняковых и аргиллитовых слоев, известняк играет роль компетентных слоев, а аргиллит — некомпетентных. Изменения мощностей также удивительно совпадают с рис. 5.27, б. К сожалению, насколько известно авторам, не существует хороших примеров природных складок изгиба, которые были бы изучены достаточно детально, чтобы можно было сравнить естественное распределение напряжений и деформаций с результатами теоретических исследований и экспериментов.


Складка изгиба в перекрывающих толщах, возникшая в результате дифференциальных движений глыбовых блоков фундамента, часто называется портьерной складкой (drape fold), потому что складчатые толщи покрывают поднятые блоки фундамента подобно скатерти. На примере природной портьерной складки, изображенной на рис. 5.28, видно, что она развивалась согласно с поднимавшимся блоком, повторяя его форму. Многочисленные портьерные складки были обнаружены на западе США (Пруча и др., 1965; Стеарнс, 1971, Стеарнс и Вейнберг, 1975 и др.). Цунеши (1966) сообщал об аналогичных геологических структурах, обнаруженных в восточной части Абукума в Японии. Эти портьерные складки формировалась на незначительной глубине, поэтому деформации фундамента и перекрывающих толщ преимущественно хрупкие. Даже если толщи смяты в складки как единое целое, в них очень часто развиваются многочисленные сбросы. Развитие сбросов особенно заметно в областях, примыкающих к разломам фундамента (см. рис. 5.28).

Деформации перекрывающих толщ, обусловленные дифференциальными движениями блоков фундамента, были экспериментально изучены Гзовским и Ма Чином (1968), Кодама и др. (1974, 1976) и Фрейдманом и др. (1976). Фрейдман и другие воспроизвели структуры (рис. 5.29), очень похожие на природные портьерные складки (см. рис. 5.28) по форме складчатых перекрывающих слоев и характеру развития сбросов. В экспериментальной портьерной складке, изображенной на рис. 5.29, в перекрывающих слоях над поднимающимся блоком, сформировался грабен, отражающий растягивающее напряжение, параллельное этим слоям. Структура, удивительно напоминающая грабен, изображенный на рис. 5.29, была обнаружена в портьерной складке горы Рэттлснейк (rattlesnake — гремучая змея) в шт. Вайоминг (США). Фрейдман и др. изучили распределение напряжений в портьерной складке по направлениям микротрещин, развитых в кварцевых и кальцитовых зернах (см. рис. 5.29). Ганги и др. (1977) теоретически получили распределение напряжений, в достаточной степени согласующееся с результатами экспериментов. Однако, к сожалению, никаких детальных анализов распределения напряжений в природных портьерных складках пока не было опубликовано (возможно, ученые опасаются гремучих змей).

Следует отметить, что складки изгиба и портьерные складки заметно отличаются от складок продольного изгиба по форме и распределению напряжений и деформаций. Поскольку структурные особенности отражают различия механизмов складкообразования, можно сделать заключение о механизмах образования природных складок, изучая их структуры. Кислая магма, благодаря высокой вязкости согласно внедряясь в слоистые породы, часто принимает форму низкого купола с плоским основанием, называемую «лакколитом» (laccolith) (Биллингс, 1972).

Толщи, залегающие непосредственно над магмой, выталкиваются вверх и образуют куполообразную структуру, которая является одной из разновидностей складок изгиба. Механические процессы образования лакколитов детально изучены Джонсоном (1970), Джонсоном и Поллардом (1973) и Поллардом (1973).