Структурная геология и геологическое картирование Лекция № 5

Структурная геология и геологическое картирование Лекция № 5 «Складки»

сводообразные изгибы слоев и вообще пород, слагающих земную кору [Ф.Ю. Левинсон-Лессинг в Энциклопедическом Словаре Ф.А. Брокгауза и И.А. Эфрона, 1890–1907]; изгиб в слоях, пластах земной коры [Толковый Словарь Д.Н. Ушакова, 1935 ]; изгиб существовавшей ранее поверхности, чаще всего – стратиграфической ["Введение в структурную геологию", Э.У. Спенсер, 1981] изгиб слоя без разрыва его сплошности ["Общая геология", Н.В. Короновский, А.Ф. Якушова, 1991]; волнообразный изгиб слоев горных пород [Геовикипедия]; Определения Складки это трехмерные структуры земной коры, поэтому их описание и классификация требуют учета: – во-первых, собственной объемной геометрии складок, которую удобнее рассматривать в различных сечениях, обычно, в вертикальных (поперечном и продольном) и горизонтальном, – во-вторых, их ориентировки в пространстве

Элементы собственной геометрии складок Собственная геометрия складок не зависит от их положения и ориентировки в пространстве. Первичные элементы собственной геометрии можно непосредственно измерить, вторичные элементы условны, их можно только вычислить по геометрии первичных элементов NB! Граница между замком складки и её крылом условна Основные понятия Замок (свод, ядро) – место перегиба слоев, т.е. часть складки с минимальным радиусом изгиба (с максимальной кривизной). Крыло – часть складки с максимальным радиусом изгиба или плоская (с минимальной кривизной), обычно соединяющая смежные замки

r – радиус дуги в складке с постоянной кривизной; а–b – прямолинейный отрезок крыла; р – точка перегиба: 1 и 2 – точка на поверхности пласта, в которой пласт приобретает противоположный по направлению изгиб, 3 и 4 – точка в середине прямолинейного отрезка крыла; s – шарнирная точка: 1 и 3 – точка максимального изгиба, 2 – точка посередине между точкам перегиба; i – точка излома. Характерные точки в поперечном сечении складок Базовая классификация складок по геометрии замка и крыльев: 1 – синусоидальные, 2 – с замком постоянной кривизны; 3 – с прямолинейными крыльями; 4 – с изломом в замке.

Шарнир (S) – линия на поверхности пласта, проходящая через все шарнирные точки одной складки. Шарнир задает геометрию складки в продольном сечении, как правило, он тоже изогнут, но с большим радиусом изгиба. Осевая поверхность (AP) – поверхность, проходящая через все шарниры одной складки. Линия перегиба (Р) – линия на поверхности пласта, проходящая через все точки перегиба в одном крыле складки. Поверхность перегиба (РР) – условная поверхность, проходящая через все линии перегиба одного крыла складки. Угол складки () – условный плоский угол между крыльями складки. Ширина (полуволна) (B) – кратчайшее расстояние между соседними поверхностями перегиба. Длина волны (W) – двойная ширина складки. NB! Осевая поверхность делит угол складки пополам!

NB! Осевую поверхность иногда называют «осевой плоскостью», что не совсем верно, поскольку она, как правило, бывает изогнутой! Рисунок из учебника "Введение в структурную геологию" Э.У. Спенсера Тест № 1 А что же такое "шарнирная поверхность"? NB! Поверхность перегиба, как правило, конформна осевой поверхности!

Срединная линия (М) – линия в поперечном сечении складки, проходящая через все точки перегиба одного пласта смежных складок. Срединная поверхность (МР) – условная поверхность, проходящая через все соседние линии перегиба одного пласта смежных складок. Огибающая поверхность (ОР), или "зеркало складчатости" – условная поверхность, проходящая через все шарниры одного слоя в складках с одинаковым направлением изгиба. Высота (Н) –кратчайшее расстояние между огибающими поверхностями смежных складок одного слоя. Амплитуда (A) – кратчайшее расстояние между огибающей поверхностью и срединной поверхностью одного слоя.

Морфологические классификации складок Разнообразные классификации складок имеют своей целью не только и даже столько их систематизацию и удобство описания морфологии, сколько определение условий их формирования. Все известные классификации складок делятся на две большие группы: 1 – классификации, использующие в качестве критериев исключительно элементы собственной геометрии складок; 2 – классификации, основанные на ориентировке складок в пространстве. Базовая классификация для обеих групп не имеет отношения ни к собственной геометрии складок, ни к их положению в пространстве, важен только относительный возраст пород, слагающих ядра и крылья.  Синклиналь в ядре более молодые породы Антиклиналь  в ядре более древние породы

Основные критерии морфологических классификаций на основе элементов собственной геометрии складок: а б – соотношение ширины и длины складки (длина складки определяется также как и ширина, но в продольном сечении) 1 2 3 1 – линейные (а/б > 5) 2 – брахискладки (2 < а/б < 5), 3 – изометричные (2 < а/б < 1), атиклинали – купола, синклинали – мульды

Линейная складка. Сулеймановы горы. Пакистан. GoogleEarth Линейная складка. Сев. Прибалхашье. Казахстан. GoogleEarth Сильно вытянутые (совершенные линейные) складки. Ю. Африка. GoogleEarth Примеры линейных складок

Брахискладка. Атлас. Африка. GoogleEarth Брахиантиклиналь. Аделаида. Австралия. GoogleEarth Брахискладка. Атлас. Африка. GoogleEarth Примеры брахиморфных складок

Изометричная складка. Монголия. GoogleEarth Структура Ришат. Пологий купол диаметром 50 км. Сахара. GoogleEarth Изометричная складка. Западное Прибалхашье. Казахстан. GoogleEarth Примеры изометричных складок

Основные критерии морфологических классификаций на основе элементов собственной геометрии складок: – соотношение высоты и ширины складки 1 – высокие (А/В>1), 2 – низкие (А/В<1) 1 2 – угол между крыльями складки 1 2 3 1 – пологие, ( > 120); 2 – открытые, или тупые (120 >  > 70); 3 – закрытые, или острые (70 >  > 30); 4 – сжатые, до изоклинальных ( < 30); NB! Эта классификация представляется излишней! 4

Синклиналь. Верхний девон. Южный Урал Примеры открытых, или тупых складок Антиклиналь. Верхний девон. Южный Урал Антиклиналь. Верхний девон. Южный Урал

Синклиналь. Верхний девон. Южный Урал Примеры закрытых, или острых складок Складки. Нижний карбон. Южный Урал Синклиналь. Нижний силур. Южный Урал

Верхний девон. Южный Урал Примеры сжатых, изоклинальных складок Ордовик. Южный Урал Верхний девон. Южный Урал

Основные критерии морфологических классификаций на основе элементов собственной геометрии складок: – форма замков складок 1 – округлые, синусоидальные (замки криволинейны с шарнирной точкой, крылья расходятся); 2 – коробчатые, сундучные (замки и крылья относительно плоские, примерно параллельные, в складке две шарнирные точки); 3 – веерообразные (замки и крылья криволинейны, крылья подворачиваются внутрь замков) 4 – шевронные, аккордеонные (замки угловатые с точками излома, крылья прямолинейные)

Примеры складок Сундучная складка. Северный Памир. Фото В.И. Дронова Сундучная складка. Верхний девон. Южный Урал Веерообразные складки: А – простые, Б – с пережатыми замками

Остров Крит. Интернетресурс Примеры шевронных складок Орегон. США. Интернетресурс Карбон. Южный Урал.

Основные критерии морфологических классификаций на основе элементов собственной геометрии складок: – соотношение мощностей пластов в ядре и на крыльях складки 1 – концентрические (мощности в замках и на крыльях одинаковы, морфология складок меняется вниз и вверх по разрезу) 2 – подобные (мощности в замках больше, морфология складок сохраняется вниз и вверх по разрезу) 1 2 Схема Ван Хайза (1894) Для сохранения формы подобных складок по всему объему сминаемой толщи необходимо перераспределение вещества слоя (частичное выдавливание) из крыльев складки в ядро. Бытовой аналог подобных складок – стопка одинаковых тарелок. В концентрических складках вещество слоя не перераспределяется, поэтому слои "вынуждены" изменять радиус кривизны. Бытовой аналог концентрических складок – изогнутая пачка бумаги, в которой внутренние слои имеют малый радиус изгиба, а внешние – большой.

В концентрических складках изогоны нормальны к поверхности пласта и равны между собой В подобных складках изогоны параллельны осевой поверхности и равны между собой NB! Изогоны – элементы собственной геометрии складок, представляющие собой линии на разрезе складки, соединяющие на одном крыле точки с одинаковыми углами наклона пластов 1 2

Концентрические складки в известняках и песчаниках. Стенка. Ичмелер. Турция Т у р ц и я Примеры концентрических складок

Концентрическая складка в алевролитах карбона. Южный Урал

Складка концентрического типа. Зайдам. Тибет Т и б е т

Основные критерии морфологических классификаций на основе элементов собственной геометрии складок: – угол между осевой и срединной (или огибающей) поверхностями 1 2 1 – симметричные (угол между срединной и осевой поверхностями 90) 2 – асимметричные (угол между срединной и осевой поверхностями меньше 90)

Складки бывают и простыми, и очень сложными. Чтобы понять их строение и способы образования необходимо сначала их как-то систематизировать, для каждого типа изучить и смоделировать условия формирования, т.е. провести ОЧЕНЬ большую работу. Сложные складки в мраморах. Австрия

Мраморная колонна банка в Вене

Ось складки (О) – линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью (вариант – с рельефом). Угол наклона осевой поверхности () – плоский угол между осевой поверхностью и горизонтальной плоскостью Угол наклона шарнира () – угол между шарниром и горизонтальной плоскостью. Шарнир задает геометрию складки в продольном сечении, обычно он изогнут, но с большим радиусом изгиба, чем изогнута складка в поперечном сечении. Ундуляция шарнира изменение угла наклона шарнира. Ориентировка складок в пространстве  NB! Ось складки всегда горизонтальна и не может ундулировать по определению! Определения

Гребневая точка – точка на поверхности пласта с максимальной высотой в поперечном сечении складки Гребень – линия, проходящая через все гребневые точки одной складки Гребневая поверхность – поверхность, проходящая через все гребни одной складки Кульминация гребня – самое высокое положение гребневой линии Депрессия (седловина) гребня – самое низкое положение гребневой линии Килевая точка – точка на поверхности пласта с минимальной высотой в поперечном сечении складки Киль – линия, соединяющая все килевые точки одной складки Килевая поверхность – поверхность, проходящая через все кили одной складки

Базовая классификация складок по их положению в пространстве По относительной ориентировке в пространстве замка и крыльев выделяются: 1 – антиформы (замок относительно крыльев ориентирован вверх); 2 – синформы (замок относительно крыльев ориентирован вниз). 1 2 синформа – антиклиналь антиформа – синклиналь Тест № 2 Какие это складки (в терминах базовых классификаций)?

а – прямые (осевые поверхности вертикальны, оба крыла в нормальном залегании), б – наклонные (осевые поверхности наклонны, но оба крыла в нормальном залегании); в – опрокинутые (осевые поверхности наклонны, но одно крыло перевернуто!); г – лежачие (осевые поверхности горизонтальны, и одно крыло перевернуто) б в г Основные критерии морфологических классификаций по ориентировке в пространстве основных элементов складок: – наклон осевой поверхности а © Encyclopedia Britannica, inc., 1994

NB! Свойства складок а) прямые: крылья падают в противоположные стороны; б) наклонные: крылья падают в противоположные стороны под разными углами, а осевая поверхность – в сторону пологого крыла; в) опрокинутые: крылья и осевые поверхности падают в одну сторону, но перевернутое крыло круче осевой поверхности, а нормальное – положе; г) лежачие: на геологической карте выглядят как моноклинали и уверенно реконструируются только в случае перевернутого залегания; д) ныряющие: (осевая поверхность изогнута в виде антиформы) на геологической карте могут выглядеть по-разному в зависимости от эрозионного среза а б в б в г д в 2

Наклонные шевронные складки. Южный Урал. Фото из архива ОАО "Челябинскгеосъемка" Примеры наклонных складок Городская стена г. Джиардини на тупой наклонной антиклинали, сложенной базальтами. Сицилия

Опрокинутые острые складки. Нижний карбон. Южный Урал Примеры опрокинутых складок Опрокинутая (почти лежачая) острая складка. Швейцарские Альпы. Фото А.Г. Кошелева

Лежачая закрытая складка. Ордовик. Южный Урал Примеры лежачих складок Лежачая изоклинальная складка. Швейцарские Альпы. Фото А.Г. Кошелева

Центриклиналь. Горы Макран. Иран. GoogleEarth Периклиналь. Израиль Основные критерии морфологических классификаций по ориентировке в пространстве основных элементов складок: – наклон шарнира: а – периклиналь (замыкание антиформы или "нормальной" антиклинали, шарнир наклонен от складки, пласты погружаются к ее периферии) Горизонтальные и погружающиеся складки  W.H. Freeman and Company, 1994 б а б – центриклиналь (замыкание синформы или "нормальной" синклинали, шарнир наклонен внутрь складки, пласты погружаются к ее центру); 1 – горизонтальные (шарнир горизонтален); 2 – погружающиеся (шарнир наклонен, появляются замыкания): 1 2

Складки с вертикальным шарниром очень специфичны. Поскольку у этих складок вертикальны оба крыла и шарнир, у них вертикальны и все основные поверхности : осевая, перегиба, срединная, зеркало складчатости. Острая складка с вертикальным шарниром. Верхний девон. Южный Урал Тест № 3 Какие морфологические классификации применимы к складкам с вертикальным шарниром, а какие нет? 3 – вертикальные, точнее – складки с вертикальным шарниром Вследствие этого возникает несколько парадоксальных ситуаций: – осевая поверхность складок с вертикальным шарниром вертикальна, но они не относятся к типу "прямых"; – для складок с вертикальным шарниром можно определить "синклиналь" это или "антиклиналь", но нельзя определить "синформа" это или "антиформа"; – в складках с вертикальным шарниром нельзя определить "нормальное" или "перевернутое" залегание пластов.

NB! В прямых веерообразных складках залегание пород на крыльях всегда перевернутое! Свойства веерообразных складок Тест № 5 Как описать морфологию веерообразной складки по геологической карте на разных эрозионных срезах в терминах базовых классификаций? А – антиклиналь, антиформа Тест № 4 У каких ещё складок оба крыла находятся в перевернутом залегании? Б – антиклиналь, синформа

Тест № 6 http://homepages.uni-tuebingen.de/paul.bons/paul/lectures/structure/index.html шарнир осевая поверхность гребень ядро крыло перегиб киль пологая открытая закрытая сжатая ? длина волны амплитуда высота >120 70-120 30-70 <30 ширина

Шесть задач 1. Осевая поверхность наклонной антиклинали имеет падение З-270, 60º. Определите элементы залегания восточного крыла складки, если западное крыло падает на запад под углом 20º. 2. Осевая поверхность перевернутой антиклинали имеет падение Ю-180, 40º. Определите элементы залегания северного крыла складки, если южное крыло падает под углом 20º. 3. Оси прямых смежных синклинали и антиклинали имеют простирание СЗ-290. Общее крыло складок падает на ЮЗ под углом 70º. Определите элементы залегания других крыльев этих складок. 4. Перевёрнутое крыло антиклинальной складки имеет простирание СЗ-300 и погружается на юго-запад, 45º. Определите элементы залегания осевой поверхности смежной синклинали, если известно, что складки изоклинальные. 5. Тупая асимметричная синклинальная складка имеет угол 100º и простирается на СЗ-310. Определите элементы залегания северо-восточного крыла складки, если известно, что юго-западное падает под углом 30º. В-90 80 Ю-180 60 СВ-20 70 ЮЗ-210 45 ЮЗ-220 50 6. В названии какой складки две сдвоенные согласные? А две сдвоенные гласные? Аккордеонная Веерообразная

Любите складки – источник знания о структуре и ее эволюции!