В структурной геологии складка — это стопка изначально плоских поверхностей, таких как осадочные слои , которые изогнуты или искривлены ( «сложены» ) в процессе постоянной деформации . Складки в горных породах различаются по размеру от микроскопических извилин до складок размером с гору. Они встречаются в виде отдельных изолированных складок или в периодических наборах (известных как складки-поезда ). Синседиментационные складки образуются во время осадочного отложения.
Складки образуются в различных условиях напряжения , порового давления и градиента температуры , о чем свидетельствует их присутствие в мягких отложениях , полном спектре метаморфических пород и даже в качестве первичных структур потока в некоторых магматических породах . Набор складок, распределенных в региональном масштабе, составляет складчатый пояс , общую черту орогенных зон . Складки обычно образуются путем сокращения существующих слоев, но также могут быть образованы в результате смещения по неплоскому разлому ( складка изгиба разлома ), на кончике распространяющегося разлома ( складка распространения разлома ), путем дифференциального уплотнения или из-за эффектов высокоуровневой магматической интрузии , например, над лакколитом .
Складной шарнир — это линия, соединяющая точки максимальной кривизны на складчатой поверхности. Эта линия может быть как прямой, так и изогнутой. Термин « складчатая линия» также использовался для этой характеристики. [1]
Поверхность складки, рассматриваемая перпендикулярно направлению ее укорочения, можно разделить на части шарнира и отгиба ; отгибы являются флангами складки, а отгибы сходятся в зоне шарнира. Внутри зоны шарнира находится точка шарнира, которая является точкой минимального радиуса кривизны ( максимальной кривизны) складки. Гребень складки представляет собой самую высокую точку поверхности складки, тогда как впадина является самой низкой точкой. Точка перегиба складки является точкой на отгибе, в которой вогнутость меняет направление; на обычных складках это середина отгиба.
Аксиальная поверхность определяется как плоскость, соединяющая все линии шарниров сложенных складчатых поверхностей. Если аксиальная поверхность плоская, она называется аксиальной плоскостью и может быть описана в терминах простирания и падения .
Складки могут иметь ось сгиба . Ось сгиба «является ближайшим приближением к прямой линии, которая при перемещении параллельно самой себе образует форму сгиба». [2] (Ramsay 1967). Складка, которая может быть образована осью сгиба, называется цилиндрической складкой . Этот термин был расширен, чтобы включить почти цилиндрические складки. Часто ось сгиба совпадает с линией шарнира. [3] [4]
Небольшие складки довольно часто встречаются в обнажениях; крупные складки встречаются редко, за исключением более засушливых стран. Однако мелкие складки часто могут дать ключ к крупным складкам, с которыми они связаны. Они отражают ту же форму и стиль, направление, в котором лежат смыкания крупных складок, а их расщепление указывает на положение осевых плоскостей крупных складок и направление их опрокидывания [5]
Складка может иметь форму шеврона , когда плоские ветви сходятся на угловой оси, остроконечного с изогнутыми ветвями, круглого с изогнутой осью или эллиптического с неравной длиной волны .
Плотность складки определяется размером угла между конечностями складки (измеренного по касательной к складчатой поверхности на линии перегиба каждой конечности), называемого углом между конечностями. Пологие складки имеют угол между конечностями от 180° до 120°, открытые складки — от 120° до 70°, закрытые складки — от 70° до 30°, а плотные складки — от 30° до 0°. [6] Изоклины , или изоклинальные складки , имеют угол между конечностями от 10° до нуля, с практически параллельными конечностями.
Не все складки одинаковы по обе стороны от оси складки. Те, у которых конечности относительно одинаковой длины, называются симметричными , а те, у которых конечности сильно неравные, называются асимметричными . Асимметричные складки обычно имеют ось под углом к исходной развернутой поверхности, на которой они образовались.
Вергенция рассчитывается в направлении, перпендикулярном оси сгиба.
Складки, которые поддерживают равномерную толщину слоя, классифицируются как концентрические складки. Те, которые этого не делают, называются подобными складками . Подобные складки, как правило, демонстрируют истончение ветвей и утолщение зоны шарнира. Концентрические складки вызваны деформацией от активного выпучивания слоев, тогда как подобные складки обычно образуются в результате некоторой формы сдвигового потока, когда слои не являются механически активными. Рамсей предложил схему классификации складок, которая часто используется для описания складок в профиле на основе кривизны внутренних и внешних линий складки и поведения изогон наклона , то есть линий, соединяющих точки одинакового наклона на соседних складчатых поверхностях: [8]
( Гомоклина подразумевает падение слоев в одном направлении, хотя и не обязательно наличие складок.)
Складки появляются во всех масштабах, во всех типах горных пород , на всех уровнях земной коры . Они возникают по разным причинам.
Когда последовательность слоистых пород укорачивается параллельно ее напластованию, эта деформация может быть размещена несколькими способами: однородным укорочением, обратным сбросом или складчатостью. Реакция зависит от толщины механического напластования и контраста свойств между слоями. Если напластование начинает складываться, стиль складки также зависит от этих свойств. Изолированные толстые компетентные слои в менее компетентной матрице контролируют складчатость и обычно образуют классические округлые складки изгиба, размещенные деформацией в матрице. В случае регулярного чередования слоев с контрастными свойствами, таких как последовательности песчаника и сланца, обычно образуются полосы перегиба, коробчатые складки и шевронные складки. [10]
Многие складки напрямую связаны с разломами, что связано с их распространением, смещением и распределением напряжений между соседними разломами.
Складки разлома-изгиба вызваны смещением вдоль неплоского разлома. В невертикальных разломах висячая стенка деформируется, чтобы приспособиться к несоответствию по разлому по мере продвижения смещения. Складки разлома-изгиба возникают как при растяжении, так и при надвиге. При растяжении листрические разломы образуют опрокидывающиеся антиклинали в своих висячих стенках. [11] При надвиге пандусы- антиклинали образуются всякий раз, когда надвиг разрезает секцию от одного уровня отрыва до другого. Смещение по этому пандусу с большим углом создает складчатость. [12]
Складки распространения разлома или складки линии разлома возникают, когда смещение происходит по существующему разлому без дальнейшего распространения. Как в обратных, так и в нормальных разломах это приводит к складчатости вышележащей последовательности, часто в форме моноклинали . [ 13]
Когда сдвиговой сброс продолжает смещаться над плоским отрывом без дальнейшего распространения разлома, могут образовываться складки отрыва , как правило, коробчатого типа. Они обычно возникают над хорошим отрывом, например, в горах Юра , где отрыв происходит на эвапоритах среднего триаса . [14]
Зоны сдвига, которые приближаются к простому сдвигу, обычно содержат небольшие асимметричные складки, направление опрокидывания которых соответствует общему направлению сдвига. Некоторые из этих складок имеют сильно изогнутые шарнирные линии и называются складками оболочки . Складки в зонах сдвига могут быть унаследованы, образованы из-за ориентации слоев до сдвига или образованы из-за нестабильности в сдвиговом потоке. [15]
Недавно отложенные осадки обычно механически слабы и склонны к повторной мобилизации, прежде чем они станут литифицированными, что приводит к образованию складок. Чтобы отличить их от складок тектонического происхождения, такие структуры называют конседиментационными (образованными в процессе осадконакопления).
Складчатость оползня: Когда оползни образуются в плохо консолидированных отложениях, они обычно подвергаются складчатости, особенно на передних краях, во время их размещения. Асимметрия складок оползня может быть использована для определения направлений палеосклона в последовательностях осадочных пород. [16]
Обезвоживание: Быстрое обезвоживание песчаных отложений, возможно, вызванное сейсмической активностью, может привести к образованию извилистых слоев. [17]
Уплотнение: складки могут образовываться в более молодой последовательности путем дифференциального уплотнения над более старыми структурами, такими как блоки разломов и рифы . [18]
Внедрение магматических интрузий имеет тенденцию деформировать окружающую вмещающую породу . В случае интрузий высокого уровня, вблизи поверхности Земли, эта деформация концентрируется над интрузией и часто принимает форму складчатости, как в случае с верхней поверхностью лакколита . [ 19]
Податливость слоев горных пород называется компетентностью : компетентный слой или пласт горных пород может выдерживать приложенную нагрузку без разрушения и является относительно прочным, в то время как некомпетентный слой является относительно слабым. Когда горная порода ведет себя как жидкость, как в случае очень слабой горной породы, такой как каменная соль, или любой горной породы, которая залегает достаточно глубоко, она обычно демонстрирует складчатость потока (также называемую пассивной складчатостью , поскольку сопротивление оказывается небольшим): слои кажутся смещенными неискаженными, принимая любую форму, приданную им окружающими более жесткими горными породами. Пласты просто служат маркерами складчатости. [21] Такая складчатость также является особенностью многих магматических интрузий и ледникового льда. [22]
Складчатость горных пород должна уравновешивать деформацию слоев с сохранением объема в горном массиве. Это происходит посредством нескольких механизмов.
Изгибное скольжение позволяет складывать, создавая параллельное слоям скольжение между слоями сложенных пластов, что в совокупности приводит к деформации. Хорошей аналогией является сгибание телефонной книги, где сохранение объема обеспечивается скольжением между страницами книги.
Складка, образованная сжатием пластов прочных горных пород, называется «складкой прогиба».
Обычно считается, что складчатость происходит путем простого изгиба плоской поверхности и ее ограничивающего объема. Изменение объема компенсируется параллельным сокращением объема слоя , который увеличивается в толщине . Складывание по этому механизму типично для похожего стиля складчатости, поскольку утонченные конечности укорачиваются горизонтально, а утолщенные шарниры — вертикально.
Если деформация складчатости не может быть компенсирована изгибным скольжением или сокращением объема (выпучиванием), породы, как правило, удаляются с пути напряжения. Это достигается растворением под давлением , формой метаморфического процесса, при котором породы сокращаются за счет растворения компонентов в областях высокой деформации и повторного отложения их в областях более низкой деформации. Складки, образованные таким образом, включают примеры в мигматитах и областях с сильным осевым плоским расщеплением .
Складки в горной породе образуются вокруг поля напряжений , в котором находятся горные породы, и реологии , или метода реагирования породы на напряжение, в момент приложения напряжения.
Реология складываемых слоев определяет характерные особенности складок, которые измеряются в полевых условиях. Породы, которые деформируются легче, образуют множество коротковолновых складок с высокой амплитудой. Породы, которые не деформируются так легко, образуют длинноволновые складки с низкой амплитудой.
Слои горных пород, которые складываются в шарнир, должны выдерживать большие деформации в зоне шарнира. Это приводит к образованию пустот между слоями. Эти пустоты, и особенно тот факт, что давление воды в пустотах ниже, чем снаружи, действуют как триггеры для отложения минералов. За миллионы лет этот процесс способен собирать большие количества микроэлементов из больших массивов горных пород и откладывать их в очень концентрированных местах. Это может быть механизмом, который отвечает за жилы. Подводя итог, при поиске жил ценных минералов, может быть разумно искать сильно складчатую породу, и это причина, по которой горнодобывающая промышленность очень заинтересована в теории геологической складчатости. [23]
Антиклинальные ловушки образуются в результате складкообразования горных пород. Например, если пористый песчаниковый блок, покрытый сланцем с низкой проницаемостью, складывается в антиклиналь, он может образовать ловушку углеводородов , нефть накапливается в гребне складки. Большинство антиклинальных ловушек образуются в результате бокового давления, складывающего слои горных пород, но также могут образовываться в результате уплотнения осадков. [24]
