Structural_Geology_5

Структурная геология и
геологическое картирование
Лекция № 5
«Складки»
Определения
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];
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
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
NB! Граница между
замком складки и её
крылом условна
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.
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.
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.
NB! Осевая
поверхность делит угол
складки пополам!
Ширина (полуволна) (B) – кратчайшее расстояние между соседними
поверхностями перегиба.
Длина волны (W) – двойная ширина складки.
NB! Осевую поверхность иногда
называют «осевой плоскостью», что
не совсем верно, поскольку она, как
правило, бывает изогнутой!
NB! Поверхность перегиба,
как правило, конформна
осевой поверхности!
Тест № 1
А что же такое
"шарнирная поверхность"?
Рисунок из учебника
"Введение в структурную
геологию" Э.У. Спенсера
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.
Антиклиналь 
в ядре более древние породы
 Синклиналь
в ядре более молодые породы
а
Основные критерии морфологических классификаций на основе
элементов собственной геометрии складок:
– соотношение ширины и длины
складки (длина складки определяется также
как и ширина, но в продольном сечении)
б
1
3
2
1 – линейные (а/б > 5)
2 – брахискладки (2 < а/б < 5),
3 – изометричные (2 < а/б < 1),
атиклинали – купола, синклинали – мульды
Примеры линейных
складок
Сильно вытянутые
(совершенные линейные)
складки. Ю. Африка. GoogleEarth
Линейная складка.
Сев. Прибалхашье.
Казахстан.
GoogleEarth
Линейная складка.
Сулеймановы горы.
Пакистан. GoogleEarth
Примеры брахиморфных
складок
Брахискладка. Атлас.
Африка. GoogleEarth
Брахиантиклиналь.
Аделаида. Австралия.
GoogleEarth
Брахискладка. Атлас.
Африка. GoogleEarth
Примеры изометричных
складок
Изометричная складка.
Западное Прибалхашье.
Казахстан. GoogleEarth
Изометричная складка.
Монголия. GoogleEarth
Структура Ришат. Пологий
купол диаметром 50 км.
Сахара. GoogleEarth
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
NB! Эта классификация
представляется излишней!
1
2
3
4
– угол между крыльями складки
– пологие, ( > 120);
– открытые, или тупые (120 >  > 70);
– закрытые, или острые (70 >  > 30);
– сжатые, до изоклинальных ( < 30);
2
4
1
3
Примеры открытых,
или тупых складок
Антиклиналь. Верхний
девон. Южный Урал
Синклиналь. Верхний
девон. Южный Урал
Антиклиналь. Верхний
девон. Южный Урал
Примеры закрытых,
или острых складок
Синклиналь. Нижний
силур. Южный Урал
Складки. Нижний
карбон. Южный Урал
Синклиналь. Верхний
девон. Южный Урал
Примеры сжатых,
изоклинальных складок
Верхний девон.
Южный Урал
Верхний девон.
Южный Урал
Ордовик.
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
А
Б
Веерообразные складки:
А – простые,
Б – с пережатыми
замками
Примеры шевронных складок
Остров Крит.
Интернетресурс
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.
NB! Изогоны – элементы собственной геометрии складок, представляющие
собой линии на разрезе складки, соединяющие на одном крыле точки с
одинаковыми углами наклона пластов
В концентрических складках
изогоны нормальны к поверхности
пласта и равны между собой
1
2
В подобных складках изогоны
параллельны осевой поверхности и
равны между собой
Примеры
концентрических
складок
Турция
Концентрические складки в
известняках и песчаниках.
Стенка. Ичмелер. Турция
Концентрическая складка
в алевролитах карбона.
Южный Урал
Тибет
Складка концентрического
типа. Зайдам. Тибет
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
Ориентировка складок в пространстве
Определения
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
О

О
NB! Ось складки всегда
горизонтальна и не может
ундулировать по определению!
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.
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
Депрессия
(седловина)
гребня – самое
низкое положение
гребневой линии
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
Базовая классификация складок по их
положению в пространстве
1
2
По относительной ориентировке в
пространстве замка и крыльев выделяются:
1 – антиформы (замок относительно
крыльев ориентирован вверх);
2 – синформы (замок относительно крыльев
ориентирован вниз).
Тест № 2
Какие это складки (в терминах
базовых классификаций)?
антиформа –
синклиналь
синформа –
антиклиналь
Основные критерии морфологических классификаций
по ориентировке в пространстве основных элементов складок:
– наклон осевой поверхности
а
б
в
г
© Encyclopedia Britannica, inc., 1994
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)
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
б
в
в
в
г
д
1
2
Примеры наклонных
складок
Городская стена г. Джиардини на
тупой наклонной антиклинали,
сложенной базальтами. Сицилия
Наклонные шевронные
складки. Южный Урал.
Фото из архива ОАО
"Челябинскгеосъемка"
Примеры опрокинутых складок
Опрокинутая (почти лежачая)
острая складка. Швейцарские
Альпы. Фото А.Г. Кошелева
Опрокинутые острые
складки. Нижний
карбон. Южный Урал
Примеры лежачих складок
Лежачая изоклинальная
складка. Швейцарские
Альпы. Фото А.Г. Кошелева
Лежачая закрытая
складка. Ордовик.
Южный Урал
Основные критерии морфологических классификаций
по ориентировке в пространстве основных элементов складок:
– наклон шарнира:
1 – горизонтальные (шарнир горизонтален);
2 – погружающиеся (шарнир наклонен,
появляются замыкания):
а – периклиналь (замыкание антиформы
или "нормальной" антиклинали, шарнир наклонен
от складки, пласты погружаются к ее периферии)
б – центриклиналь (замыкание синформы
или "нормальной" синклинали, шарнир наклонен
внутрь складки, пласты погружаются к ее центру);
Горизонтальные и погружающиеся складки
 W.H. Freeman and Company, 1994
1
2
а
б
Периклиналь.
Израиль
Центриклиналь.
Горы Макран.
Иран. GoogleEarth
3 – вертикальные, точнее – складки с вертикальным шарниром
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.
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.
Острая складка с
вертикальным шарниром.
Верхний девон. Южный Урал
Тест № 3
Какие морфологические классификации
применимы к складкам с вертикальным
шарниром, а какие нет?
Свойства веерообразных складок
NB! В прямых веерообразных
складках залегание пород на
крыльях всегда перевернутое!
Тест № 4
У каких ещё складок оба крыла
находятся в перевернутом
залегании?
А
Тест № 5
Как описать морфологию
веерообразной складки по
геологической карте на разных
эрозионных срезах в терминах
базовых классификаций?
Б
Б
А
D
C
S
D
C
А – антиклиналь,
антиформа
Б – антиклиналь,
синформа
Тест № 6
осевая гребень
поверхность
ядро
шарнир
перегиб
крыло
длина
волны
амплитуда
высота
ширина
?
сжата
я
закрытая
открытая
пологая
киль
>120
70-120
30-70
<30
http://homepages.uni-tuebingen.de/paul.bons/paul/lectures/structure/index.html
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.
В-90 80
Ю-180 60
СВ-20 70
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.
ЮЗ-210 45
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.
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!