Основы структурной геологии

Рассмотрены морфология, систематика, основные особенности истории и механизма образования различных форм залегания горных пород, способы изучения структур. Обращено внимание на зависимость всех тектонических структур от неоднородности среды, в которой они образуются. Дано полное представление о типах и условиях образования тектонических структур разных рангов, изложена методика их изучения в поле, а также рассмотрена возможность использования моделирования.

Для геологов всех специальностей;  может быть полезна  студентам геологических факультетов вузов и университетов.

За последние десятилетия учение о формах залегания горных пород и об их деформациях сделало значительный шаг вперед. Успехи в этом направлении связаны прей имущественно с использованием в структурной геологии тектоноризических методов, позволяющих тщательным образом изучить механизм образования деформационных структурных форм. В нашей стране начало широкого применения тектонофизических методоз в структурной геологии было связано с именем М. В. Гзовского. Многочисленные и разнообразные исследававия в этой области велись и ведутся за границей, особенно в США и Великобритании. Результаты исследований рассеяны в огромном количестве отдельных журнальных статей. Однако далеко не все из этих работ заслуживают внимания со стороны геологов-практиков. Многие из них имеют слишком узкоспециализированный характер, обсуждают вопросы, далекие от нужд повседневной геологической практики. Часто они бывают излишне перегружены математическим материалом, имеющим весьма условное значение.

В предлагаемой вниманию читателя книге автор сделал попытку свести воедино, по возможности, те современные достижения структурной геологии, которые могут быть с пользой применены при геологической съемке, поисках и разведке полезных ископаемых, когда понимание механизма формирования структур необходимо для структурного прогноза.

Описание морфологии структурных форм в книге максимально сокращено, поскольку считается, что с морфологической частью структурной геологии читатель достаточно знаком. Этому описанию посвящена первая глава. Во второй главе излагаются основы учения о напряжениях и деформациях твердых тел. Эта глава написана крупным специалистом в области механики твердого тела проф. Л. В. Никитиным.

В третьей главе рассказывается об особых условиях, в которых протекают тектонические деформации. Как известно, деформации происходят в крайне неоднородной среде, свойства которой меняются в процессе деформации. Последняя развивается неравномерно, так что обычно рядом соседствуют пластические и разрывные деформации. Размер деформаций очень велик. Большое влияние на их развитие оказывает сила тяжести. Все эти факторы оставляют свой отпечаток на тех или иных особенностях образующихся структур.

Четвертая глава посвящена методам восстановления древних тектонических полей деформаций и напряжений.

В последней, пятой главе вводится понятие о структурных па-рагенезах, т. е. о комплексах структур,  связанных общностью механической обстановки. Рассматриваются основные механические обстановки и определяются признаки, по которым они могут быть установлены. Учению о структурных ларагенезах автор придает особенно большое значение, поскольку оно как раз и лежит в основе любых структурных прогнозов.

При написании книги и подготовке ее к изданию автор пользовался помощью своих коллег и сотрудников. Много исключительно ценных замечаний и рекомендаций автор получил от Н. Б. Лебедевой, В. В. Эза и М. А. Гончарова. В подборе рисунков приняли участие Т. М. Гептнер и В. Г. Талицкий. Техническое оформление рукописи было обеспечено Г. Н. Квятковской, В. А. Николаичевой, М. М. Рожковой, В. Н. Цидилиной, Е. И. Чиж.

Всем указанным лицам автор выражает благодарность.

Структурная геология изучает формы залегания горных пород в земной коре.

Осадочным породам свойственно залегание преимущественно в виде слоев. Много сложнее формы залегания магматических пород: это — слои, пластины, тела цилиндрического, конусо- и куполообразные, а также тела настолько неправильной формы, что их затруднительно сопоставить с какой-либо определенной геометрической фигурой.

Все эти тела являются формами залегания горных пород, или структурными формами (или просто «структурами»).

Различают первичные и вторичные структурные формы. Пер* вичные формы возникли одновременно с образованием самой породы. Вторичные — в результате последующих деформаций первичных форм. Это разделение, ясное в принципе, во многих конкретных случаях осуществить довольно сложно, поэтому и приходится прибегать к условностям. Впрочем, такие трудности и условности будут нас преследовать на всем пути, пока речь будет идти о классификации структурных форм.

Разделение на первичные и вторичные структурные формы наиболее очевидно для осадочных пород. В большинстве случаев первичной формой залегания для последних является горизонтальный слой. Исключение составляют биогермы (например, колониальные кораллы), которые образуют массивные скопления.

Обычно слой определяется как образованное осадочной породой плоское тело, имеющее значительную площадь и относительно малую толщину, ограниченное плоскими параллельными поверхностями раздела, отделяющими его от подстилающего и покрывающего слоев. Толщина слоя колеблется от долей сантиметра до нескольких метров, тогда как в горизонтальном направлении он прослеживается на сотни метров и на километры. Состав пород от слоя к слою часто меняется. Однако лежащие друг на друге слои могут быть слажены одной и той же породой. В этом случае слои выделяются благодаря разделам между ними, выраженным тонкими трещинами. Такие разделы можно проследить по некоторым изменениям, наблюдающимся в кровле слоев (признаки выветривания, пропитывание железистыми солями) и указывающим на то, что между отложением двух слоев был перерыв в осадко-накоплении. Принято считать, что суммарно перерывы могли иметь продолжительность, соизмеримую с временем накопления осадков.

Это определение слоя, однако, имеет в виду некие идеальные условия. В применении к реальным слоям ко всем характеристикам следует прибавить «почти». Слой — это почти плоское тело, ограниченное почти плоскими и почти параллельными поверхностями раздела; толщина слоя меняется от места к месту, и в конце концов любой слой где-нибудь полностью выклинивается, заменяясь другим уже не по горизонтальной, а по наклонной поверхности раздела. Наилучшим образом приближаются к идеальному определению слои морских осадков. И очень значительно от него отличаются слои континентальных отложений, часто имеющие форму коротких линз. В тех же континентальных осадках сплошь и рядом нарушается принцип первичного горизонтального залегания слоя, тогда как для морских осадков этот принцип, как правило, выдерживается. Дело в том, что в большинстве случаев известные на современных континентах морские осадки прошлых геологических периодов принадлежат к относительно мелководным отложениям, образовавшимся на древних континентальных шельфах, где частые морские трансгрессии и регрессии, а также течения и волны выравнивали поверхность нижележащих пород, приводя ее к плоскому и горизонтальному положению до того, как на этой поверхности начинал отлагаться следующий слой. Отсюда и первичное горизонтальное положение слоев, и их выдержанная на больших площадях толщина. На континентах нет таких мощных выравнивающих факторов, осадки накапливаются в долинах, эрозионных депрессиях, на склонах которых они отлагаются наклонно. Этим и объясняется отклонение от первичной горизонтальности слоя, наблюдаемое сплошь и рядом в осадках некоторых континентальных фаций.

Условность в разделении форм залегания осадочных пород на первичные и вторичные вносит то обстоятельство, что некоторые деформации происходят в осадках уже в процессе их накопления, до начала их литификации. Образовавшаяся в дальнейшем горная порода будет нести в своей текстуре следы этих деформаций. К ним относятся:1)   конволютная слоистость, возникающая при стремительном выносе массы осадочного материала, в так называемом мутьевом («турбидитном») потоке, быстро скользящем по дну; слабая конволютность выражена в виде мелких гребневидных складочек размером в сантиметры, а большая конволютность проявляется в форме закручивания прослоев внутри слоя или даже всего слоя целиком;2)   адвекция между слоями, возникающая, когда только что образовавшийся слой, еще сохранивший свою текучесть, перекрывается другим слоем, сложенным осадками более тяжелыми и на границе между слоями возникает инверсия плотностей и, следовательно,— механическая неустойчивость; в этих условиях материал верхнего слоя отдельными карманами проваливается в нижний слой, а материал последнего между карманами выжимается вверх;такой процесс обмена называется адвекцией1; в результате граница между слоями становится волнистой; взаимный обмен материалом между слоями особенно ярко выражен там, где верхний слой содержит гальки, валуны, глыбы: тяжелые обломки тонут в нижнем слое, нарушая его внутреннюю структуру и выдавливая материал из-под себя вверх;3)   нептунические дайки, представляющие собой результат внедрения пластичного материала (глины, влажного песка) в вышележащие породы по трещинам;4)   подводные оползни, которые в текучих, насыщенных водой осадках образуются при ничтожных углах наклона; их формированию содействуют сейсмические сотрясения, в результату гели в илах переходят в золи, что повышает подвижность осадка; при оползании слои сминаются в мелкие складки, в них образуются мелкие надвиги, слой раскалывается на куски, которые, скользя по склону, перемешиваются;5)   структуры уплотнения, образующиеся в результате неравномерного уплотнения пород под собственной тяжестью; если легко сжимаемая илистая толща отложилась на неровной поверхности фундамента, сложенного твердыми несжимаемыми породами, то над выступами фундамента первичная мощность осадков меньше, чем над впадинами; поскольку уплотнение под нагрузкой приводит к равному относительному сокращению первичной мощности (например, в жидких илах до 70%), оседание кровли осадочной толщи над выступом фундамента будет меньше, чем над впадинами,—над выступом возникнет выпуклый изгиб слоев, повторяющий в сглаженной форме форму выступа; подобное же явление будет наблюдаться там, где среди сжимаемых илов залегает линза пород со значительно меньшей сжимаемостью (например, песков или известняков); над такими линзами в результате неравномерного уплотнения также образуются выпуклые изгибы слоев. <...>