8 лет назад
Нету коментариев

Сопоставление полученных результатов исследований в области стратиграфии, макротектоники и региональной тектоники дает возможность воссоздать картину, которая может служить исходным пунктом для структурного и кинематического анализов; но картина эта является настолько расплывчатой, что она ни теоретически, ни практически не может дать ясных представлений о динамике тектоносферы. Пути, по которым вначале стремились получить эти представления, были несколько односторонними (использование геофизических методов). Перемена наступила только с введением особых микротектонических методов исследования. Однако я должен подчеркнуть, что и в настоящее время еще нет таких методов, которые могли бы дать во всех случаях надежные результаты, так что только путем комбинации различных методов можно добиться результатов, являющихся теоретически ясными и создающих основу для практических выводов.

Если исходить из развитого нами представления о подразделении поверхности Земли на поля и обрамляющие их полосы, то вполне ясные результаты получаются по отношению к южному полушарию Земли. По отношению же к северному полушарию, и в особенности к экваториальному поясу, предварительно приходится сделать ряд дополнительных допущений, чтобы получить возможность сравнения результатов. Очевидно, что решающим моментом в этом отношении является «зернистость» материала, т. е. величина отдельных, однородно деформированных элементов. Однако и в северном полушарии наблюдаются: 1) унаследованность развития, выступающая особенно наглядно в Центрально-Азиатских массивах; 2) многократное повторение сходных процессов деформации; 3) повторение многофазных процессов. Из этого вытекает, что наряду с кинематико-динамичеcким анализом необходим также анализ развития тектонических процессов во времени.

Обратимся сперва к рассмотрению механического комплекса вопросов.

Возможности детального кинематико-динамического исследования основываются главным образом на трех различных методах:

I. Микротектонический анализ применяется преимущественно для изучения структуры осадочных образований. Он может представлять собой:

1) сравнение исходного состояния с современным по отношению к эффекту деформации (сжатия, растяжения, параллельного сдвига), или

2) статистическое исследование плоскостей разрыва, служивших путями деформации, главным образом трещин и кливажа.

II. Макроскопические исследования глубинных пород в отношении текстурных признаков жидкой и твердой фазы, выяснение их соотношений между собой и зависимости их от процессов внедрения и застывания.

III. Статистический и микроскопический анализ структуры пород, в особенности кристаллических сланцев, для определения кинематической симметрии и ориентировки структуры.

Следует особенно подчеркнуть, что эти методы могут оказаться успешными только в том случае, если их комбинировать. Таким образом, ссылка на применимость первого из них к осадочным отложениям, второго к глубинным породам и третьего к кристаллическим сланцам представляет абстракцию. Далее, для успешного применения этих методов необходимо учитывать распределение процессов во времени, так как оно составляет основу при их рассмотрении. Наконец, нужно обстоятельно учитывать и соотношения между процессами и материалом: явления дифференциации, анатексис, инъекцию, минерализацию. Они не представляют собой единственный важный элемент в петрологии, как это часто считалось в прошлом, но Их нельзя также и недооценивать.

I. Микротектонический анализ, как уже упоминалось выше, может быть проведен в двух направлениях:

1) В одних случаях устанавливаются отдельные частные картины деформации на карте и в разрезе, и притом в возможно большем масштабе, чтобы затем путем интеграции та­ких картин выявить общую картину деформации. При этом надо учитывать, что зарисовки или фотографические снимки не всегда получаются ясными. Косые (не перпендикулярные к простиранию) разрезы через сильно складчатую серию слоев или разрезы через слои с большим наклоном шарниров, так же как и их изображение на карте, дают нетипичные картины, которые кинематически нельзя использовать. Поэтому целесообразно располагать разрезы и зарисовки в плоскости, расположенной под прямым углом к простиранию. Однако этот способ суммирования отдельных картин применим только при относительно слабых деформациях. В картинах складок альпийского типа главное движение оказывается настолько сильным, что оно затмевает все остальные деформации и придает им, так оказать, новую «чеканку». В таком случае утрачивается главная цель метода — выяснение последовательности движений.

Анализ разрезов дает возможность распознать, что произошло при деформации: растяжение или сжатие поверхностных слоев (рис. 56), — например у упоминавшихся уже прежде грабенов в Гессене, простирающихся с севера на юг, «ли у выжатых кверху соляных залежей в Ганновере, имеющих простирание с северо-запада на юго-восток.

Морфологическое выражение явлений растяжения и сжатия на разрезах грабенов

Морфологическое выражение явлений растяжения и сжатия на разрезах грабенов

Первые деформации соответствуют растяжению в направлении с (востока на запад, а вторые — сжатию с северо-востока на юго-запад. Так как деформация большей частью проявляется в узких лентообразных зонах, а между ними располагаются почти недеформированные комплексы осадочных пород, то конечный результат растяжения или сжатия можно иногда приблизительно высчитать. Но бывают и такие случаи, как, например, в Саксонской области Средней Германии, когда характер деформации изменяется так, что вместо первоначального растяжения позже наступило сжатие (рис. 57, 22). В результате этого появляются двойственные формы, у которых можно распознать смену характера деформации, так что они тем самым дают нам картину развития тектонического процесса в течение времени.

Примеры структуры, возникшей вследствие растяжения, сменившегося сжатием

Примеры структуры, возникшей вследствие растяжения, сменившегося сжатием

Этот метод не всегда легко применим и иногда может привести к ошибочным выводам. Часто это бывает в тех случаях, когда глыбы расположены косо, т. е. подняты или опущены в одну сторону (рис. 58), а также когда поверхность нарушений волнообразно изогнута. В таких случаях в известных условиях одно и то же нарушение может соответствовать то сжатию, то расширению. Однако при тщательном учете всех признаков эти трудности можно обойти и получить некоторые важные динамические элементы для описания нарушений. В области слабых тектонических нарушений и так называемого германотипного складкообразования микротектонический анализ движения элементов порядка от нескольких сантиметров до двух-трех метров является в настоящее время одним из самых необходимых вспомогательных методов.

"Перекос" блоков

«Перекос» блоков

2) Описанный метод анализа микротектоники посредством зарисовок и последующей интеграции элементов микротектоники должен дать нам конечный эффект деформации, притом по возможности расчлененный на отдельные фазы. Статистические же методы ставят задачу установить основы деформации. Поэтому они имеют значение для всех трех главных областей методики микротектоники и могут рассматриваться нами совместно. Однако не следует упускать из виду того, что главный вопрос исследования в каждом из трех случаев является различным.

Цель исследования состоит в том, чтобы изучить имеющиеся признаки движения для выяснения его направления, характера и величины и установить отношение их к плану деформации. Для этого, исходя из представлений Зандера, были развиты следующие основные понятия (рис. 59): направление движения, а у складок направление, перпендикулярное к их простиранию и проходящее в плоскости симметрии или плоскости деформации (обозначается буквой а); направление, перпендикулярное к первому и параллельное простиранию, следовательно, параллельное осям складок (обозначается буквой в); наконец, под прямым углом к плоскости, проходящей через о и в, проходит направление с. Плоскость ас представ­ляет главную плоскость профиля и обыкновенно соответствует плоскости симметрии, плоскость ав соответствует плоскости движения. Из соотношения длины осей определяется симметрия эллипсоида деформации, которая может быть кубической, квадратной, ромбической, моноклинной или триклинной. Это следствие изотропии или анизотропии материала, а иногда следствие многофазности процесса.

А - ориентировка координат структуры а, в, с при складчатости    В - ориентировка координат структуры для плоскости скалывания, из Хиллса

А — ориентировка координат структуры а, в, с при складчатости В — ориентировка координат структуры для плоскости скалывания, из Хиллса

Наряду с простиранием и падением, из которых последнее в пределах небольших областей большей частью остается постоянным, на карте изображается трещиноватость и кливаж. Каждая плоскость наносится на диаграмму в виде проекции точки пересечения перпендикуляра к данной плоскости с нижним полушарием проекции. Концентрация плоскостей по определенным направлениям может быть высчитана в процентах и изображена путем закраски соответствующих сегментов полушария проекции. Этот метод статистической обработки более точный и полный, нежели применяющееся часто изображение трещин в виде «роз» или «звезд». Диаграмма в простейшем случае показывает сгущение точек в трех главных плоскостях, но большей частью она дает значительно более сложную картину; особенно часто встречаются плоскости, пересекающие простирание пород по линии в и соответствующие круговым сечениям эллипсоида. Эти плоскости соответствуют плоскостям максимального напряжения скалывания; их пространственное положение сильно зависит от материала. Если материал текучий, то они лежат в плоскости ав, если же он абсолютно твердый, то они образуют с этой плоскостью и с направлением с угол в 45°. Расположение плоскостей скалывания само по себе симметрично, но эти плоскости и ось а в разных частях складки ориентированы различно, т. е. испытывают вращение, а ориентировка оси в остается постоянной. В диаграмме это дает первую асимметрию. Дальнейшая асимметрия возникает главным образом по границам участка движения вследствие трения. Повороты плоскостей ас и ав, возник­новение перистых трещин и тому подобное дают, в общем, картину меньшей симметрии, имеющую приблизительно моноклинный характер. Более поздние новые и не совсем однородные деформации могут в конце концов создать триклинную картину деформации.

Нужно по возможности стараться не ограничиваться этими двумя элементами — трещиноватостью и кливажем, а учитывать наличие нескольких систем сланцеватости, име­ющих в различных горных породах разную интенсивность; следует также учитывать ‘наличие борозд скольжения, минеральных заполнений трещин, проходящих в различных направлени­ях, а равно гладкий или неровный характер поверхности трещин.

В общем, трещины и кливаж далеко не всегда дают ясную картину процесса деформации, и их часто можно рассматривать лишь как дополнительные данные при составлении тектонической карты. Все же изучение трещин является в настоящее время необходимой составной частью тектонического анализа, в том числе и для осадочных горных пород, в особенности же там, где имеется двухъярусное геологиче-ское строение, и желательно отделить план деформации глубинной зоны от деформаций верхнего этажа. Тщательный анализ трещиноватости является само собой разумеющейся предпосылкой при решении практических вопросов водоснабжения, барража, прокладки туннелей и т. д. На основании трещинного анализа обыкновенно удается реконструкция эллипсоида деформации в первом приближении.

II. Тектонический анализ глубинных массивов основывается также на микротектопических исследованиях и статистическом сопоставлении следов деформации, но эти данные используются здесь в другой связи. Следует особенно подчеркнуть, что решающим в этом «гранитно-тектоническом методе» является установление связи между двумя фазами развития магматического тела, а именно, между фазой застывающей вязкой магмы и фазой отвердевшей глубинной горной породы. Это соотношение двух главных фаз возникновения горных пород было исходным пунктом первоначальной и основной постановки вопроса у Клооса. Оно остается решающим и теперь.

В некоторых хорошо исследованных глубинных гранитных массивах варисцийского цикла в Силезии можно хорошо различать три располагающиеся перпендикулярно друг к другу системы трещин (рис. 60). Две из них, которые Клоос обозначает буквами S и L, обнаруживают хорошо выраженную отдельность, третья же — Q — хотя и образует гладкие стенки, но хорошей отдельностью не обладает. Параллельно направлению S проходит направление плоскостной параллельной текстуры, характеризующейся параллельным положением пластинок 001 слюды.

Блок-диаграмма расположения трещин и других тектонических элементов в граните Исполиновых гор, по Г. Клоосу

Блок-диаграмма расположения трещин и других тектонических элементов в граните Исполиновых гор, по Г. Клоосу

Иногда эту роль могут играть также плоскости L. Кроме того, часто бывает возможно распознать линейную параллельную текстуру, которая обусловлена расположением столбчатых кристаллов полевого шпата. В классических обнажениях окрестностей Штрелена, в Силезии полевые шпаты залегают в плоскости S, а их продольные оси расположены перпендикулярно к Q. Так кал плоскость Q -в западной части области падает на восток, а в восточной — на запад, то столбики полевого шпата имеют на западе наклон на запад, а на востоке — наклон на восток. Это значит, что полевые шпаты образуют дугу, к которой перпендикулярны плоскости Q. Эти признаки не всегда бывают столь простыми и ясными, как в окрестностях Штрелена в Силезии, где непосредственно видно, что выжатая наверх гранитная магма выполняет широкую трещину меридионального простирания; но зато в других областях присоединяются некоторые другие признаки обеих фаз, облегчающие разрешение вопросов. Так, например, на плоскостях S и L часто встречаются плоские шлиры аплитового или обогащенного слюдой материала или же уплощенные ксенолиты вмещающих пород. Встречаются также дайки, образовавшиеся непосредственно после затвердения, главным образом приуроченные к плоскости Q. Этими признаками часто с большой ясностью характеризуется направление движения и направление наиболее сильного растяжения (рис. 61).

Детальная карта распространения трещин и параллельной текстуры в гаммерском граните в карьере Гаммерского озера, по Бубнову

Детальная карта распространения трещин и параллельной текстуры в гаммерском граните в карьере Гаммерского озера, по Бубнову

Спрашивается, чего можно достигнуть такими измерениями? По нашему мнению, их значение заключается в следующем:

1) Если раньше глубинные массивы обозначались на геологических картах как площади тектонически «пустые», то теперь имеются текстурные индикаторы, позволяющие выявить характер деформации данного плутона.

2) Возможность установления связи между жидкой и твердой фазой при возникновении глубинных пород в свою очередь позволяет связать между собой механизм интрузии и тектонической деформации.

3) Расположение параллельных текстурных элементов позволяет выяснить картину интрузии магмы. Структурные признаки твердой фазы, поскольку они располагаются конформно, только завершают картину, возникшую при другом агрегатном состоянии.

4) Соотношения эндогенных (внутриплутонических) и экзогенных (в раме плутона) структур в области контакта дают самые существенные данные по вопросу о включении глу­бинных пород в орогенический процесс. Как это подчеркнул Клоос, имеются три возможности текстурно-механических отношений:

а) параллельность или угловое несогласие структурных направлений вмещающей породы и контактовой поверхности. Согласное залегание — несогласное залегание;

б) наличие или отсутствие соответствия между внутренней структурой глубинной породы и поверхностью контакта. Конформизм — нонконформизм;

в) отношения между внутренней и внешней тектоникой. Гармония — дисгармония.

Уже из этого первого сопоставления видно, что метод установления координат сложного орогенического процесса, состоящего из тектонической деформации и интрузии, может давать хорошие результаты и, помимо того, является пригодным также для установления петротектонических и тектонических процессов и их отдельных фаз во времени. Однако здесь должна быть сделана некоторая оговорка. Точное в безупречное разрешение петромеханнческих задач с. помощью этого метода оказывается возможным, строго говоря, только в известном горизонте, а именно, в горизонте гранитных магм, подымающихся в форме диапиров в образующий складки ороген. Наилучшие результаты получаются в отношении так называемых поздних гранитов, поднимающихся несогласно, но конформно, и часто связанных с позднеорогенной тектоникой разломов. Очень неясные результаты дают граниты в ранее консолидированной раме, а также палингенные массы, оставшиеся в своем первичном ложе. Однако здесь иногда оказываются возможными комбинации с другими методами.

III. Деформация посредством движения и кристаллизации вещества происходит не только в магматических породах, но и во всех горных породах, подверженных перемешиванию при высокой температуре. Результатом такого воздействия являются, как известно, кристаллические сланцы, которые могут состоять из первичного магматического или осадочного материала. С повышением температуры и давления они становятся однородными, так что в конце концов исчезают все распознаваемые на поверхности различия. Это связано с тем, что каждое перемещение масс горных пород представляет результат отдельных движений, причем с возрастанием подвижности уменьшаются отдельные движущиеся элементы. Переход от жидкого состояния к пластичному и затем к твердому представляет собой в смысле структурного анализа увеличение размеров зерен отдельных самостоятельно передвигающихся элементов — от атомов и молекул к минеральным зернам и их группам. При однородном движении отдельные элементы, главным образом зерна минералов, располагаются в известном порядке: они поворачиваются до тех пор, пока по форме и по внутреннему строению не займут положения, параллельного направлению транспорта, т. е. осям эллипсоида деформации. Так, например, пластинчатая слюда располагается параллельно координатной плоскости ав, о которой уже говорилось выше, а столбики полевого шпата вытягиваются параллельно направлению движения а. Это продолжается до тех пор, пока жидкое минеральное «месиво», каким является расплавленная масса, остается до известной степени пластичным. С возра­станием уплотнения, с увеличением трения между зернами отдельные изометрические элементы вращаются лишь до тех пор, пока направление наилучшей делимости не совпадет с направлением движения. В дальнейшем зерна могут в этом направлении расползаться. Изложенными явлениями Зандер. объясняет характерную текстуру кристаллических сланцев; Образованные таким образом породы он называет тектонитами.

Итак, тектониты имеют ориентированную или упорядоченную текстуру, причем упорядочение ее происходит конформно движению, а значит, соответствует кинематическому плану. Плоскостные и линейные элементы горных пород имеют поэтому часто повторяющиеся определенные положения минеральных зерен, которые можно определить на столике Федорова. Таким путем получаются диаграммы для отдельных видов минералов, наподобие диаграмм трещин и сланцеватости. Диаграмму ориентируют параллельно географическим координатам. При помощи соотношений симметрии в такие диаграммы включаются затем координаты а, в, с, т. е. положение эллипсоида деформации; таким образом диаграммы показывают и ориентировку кинематического плана. Этот микроскопический анализ Зандер впервые применил к кристаллическим сланцам, но его можно применять и к магматическим породам, если достаточно учитывать различия тех и других. При этом нужно заметить, что в кристаллическом сланце кристаллизация различных минеральных элементов из смеси происходит одновременно, а у глубинных пород имеется определенная последовательность выделения минералов. Таким образом, если, например, во время затвердевания гранито-гнейса изменялись напряжения, то диаграммы для выделившейся сперва слюды и для кристаллизовавшегося в конце кварца могут не совпадать. Далее, следует учитывать, что застывающая на глубине магма совершенно также, как и застывающий с поверхности вулканит, претерпевает отдельные стадии застывания и вязкой текучести. Филипп обозначает эти стадии у вулканитов так: стадия нитеобразного течения, стадия ламинарно-постоянного и ламинарно-прерывистого движения и, наконец, стадия деформации в твердом состоянии (раскалывание). На этих отдельных стадиях кинематический план может быть различным: так, например, при нитевидном течении плитчатые и пластинчатые минералы ориентируются параллельно а, но с симметричными отклонениями в зоне оси а, при ламинарном движении они ориентируются параллельно в, с симметричными отклонениями в зоне оси в. В первом случае линии пересечения всех плоскостей листочков слюды лежат в а, а во втором — в в. В первом случае они соответствуют струям потока, а во втором — линиям пересечения плоскостей скалывания. Это приблизительно соответствует тому, что Зандер обозначает 5-тектонитами и 5-тектонитами. Все эти соображения дают нам возможность установления временных соотношений между движением и застыванием — возможность решать, произошло ли застывание в начале, в течение или же после завершения процесса интрузии.

Особенно важным является то, что мы получаем возможность сравнивать микроскопические статистические диаграммы текстур с диаграммами макроскопических данных по трещиноватости, сланцеватости, положению осей складок и так далее, — и таким способом доказывать или опровергать гармонию и конформизм картин жидкой и твердой фаз. Тем самым микроскопический структурный анализ становится важным методом при подразделении кинематических процессов во времени.