Если присмотреться к процессам, происходящим внутри земной коры, то их можно разделить на две категории. Одни из них вызываются причинами, находящимися заведомо на большой глубине, во многих случаях — глубже земной коры. Таковы магматические явления — излияние расплавленной магмы на поверхность или подъем ее в верхние слои коры. Таковы же поднятия и опускания больших участков земной коры. Если поднимающийся или прогибающийся участок имеет в поперечнике несколько сотен, а то и больше тысячи километров, то весьма вероятно, что причина, вызывающая такое движение коры, должна находиться где-то на большой глубине, также измеряемой сотнями километров.
Другие процессы могут быть причислены к разряду поверхностных — они полностью развертываются в верхних слоях земной коры, их проникновение в глубину ограничивается несколькими километрами или, скажем, пятнадцатью — двадцатью километрами. Как показывают последние исследования, к этому разряду поверхностных процессов относится смятие слоев горных пород в складки. Хотя, как мы увидим, смятие слоев в складки находится в зависимости от глубинных процессов, непосредственно оно выражается в деформации пород в пределах двух верхних десятков километров.
Первые научные попытки объяснить смятие слоев горных пород в складки тесно связаны с гипотезой сжатия земного шара и сморщивания его коры при этом сжатии. Эта гипотеза уже не отвечает современным научным данным: земной шар не сжимается, во всяком случае не сжимается так, как это предполагала указанная гипотеза. Интересно, что и наблюдения над самой складчатостью показывают неправильность этой гипотезы. Дело в том, что раньше, когда только начинали изучать складки, все они представлялись едиными в своем происхождении: они казались результатом сморщивания слоев при сокращении земной поверхности. Между тем в последние десятилетия было установлено, что существуют разные типы складок и что эти разные типы, несомненно, имеют и разное происхождение.
Только линейная, или полная, складчатость, характерная для складчатых зон, могла бы быть в принципе объяснена горизонтальным сжатием земной коры. Куполовидная, или прерывистая, складчатость, широко развитая на платформах и на окраинах складчатых зон, не может быть объяснена таким образом: горизонтальным сжатием земной коры никак нельзя объяснить образование изолированных куполовидных вспучиваний слоев в отдельных точках среди обширной территории, в пределах которой слои в общем лежат почти горизонтально.
В свете новейших исследований явление складчатости оказалось еще более сложным. Специальные исследования, организованные в ряде складчатых областей Советского Союза и в некоторых зарубежных странах, привели к выделению уже не двух, а четырех типов складок, различающихся способом своего образования. Больше того, в линейном типе складок были обнаружены такие особенности, которые заставили думать, что даже этот тип не мог быть образован общим сокращением всей поверхности земного шара или ее крупных участков. Хотя эти складки и связаны с горизонтальным сжатием в земной коре, но сжатие это имеет местный характер и вызвано местными, а не общими для Земли процессами.
Наиболее простая разновидность складок была названа глыбовой складчатостью. Ее образование непосредственно связано с вертикальным поднятием отдельных глыб земной коры. Такие глыбы на некоторой глубине (например, в относительно твердых породах кристаллического фундамента платформы) ограничены вертикальными разрывами. Но в более пластичных осадочных породах, покрывающих этот фундамент, поднятие глыбы может привести только к изгибанию слоев вверх и к образованию в них куполов или валов.
Для этого типа характерна сундучная или коробчатая форма складок. Нередко они бывают асимметричными: одно крыло крутое, другое пологое. При большой толщине покрывающих пластичных пород форма изгиба слоев постепенно переходит от сундучной в глубине к пологой, куполовидной или валообразной наверху. Так, очень пологие валы и купола в восточных нефтяных районах Русской платформы, с углами наклона слоев всего 1—2°, по своему происхождению являются глыбовыми и связаны на глубине с поднятием блоков земной коры по разрывам. Глыбовые складки широко распространены на платформах. Однако есть основания думать, что они встречаются во множестве и в геосинклиналях, хотя там они не всегда наблюдаются в «чистом» виде: часто они усложнены другими разновидностями складок.
Следующий тип складок — складки нагнетания. К ним относятся те диапировые складки, о которых уже шла речь в главе 4. Если среди мощной толщи осадочных пород залегает свита особенно пластичных пород (соль, гипс, глина и др.), то при некоторых условиях она может прийти в движение. При этом пластичный материал оттекает из одних мест и, переместившись на некоторое расстояние в горизонтальном направлении, нагнетается в другие места. В первом случае толщина пластичной свиты уменьшается, свита расплющивается, во втором — наоборот, происходит ее раздувание и толщина ее увеличивается. Форма раздува может быть различна: линзовидная, куполовидная, валообразная. В других случаях пластичный материал собирается в виде колонны высотой в несколько километров при диаметре в сотни метров и образуется диапировая складка. Форма, которую принимает пластичная масса, в значительной степени зависит от разрывов в вышележащей толще, которыми пластичный материал может воспользоваться как путями для своего движения. Сама вышележащая толща изгибается вверх либо в виде купола, либо в форме вытянутого вала. Приподымаясь, она растягивается и раскалывается.
Каковы же причины подземного горизонтального перетекания пластичных пород с образованием ядер нагнетания и протыкания? Общая причина — потеря равновесия в осадочной толще. Равновесие теряется, если, например, удельный вес пластичной серии меньше удельного веса тех пород, которые лежат выше. В этом случае, легкие пластичные породы выжимаются в некоторых местах вверх.
Выжимание пластичных пород может осуществиться и при равенстве их удельного веса с покрывающими породами, если поверхностная нагрузка на пластичные породы неравномерна по другой причине. Такая неравномерность может возникнуть при пересеченном рельефе местности. В этом случае пластичные породы под возвышенностями несут на себе большую нагрузку, чем под впадинами рельефа, и это создает условия для выжимания пластичного материала из-под возвышенностей в долины, Неравномерность нагрузки может быть вызвана и просто наличием разрывов в породах, покрывающих пластичную толщу. Тектонический разрыв, особенно крупный и сложный, состоящий из серии параллельных мелких разрывов, служит причиной понижения давления на глубине, поскольку каждый разрыв является в какой-то мере щелью в вышележащих породах. Если разрыв проникает вниз до поверхности пластичной свиты, то материал последней как бы подсасывается к разрыву, внедряется в него и поднимается по нему вверх, приподнимая и раздвигая окрестные слои. При этом вес покрывающих пород должен быть достаточным, чтобы вызвать течение в пластичной толще. Условия, когда складки нагнетания связаны с разрывами в вышележащих породах, наиболее распространены в природе.
Выше говорилось, что крупные поднятия и прогибы земной коры, вызванные ее колебательными движениями, это не простые плавные изгибы, а ступенчатые — вследствие глыбового строения коры. Каждая ступень отделяется от другой разрывом или резким перегибом слоев. Такие разрывы или перегибы между ступенями — излюбленное место для образования над ними складок нагнетания путем выжимания пластичного материала.
Складки нагнетания очень широко распространены в природе. Особенно много их в предгорьях складчатых хребтов, а также в наиболее глубоких прогибах на платформах.
К складкам нагнетания по условиям своего образования близки складки глубинного, или метаморфического типа.
Давно было замечено, что характерной особенностью строения относительно глубоких зон земной коры, которые можно наблюдать на кристаллических щитах, например, в Карелии или Финляндии, являются огромные гранитные купола и валы, поднявшиеся сквозь окружающие метаморфические породы. По своей форме и в некоторой мере по способу своего образования такие купола аналогичны соляным диапировым куполам, но значительно крупнее их и образуются на значительно большей глубине. Как сейчас принимается геологами, «свежий» гранит образуется либо путем переплавления ранее возникшего гранита, либо путем «гранитизации», т. е. превращения в гранит различных осадочных и метаморфических горных пород. Под влиянием нагревания осадочные породы понемногу плавятся и перекристаллизовываются на месте. В результате из них получается гранит.
При этом в «старые» граниты или в гранитизируемые породы просачиваются из глубины горячие растворы, пары и газы. Большое количество паров и газов образуется и в самих расплавляемых или гранитизируемых породах. Пропитывание пород летучими домнонентами приводит к понижению их плотности. Поэтому «свежий» гранит, не успевший окончательно затвердеть, еще пропитанный летучими веществами, имеет меньший удельный вес, чем покрывающие его «сухие» метаморфические и осадочные породы. Это и заставляет «свежий» гранит всплывать и образовывать выступы и купола.
Гранитные купола приподнимают вышележащие метаморфические сланцы и изгибают их. Раздаваясь в стороны, гранитные купола давят на сланцы, находящиеся между куполами и залегающие круто или вертикально, и сжимают их. В участках, сдавленных сильнее, слои расплющиваются, выжимаются отсюда и их материал нагнетается в более «свободные» пространства между куполами, где они скапливаются и изгибаются в мелкие, очень сложные и неправильные складки.
Гранитные купола нередко имеют сложную форму. Они приобретают грибообразный вид, от них отделяются в стороны «козырьки». Такие усложнения вызваны тем, что при своем поднятии гранитные купола преодолевают сопротивление вышележащих толщ и растекаются под ними в стороны.
Породы, окружающие гранитные купола (чаще всего это бывают метаморфические сланцы), во время гранитизации тоже пропитываются летучими компонентами и становятся легче. Поэтому и они, подобно гранитам, стремятся вверх сквозь покрывающие их менее метаморфизованные породы. Используя разломы в этих верхних слоях, они внедряются в покрывающие породы, приподнимают их и раздвигают в стороны. При этом сами метаморфические сланцы сминаются в мелкие, тесно сжатые складки. Глубинная складчатость наблюдается не только на древних кристаллических щитах, но и в глубине более молодых складчатых зон.
Наконец, последний тип складок может быть назван складками смятия. Это — та линейная или полная складчатость, которая наблюдается в складчатых зонах. Раньше предполагалось, что в последних бывает складчатость только этого типа. В действительности же оказалось, что в складчатых зонах значительно большие площади заняты складчатостью глыбовой, нагнетания и глубинной. Складчатость смятия образует лишь узкие зоны в тех частях, где наиболее тесно соприкасаются максимальные поднятия и максимальные прогибы. Например, на Кавказе складчатость смятия встречается почти исключительно вдоль южного склона Главного хребта. На остальной территории и Большого и Малого Кавказа развита складчатость других типов.
Складчатость смятия образуется в результате горизонтального сжатия некоторого участка земной коры. Однако горизонтальные силы сжатия — местные и не имеют ничего общего с предполагавшимся ранее сжатием всей земной коры или хотя бы крупных ее участков.
Изучение строения складчатых зон позволяет установить ряд конкретных причин, вызывающих местное горизонтальное сжатие, при котором образуются складки смятия. Эти причины связаны с некоторыми характерными особенностями развития геосинклинали. Наиболее простой способ возникновения горизонтального сжатия — гравитационное оплывание или соскальзывание пород по склонам поднятий, образующихся в геосинклиналях. Очень пластичные породы (например, глины) могут медленно стекать в виде оплывин по склонам возвышенностей, образующихся в геосинклиналях. Глины увлекают с собой и другие породы. Встречая препятствия, нагромождаясь внизу склона, слои изгибаются в складки смятия. При этом образуются не только складки, но и так называемые «тектонические покровы» или «шарьяжи» — смятые в складки пластины пород, соскользнувшие со своего места и переместившиеся вниз по склону иногда на несколько десятков километров. Интересно, что пластичные, насыщенные водой осадочные породы могут всплывать под влиянием сил тяжести по склонам, угол наклона которых едва больше 1°.
Другой способ возникновения местного горизонтального сжатия связан с глыбовым строением земной коры. Каждая ступень на крыльях тектонического поднятия в геосинклинали образована отдельной глыбой земной коры, поднятой над той, которая расположена ниже по склону, и опущенной относительно той, которая расположена выше. Оказывается, что относительно приподнятая глыба стремится под влиянием силы тяжести расползаться в своей верхней части в сторону соседней опущенной глыбы. В случае ступенчатого расположения глыб, все глыбы расползаются в своей верхней части в одну сторону — вниз по общему склону, — опрокидываясь последовательно друг на друга. Если же глыба поднялась изолированно и возвышается над обеими соседними глыбами, расположенными по обе стороны, то она расползается веерообразно, в обе стороны. Верхняя, расползающаяся часть приподнятой глыбы давит в горизонтальном направлении на слои, лежащие на поверхности соседней, относительно опущенной глыбы, и сминает их в складки.
Наконец, еще один способ смятия слоев связан с раздвигающим действием на вышележащие слои складок нагнетания и глубинных складок. При своем внедрении ядро нагнетания раздвигает окружающие толщи и вокруг него могут образоваться складки смятия. Аналогичным образом проявляет себя и нагнетание, связанное с глубинной, или метаморфической складчатостью. Когда гранитизируемая или метаморфизуемая масса всплывает, внедряясь в покрывающие породы, она раздвигает их и сминает на том или ином расстоянии в складки смятия. Иногда при этом смятие происходит на очень большом расстоянии, как, например, в Аппалачах в Северной Америке, где, видимо, большая часть складок образовалась в результате раздвигающего действия огромных гранитных куполов.
Комбинация этих способов возникновения горизонтального сжатия ведет к тому или иному распределению складок смятия внутри геосинклинали. Все такие складки закономерно связаны с обстановкой, характерной для геосинклинали: они вызваны интенсивными вертикальными движениями земной коры, контрастностью вертикальных движений и крутыми наклонами и в залегании пород и в рельефе; поэтому складки смятия развиты именно в геосинклиналях.
Мы теперь можем видеть, что различные типы складок родственны между собой. Они отражают различную степень реакции слоев земной коры на вертикальные ее движения. Наиболее простой реакция оказывается в случае глыбовых складок, когда слои только приподнимаются, следуя за движением глыбы. Сложнее эта реакция в случае складок нагнетания, когда на фоне вертикального движения глыб происходит горизонтальное перетекание в наиболее пластичной свите слоев, а затем вертикальное нагнетание, использующее разрывы в вышележащих породах. Наконец, образование складок смятия отражает еще более сложную реакцию: слои либо стекают по склону, либо сминаются под давлением расползающейся поднятой глыбы и ядра нагнетания. Глубинные складки имеют много общего со складками нагнетания. Но они специфичны, и вся их специфика видна, когда мы пытаемся выяснить, как же характер складчатости изменяется с глубиной. Наиболее вероятной является следующая картина.
В глубине, на нижнем «этаже» гранитного слоя лежит область гранитизации и регионального метаморфизма с ее глубинной складчатостью. Там образуются гранитные купола и валы. Эта зона лежит на разной глубине; местами она расположена в 5—6 км от поверхности, местами значительно глубже. Выше лежит «этаж», характеризующийся глыбовым строением. Здесь происходят движения глыб вверх и вниз. Движущей силой, толкающей глыбы на ту или иную высоту вверх, являются в основном гранитные купола и валы предыдущего, более глубокого «этажа». Наконец, движения глыб среднего «этажа» вызывают в слоях наиболее верхнего «этажа» образование глыбовых складок, складок нагнетания и смятия, как это было изложено выше.
Может возникнуть вопрос: если складки смятия возникают в результате сжатия местного происхождения, то почему они образуются во многих складчатых зонах почти одновременно? В истории Земли выделяют «эпохи складчатости», в которых происходило особенно интенсивное смятие слоев в складки в самых разных, удаленных друг от друга, складчатых зонах. Здесь сказывается тот ритм колебательных движений земной коры, о котором мы уже говорили. Эпохи складчатости приурочены ко второй половине тектонических циклов, когда в геосинклиналях растут поднятия, горы. В каледонском цикле такая эпоха складчатости приурочена к силурийскому периоду, в герцинском — к концу каменноугольного и пермскому, а в альпийском — к палеогеновому и неогеновому периодам. Именно в эти эпохи в геосинклиналях создается наиболее резкий рельеф, способствующий образованию складок смятия путем оползания горных пород со склонов или путем «разваливания» в стороны поднятых блоков коры.
Следовательно, одновременность эпох складкообразования отражает одновременность определенных стадий в развитии колебательных движений земной коры. Непосредственно смятие слоев вызывается местными причинами — контрастными движениями вверх и вниз глыб земной коры в том месте, где образуются складки. Но сами эти движения глыб, поскольку они происходят почти одновременно в разных областях земного шара, должны вызываться какими-то общими глубинными процессами.
Источник: В.В. Белоусов. Земля, ее строение и развитие. Издательство Академии наук СССР. Москва. 1963