В настоящее время существуют три основные теории, касающиеся происхождения кливажа сланцеватости: гипотезы скалывания, уплощения и тектонического обезвоживания. У гипотезы уплощения по многим причинам большинство сторонников.
Гипотеза скалывания
Гипотезу скалывания (shearing hypothesis) впервые выдвинул Филлипс (1844), а также Бекер и др. (1896, 1904, 1907). Бекер рассмотрел ее с позиций теории эллипсоида деформации и отметил, что плоскость максимального скалывающего напряжения расположена там, где разрез эллипсоида деформации образует точный круг, и что кливаж сланцеватости будет развиваться параллельно этой плоскости. Токуяма (1971) изучил внутреннюю структуру сланца Тойома и обнаружил развитые в двух направлениях плоскости кливажа, пересекающиеся под углом 15°. Он также выяснил, что направление биссектрисы тупого угла между этими плоскостями соответствует главной оси максимального сжимающего напряжения (рис. 4.6). Это заставило его подчеркнуть, что кливаж сланцеватости первоначально формируется в виде сопряженных плоскостей скалывания, которые по мере развития деформации вращаются до тех пор, пока не будет достигнут наблюдаемый в настоящее время тупой угол. Однако, кливаж сланцеватости обычно развивается в одном направлении, и, если даже минералы располагались по двум направлениям, все равно нет полной уверенности в том, что существовало действие скалывания. Если трещина скалывания развивается вдоль особой плоскости, то полагают, что ориентировка последующих трещин будет контролироваться образовавшимися ранее плоскостями анизотропии. Было бы весьма маловероятно, чтобы плоскости трещин скалывания формировались с интервалом в несколько десятков микрометров, как происходит, например, при кливаже сланцеватости.
Гипотеза уплощения
Гипотезу уплощения (flattering hypothesis) поддерживают многие ученые, начиная с Шарпа (1847, 1849) и Сорби (1853, 1856) и кончая Вудом (1973, 1974), Туллисом (1975, 1976) и Сиддансом (1972, 1977). Шарп (1847) изучал деформированные ископаемые остатки в сланцах и пришел к заключению, что кливаж развивается под прямым углом к направлению максимального давления, так как изучаемые объекты были уплощены в плоскости кливажа сланцеватости. Анализ деформаций (рассматривается далее) впоследствии производился многими исследователями, работавшими в этой области: использовались различные индикаторы деформации, такие как деформированные ископаемые остатки или галька. Подчеркивалось, что кливаж сланцеватости развивается в плоскости, перпендикулярной к главной оси максимальной деформации сжатия. Дейтрих [20] использовал метод конечных элементов для моделирования на компьютере складок продольного изгиба в вязких слоях, находящихся в вязкой среде (см. гл. 5). Так он продемонстрировал, что расположение плоскостей, пересекающих максимальную деформацию сжатия, удивительно хорошо совпадает с расположением кливажа сланцеватости в природе (ср. рис. 4.7 и рис.т 4.1).
Гипотеза тектонического обезвоживания
Максвелл (1962) изучал ордовикский Мартинсбургский сланец в Аппалачских горах и отметил, что кластические дайки в сланцах простираются параллельно кливажу сланцеватости (рис. 4.8). Он пришел к заключению, что кливаж развивался в результате механического вращения обломочных частиц в процессе обезвоживания, когда давление поровой воды достигало необычайно высокого уровня благодаря тектоническим напряжениям, действовавшем до консолидации породы. Эта гипотеза тектонического обезвоживания (tectonic dewatering hypothesis), т. е. развития кливажа в процессе диагенеза, которая полностью противоречила общепринятому тогда учению, постепенно завоевывала сторонников, опираясь на данные полевых исследований (Поуэлл, 1972, Олтерманн, 1973 и др.). Излагались также и контраргументы интерпретации фактов, на которых основывалась эта гипотеза (Гейзер, 1975). При полевых исследованиях было выявлено много фактов, которые не могут быть однозначно объяснены этой гипотезой. Например, многочисленные дайки и потоки лавы были обнаружены в мезозойских и палеозойских отложениях гор Китаками. Кливаж сланцеватости, развитый в них, имеет то же направление, что и кливаж во вмещающих аспидных сланцах (Иваматсу, 1969, 1975). Местами кливаж сланцеватости развит в ископаемых остатках и гальке, содержащихся в сланце. Ясно, что они уже испытали консолидацию, когда формировался кливаж сланцеватости. Наложение кливажа сланцеватости, развитого в двух направлениях и формировавшегося в разное время, наблюдалось во многих областях мира, например на о. Тайвань (Кимура, 1973). В этих случаях породы явно уже испытали консолидацию, по крайней мере, когда развивался самый поздний кливаж сланцеватости. Хироватари и Катаями (1973) использовали электронный микрозондовый анализ (ЕРМА) для изучения химического и минерального состава палеогеновых аргиллитов Начигуро и аспидных сланцев Тойома. Они установили, что аргиллиты Начигуро, в которых кливаж не наблюдается, едва метаморфизованы, даже если они испытали диагенез, а в сланцах Тойома довольно хорошо развиты явления перекристаллизации. Другими словами, они показали, что кливаж сланцеватости формируется не только исключительно при диагенезе.
Следовательно, гипотезу тектонического обезвоживания трудно принять в качестве механизма образования регионального кливажа сланцеватости, однако, полагают, что развитие кливажа, обусловленного обезвоживанием, можно обнаружить на самом локальном уровне (Уильямс, 1977, и др.). Моор и Гейгл (1974) обнаружили кливаж сланцеватости в керне скважины, пробуренной глубоко в дне океана, и именно в этом случае вполне вероятно, что он образовался благодаря процессу обезвоживания.