Складкообразование в многослойных системах

Складкообразованию в многослойных системах посвящены обширные исследования. Они слишком объемны, чтобы рассматривать их детально, поэтому мы дадим только краткое описание. Складкообразование в многослойных системах, обусловленное внутренним продольным изгибом, уже рассматривалось в двух предыдущих разделах. Другой простой пример многослойных складок — гармоничные складки многочисленных компетентных слоев, заключенные в мощную некомпетентную среду. Био [12] назвал их «подобными складками» (similar folds), хотя такое употребление термина несколько отличается от принятого в структурной геологии (см. раздел 5.2). Он показал, что когда складчатые многослойные системы состоят из чередующихся компетентных и некомпетентных слоев, геометрическая форма складок зависит от отношения вязкостей между слоями. Были выведены уравнения для доминирующих длин волн с большими и небольшими значениями отношений вязкостей. Этот тип складкообразования обусловлен продольным изгибанием многослойной системы как единого целого, и, следовательно, по механизму напоминает складкообразование однослойной системы. Однако, характер процесса меняется от продольного изгиба до внутреннего продольного изгиба по мере того, как общая мощность многослойной системы становится намного больше мощности отдельных слоев. Хара (1966, 1967), а также Робертс и Штрёмгаард (1977) проанализировали природные и смоделированные складки этого типа и описали распределение в них напряжений и деформаций.

Складки, которые Био называл подобными, образуются, когда каждый некомпетентный слой между соседними компетентными слоями достаточно узкий. Чем больше интервал между соседними компетентными слоями, тем больше будет проявляться тенденция каждого отдельного компетентного слоя к независимому смятию в складки. В соответствии с теоретическими и экспериментальными исследованиями Курре и др. (1962) и Рамберга (1962) два компетентных слоя сминаются в складки независимо один от другого, когда интервал между ними больше суммы длин волн складок в них¹. Если интервал между соседними компетентными слоями меньше этого расстояния, но шире, чем необходимый для образования гармоничных складок, каждый компетентный слой стремится смяться в складки независимо, подвергаясь влиянию складкообразования соседних компетентных слоев, что приводит к образованию сложных складок. Примерами этих сложных складок служат наложенные складки разных масштабов (Рамберг, 1964, и др.). Именно такие сложные складки чаще всего наблюдаются в природе. Чтобы проанализировать механизмы сложного складкообразования, необходимо полагаться на более общий анализ, чем те, которые мы рассматривали до сих пор.


Общие теории складкообразования в многослойных системах разрабатывали Био (1963, 1964, 1965), Рамберг (1970), Джонсон и Хонеа (1975), Джонсон и Пейдж (1976) и Джонсон (1977). Эти теории опираются на концепцию, что складкообразование, главным образом, обусловлено различиями механических свойств между слоями. Полагая, что послойное скольжение играет важную роль, теории следует пересмотреть с учетом трения между слоями. Эти общие теории в настоящее время не имеют большого применения, и анализ сложных многослойных складок в природе отложен на будущее. Однако, работы Рамберга [88], который проанализировал многослойные складки, состоящие из наложенных складок двух разных масштабов, и Рамберга и Штрёмгаарда [89], подтвердивших теоретическое предсказание Рамберга экспериментально, заслуживают упоминания.

Примечания

1. Этот критерий применяется только в случае, если некомпетентная среда изотропна. Если среда анизотропна и в ней может произойти внутренний продольный изгиб, то неоднородная деформация, сопровождающая складкообразование, может распространяться в среде на расстояние, намного превышающее длину волны складки.