Моделирование складчатых зон

Моделирование складчатых зон

 

Идея эксперимента заключалась в определении характера деформаций пластических масс при сокращении площади основания, на котором они залегают (т.е. при сокращении поперечного сечения бассейна осадконакопления). При этом в модель изначально закладывалось «торошение» жесткого верхнего слоя литосферы, на котором залегают молодые и пластичные осадки. Мы полагаем, что это «торошение» (рис. 24) является реакцией «кристаллического цоколя» бассейнов на вязкопластичные течения в более глубоких горизонтах в связи с заполнением зоны заглатывания и заплыванием астеносферной воронки (рис. 23б).

 

012912 1452 11 Моделирование складчатых зон

Рис. 24. Предполагаемый характер «торошения» кристаллического фундамента осадочных бассейнов (поперечный разрез).

 

Исходная модель представляла собой многослойный брикет из разноцветного пластилина, уложенный на бумажные полоски (рис. 25). Размеры брикета: длина 45—50 см, ширина 5,5—6 см, толщина 0,8—1,1 см.

 

012912 1452 12 Моделирование складчатых зон

Рис. 25. Строение исходной модели: а — вид сверху, б — вид сбоку, серым фоном показана доска со щелью, в которую пропущены концы бумажных полос.

 

Принцип эксперимента. Исходную модель нагревали до состояния, близкого к плавлению, затем укладывали на плоскую доску, в которой была прорезана щель. Свободные концы бумажных полосок опускались в эту щель. «Торошение» осуществлялось в результате протаскивания бумажных полосок вниз, через щель, сечение которой не допускало существенной утечки нагретого пластилина. Остывшую модель разрезали по длине на серию долей, которые должны были представлять поперечные разрезы складчатых поясов.

 

Результаты показали, что характерные черты складчатости зависят от масштаба сокращения длины модели (от масштаба «торошения») и характера распределения этого сокращения по длине модели. Методом «проб и ошибок» были выявлены условия, при которых образуются складчатые структуры типа Большого Кавказа и типа Альп (рис. 26).

 

012912 1452 13 Моделирование складчатых зон

Рис. 26. Масштабы «торошения» и его дифференцированность по длине модели (вид сверху). Показано начальное и конечное положение бумажных полос, подстилающих пластилин: а вариант для моделей Большого Кавказа, б вариант для моделей альпийского типа.

 

Складчатые структуры кавказского типа (рис. 2 7) получались при сокращении длины модели в 1,6—1,8 раза, которое распре -делено по длине модели согласно рис. 26а. На разрезах видны все основные черты, установленные геологами для Большого Кавказа (рис. 27а, б). Это уровни складчатости, закономерно повышающиеся к Главному хребту. Усложнение складок, при движении от предгорий к осевой зоне, от простых брахискладок через коробчатые к напряженным изоклинальным. «Осевой диапир», в котором древние метаморфические образования (часто со следами течения) выведены на один уровень с молодыми толщами. И, наконец, «вергентность» в обе стороны от осевой части. К этому можно добавить также более напряженную складчатость в синклинальных структурах, которая контрастирует с простыми складками на антиклиналях. Отмеченное «раздавливание» толщ в синклиналях весьма свойственно складчатым поясам и отмечалось многими исследователями. В некоторых моделях над зоной «дивергенции» получался характерный «развал Главного хребта» (рис. 27б), тогда как в других случаях почему-то происходило выжимание покрова в виде «гигантской лежачей складки» (рис. 27в, г).

 

Альпийские складчатые структуры получались при сокращении длины модели в 2,5—3 раза, согласно схеме на рис. 26б. При этих условиях «торошения» формировались разнообразные покровные структуры как в виде сопряженных лежачих складок, так и в виде покровов-пластин (рис. 28а, б). Было замечено, что покровы-пластины появлялись преимущественно в тех случаях, когда прогрев исходной модели был неравномерным. В частности, в одном из опытов половина модели была намеренно прогрета немного меньше и, соответственно, имела несколько большую вязкость. В результате данного эксперимента вся зона смятия оказалась перекрыта «гигантскими покровами-пластинами», осложненными крупными лежачими складками (рис. 28в).

 

Очевидно, в реальных зонах складчатости непременно должны быть вариации по вязкости, как по вертикали, так и по горизонтали, и поэтому данный эксперимент, скорее всего, более соответствовал природным условиям. И, по-видимому, не случайно именно в нем были получены черты «портретного» сходства с теми классическими разрезами Альп, какими их любят представлять альпийские геологи (рис. 29).

 

Таким образом, и Альпы, и Кавказ образовались в результате горизонтального сжатия, обусловленного поддвиганием глубинных горизонтов под центральную зону складчатого пояса. Надо сказать, что полевые геологи, досконально знающие геологию, уже давно приняли эту причину в качестве определяющей в процессе формирования альпийских складчатых структур.

 

012912 1452 14 Моделирование складчатых зон

Рис. 27а, б, в, г. Модели типа Большого Кавказа.

 

012912 1452 15 Моделирование складчатых зон

Рис. 28а, б, в. Модели Альпийского типа.

 

Кроме того, наши модели можно рассматривать в качестве иллюстраций классического положения, выдвинутого альпийскими геологами, о том, что геоантиклинальные зоны закладываются над глубинными надвигами (вернее сказать, поддвигами), по которым происходит «сдваивание» пластин гранито-метаморфического цоколя, тогда как прогибы занимают промежуточное положение между растущими кордильерами. Этим «сдваиванием» и увеличением мощности гранитного слоя в какой-то мере, по-видимому, обусловлено размещение месторождений литофильных редких металлов, которые явно тяготеют к геоантиклинальным зонам.

012912 1452 16 Моделирование складчатых зон

Рис. 29. Генерализованный разрез Альп (по M. G.Rutten). 1 — форланд Евразии; 2 — покровы пеннид, сформированные в альпийской геосинклинали (Западные Альпы); 3 — породы ультраосновного состава; 4 — австриды Восточных Альп и Африка. I — покров Большой Сен-Бернар; ГГ — покров Монте-Роза; III — покров Дан-Бланш

 

Надо сказать, эти эксперименты были задуманы и проводились в давние времена, что называется, «шутки ради», не с целью что-то доказать оппонентам, а скорее чтобы отвлечь от уличных забав детей младшего школьного возраста. Но полученные результаты оказались столь эффектными, что заставили задуматься: а не оказалось ли так, что здесь, по воле случая, были соблюдены «условия подобия». Я посмотрел специальную литературу и обнаружил, что при моделировании вязко-пластичных деформаций критерию подобия удовлетворяет формула: Ch =Cd Cg СlCt, где C — отношение соответствующих модельных и природных показателей (h — вязкости, d — плотности, g — ускорения свободного падения, l — длины, t — времени). Для природных процессов можно принять следующие значения: η=1019Па с, d=2,6 г/см3, g=10 м/с2, l=5 407 см (500 км), t= 10 13 сек (миллионы лет). Параметры экспериментов: d= 1,8 г/см3, g=9,8 м/с2, 1=50 см, t=102 сек (минуты). Подставляя эти значения в приведенную формулу, получаем вязкость η=102 Па с (103 пуаз), при которой надо было бы проводить эксперименты для соблюдения условий подобия. На специальном вискозиметре была определена температура, при которой наш пластилин приобретал именно эту вязкость. И эта температура оказалась в пределах 55—60 0С, т.е. именно такой, при которой мы проводили пластилиновые игры с детьми на малогабаритной кухне, не подозревая, что осуществляем важное научное действо.


Найти на unnatural: Моделирование складчатых зон
Автор: admin | 30 Январь 2012 | 374 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100