Билет 81. Понятие о механизме деформации и разрушения твердых тел; типы деформации горных пород

Изменение объема и формы тела вследствие приложенной к нему силы называется деформацией (например, сжатие в руке резинового меча, изгибание палки, удар молотком по кирпичу). Причины деформации очень разнообразны: 1) сила тяжести, самая универсальная из всех сил. 2) влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем. 3) разбухание, увеличение объема пород за счет пропитывания водой. 4) просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород. И т.д. Деформация происходит очень медленно(десятки миллионов лет).

Деформации-1) упругие (после снятия нагрузки тело возвращается в исходную форму(резиновый мяч))и пластичные(не возвращается (кусок пластилина)и сохраняет некоторую остаточную деформацию). Если прилагаемая к телу нагрузка возрастает, то тело, сначала деформируется как упругое, переходит критическую величину, называемую пределом упругости, и начинает деформироваться пластически, …
т.е. его уже невозможно вернуть в исходное состояние. Если же нагрузку увеличивать и дальше, то может быть превзойден предел прочности, и тогда горная порода должна разрушиться.

(Рис. Виды деформации: σ-напряжение, έ-деформация, t-время).

Если очень долго(сотни тысяч и миллионы лет ) создавать небольшие усилия, то твердые на первый взгляд слои горных пород будут изгибаться подобно слоям из пластилина.

В подавляющем большинстве случаев осадочные породы, образующиеся в океанах, морях, озерах, обладают первично горизонтальным или почти горизонтальным залеганием. Если мы видим, что слои залегают наклонно, или вертикально, смяты в складки и т.д., т.е. их первичное горизонтальное залегание изменено, обычно говорят, что слои подверглись действию сил, причина возникновения которых может быть разнообразна. Чаще всего имеют в виду силы, приложенные к пластам горных пород либо вертикально, либо горизонтально. (Надавите на тетрадку снизу, она изогнется вверх: а если вы ее будете сдавливать с краев, положив на стол, она сомнется и тем сильнее, чем больше будет сила сжатия, и чем дольше она будет действовать). Такие силы называются поверхностными, т.к. они приложены к какой-то поверхности пласта горных пород – нижней, боковой. Из физики известно, что изменение объема и формы тела, вследствие приложенной к нему силы, называется деформацией. Когда мы сжимаем в руке резиновый мяч, изгибаем палку, ударяем молотком по кирпичу, во всех случаях мы имеем дело с деформацией тела вплоть до его разрушения. Причины деформаций могут быть очень разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; это и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем; это и разбухание, например, увеличение объема пород за счет пропитывания водой; это и просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород, и многие другие.


Билет 82. Типы складок по форме сводов и соотношению крыльев, форме складок в плане, замыкания складок, сочетание складок, типы складчатости.

Два типа складок являются главными: антиклинальная и синклинальная. Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части, или в ядре, залегают более древние породы; во второй – более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы, описываемые всеми геологами одинаково: крыло складки(фрагменты слоев, заключенные между их изгибами в замках

соседних складок. Крылья могут представлять собой как прямолинейные,

так и изгибающиеся отрезки слоев.)(1), угол при вершине складки(угол, измеренный в вертикальной плоскости

между линией падения слоя в крыле складки и ее проекцией на

горизонтальную плоскость. Если продолжить крылья складки в область

замка, то они пересекутся под определенным углом,)(3), ядро(участок перегиба слоев с внутренней стороны), свод, ось(это линия, образующаяся при пересечении осевой

поверхности с поверхностью рельефа)(4), осевая поверхность(делит угол складки пополам и проходит

через точки перегиба слоев. Осевая поверхность может быть плоской,

а может и изгибаться.)(2) и шарнир складки(Линия, образующаяся при пересечении осевой

поверхности с поверхностью какого-либо слоя,)(5), замок(это участок перегиба слоев с внешней стороны.)(6).

С помощью этих понятий, обозначающих разные части (элементы) складок, их легко классифицировать. Например, характер наклона осевой поверхности складки позволяет выделять следующие виды складок: 1) прямые, 2) наклонные, 3) опрокинутые,4) лежачие, 5) ныряющие

.Особенно интересны складки с разными по форме сводами. Нередко можно наблюдать складки 1)«острые», напоминающие зубья пилы, или, наоборот, 2)с очень плавными, округлыми сводами. В Горном Дагестане широко распространены крупные складки, называемые 3)«сундучными» и 4)«корытообразными». Они сложены толщами плотных известняков, изогнутых вверх наподобие сундуков и вниз – корыт. На обрывистом краю одной такой сундучной складки располагается знаменитый аул Гуниб, последний оплот восставшего Шамиля.

Складки скользят друг по другу и при этом, в своде складки мощность слоев увеличивается, т.к. материал слоев, раздавливаясь на крыльях, нагнетается и перемещается в своды складок. Такие складки называются подобными, потому что углы наклона всех слоев в крыле складки одинаковы и не меняются с глубиной. Но есть другой тип изгиба, когда, наоборот, мощность слоев остается везде неизменной, но при этом форма свода складки должна изменяться. Такие складки называются концентрическими.

Существует еще один очень интересный тип складок – диапировый. Образуется он в том случае, когда в толщах горных пород присутствуют пластичные и относительно легкие породы, например, такие как соль, гипс, ангидрит, реже глины. соль легче перекрывающих ее пород, она менее плотная. Возникает легкая масса внизу, а более тяжелая – наверху. Это состояние неустойчиво и достаточно небольших движений, например, поднятия какого-то блока земной коры под соленосным пластом, как соль начинает перетекать, двигаться и при этом вести себя как очень вязкая жидкость. соль, благодаря своей относительной легкости, движется вверх и всплывает в виде гигантской капли или гриба. Всплывая, соль приподнимает слои, залегающие выше, деформирует их и прорывает, появляясь иногда на поверхности в виде соляного купола

Чаще всего мы видим смятые в складки слои горных пород в поперечном разрезе, в котором они выглядят наиболее эффектно. Но если разрезать складку в горизонтальной плоскости, то мы получим форму складки в плане. И можно убедиться, что складки в этом сечении также разнообразны: они могут быть вытянутыми, очень длинными, но узкими – линейными или, наоборот, овальными, почти круглыми — брахискладками; иногда они приобретают квадратную форму (в разрезе — корыта или сундуки., о которых говорилось выше). Замыкание антиклинальной складки в плане называется периклиналью, а синклинальной –центриклиналью. Разнообразие формы складок зависит от свойств горных пород и от направления действия силы, приложенной к пластам.

Как правило, в горных областях наблюдается сложное сочетание складок в большом объеме пород, т.е. все пространство занято складками, переходящими друг в друга. Обычно такое сочетание складок называют полной складчатостью, в противоположность прерывистой складчатости, характеризующейся тем, что отдельны складки разделены обширным пространством с горизонтальным залеганием пород. Сочетание складок в областях с полной складчатостью приводит к образованию антиклинориев ( с преобладанием антиклинальных складок) и синклинориев( с преобладанием синклинальных.

Механизмы формирования практически всех известных типов складок можно свести к трем главным типам

1)Первый тип – это складки поперечного изгиба. Они образуются в том случае, когда сила, сминающая горизонтально залегающий пласт, направлена перпендикулярно к нему.

2)Второй тип складок – это складки продольного изгиба. В данном случае силы направлены вдоль пластов по горизонтали. Такой тип складок можно получить, сжимая на столе толстую пачку листов бумаги. При этом отчетливо будет видно, как листы бумаги, сминаясь в складки, скользят друг по другу, иначе, как уже говорилось, смять их невозможно. Представим себе, что продольное сжатие испытывают слои разной вязкости: твердые песчаники и мягкие глины. При общем смятии более податливые глины будут сильнее раздавливаться и выжиматься с крыльев складок в их своды, которые будут увеличиваться в объеме. В них как бы накачивается, нагнетается пластичная глина.

3)Третий тип складок – это складки течения или нагнетания. Они свойственны таким пластичным породам, как глины, гипс, каменная соль, ангидрит, каменный уголь. Складки из таких пород отличаются очень прихотливой формой. Надо отметить, что при высоких температурах, которые существуют на глубинах в несколько километров, пластичными становятся даже такие прочные породы как кварциты, мраморы, известняки и песчаники.