Значительная часть структурных форм, наблюдаемых в земной коре, образована за счет тектонических деформаций в земной коре. В результате этого возникают складки разных типов, синеклизы и антеклизы, флексуры, будинаж, кливаж, сланцеватость, а также многочисленные разрывы – от мельчайших до самых крупных.
Изучение условий, при которых осуществляются деформации в земной коре, представляет большой теоретический и практический интерес.
Понятно, что воспроизвести эти деформации в тех условиях, в каких они происходят в природе, невозможно. Поэтому нам надо думать не о повторении природного процесса со всеми его параметрами, а о том, чтобы создать модель этого процесса, воспроизводящую его в ином пространственном, временном и динамическом масштабе. Но модель при этом должна быть, насколько это возможно, подобной природному процессу, т.е. надо, чтобы различные факторы влияли на процессы в модели так же, как они влияют на процессы тектонических деформаций в природе. Такими факторами являются деформационные свойства вещества (упругость, вязкость, прочность и т.д.), те или иные неоднородности в строении последнего (слоистость, наличие разрывов, характер зернистости), величина напряжений, скорость деформаций, нагрузка сверху и т.п.
В полевых условиях возможно сделать выводы о влиянии состава пород и толщины слоев на форму и размеры складок. Можно сделать некоторые выводы о соотношении деформационных свойств пород разного состава и по углу, образуемому кливажем в разных слоях разного состава и по углу, образуемому кливажем в разных слоях осевой поверхностью складки и др. Но все такие выводы будут сугубо вероятностными и грубо качественными. Влияние же некоторых факторов, таких, как величина напряжений или скорость деформаций, путем полевых наблюдений даже в грубой форме выяснить невозможно.
Породы, слагающие массивы и толщи, состоят из отдельных зерен. Если таких зерен много, то порода может считаться квазиоднородной, если мало, то ее следует рассматривать как неоднородную. Она может быть либо изотропной (массивная текстура), либо анизотропной (сланцевая текстура).
Для моделирования нужно выбрать материал, из которого будет создаваться модель. Нужно подобрать эквивалентный природному материал – материал, свойства которого эквивалентны соответствующим свойствам моделируемой геологической среды. Это означает не совпадение, а соответствие условиям подобия.
Земная кора рассечена густой сетью разрывов самого разного масштаба и характера. Одни из них определяют развитие земной коры и ее структур, другие являются производными от них. Соответственно у геологов при изучении разрывов возникают многие проблемы, представляющие как теоретический, так и большой практический интерес.
Продольное сжатие слоистых толщ в природе ведет к образованию систем многочисленных разрывов – как трещин, так и разрывов со смещениями. Они тесно связаны с полной складчатостью и приурочены к различным частям, как всей складчатой системы, так и отдельных составляющих ее складок.
В 1947 г. В.В. Белоусов и Е.И. Черткова провели эксперименты на слоистых образцах из пушечной смазки и просыпкой мела. Длина образцов 8 см, высота 4.5 см, ширина 8см. При сжатии параллельно слоистости в центральной части модели слои образовали антиклинальную складку, подвернутое крыло которой осложнялось мелкими послойными трещинами. По мере увеличения сжатия сначала в средней части, а потом, продвигаясь вверх и вниз по падению, трещины объединялись в более крупные, по которым развивалось скольжение, и формировался надвиг. В то же время на концах крупного разрыва возникали новые мелкие трещины, скопления типа «метелки». Их последующее объединение привело к росту надвига.
При увеличении длины модели (18 см), деформированной в тех же условиях, процесс развивался аналогично, но возникали две встречные складки и осложняющие их надвиги.
Подобные опыты проводила А.В. Михайлова. Ее модели были неслоистые, но отличались от предыдущих существенно увеличенной длиной образца (50см), что привело к появлению нескольких последовательно возникающих разрывов. Образец был из влажной бентонитовой глины. При горизонтальном давлении с одной стороны в нижней его части близ штампа возникали мелкие трещины скалывания с наклоном около 50° навстречу движению последнего. Трещины, разрастаясь, как и в предыдущем случае, объединялись в единый разрыв, полностью рассекающий образец. Висячее крыло отрывалось от дна ящика и перемещалось вверх. После этого на некотором расстоянии от ранее сформированного надвига возникали новая система мелких трещин и новый надвиг, параллельный первому.
Эксперименты М.В. Гзовского и Е.И. Чертковой. Суть его была в том, что крупные разрывы формируются постепенно, путем объединения мелких, при этом первые приобретают волнистую форму. Модели размером 13x6x2 см сжимались горизонтально со скоростью около 1 мм/мин. Материал мог выжиматься как вверх, так и в стороны. Первая стадия – появились две системы пересекающихся вертикальных трещин, по которым материал неравномерно выжимался в стороны, что приводило к укорочению образцов по оси сжатия (около 1 см) и удлинению в поперечном направлении (1.5 см); высота почти не изменялась. Вторая стадия – возникли 2 системы x-образных наклонных трещин, по которым материал неравномерно выжимался вверх. Высота образца увеличилась до 0.5 см. Третья стадия – x-образные трещины соединились в мелкие волнистые разрывы с надвиговыми перемещениями по ним. В дальнейшем мелкие надвиги сливались, превращаясь во все более крупные надвиги, и волнистасть их также становилось крупнее и правильней, приобретая синусоидальную форму.
