Гравитационные конвекционные движения

Горные породы в слабодислоцированных субгоризонтальных комплексах земной коры обычно располагаются так, что их плотность сверху вниз по разрезу увеличивается. Это — нормальное распределение плотностей. Однако нередко плотности нижезалегающих пород оказываются меньшими, чем плотности вышележащих образований. Такое явление называется инверсией плотностей. Явление интересно в том отношении, что оно делает взаимное положение геологически последовательных напластований механически крайне неустойчивым. Если породы, имеющие меньшую плотность, пластичны или характеризуются слабой прочностью, то в соответствии с законом Архимеда вышележащие тяжёлые породы будут тонуть в них и вытеснять их из-под себя. При этом породы с меньшей плотностью будут внутрислойно стекаться на участки пониженных давлений и здесь всплывут вверх, расталкивая перекрывающие массы. В результате в субгоризонтально наслоенных отложениях формируется конвекционная (конвективная — по Е. В. Артюшкову, 1965; А. В. Вихерту, 1981; адвективная — по В. В. Белоусову, 1975; аномальноплотностная — по М. В. Гзовскому, 1962) система движений, являющаяся аналогом конвекций Рэлея—Тэйлора, возникающих в жидкостях при нарушении их тепловой или гравитационной однородности.

Обычно возникает не одна, а множество самостоятельных конвекционных ячей, размеры которых зависят от мощностей конвектирующих образований. Поперечники таких ячей обычно в 3–4 раза превышают мощности более вязкого слоя. Форма ячей в плане может быть квадратной, трёх- и шестиугольной. Эксперименты показывают (Рамберг, 1970), что форма ячей весьма сильно зависит от конфигурации области, в которой развиваются движения. В линейных областях возникают линейно вытянутые ячеи, в изометричных — квадратные, в округлых — округлые. Понятно, что их форма зависит также и от реальных свойств контактирующих масс, которые, как правило, распределены анизотропно. Направленность движений внутри конвекционных ячей определяется соотношением вязкостей нижнего, менее плотного и верхнего, более плотного слоев (Артюшков, 1965). Если вязкость нижнего слоя больше вязкости верхнего, то лёгкие массы всплывают по периферии, а тяжёлые тонут внутри ячей. Так образуются конвективные формы центрального типа. Если вязкость нижнего слоя меньше вязкости верхнего, то формируются конвективные формы краевого типа, где лёгкие массы всплывают внутри ячей, а тяжёлые тонут по их периферии. Деформации контактной поверхности, характеризующие степень взаимопроникновения тяжёлых и лёгких масс, в жидких средах развиваются в виде нескольких последовательных стадий. Вначале они имеют вид выгнутых вверх и вниз пологих синусоид. Затем выпуклости растут и превращаются в сталактито-сталагмитоподобные внедрения и каплевидные тела. Наконец, массы меняются местами, и движение их прекращается. В реальной геологической обстановке такой полный цикл движений обычно не наблюдается. В большинстве случаев движения заканчиваются на первой стадии — на образовании пологих вдавленностей верхних пород в нижние и нижних в верхние. Реже образуются глубокие взаимовнедрения и каплевидные тела. Полное замещение нижних пород верхними встречается как исключение.

Конкретные условия, способствующие возникновению конвекционных движений в верхних горизонтах земной коры, могут быть разными. Это позволяет разделить конвекционные кинематические системы на несколько генетических разновидностей. Из них наиболее результативными и поэтому более известными являются следующие.