Конспекты лекционных занятий 1 глава

Содержание: Геотектоника – наука о строении Земли в связи с ее общим направленным движением. Проще говоря, геотектоника – наука о тектонических движениях, причинах их возникновения и их результатах, сначала создающих геологические формации, а затем деформирущих их. В соответствии с конкретными задачами, стоящими перед геотектоникой, она подразделяется на несколько научных дисциплин.

1. М о р ф о л о г и ч е с к а я г е о т е к т о н и к а, или с т р у к т у р н а я г е о л о г и я, или просто т е к т о н и к а изучает тектонические элементы (структурные формы) земной коры и литосферы, обусловленные тектоническими движениями и деформирумые ими, и классифицирует их. Как правило, структурная геология изучает в основном тектонические структуры мелкого и среднего масштаба, тогда как крупные структуры земной коры и литосферы изучаются общей геотектоникой (см. ниже). В качестве специфического подраздела структурной геологии можно рассматривать тектонофизику, или геомеханику. Этот раздел структурной геологии получили развитие в последние десятилетия, он занимается изучением физических условий возникновения тектонических нарушений совокупностей горных пород, именуемых геологическими формациями.

2. Р е г и о н а л ь н а я г е о т е к т о н и к а – раздел геотектоники, занимающийся изучением особенностей геологического строения и тектонического развития довольно крупных областей земной коры, включающих тектонические структуры различного порядка и многочисленные мелкие структурные формы. В процессе решения возложенных на себя задач региональная геотектоника использует данные, полученные в результате геологической съемки, а также геофизических и геохимических исследований.

3. И с т о р и ч е с к а я г е о т е к т о н и к а занимается постадийным прослеживанием истории геологического развития тектонических структур (структурных элементов) земной коры. При этом восстановление истории развития тектонических структур осуществляется по-порядку – от мелкой к более крупной в общем ряду иерархически соподчиненных друг другу структур. Например, восстановление истории геологического развития совокупностей отдельных структурно-формационных зон (антиклинориев и синклинориев) дает возможность проследить историю развития включающих эти зоны складчатых областей. Определение особенностей геологического развития различных складчатых областей способствует прослеживанию истории развития во времени и пространстве крупного складчатого пояса, состоящего из нескольких склдадчтых областей. В результате восстановления истории развития нескольких складчатых поясов можно получить данные об особенностях развития континентальной коры в целом. Выяснение особенностей развития и становления континентальной коры дает возможность разработать теоретические аспекты важнейшей проблемы геологической науки по прослеживанию истории геологического развития планеты в целом, поскольку земная кора и литосфера представляют собой результат этого развития. Их обособление на приповерхностном уровне планеты произошло в течение последних 4-х млрд-ов лет.

В качестве специфического подраздела исторической геотектоники рассматривается неотектоника, занимающаяся анализом тектонических процессов, движений и структур, формирующих различные типы рельефа Земли в последний этап развития планеты. Термин «неотектоника» зачастую заменяется термином новейшая тектоника, т.е эти понятия в принципе являются синонимами

4. О б щ а я г е о т е к т о н и к а, или т е о р е т и ч е с к а я г е о т е к т о н и к а подытоживает данные, полученные другими разделами геотектоники, и анализирует закономерности проявления тектонических движений во времени и пространстве, определяет тектонический режим (механизм) формирования тектонической структуры, а также время и особенности перехода одного режима в другой (например, время перехода подвижного тектонического режима в платформенный режим) и восстановливает таким образом историю геологического развития всей земной коры, литосферы и всей Земли в целом. В задачу общей геотектоники входит также разработка геотектонических гипотез, пытающихся объяснить общие закономерности формирования и развития нашей планеты.

В данном контексте необходимо обратить внимание на такую деталь: понятие «общая тектоника» в принципе соответствут понятию «геотектоника» как таковая. Другими словами, объект исследования геотектоники, ее цели и задачи соответствуют в целом таковым общей геотектоники.

5. П р и к л а д н а я г е о т е к т о н и к а занимается использованием полученных другими разделами геотектоники данных для выяснения особенностей формирования и распространения скоплений и залежей различных видов минерального сырья и ориентирует таким образом на эффективный прогноз и поиски месторождений полезных ископаемых. Формирование и распространение в земной коре различных типов месторождений полезных ископаемых характеризуются различными закономерностями, что послужило причиной расчленения прикладной геотектоники на различные научные дисциплины. Так, в рамках прикладной геотектоники рассматриваются такие научные дисциплины, как «геотектоника рудных месторождений», «геотектоника месторождений нефти и газа», «геотектоника месторождений угля» и т.д.

Геотектоника как специфическая геологическая наука имеет свои методы исследования. Одни методы исследования считаются собственно геотектоническими, другие формировались в результате использования данных общегеологических исследований в геотектонических целях. Вкратце охарактеризуем основные методы геотектонических исследований.

1. С т р у к т у р н ы й м е т о д основан на анализе различных форм проявления тектонических нарушений (складок и тектонических разрывов) в земной коре по результатам данных, полученных посредством геологической съемки и глубинного картирования с помощью горных выработок (шурфов, канав, шахт, штолен и т.д.), буровых скважин и геофизических работ. Анализ особенностей взаимоотношений и ориентировок небольших тектонических элементов – осей складок, направлений разрывов и особенностей кливажа и т.д. – в пределах конкретной тектонической структуры дает возможность определить механизм деформирования слоев горных пород исследованного участка земной коры, что, в свою очередь, позволяет определить направление тектонических напряжений в земной коре, приведших к деформированию этих слоев. В результате последовательного проведения таких исследований на отдельных участках можно получить важнейшие сведения о простирании и тектонической природе довольно крупных структур – отдельных структурно-формационных зон и крупных глубинных разломов. Анализ тектонических особенностей крупных регионов с помощью структурного анализа называют обычно «структурным методом региональных исследований ». Результаты структурного анализа исследованного региона офрмляются с помощью различных графических материалов – в виде структурных карт, разрезов, профилей, блок-диаграмм, роз-диаграмм трещиноватости и т.д.

Специфической разновидностью структурного анализа является метод микроструктурного анализа. Этот метод иногда называют методом петроструктурного анализа, поскольку он предусматривает изучение прозрачных шлифов под микроскопом. Этот метод основан на том обстоятелстве, что ориентировки минеральных агрегатов, изученных под поляризационным микроскопом, в принципе определяют направление тектонических напряжений, приложенных к участку земной коры, откуда взят образец (шлиф). Определенные таким образом ориентировки тектонических напряжений выносятся на бумагу в виде роз-диаграмм. Статистическая обработка полученных данных дает возможность определить общую картину проявления деформации и последовательность деформационных процессов в том участке земной коры, откуда взяты ориентированные образцы (шлифы).

2. Г е о ф и з и ч е с к и е м е т о д ы широко используются в геотектонических исследованиях. В разработке геотектонических гипотез и концепций используются практически все основные геофизические методы исследований – гравиметрические, магнитометрические и сейсмические, электроразведка. В разработке геотектонических гипотез особым статусом пользуется специфический метод геофизики, называемый «термика Земли ».

Роль геофизических исследований в прослеживании тектонической эволюции земной коры и литосферы из года в год повышается. «Структурный метод», считавшийся ведущим методом геотектонических исследований со времен формирования геотектоники, как специфического раздела геологической науки, во второй половине XIX века, постепенно уходит на второй план. Его место ныне занимают перечисленные выше геофизические методы исследования. Это закономерно, поскольку структурный метод геотектоники, расчитанный на изучение ограниченных участков земной коры, в принципе не может способствовать разработке общепланетарных гипотез и концепций. Наоборот, возможности геофизических исследований в данном направлении велики, поскольку с помощью этих методов, во-первых, можно «охватить» крупные участки земной коры и глубинные уровни планеты в целом, а, во-вторых, геофизические методы дают возможность получить численные данные тех или иных параметров Земли с помощью довольно точных измерений. Например, сейсмические исследования, как известно, дали возможность расчленить поперечный разрез Земли на различные «слои»; комплекс исследований с применением «глубинного сейсмического зондирования» и «гравиметрических исследований» дал возможность определить особенности строения земной коры в целом; гравиметрические и магнитометрические исследования позволили установить особенности распространения различных типов горных пород кристаллического фундамента платформенных структур, перекрытых мощным слоем платформенного чехла, а также особенности рельефа поверхности фундамента; всесторонний анализ данных, полученных с помощью гравиметрии, магнитометрии и сейсморазведки, дает возможность диагностировать тектоническую природу глубинных разломов; с помощью сейсморазведки можно определить даже небольшие складчатые деформации в разрезе платформенного чехла, изменения в мощностях отдельных литолого-стратиграфических комплексов в разрезе этого чехла, а также проследить несогласия и разрывы в толще осадочных пород; магнитометрические и гравиметрические исследования позволяют определить форму, размеры и даже вещественный состав магматических тел, расположенных в глубинных слоях земной коры; с помощью магнитометрических исследований можно установить и другие важнейшие особенности тектонических структур.

Выявление геологического строения и геоморфологических особенностей дна Мирового океана осуществлено с помощью геофизических исследований, что послужило толчком появлению современной парадигмы геологической науки, имя которой Тектоника литосферных плит (ЛТТ), или Новая глобальная тектоника (НГТ).

3. Метод с р а в н и т е л ь н о й т е к т о н и к и позволяет определить общие закономерности в геологической эволюции сходных по своей природе тектонических структур, расположенных в различных регионах земной коры, путем сравнения их структурных особенностей и особенностей геологического развития. Основу этого метода в начале ХХ века заложил немецкий ученый Г.Штилле. В дальнейшем развитии метода во второй половине ХХ века ведущую роль сыграл извесный русский (советский) ученый Н.С.Шатский.

4. Г е о д е з и ч е с к и е м е т о д ы позволяют определить направления и скорости проявления тектонических движений с помощью проведения довольно точных геодезических измерений в изменениях рельефа на современном этапе развития планеты.

5. Г е о м о р ф о л о г и ч е с к и е м е т о д ы основаны на изучении характера изменения рельефа не только современной Земли, но и на всем неотектоническом этапе развития планеты. Другими словами, геоморфологические исследования предусматривают изучение особенностей проявления тектонических движений, приведших к изменениям рельефа планеты, начиная с неоген–четвертичного периода развития Земли. Например, с помощью измерений высотных (глубинных) отметок морских или речных террас, а также поверхностей выравнивания того или иного участка земной коры можно определить направления колебательных движений, а также численные характеристики поднятия или опускания данного участка земной коры в определенный промежуток времени. Постоянное наблюдение изменений в морфологии речных долин морских берегов дает возможность определить характер проявления тектонических движений на современном и неотектоническом этапах развития планеты. В использовании геоморфологических исследований для получения геотектонических данных ведущая роль принадлежит известным русским (советским) ученым – Н.И.Шатскому и С.С.Шульцу.

6. А н а л и з ф а ц и й и м о щ н о с т е й считается одним из основных методов в тектонических исследованиях. С его помощью определяются история проявления колебательных (эпейрогенических) тектонических движений и общая направленность развития отдельных тектонических структур. Основоположником метода является известный русский тектонист В.В.Белоусов. Недостатком метода является то, что он используется только для изучения результатов колебательных (вертикальных) движений земной коры. Другими словами, этот метод невозможно использовать в пределах сильно деформированных тектонических структур. В то же время, метод имеет и определенные положительные стороны: его можно использовать для определения характера и направленности колебательных движений в пределах как крупных тектонических структур, перекрытых мощным осадочным чехлом, так и отдельных региональных структур. Результаты исследований, полученные с использованием этого метода, оформляются в виде специальных карт, которые называются «картами распространения фаций и мощностей». Такие карты могут охватывать как крупные области с мощнейшими толщами осадочных и осадочно-вулканогенных пород, так и небольшие участки, включающие местные стратиграфические единицы.

7. А н а л и з п е р е р ы в о в и н е с о г л а с и й является одним из эффективных методов геотектонических исследований. Основу этого метода создал в XVII веке италиянский ученый (по национальности датчанин) Н.Стено. Дальнейшее развитие метода связано с именами американского ученого А.И.Леворсена, немецкого ученого Г.Штилле и русского ученого Н.С.Шатского. В основе метода лежит совокупность положений, известная в геологической литературе под названием «правило Стено». Данное правило включает два простых, но весьма важных утверждения: 1) осадочные породы в момент своего образования отлагаются в виде горизонтально лежащих слоев и, если они зачастую встречаются в виде наклонно переслаивающихся (смятых в складки) пластов, то это результат их последующей деформации под действием тектонических напряжений, т.е движений; 2) если наклонно переслаивающиеся или смятые в складки слои осадочных пород перекрываются горизонтально лежащими слоями, то это свидетельствует о том, что смятие в складки первых слоев происходило задолго до образования вторых.

Основанный на этих утверждениях метод анализа перерывов и несогласий дает возможность определить наиболее важные моменты истории развития изучаемой тектонической структуры, соответствующие времени ее основных структурных изменений. Результаты исследований отражаются в серии палеогеографических карт. Серии таких палеогеографических карт позволяют выявить изменение структурного плана изученной тектонической структуры от одного этапа к другому. Комплексное использование этого метода совместно с методои анализа фаций и мощностей дает возможность определить перерывы в осадконакоплении и несогласия между стратиграфическими подразделениями в стратиграфической колонке и проследить таким образом основные стадии развития и становления изученной структуры.

Метод анализа перерывов и несогласий является одним из самых древних методов, однако он играет важную роль в определении структурной сущности изученного района.

8. О б ъ е м н ы й м е т о д. Использовать данный метод в геотектонических исследованиях впервые предложил известный русский ученый В.В.Белоусов. Впоследствии он получил дальнейшее развитие, благодаря исследованиям другого русского ученого –А.Б.Ронова, проводившего свои исследования в пределах Русской плиты Восточно-Европейской древней платформы. Смысл данного метода заключается в вычислении объема осадочных отложений за определенный промежуток времени в пределах плит древних платформ или в региональных прогибах и впадинах в пределах складчатых областей. Далее проводится количественная оценка погружениям и косвенно поднятиям тех или иных участков изученной тектонической структуры. Таким образом, метод способствует определению особенностей тектонических движений в геологическом времени.

Метод позволяет определить геотектоническую сущность образования недеформированных или слегка наклонных толщ осадочного чехла платформ и региональных прогибов, поэтому он часто используется при поисках месторождений нефти и газа, приуроченных к мощным толщам осадочных отложений таких структур.

Охарактеризованные выше методы геотектонических исследований используются в основном для определения роли вертикально направленных (вниз-вверх) тектонических движений в геологическом развитии и становлении изученной тектонической структуры. Другими словами, результаты использования указанных методов, основанных на изучении слабо дислоцированных структур платформенного чехла или региональных прогибов и впадин, дают возможность в общих чертах проследить тектонические события платформенного этапа развития структуры, оставляя за бортом события, происходившие в тектонически активные «подвижные» (геосинклинальные) этапы их развития. А это значит, что данные методы геотектонических исследований далеко недостаточны в прослеживании тектонических процессов, имевших место с момента заложения «подвижной структуры» до перехода ее в «платформенное пассивное состояние».

Результаты геологических исследований последних десятилетий показали, что заложение и развитие большинства древних тектонических структур связано не с вертикальными, а горизонтальными движениями. Если учесть, что понятия «заложение структуры» и «геологическое развитие структуры» равносильно понятиям «формирование геологических формаций» в «опущенных» участках земной коры (моря и океаны) и «деформация сформированных формаций» в условиях обмеления указанных бассейнов осадконакопления с превращением их снова в сушу, то геотектоническая сущность тектонических структур, характеризующихся сильной дислоцированностью слагающих их комплексов (складчатые пояса, складчатые области, складчатые системы, структурно-формационные зоны), должна определяться сегодня, как отметили выше, ведущей ролью не вертикальных, а горизонтальных тектонических движений. Поэтому главной задачей сегодняшней геотектоники необходимо считать определение подобающей роли горизонтальных движений в заложении, развитии и становлении бывших «подвижных структур» и восстановление поэтапной истории их геологического развития. В данном контексте, следующие два метода геотектонического анализа являются сегодня весьма важными, поскольку именно они способствуют прослеживанию истории развития любой складчатой структуры в полном объеме (формационный анализ) или определению масштабов горизонтальных перемещений отдельных блоков литосферы в пространстве (палинспастический анализ).

9. Ф о р м а ц и о н н ы й а н а л и з. Смысл метода заключается в распозновании и выделении конкретных геологических формаций в пределах изучаемых древних складчатых структур, определении их геологического возраста и в постдейном прослеживании геодинамических условий их формирования. Это равносильно в принципе прослеживанию истории развития структуры в целом, в пределах которой выделены указанные конкретные формации. Распознование геодинамической сущности выделенных конкретных формаций осуществляется путемсравнения их вещественного состава и структурно-текстурных особенностей с таковыми эталонных формаций, формирующихся в различных геодинамических условиях сегодняшнего этапа развития нашей планеты и поэтому доступных для всесторенного исследования состава и строения.

Основы формационного анализа былы заложены в конце XIX века французским ученым М.Бертраном, однако метод получил широкое применение во второй половине XX века благодаря исследованиям ученых бывшего Союза – Н.П.Хераскова, Н.С.Шатского, М.А.Усова, В.Е.Хаина, В.М.Цейслера и т.д.

Удивительно то, что метод был предложен в бытность фиксистской концепции «Учения о геосинклиналях», но он с успехом используется и в условиях новой парадигмы в геологии – Тектоники литосферных плит (ТЛП). Более того, метод в условиях новой парадигмы обрел совершенно новое содержание и ныне является практически единственным геотектоническим методом, используемым для проведения палеотектонической реконструкции сложно дислоцированных структур.

10. П а л и н с п а с т и ч е с к и й а н а л и з. Данный метод геотектонических исследований с успехом используется только в последние два-три десятилетия. С помощью этого метода определяются первоначальные координаты расположения крупных блоков литосферы, перемещенных в последующие периоды и эпохи на большие расстояния. Метод основан на изучении палеомагнитных свойств ферромагнитных минералов, отмечающихся в составе слабодислоцированных (недислоцированных) осадочных пород платформенного чехла.

Известно, что магнитный полюс Земли постоянно меняет свое местоположение. Данное явление называется «инверсией магнитного полюса Земли». Ферромагнитные минералы в составе горных пород в момент первоначального отложения этой породы намагничиваются параллельно магнитной оси Земли того времени и впоследствии сохраняют это положение. Если блок литосферы, перекрытый платформенным чехлом с ферромагнитными минералами в своем составе, в последующие периоды и эпохи истории Земли перемещается на большие расстояния и оказывается в других координатах, то в ходе такого перемещения первоначальное положение осей намагничения минералов нарушается. В таком случае, определение геологического возраста горных пород, откуда взята проба для палеомагнитного исследования, а также измерение величины расхождения осей намагничения изученных минералов с направлением манитного полюса Земли того времени дают возможность определить разницу координат между сегодняшним местоположением данного блока литосферы и местом его первоначального расположения. Таким образом, можно довольно точно определить расстояние перемещения литосферного блока с одного района в другой. Непременным условием использования палинспастического метода в геотектонических исследованиях является то, что взятая для изучения проба должна быть строго ориентирована по странам света. По результатам палинспастических исследований составляются палинспастические карты.

Следующие два метода геотектоники имеют второстепенное значение, они называются «экспериментальный метод» и «тектонофизика», или «геомеханика».

11. Э к с п е р и м е н т а л ь н ы й м е т о д дает возможность сформулировать ряд тектонических заключений по результатам моделирования различных структурных элементов земной коры в лабораторных условиях в уменьшенном масштабе. Безусловно, не так-то легко смоделировать в лабораторных условиях структурные элементы земной коры с учетом тех температур и давлений, которые свойственны недрам планеты. Вызывают большие сомнения также степень соответствия таких моделей их природным аналогам. Тем не менее, данный метод геотектонических исследований в настоящее время получает довольно широкое применение и даже он обособляется как специфический подраздел геотектоники под названием «экспериментальная геотектоника».

12. Т е к т о н о ф и з и к а, или г е о м е х а н и к а занимается изучением физических условий проявления некоторых тектонических явлений, таких как складкообразование, разрывы, землетрясения и т.д. В связи с успехами, достигнутыми в изучении физики твердых и вязких тел, данное направление геотектонических исследований имеет, вероятно, большое будущее.

Основная литература: [1], 7-15 с.

Дополнительная литература: [3], 5-9 с., [4], 4-9 с.

Контрольные вопросы:

1. Какие Вы знаете разделы и научные дисциплины (подразделы) геотектонической науки? Охарактеризуйте их.

2. Охарактеризуйте структурный метод геотектонических исследований. Какие геологические объекты данный метод изучает, какие при этом получают данные, для решения каких вопросов они используются? Что из себя представляет «метод микроструктурного анализа», или «метод петроструктурного анализа», каковы особенности применения этого метода исследований?

3. В чем заключается важность использования геофизических методов в геотектонических исследованиях? Какие виды геофизических методов применяются, в геотектонике, какие вопросы они решают?

4. Охарактеризуйте метод сравнительной тектоники, геодезический и геоморфологический методы геотектонических исследований. Какие вопросы геотектоники они решают?

5. Охарактеризуйте метод «анализа фаций и мощностей». Решению каких вопросов геотектоники способствует применение данного метода?

6. Охарактеризуйте метод «анализа перерывов и несогласий» В чем заключается сущность применения данного метода, какие вопросы с его помощью можно решить? Дайте определение термину «несогласия».

7. На каких операциях основано применение «объемного метода»? Кто является основоположником этого метода?

8. В чем заключается различие и превосходство применения методов «формационного анализа» и «палинспастического анализа» в геотектонических исследованиях?

9. Охарактеризуйте метод формационного анализа в геотектонических исследованиях. Перечислите ученых, разработавших данный метод исследований.

10. В решении каких вопросов используется метод палинспастического анализа, какие конкретные действия осуществляются при применении этого метода исследований?

11. Охарактеризуйте экспериментальный метод геотектонических исследований и научную дисциплину «тектонофизику» («геомеханику»). Какие геотектонические выводы можно сформулировать с помощью применения этих методов исследований?

Тема 2-ой лекции: Общие сведения о строении и составе Земли.