Конспекты лекционных занятий 4 глава

Содержание: Тектонические движения – совокупность механических перемещений в астеносферной и литосферной оболочках Земли, вызывающие изменение структуры геологических тел в пределах литосферы, в том числе земной коры. Тектонические движения возникают, вероятно, в связи с физико-химическими процессами, происходящими на различных уровнях недр Земли. Основным источником напряжений (сил), вызывающих тектонические движения, считается тепловая энергия, свойственная недрам планеты; не исключается роль гравитационной энергии, свойственной планете:; нельзя сбрасывать со счетов также влияние Солнца и Луны, других галактических источников энергии.

Тектонические движения расчленяются на несколько типов. Охарактеризуем основные из них.

1. Эпейрогенические тектонические движения – медленные вековые подняти и (или) опускания общирных площадей, не вызывающие изменения их внутренней структуры. В результате эпейрогенических движений создаются целые континенты, а также океаническое и континентальное плато. Считатся, что, по сравнению с орогеническими (складчатыми) тектоническими движениями, эпейрогенические движения не меняют внутреннее строение затронутых этими движениями регионов, т.е. в результате эпейрогенических движений слагающие регион толщи горных пород не подвергаются складчатым и разрывным нарушениям. Эти движения направлены только вертикально (вверх-вниз). Синонимом термина "эпейрогенические движения" является термин " колебательные движения ".

2. Орогенические тектонические движения – движения, создающие горы. Самыми характерными чертами орогенических движений являются их кратковременность (в геологическом масштабе времени), эпизодичность при большой интенсивности и распространенности в пределах орогенических (горных) поясов и систем. В отличие от эпейрогенических движений, при орогенических движениях горные породы и их совокупности подвергаются сильным деформационным изменениям, выражаемым смятием слоев горных пород в складки и их раздроблением разрывными нарушениями различного порядка. Считается, что в образовании складок и разрывов участвуют как тангенциальные (горизонтальные), так и вертикальные движения. Синонимом термина "орогенические движения" является термин " складчатые движения ".

3. Дрейф континентов – тип всепланетарных тектонических движений, выражающийся в перемещении целых континентов (материков) в латеральном (горизонтальном) направлении на большие расстояния. Считается, что движущей силой дрейфа континентов являются конвекционные течения в астеносфере.

4. Спрединг – тектоническое движение, характеризующееся перемещением в сторону континентов океанической литосферы, вновь образованной в районе срединно-океанических хребтов, протягивающихся по средней части Мирового океана и опоясывающих весь земной шар (общая протяженность порядка 64 тысяч км). Спрединговый процесс иногда называют " разрастание дна океана базальтами ". Движущей силой спрединга океанического дна также считается конвекционные течения в разрезе астеносферы.

5. Субдукция – тип тектонических движений, обеспечивающий пододвигание под континент океанической литосферы, перемещенной вследствие спрдинга в сторону дрейфующего в противоположном направлении или находящегося в относительном покое континента. В результате субдукции, т.е. припододвигании океана под континент в активных окраинах континентов образуется специфическая зона, именуемая " зоной Беньоффа-Заварицкого-Вадати ".

Два первых типа тектонических движений, рассмотренных выше, относятся к вертикально направленным движениям, тогда как три последних типа являются представителями горизонтально или наклонно направленных тектонических движений (пододвигание океанической литосферы под континент при субдукции происходит под углом порядка 60° к горизонтальной плоскости). Поэтому первые два типа тектонических движений рассматривались в рамках "Учения о геосинклиналях", тогда как последние три возникли в рамках геотектонической концепции " Тектоники литосферных плит ", выдвинутой в 60-ых годах XX столетия в качестве главной парадигмы в геологии. На содержании последних движений мы подробнее остановимся позже.

Понятно, что для понимания природы тектонических движений они должны изучаться с помощью специальных методов. Однако непосредственное изучение сущности этих движений практически невозможно, поскольку их движущие силы расположены глубоко в недрах, они протекают довольно медленно и вертикальные и горизонтальные движения, как правило, взаимно сопряжены. Например, невозможно определить численные значения складчатых тектонических движений даже с помощью самых чувствительных приборов, поскольку распластововшиеся ранее толщи слоев горных пород при действии горизонтально направленных тектонических напряжений "собираются в складки", при этом горизонтальная составляющая движений превращается в вертикальную (оси антиклиналей и синклиналей направлены вертикально).

Единственной возможностью изучения сущности тектонических движений является измерение численных значений движений на поверхности планеты, проявляющихся на современнном этапе развития планеты, с помощью различных методов. Такие измерения осуществляются в рамках научной дисциплины "неотектоника" – составной части "общей геотектоники".

Традиционными методами изучения современных тектонических движений являются следующие методы.

1. Исторический (историко-археологический) метод. Метод изучения, с помощью которого доказывается проявление тектонических движений и в современную эпоху, т.е. развития человечества. Суть метода заключается в констатации фактов погружения под воду архитектурных памятников старины, построенных на берегу морских бассейнов в одних регионах, или, наоборот, поднятия некоторых ранее опущенных участков поверхности суши. Так, на побережьях Черного, Азовского и Каспийского морей опускание земной коры отмечено на нескольких участках: в Сухумской бухте затоплены постройки древнегреческой колонии Диоскурии, близ берегов Крыма на дне моря находили греческие сосуды – амфоры, у северных берегов Азовского моря, а также близ города Николаевска обнаружены затопленные скифские курганы. Такие же случаи обнаружены на берегах Средиземного моря. Так, римские мостовые ныне находятся под водой. В заливе Фосс близ Марселя на глубине 6 м обнаружены остатки затопленного римского города Ис. Известно, что развалины храма Сераписа близ Неаполя ныне находятся под водой. Население Голландии начиная с X-XI веков постоянно находится под угрозой затопления своей территории в результате ее постоянного опускания. Поэтому они издавно начали строить дамбы на побережье Северного моря и вынуждены постоянно наращивать высоту этих дамб. В нынешнее время высота этих дамб достигла 15 м. Это значит, что средняя скорость опускания указанной территории составляет порядка 0,5-0,7 мм в год.

Приведенные выше сведения доказывают факты опускания указанных участков в результате колебательных тектонических движений, имевших место в течение человеческой цивилизации. Установлены также факты поднятия некоторых участков земной коры в исторический период жизни людей. Так, установлено, что древняя оросительная система в восточной части Ферганской впадины, ныне «врезана» на 13-14 м над руслами рек Андижансай и Шарикансай. Известно, что водное хозяйство в Ферганской долине имело место в II-I тысячелетии до нашей эры, а это значит, что скорость поднятия указанного участка и «врезание» его руслами рек составляла в среднем 4 мм в год.

2. Метод водомерных наблюдений. Смысл этого метода заключается в постоянном наблюдении изменения положения уровня моря. Непрерывность наблюдений достигается посредством установки, так называемых, «футштоков», представляющих собой чугунные или дерявянные рейки, разбитые на деления. Или же используются более совершенные самозаписывающие уровнемеры, которые называются «мареогрофами». Обработка данных, полученных в период с 1897 года по 1927 год с помощью указанных наблюдений на берегах Балтийского моря показали, что северный берег этого моря «поднимается» со средней скоростью 10 мм в год, тогда как южный берег «опускается».

Наблюдения с помощью футштоков или мареогрофов производятся ныне на берегах практически всех морей и океанов. Такие наблюдения, произведенные на американских берегах Тихого океана показали, что северный берег этого океана опускается со скоростью до 4 мм в год.

3. Метод повторных нивелировок высокой точности. Данные о характере вертикальных движений тех или иных участков земной коры в пределах суши получают с помощью сравнения результатов нивелировок высокой точности, проводимых обычно вдоль железнодорожных линий. Такие исследования, проведенные на территории бывшего Советского Союза показали, что одни участки суши очень медленно опускаются, другие поднимаются. Взаимная увязка данных повторных нивелировок общей протяженностью около 20 тысяч км с данными, полученными с помощью футштоков на берегах морей, дали возможность составить специальную карту современных движений для западной части бывшего СССР. Первые работы по нивелировке указанных регионов были проведены в течение 1913-1932 годов, тода как повторная нивелировка этих же регионов была проведена в период 1945-1950 гг. Данные исследования показали, что одни регионы Русской плиты поднимаются со средней скоростью 10 мм в год, а другие, наоборот, опускаются на 5 мм в год.

4. Метод повторных триангуляций. Данный метод используется для определения численных величин не вертикальных движений суши, а горизонтальных. При повторном проведении триангуляционных измерений устанавливается изменение относительного положения точки стояния опорных пунктов триангуляционной сети. В результате таких исследований было установлено, что довольно ощутимые горизотальные движения свойственны в основном сейсмоактивным регионам (Японии, Калифорния, Туркмении и т.д.).

5. Метод повторного определения географических координат. Данный метод исследований также используется для измерения горизонтальных составляющих движений земной коры. Смысл метода заключается в определении относительного смещения конкретной точки земной коры по горизонтали астрономическим способом.

6. Метод дистанционных лазерных измерений. В связи с освоением космического пространства представляется возможность точного измерения значений горизонтального перемещения тех или иных пунктов земного шара с помощью точных приборов, установленных в космических аппаратах. Одним из таких методов является метод точного измерения с использованием лазерных лучей. Одно из таких измерений, проведенных из, так называемого, "Гармского полигона", расположенного между горными системами Памира и Тянь-Шаня, доказали факт смещения Памира в сторону Тянь-Шаня за последие 40 лет со средней скоростью 2 см/год. Результаты таких измерений последних лет показали, что средняя скорость горизонтального перемещения дна Атлантического и Тихого океанов (этот процесс, как известно, называется процессом "спрединга") составляет порядка 4-12 см-ов в год.

7. Геоморфологические методы. Известно, что тектонические движения играют исключительную роль в формировании рельефа Земли. Однако рельефобразующее значение этих движений будет заметно лишь тогда, когда эти движения длительное время действуют в одном и том же направлении. При наличии знакопеременных движений особенности изменения рельефа не всегда заметны. Специальными исследованиями установлено, что в районах с восходящим характером движении русла рек "глубоко прорезаются" в землю и на дне таких рек аллювиальные отложения практически не накапливаются; наоборот, на дне русла рек, протекающих по районам с нисходящим характером колебалельных движений, аллювиальные отложения накапливаются в большом количестве и эти отложения характеризуются грубыми обломками горных пород и их неотсортированностью.

Первые три из описанных выше семи методов изучения современных движений призваны определить численные значения медленно проявляющихся вертикальных движений, тогда как следующие три метода используются для определения масштабов горизонтальных перемещений тех или иных участков земной поверхности. На первый взгляд кажется, что седьмой, т.е геморфологический метод призван определить характер проявления только вертикальных движений. Однако хорошо известно, что в формировании рельефа поверхности планеты участвуют как вертикальные, так и горизонтальные тектонические движения.

Резюмируя сказанное, необходимо обратить особое внимание на одну деталь: все приведенные выше методы изучения современных движений не предполагают выяснения причин (механизма) проявления тектонических движений, они призваны лишь показать наличие таких движений.

Хорошо известно, что кроме охарактеризованных выше медленно протекающих движений имеет место и мгновенно проявляющиеся и сильнейшие движения в земной коре и литосфере, ярким примером которых является землетрясения. Так, при произошедшем в Гобийском Алтае (на территории Монголии) в декабре 1957 года землетрясении возникла целая сеть разрывов в земной коре общей протяженностю порядка 700 км. Смещение по вертикали вдоль этих разрывов достигало 9,2 м, по горизонтали – 8,85 м. Данный пример доказывает абсолютно непредсказуемый "нрав" нашей планеты, хотя нам кажется, что она является довольно спокойным и медленно развивающимся геологическим объектом.

Основная литература: [1], 53-67 с.

Дополнительная литература: [3], 38-86 с., [4], 28-42 с., [5]. 158-160 с.

Контрольные вопросы:

1. Что из себя представляют тектонические движения, в связи с какими процессами они возникают и какие силы их "рождают"?

2. Охарактеризуйте эпейорогенические (колебательные) и орогенические (складчатые) тектонические движения. В чем заключается их главное различие?

3. Дайте определения таким типам тектонических движенияй, как "дрейф континентов", "спрединг" и "субдукция". В связи с какими физическими процессами возникают движущие силы этих движений?

4. Какие методы Вы знаете по определению численных значений вертикальных движений земной коры? Охарактеризуйте содержание этих методов и приведите примеры результатов таких исследований.

5. С помощью каких методов осуществляется изучение горизонтальных движений земной поверхности? Какие результаты при этом получены?

6. В связи с каким геологическим процессом возникают мгновенно проявляющиеся движения земной коры и литосферы. Приведите пример такого процесса и численные значения возникших при этом движений.

Тема 6-ой лекции: Геологические формации и их деформации.

Геологическая формация - это закономерное и устойчивое сочетание (парагенез) определенных генетических типов горных пород, связанных общностью (близостью) условий образования и возникающих на определенных стадиях развития основных структурных элементов земной коры.Из этого определения становится ясным, что содержание и особенности каждой геологической формации дают необходимые сведения о тектонических условиях их первоначального формирования, что осуществляется с помощью проведения формационного анализа в пределах изучаемой тектонической структуры (смысл проведения исследований с помощью "метода формационного анализа" освящен в рамках 1-ой лекции).

Первоначальное формирование совокупностей геологических формаций - результат тектонических движений, поскольку возникновение рельефа поверхности планеты является следствием таких движений. Совокупности геологических формаций отлагаются в основном в "опущенных участках" рельефа Земли (на дне морей и океанов, а также в региональных прогибах и впадинах), возникающих в результате проявления тектонических движений. Однако эти совокупности геологических формаций в большинстве случаев не сохраняют в дальнейшем свое первоначальное залегание в виде горизонтально переслаивающихся толщ горных пород, а претерпевают деформационные изменения под воздействием продолжающихся тектонических напряжений. Именно в данном контексте в рамках геотектонической науки возникли понятия о "первичной тектонике" и "вторичной тектонике": " первичная тектоника " призвана формировать рельеф поверхности планеты, способствуя тем самым первоначальному накоплению наборов геологических формаций в "опущенных участках"; " вторичная тектоника " создает условия для повсеместного деформирования образованных формаций и формирования таким образом складчатой структуры. В данном контексте, главной задачей геотектонической науки является восстановление истории заложения, геологического развития и стабилизации тектонических структур, возникших в результате проявления первичной и вторичной тектоники с помощью определения геотектонических (геодинамических) условий формирования совокупностей геологических формаций и особенностей их дальнейшей деформации.

В нынешний этап развития геологической науки выделяется целая группа " эталонных формаций ", дающая возможность идентифицировать стадии заложения, геологического развития и стабилизации складчатых структур с позиции прогрессивной тектонической концепции современности – Тектоники литосферных плит. Эти геологические формации в нынешний этап развития нашей планеты отлагаются в различных регионах земного шара, в разных же геодинамических (геотектонических) условиях. Особенности вещественного состава и строения этих формаций дают возможность разпознавать каждую из этих формаций и установить, соответственно, в каком же тектоническом режиме и в какой стадии развития этого режима они формируются. Основными представителями этих эталонных формаций являются следующие.

" Рифтогенные формации " обозначают момент первоначального раскола былой континентальной литосферы в условиях растяжения с дальнейшим отодвиганием "расколотых частей" континентов в противоположном направлении. Этот процесс сейчас имеет место в районе Африканских рифтов, где Аравийский полуостров отделяется от Африканского континента с созданием Красноморского рифта. Вещественный состав рифтогенных формаций в целом характеризуется вулканогенными образованиями различного состава с повышенной щелочностью (натриевая щелочность). С этими вулканогенными образованиями ассоциацируют различные типы осадочных отложений.

" Формации пассивных континентальных окраин " отлагаются на континентальном побережьи океанического бассейна, вновь образованного в результате дальнейшего отодвигания расколотых частей былого континента и превращения континентального рифта в океанический. Набор этих формации характеризуется чисто осадочным составом. Современным примером таких формаций являются совокупность отложений, накапливающиеся на противоположных берегах Атлантического океана.

" Офиолитовая формация " – формация, образующаяся на дне океанического бассейна за счет плавления астеносферного вещества в районе океанических рифтов и разрастающаяся по дну океана в результате спрединга. Разрез этой формации состоит из "триады Штейманна" (снизу вверх) – ультрабазит-базитовых интрузий, толеитовых базальтов и перекрывающих их глубоководных осадочных отложений. Офиолитовая формация формируется ныне на дне всех океанических бассейнов.

" Островодужные формации " формируются в ареале Островных дуг и фиксируют стадию обратного закрытия океанического бассейна вследствие постепенного сближения ранее расходившихся континентальных берегов океана. Набор островодужных формаций отлагается в ареале активных континентальных окраин, образованных в результате субдукции океанической литосферы под континентальную. Процесс отложения этих формаций сочетается с началом деформирования (складчатости) ранее образованных формаций. Формации островных дуг объединяют вулканогенно-осадочные образования различного состава, однако среди вулканитов ведущее место принадлежит андезитам.

"Флишевая формация" – формация, фиксирующая Окраинные моря, открывающиеся на тыльной стороне континентального побережья закрывающегося океанического бассейна. Данная формация сложена исключительно из осадочных отложений, причем ее разрез характеризуется ритмичностью строения. Нынешними примерами ареалов формирования флишевой формации являются Окраинные моря, образовавшиеся на западном берегу Тихого океана (Охотское, Японское, Китайское и т.д. моря).

"Молассовая формация" фиксирует орогеническую, или коллизионную стадию развития будущей складчатой структуры. Орогены (горные системы) в большинстве случаев образуются в результате столкновения континентальных берегов закрывшегося океанического бассейна. Данная формация образуется в межгорных впадинах, ее состав может включать как осадочные, так и вулканогенно-осадочные отложения. Основная особенность осадочных отложений молассовой формации – их грубообломочный состав (часто отмечаются грубообломочные конгломераты). Время формирования молассовой формации соответствует завершающей фазе складчатости будущей складчатой структуры. Иными словами, вслед за формирования молассовой формации наступает платформенный этап развития структуры, характеризующийся теперь не складчатыми, а колебалельными (эпейрогеническими) тектоническими движениями. После указанного этапа развития структуры весь комплекс образованных до этого, деформированных и отчасти притерпевших метаморфические изменения геологических формаций будет играть роль кристаллического фундамента вновь созданной платформы.

Все перечисленные выше эталонные формации так или иначе отличаются друг от друга по петрохимическому и геохимическому составу, а также по структурно-текстурным особенностям слагающих их пород (особенно вулканогенных членов формаций) и поэтому довольно хорошо идентифицруются. Именно это обстоятельство позволяет их использовать в качестве мировых эталонов, с которыми сравниваются соответствующие характеристики объектов исследования, представленных древними складчатыми структурами. Такое сравнение позволяет, в свою очередь, определить геотектоническую, или геодинамическую природу формирования каждой отдельно взятой формации в пределах объектов исследования и поэтапно воссоздать всю историю их геологического развития. Смысл и содержание метода формационного анализа, описанного в рамках 1-ой лекции, раскрываются этим обстоятельством.

Процессы формирования одних формацийи деформация (деформирование) ранее образованных соседних формаций всегда взаимосвязаны. Другими словами, разрыв литосферы и формирование геологических формаций в условиях растяжения в одних участках сопровождется сжатием соседнего участка, где ранее созданные формации деформируются (сминаются в складки, разрываются).

Общеизвестно, что бывают два типа деформации слоев горных пород – "складчатая деформация" (пликативная деформация) и "разрывная деформация" (дизъюнктивная деформация).