Дубинин В. С., Черных Н. В.
Геотектоника и геодинамика
Введение
На протяжении более 150 лет господствовала геосинклинальная концепция формирования и развития Земной коры, строения верхней мантии и причин формирования различных геологических структур. В ее основе вертикальные движения и перемещения блоков коры, прогибания и воздымания отдельных ее областей. Главный недостаток геосинклинальной концепции в почти полном отсутствии сведений о структурах дна океанов. В середине прошлого столетия произошла революция в этой области в связи с активным глубинном бурении дна Тихого, Индийского и Атлантического океанов, выявления целой системы срединных океанических хребтов, зон раздвига различных блоков дна океанов (спрединг), погружения океанической коры под континентальную ( субдукция), уникальные данные по результатам глубинного сейсмического зондирования. Обобщение и анализ огромного фактического материала привело к возникновению новой геотектонической теории, первоначально названной «Новой глобальной тектоникой», а в настоящее время «Концепцией тектоники литосферных плит», в основе которой лежат представления о латеральном перемещении литосферных плит по пластичной астеносфере. Эта концепция является ведущей в настоящее время в области геотектоники и геодинамики. Сложность заключается в том, что геосинклинальная концепция продолжает жить в недрах смежных геологических наук – исторической геологии, литологии и условиях накопления многокилометровых толщ осадочных, вулканических и вулканогенно – осадочных толщ, пргнозных карт и т.п. В связи с этим, в данном учебном пособии освещаются обе концепции. С геосинклинали начинается знакомство студентов с предметом и стадиями развития подвижных складчатых областей, а далее излагаются «Основные положения концепции тектоники литосферных плит».
1 Предмет геотектоники и ее подразделения [1]
Геотектоника – это наука о строении, движениях, деформациях л и т о с ф е р ы. Литосфера включает земную кору и самую верхнюю, наиболее упругую часть мантии. Движения литосферы выражаются в перемещении отдельных ее участков в вертикальном или горизонтальном направлениях. Это приводит к изменениям в условиях залегания и во внутренней структуре масс горных пород. Эти изменения называются т е к т о н и ч е с к и м и д е ф о р м а ц и я м и, а конечный результат деформаций, приводящий к новому залеганию пород – т е к т о н и ч е с к и м и д и с л о к а ц и я м и. Дислокации подразделяются на пликативные ( складчатые ), дизъюнктивные (разрывные ) и инъективные ( связанные с инъекцией, внедрением магматических пород ). Главный источник энергии тектонических движений лежит в подстилающем литосферу слое верхней мантии – а с т е н о с ф е р е. В связи с этим литосферу и астеносферу обычно объединяют в единое понятие – т е к т о н о с ф е р у.
Геотектоника состоит из нескольких разделов:
1. Морфологическая геотектоника ( структурная геология ).
2. Региональная геотектоника, изучающая крупные тектонические нарушения на больших территориях и в пределах всего Земного шара.
3. Историческая геотектоника, устанавливающая основные этапы и стадии развития структуры литосферы как в глобальном, так и в региональном масштабе. Особый раздел геотектоники – это неотектоника, раздел, рассматривающий тектонику неоген-четвертичного периода развития Земной коры.
4.Экспериментальная геотектоника, моделирующая различные геотектонические процессы как пликативные, так и дизъюнктивные.
5. Связь геотектоники с сейсмическими явлениями изучается новым научным направлением – с е й с м о т е к т о н и к о й.
2 Методы геотектоники
2.1 Структурный анализ заключается в изучении взаимного расположения в трехмерном пространстве тектонических нарушений: складок, разрывов со смещением, трещин, внедрением магматических или пластичных осадочных пород (соли, глины), ориентировки минералов в метаморфических породах. Важнейшее значение имеют данные фотоснимков из космоса.
2.2 Геодезические методы используются для изучения современных движений и деформаций. Здесь широко используется лазерная техника, применяемая при методах космической геодезии для выявления перемещений литосферных плит в современную эпоху, изучения структурногеоморфологических элементов ложа океанов.
2.3 Геоморфологические методы применяются при исследовании новейших движений, деформаций и созданных ими структур. Эти тектонические движения отражены в современном рельефе.
2.4 Анализ фаций и мощностей осадочных и вулканогенно-осадочных пород. Это один из основных методов палеотектонического анализа. Анализ фаций применяется в двух измерениях по площади и по вертикальному разрезу. В первом случае составляются карты фаций для определения интервалов стратиграфического разреза или моментов геологического времени. Эти карты по размещению различного типа осадков говорят о областях размыва и сноса, а значит поднятия, либо о накоплении осадков, то есть о областях погружения. Отсюда возможность составить представления о увеличении глубин бассейна и нарастания погружения. Вдоль разломов производятся замеры амплитуд сдвигов или надвигов. Изменение фаций по вертикали говорит о изменениях глубины бассейна.
Анализ мощностей, их изменение по площади дает представление о размере тектонического прогибания в областях накопления осадков и подводных вулканитов.
2.5Анализ перерывов и несогласий – старейший метод палеотектонического анализа, поскольку этот анализ позволяет наиболее достоверно восстановить процессы поднятий и погружений земной коры.
3 Циклы тектогенеза в истории Земли
Этапы интенсивного тектонического развития земной коры, заканчивающиеся образованием горно-складчатых сооружений, называются ц и к л а м и т е к т о г е н е з а. Это длительные отрезки геологического времени и этапы, определяемые многими миллионами лет. Каждый цикл завершался одноименной фазой складчатости. В одних случаях циклы следуют один за другим, в других следующий цикл начинается еще до завершения предыдущего, либо устанавливается пауза между циклами в десятки и сотни миллионов лет. Установлены следующие циклы в позднем докембрии и фанерозое:
Байкальский ( конец протерозоя – ранний кембрий,
Каледонский ( раннепалеозойский – кембрий, ордовик, силур ),
Герцинский ( позднепалеозойский – девон, карбон, пермь, ранний триас ),
Киммерийский (мезозойский ),
Альпийский ( кайнозойский ) – начался в конце мела и продолжается в наше время.
Каждый цикл начинается с заложения глубоких геосинклинальных прогибов в продолжающих свое существование геосинклинальных поясах. либо на площадях. уже испытавших складчатость и вновь вступивших в геосинклинальный этап развития ( регенерированные геосинклинальные прогибы ), либо на внематериковой океанической коре.
4 Общие представления о тектоносфере
Уже упоминалось ранее, что в понятие тектоносферы входит земная кора и верхняя, наиболее плотная и частично раскристаллизованная часть верхней мантии (литосфера) и остальная пластичная часть верхней мантии (астеносфера) [8]
4.1 Истоки сведений о составе и строении тектоносферы
Существуют две главные группы методов изучения состава и строения земной коры и верхней мантии – геологические и геофизические. К первым относятся полевые геологические наблюдения. В океанах, где земная кора много тоньше, чем на континентах, вдоль разломов она часто обнажается полностью и из-под нее выступают породы верхней мантии – это так называемые о ф и о л и т ы.
По ним мы можем судить о океанической коре геологического прошлого и частично о верхней мантии. Очень ценную информацию мы получаем от изучения ксенолитов в базальтах континентов и океанических островов, включениях в алмазоносных кимберлитах, поступающих с глубины 150 км. Научные сведения о составе и особенностях физического состояния континентальной коры на больших глубинах дало бурение Кольской сверхглубокой скважины с глубиной 12261м.
Строение осадочного чехла крупных впадин на континентах и во внутренних и окраинных морях очень успешно освещает с е й с м о с т р а т и г р а ф и я, а более глубинных уровней и мантии – с е й с м и ч е с к о е з о н д и р о в а н и е.
4.2 Состав и строение тектоносферы
В геологическом смысле по вещественному составу тектоносфера прослеживается до глубины 400 км., но в физическом, реологическом смысле она делится на литосферу и астеносферу, причем литосфера включает в себя кроме коры и какую-то часть верхней мантии. При этом земная кора разделена на два типа: континентальную и океаническую.
Океаническая кора занимает на Земле около 56 % коры поверхности, но обладает значительно меньшей мощностью – порядка от 5 до 7 км. Её мощность постепенно возрастает к подножию континентов. В строении океанической коры отчетливо выделяются три слоя:
