Ковалёв С.Г. (и др.) Общая геология с основами гидрогеологии и гидрологии

Подождите немного. Документ загружается.

331

звать сжатие земной коры и складкообразование. На роль нагрузки как

фактора погружения значительно раньше Даттона указывал Холл, кото-

рый считал, что причиной прогибания геосинклиналей является давление

на их дно накапливающихся осадков.

Последние наблюдения подтвердили, что изостазия существует реаль-

но и, за исключением наиболее тектонически активных в современную

эпоху регионов, большая часть земной коры находится в изостатическом

равновесии (рис. 120). Активные участки и зоны не подчиняются этой

общей закономерности и там наблюдаются изостатические аномалии си-

лы тяжести, иногда захватывающие достаточно крупные регионы. Напри-

мер, Горный Крым и северо-западная часть Кавказа обладают избыточной

тяжестью и должны были бы погружаться для достижения изостатическо-

го равновесия, в действительности же они продолжают подниматься. Та-

кие отклонения от закона изостазии убедительно показывают, что она не

может считаться первопричиной тектогенеза, а является лишь следствием,

стремясь привести в изостатическое равновесие участки земной коры,

равновесие которых нарушено другими, более действенными причинами.

В этом отношении изостазию можно рассматривать как фактор, в извест-

ной мере ограничивающий размах тектонических движений и рельефа.

Чем сильнее последние нарушают равновесие силы тяжести, тем активнее

становится противодействие им изостазии. При этом изостатический фак-

тор проявляется с некоторым запозданием.

Рис. 120. Явление изостазии (а–модель на основе деревянных брусков, б–

изостатическое равновесие земной коры)

332

В настоящее время различают две основные гипотезы о формах прояв-

ления изостазии. Согласно гипотезе Г.Эйри, усовершенствованной

В.Хейсканеном, блоки земной коры имеют приблизительно одинаковую

среднюю плотность и как бы плавают на более тяжелом подкоровом суб-

страте. Погружение блоков на разную глубину соответствует их верти-

кальным размерам: самые «толстые» блоки глубоко погружены и вместе с

тем выше других выступают над уровнем моря. Гипотеза Эйри – Хейска-

нена находит подтверждение при определении толщины коры глубинным

сейсмическим зондированием. Гипотеза, обоснованная Дж.Праттом и

Дж.Хейфордом, исходит из того, что блоки, по-разному возвышающиеся

над уровнем моря, обладают различной средней плотностью: при боль-

ших вертикальных размерах плотность оказывается меньшей. Статисти-

ческий анализ плотности изверженных пород показал, что существует

корреляция между плотностью и высотой над уровнем моря той местно-

сти, где взяты образцы. Корреляция становится заметной при учете дан-

ных по большим территориям. С уменьшением высоты плотность законо-

мерно увеличивается. По гипотезе Пратта – Хейфорда нижняя граница

блоков находится на одной глубине, принимаемой за глубину поверхно-

сти изостатической компенсации. Аналогичная поверхность в случае ги-

потезы Эйри – Хейсканена касается нижней части наиболее погруженного

блока. Вариант гипотезы, учитывающий возможность погружения коры

путем упругого изгиба, без разделения ее на самостоятельно двигающиеся

блоки, обосновал Ф.Венинг-Мейнец. По современным представлениям ни

одна из перечисленных гипотез не является универсальной. Для осущест-

вления изостатического равновесия важны все указанные выше факторы,

а также неоднородность по плотности подкорового вещества.

Геосинклинальная теория (гипотеза). В 30-х годах XIX столетия

Бэббедж и Гершель пришли к мысли, что возникновение мощных, смятых

в складки осадочных толщ обусловлено глубоким прогибанием земной

коры и последующим их поднятием. Холл в 1859 году объяснил образо-

вание осадочных толщ большой мощности прогибанием земной коры под

тяжестью накапливающихся осадков, сносимых с соседних возвышенно-

стей. Дж.Дэна, автор термина геосинклиналь, понимал под ними удли-

ненные прогибы, возникшие в условиях давления податливых, пластич-

ных участков на более жесткие области континента. Это давление приво-

дит к появлению крупных волн в земной коре прогибов – геосинклиналей

и смежных поднятий – геоантиклиналей. Последующее сжатие ведет к

смятию слоев и выжиманию их в виде горных возвышенностей. В 1887

году Бертран наметил стадийность геосинклинального процесса. В глав-

ные эпохи складчатости последовательно происходило опускание и за-

полнение прогибов осадками, смятие осадочных толщ в складки и образо-

333

вание горных цепей. Ог (1900) считал, что в геосинклиналях, представ-

ляющих собой неустойчивые полосы земной коры, способные к длитель-

ному прогибанию, накапливались батиальные серии (формации), характе-

ризующиеся громадной мощностью. Геосинклинали, по Огу, сосредото-

чены в областях, подверженных сильным дислокациям и метаморфизму.

В конце 30-х годов XX столетия Г.Штилле и М.Кэй предложили разде-

лять геосинклинали на эв- и миогеосинклинали.

Эвгеосинклиналью (пол-

ной, настоящей геосинклиналью) они называли более внутреннюю по от-

ношению к океану зону подвижного пояса, отличавшуюся особо мощным

вулканизмом, который начинался подводными излияниями основного

состава, наличием ультраосновных интрузивных пород, интенсивной

складчатостью и мощным метаморфизмом.

Миогеосинклиналь (не на-

стоящая геосинклиналь) характеризовалась внешним положением (по от-

ношению к океану), контактировала с платформой, закладывалась на кон-

тинентальной коре, отличалась более слабым метаморфизмом и вулка-

низмом или даже полным их отсутствием (рис. 121).

Рис. 121. Принципиальная схема элементарной пары эвгеосинклиналь – мио-

геосинклиналь (по Ж.Обуэну)

Д.В.Наливкин и другие представители советской школы геологии, к

характерными признаками геосинклиналей относили: 1) накопление осад-

ков большой мощности, происходивших в условиях весьма крупных

опусканий дна геосинклинального бассейна; 2) смену погружений не ме-

нее интенсивными поднятиями; 3) пестроту фаций с преобладанием в за-

висимости от условий их образования известняков, яшм, тесно связанных

с участками подводных извержений, разнообразных глинистых сланцев,

флиша и др.; 4) наличие интенсивных дислокаций разного типа (простые

складки, изоклинальные складки, шарьяжи, глыбовые надвиги); 5) широ-

кое развитие процессов метаморфизма с преобладанием филлитов, кри-

сталлических сланцев и парагнейсов; 6) закономерное размещение магма-

тических тел (накопление основных лав в стадию прогибания геосинкли-

334

нали, появление интрузий габбро и перидотитов в начале складчатости,

интрузий гранитов, гранодиоритов, диоритов и сиенитов в эпоху макси-

мального проявления орогенеза и появление вулканитов в конечную фазу

орогенеза).

Рис. 122. Схема эволюции

геосинклинальной зоны (1–

континентальная кора, 2–

геосинклинальные отложе-

ния, 3–магматические породы

основного состава, 4–терри-

генные и карбонатные отло-

жения, 5–магматические по-

роды кислого состава, 6–

магматические породы ос-

новного состава, 7–текто-

нические нарушения)

_________________________

Таким образом, к середи-

не XX века, была сформули-

рована геосинклинальная

теория (гипотеза), в которой

под геосинклиналью пони-

малось зона высокой под-

вижности, контрастных из-

менений геодинамических

напряжений, большой мощ-

ности (10–25 км) отложений,

значительной расчлененно-

сти и повышенной прони-

цаемости земной коры, вы-

ражающейся в активном

магматизме и метаморфиз-

ме. Это линейно вытянутые,

дугообразно изогнутые или мозаично построенные зоны земной коры,

зарождение и развитие которых тесно связано с глубинными разломами.

В начальных стадиях своего развития они характеризуются преобладани-

ем погружений (собственно геосинклинальная стадия) и морскими усло-

виями, а в заключительных – преобладанием поднятий (орогенная стадия)

335

и горообразованием. Это также пластичные зоны, физическое состояние

которых обуславливает интенсивные складкообразовательные процессы.

Мощность и строение земной коры и верхней мантии в пределах геосинк-

линалей подвержены значительным колебаниям. Они характеризуются

резко аномалийным гравитационным и магнитным полем с линейными

аномалиями и отличаются высокой сейсмичностью.

Историческое развитие геосинклинальных областей (зон) земной коры

представлялось в следующем виде (рис. 122):

Первая стадия геосинклинального этапа – раннегеосинклинальная –

характеризуется заложением геосинклинального прогиба, испытывающе-

го интенсивное опускание (рис. 122, а). При этом происходит накопление

мощных толщ терригенных осадков. Прогибание может достигать глуби-

ны 20–30 км; в этих условиях начинаются дробление коры, многочислен-

ные внедрения магмы и подводные излияния лав основного состава (см.

рис. 122, б). Высокие давления, температуры, магматизм приводят к ме-

таморфизму накопленных терригенных осадков. В течение этапа преобла-

дают вертикальные нисходящие тектонические движения.

Вторая стадия – позднегеосинклинальная – характеризуется проявле-

нием местной (частной) инверсии (сменой знака вертикальных тектониче-

ских движений) в центральной части геосинклинали. Контрастные верти-

кальные движения разного знака приводят к образованию центрального

понятия – интрагеоантиклинали, окруженной двумя вытянутыми впади-

нами – интрагеосинклиналями (см. рис. 122, в). Стадия характеризуется

общим расширением бассейна, активным подводным вулканизмом, нако-

плением карбонатных и терригенных толщ. Более сложный характер име-

ет орогенный этап (см. рис. 122, г, д), в составе которого также выделяют

2 стадии. Во время раннеорогенной стадии происходит превращение гео-

синклиналей в складчатое сооружение. Развитие горообразования приво-

дит к частичной или полной изоляции части морского бассейна и образо-

ванию лагун на месте закладываемых передовых (краевых) прогибов. Ин-

тенсивная складчатость обусловлена широким развитием горизонтальных

подвижек. Появляются интрузии магмы кислого состава, зарождается на-

земный вулканизм. В окружающих бассейнах формируются морские и

лагунные осадки.

Позднеорогенная, заключительная стадия орогенного этапа развития

земной коры является кульминацией восходящих движений. В результате

их образуется горная складчатая система. Рельеф высокогорный, на пери-

ферии, в зоне передовых прогибов, появляются озера, морские заливы и

лагуны. Широко развита разломная тектоника, приводящая к образованию

складчато-глыбовой структуры. Продолжается магматизм в виде кислых

интрузий и наземного вулканизма. На этой стадии господствуют горизон-

336

тальные тектонические движения, начинается интенсивное разрушение

гор, в краевых прогибах и межгорных впадинах накапливается мощная

толща, главным образом грубообломочных пород, называемая

молассой.

В составе платформенного этапа также выделяются две стадии Ранне-

платформенная стадия характеризуется полным прекращением вулканиз-

ма. Происходит интенсивная денудация, выравнивание рельефа, разруше-

ние горной системы. Слабое проявление нисходящих вертикальных дви-

жений приводит к временной трансгрессии моря и накоплению практиче-

ски горизонтально залегающих осадков на выровненном орогенном осно-

вании. Завершающая, позднееплатформенная стадия эволюционного раз-

вития земной коры характеризуется стабилизацией тектонических движе-

ний, регрессией моря. Режим поверхности континентальный, с хорошо

развитой речной сетью, системой озёр и т.д.

Таким образом, совокупность тектонических движений определяет ха-

рактеристику областей земной коры, находящихся на разных стадиях эво-

люционного развития. В частности, каждый участок земной коры отлича-

ется рядом особенностей эндогенных процессов, время проявления и ин-

тенсивность которых целиком обуславливаются тектоническими движе-

ниями. К таким особенностям следует отнести характер и степень магма-

тизма, региональный метаморфизм и гранитизацию, соотношение между

поднятиями и опусканиями, распространенные формы дислокаций и др.

Рис. 123. Совпадение очертаний конти-

нентов, располагающихся на противо-

положных сторонах Атлантического

океана

________________________________

Гипотеза мобилизма – имеет не-

сколько вариантов. Впервые с такой

идеей выступили американский геолог

Тейлор (1910), а затем в 1912 году не-

мецкий геофизик Вегенер. Они исхо-

дили из того, что гранитная часть зем-

ной коры (сиаль) может перемещаться

по подстилающему ее базальтовому

слою (сима). Под влиянием вращения

Земли сиаль стремится переместиться от полюсов к экватору (Тейлор) и с

востока на запад (Вегенер). Идея перемещения (дрейфа) материков была

изложена Вегенером более доходчиво и более убедительно обоснована,

337

поэтому она получила широкую известность как гипотеза Вегенера. По его

мнению первоначально вся поверхность Земли была покрыта тонким гранит-

ным слоем. Затем, под воздействием приливных сил, стремящихся перемес-

тить поверхностный покров с востока на запад, и центробежной силы, вызы-

вающей давление, направленное от полюсов к экватору, весь гранитный ма-

териал собрался в палеозое в единый утолщенней блок, покрывавший лишь

часть поверхности земного шара – материк Пангею. В мезозое и кайнозое те

же приливные и центробежные силы раскололи этот единый материк на час-

ти. Западная часть Пангеи – Америка, отделившись от Европы и Африки,

перемещалась к западу быстрее и между ними образовался Атлантический

океан. Быстро перемещаясь на запад, Америка преодолевала сопротивление

базальтового субстрата, в результате чего вдоль ее западного побережья

сформировались складчатые горные системы – Кордильеры и Анды. В то же

время Антарктида и Австралия, отделившись от Африки и Азии, сместились

по отношению к ним на юг и юго-восток. Африка наполовину отделилась от

Азии и между ней, Антарктидой, Австралией и Индостаном образовался Ин-

дийский океан. Островные дуги на востоке Азии представляют небольшие

обломки Пангеи, отстающие при смещении материка к западу.

Рис. 124. Реконструкция Пангеи и процесса

ее распада по А.Вегенеру (заштрихованы

области континентов, покрытые мелкими

морями)

_______________________________

Гипотеза Вегенера обосновывалась раз-

личными аргументами: 1) параллельно-

стью очертаний многих береговых зон

континентов, составлявших Пангею, на-

пример, восточный берег Америки почти

вплотную может быть приложен к берегам

Западной Европы и Африки (рис. 123); 2)

общностью геологического строения

3ападной Европы и Северной Америки и

особенно 3ападной Африки и востока

Южной Америки; 3) сходством в развитии домезозойской наземной фауны

и флоры Америки и Старого Света, свидетельствующим о наличии в то

время между ними сухопутной связи. Допуская существование Пангеи,

легче понять домезозойскую климатическую зональность, а великое позд-

338

непалеозойское оледенение, сосредоточенное в основном в Южном полу-

шарии, получает наиболее простое объяснение, если принять, что в это

время существовал единый континент. В начальный период геофизики и

большая часть геологов отнеслись к гипотезе Вегенера отрицательно, счи-

тая ее необоснованной или даже фантастической. Но многие палеозоологи

и палеоботаники приняли эту гипотезу, так как отпала необходимость стро-

ить «мосты» между континентами протяженностью в тысячи км (рис. 124)

для того, чтобы объяснить близкое родство доверхнемезозойской фауны и

флоры Старого и Нового Света. По современным представлениям, переме-

щение континентов возможно не по границе гранитного и базальтового

слоев, а на гораздо большей глубине, в пределах мантии, по зоне волновода,

гораздо более пластичной по сравнению с выше- и нижележащими зонами.

Новая глобальная тектоника – новейшая геологическая теория (гипо-

теза), рассматривающая литосферу Земли как систему подвижных блоков –

плит, и связывающая процессы дифференциации вещества мантии Земли и

формирования океанической и континентальной земной коры с движением

литосферных плит. Решающий вклад в современную геологическую тео-

рию тектоники литосферных плит внесли следующие открытия:

• установление грандиозной, около 60 тыс. км, системы срединно-океани-

ческих хребтов и гигантских разломов, пересекающих эти хребты;

• обнаружение и расшифровка линейных магнитных аномалий океаниче-

ского дна, дающих возможность объяснить механизм и время его образования;

• установление места и глубин гипоцентров (очагов) землетрясений и

решение их фокальных механизмов;

• развитие палеомагнитного метода, основанного на изучении древней

намагниченности горных пород, что дало возможность установить пере-

мещение континентов относительно магнитных полюсов Земли.

Термин новая глобальная тектоника был введен Айзексом, Оливером и

Сайксом (1968). Эта теория (гипотеза) впервые удовлетворительно объяс-

нила механизм и причины дрейфа континентов, представления о котором

развивались Вегенером и Ф.Тейлором. Представление о непрерывном

формировании литосферы в срединно-океанических хребтах и растекании

океанической коры было сформулировано Дитцем (1961) и Хессом (1962).

Вайн и Мэттьюз (1963) подкрепили это представление анализом полосо-

вых магнитных аномалий океанического дна. Рингвуд и Грин (1966) свя-

зали процессы дифференциации вещества мантии Земли с растеканием

дна океанов. Ле Пишон (1968) впервые рассмотрел литосферу Земли как

систему движущихся литосферных плит. Оливер и Айзекс (1967) открыли

аномальные по плотности зоны (зоны всасывания), соответствующие

поддвинутым и затягиваемым на глубину литосферным плитам под ост-

ровными дугами. Хесс (1964), Тайер (1969), Пейве (1969), Книппер (1970)

339

и др. показали соответствие разрезов офиолитовых комплексов складча-

тых областей разрезам коры и верхней части мантии океанов.

Рис. 125. Литосферные плиты (1–Евроазиатская (1, а–Китайская, 1, б–Иранская,

1, в–Турецкая, 1, г–Эллинская, 1, д–Адриатическая), 2–Африканская (2, а–Ара-

вийская), 3–Индоавстралийская (3, а–Фиджи, 3, б–Соломонова), 4– Тихоокеан-

ская (4, а–Наска, 4, б–Кокос, 4, в–Карибская, 4, г–Горда, 4, д–Филиппинская, 4, е–

Бисмарк), 5–Американская (5, а–Североамериканская, 5, б–Южноамериканс-

кая), 6–Антарктическая; по А.С.Монину)

Согласно представлениям новой глобальной тектоники, внешняя жест-

кая оболочка Земли – литосфера – находится в непрерывном движении и

состоит из нескольких крупных блоков, имеющих в поперечнике многие

тысячи км – литосферных плит (рис. 125). Каждая литосферная плита пере-

мещается по астеносфере от зон растяжения, где непрерывно формируются

новые участки литосферных плит с океаническим типом коры, к зонам сжа-

тия, где литосферные плиты сталкиваются и засасываются в глубь мантии.

Континенты Земли являются частями литосферных плит и участвуют в их

движении. В зонах сжатия и столкновения литосферных плит происходит

формирование гранитных магм и коры континентального типа.

Таким образом, процесс дифференциации вещества мантии Земли и

формирования сиалической земной коры протекает в два этапа (рис. 126).

Сначала в зонах растяжения (зонах спрединга – рифтовых зонах срединно-

океанических хребтов, располагающихся над восходящими конвекционны-

ми потоками в астеносфере, см. рис. 126, б) происходит частичное плавле-

ние вещества мантии и выплавка толеитовых базальтовых магм, форми-

рующих тонкую первичную океаническую кору габбро-базальтового соста-

ва (3,5–5 км). По анализу палеомагнитных аномалий скорость движения

коры от осей срединно-океанических хребтов составляет 1–6 см/год, а ско-

340

рость расширения океанического дна в обе стороны от осей хребтов дости-

гает 1–12 см/год. Таким образом, в зонах растяжения происходит перма-

нентное наращивание удаляющихся в обе стороны от рифтов блоков океа-

нической коры.

Рис. 126. Геосинклинальный

процесс по теории новой гло-

бальной тектоники (1–конти-

нентальная кора, 2–океани-

ческая кора, 3–верхняя мантия,

астеносфера, 4–магматические

породы рифтогенного этапа, 5–

осадочые породы (а–карбонат-

ные, б–терригенные), 6–интру-

зии кислого состава (а–гранит-

ного, б–гранодиоритового), 7–

офиолиты в складчатых облас-

тях, 8–тектонические наруше-

ния, 9–направления движений)

__________________________

По мере своего формиро-

вания океаническая кора вме-

сте с подстилающим ее жест-

ким надастеносферным слоем

мантии непрерывно перемеща-

ется в латеральном направле-

нии от осевых рифтовых зон

срединно-океанических хреб-

тов к зонам сжатия (зонам

субдукции, см. рис. 126, в).

Здесь вещество первичной

океанической коры, погружа-

ясь в глубь мантии, частично

переплавляется и участвует в

формировании сложно постро-

енной континентальной коры значительной мощности (30–60 км).

Рингвуд и Грин (1966) разработали петрологическую модель, согласно

которой андезитовые и гранитные магмы выплавляются из погружаю-

щихся блоков эклогитизированной океанической коры в пределах зон

всасывания (зон Заварицкого-Беньофа) на значительных глубинах (100–