Предмет геотектоники и ее подразделения

Геотектоника — раздел геологии, обособившийся в самостоятельную научную дисциплину в 30-е годы XX в. До этого она составляла главу общей геологии и называлась просто тектоникой. По смыслу двух составляющих ее название греческих слов это наука о строении Земли. Более полная формулировка предмета геотектоники определяет ее как науку о строении, движениях и деформациях литосферы и ее развитии в связи с развитием Земли в целом. Литосфера включает земную кору и самую верхнюю, наиболее упругую часть мантии. Под ее строением (структурой) подразумевается неравномерное распределение горных пород различного состава, происхождения и условий залегания. Кроме того, термин «структура» применяется в геотектонике нередко и в ином смысле — как сокращение от понятия «структурная форма» (структурный элемент земной коры); примерами таких структурных форм являются антиклинали, сбросы, антиклинории, платформы и т. п. Движения литосферы выражаются в перемещении отдельных ее участков в вертикальном(поднятия, опускания) или горизонтальном направлении. Они могут сопровождаться изменениями в условиях залегания, а нередко и во внутренней структуре масс горных пород. Эти изменения называются тектоническими деформациями, а конечный результат деформаций составляют новые формы залегания пород, называемые тектоническими дислокациями, или нарушениями; к ним относятся антиклинали, сбросы, своды, впадины и т. п. Дислокации разделяются на пликативные (складчатые), дизъюнктивные (разрывные) и инъективные.

Главные источники тектонических движений и деформаций лежат не в самой литосфере, а в более глубоких недрах Земли и прежде всего в непосредственно подстилающем литосферу более пластичном и подвижном слое верхней мантии — астеносфере. В связи с этим литосферу и астеносферу нередко объединяют в одно понятие тектоносферы (или тектосферы) как главной области проявления тектонических процессов. Однако современные данные показывают, что основные источники тектонических движений и деформаций лежат еще глубже, что в них вовлечена вся мантия вплоть до пограничного слоя с жидким ядром Земли. Вот почему в настоящее время область интересов геотектоники не может ограничиваться литосферой и тем более только земной корой и распространяется па Землю в целом. Необходимо, однако, учитывать, что геотектоника является лишь разделом геологии, а собственно геологические методы исследования — геологическое картирование и бурение — позволяют непосредственно изучать лишь земную кору и самую верхнюю часть мантии; более глубокое проникновение в недра Земли — это уже удел геофизики. Отсюда и предложенное выше несколько ограниченное определение геотектоники.

В последние десятилетия в науках о Земле возникла и получила бурное развитие новая научная дисциплина—геодинамика. Эта наука ставит своей задачей, как и следует из ее названия, установление и исследование сил, действие которых и порождает процессы, изменяющие состав и строение оболочек твердой Земли, в том числе не только тектонические, но и сейсмические, магматические и метаморфические. В отличие от геотектоники она использует данные всех трех основных наук о Земле — геологии, геофизики и геохимии и является, таким образом, синтезирующей дисциплиной. Основной метод этой науки — моделирование: математическое и физическое.

Сама геотектоника, будучи разделом геологии, состоит из нескольких разделов, могущих одновременно рассматриваться и как самостоятельные дисциплины. Первый из них — морфологическая геотектоника, чаще называемая структурной геологией или просто тектоникой. Это исторически наиболее ранняя часть геотектоники, появившаяся еще в 20—30-е годы и сформировавшаяся в 80—90-е годы XIX в. Она включает выделение основных типов тектонических дислокаций мелкого и среднего масштаба размером до десятков — первых сотен километров, таких как антиклинали и синклинали, сбросы и флексуры, грабены и горсты, антиклинории и синклинории и т. п. Выделение тектонических единиц более крупных, континентального и глобального масштаба — подвижных поясов, геосинклиналей, платформ, океанов, континентов — наметилось в последней четверти XIX в. и сформировалось уже в XX в., приведя к перерастанию тектоники в геотектонику и к превращению собственно тектоники, или структурной геологии, в один из ее разделов. По существующей в нашей стране практике структурная геология преподается вместе с геологическим картированием, а в курс геотектоники специальное рассмотрение морфологии структур мелкого и среднего масштаба уже не входит; речь может идти о происхождении дислокаций этого класса. В данной книге мы следуем этой традиции.

Другой раздел геотектоники составляет региональная геотектоника. Она занимается выделением и характеризацией установленных в структурной геологии типов тектонических структур на площади того или иного региона, страны, континента, океана, наконец, всего земного шара. В учебных программах наших вузов региональная геотектоника территории страны обычно входит в курс региональной геологии, поскольку региональная геотектоника ость часть региональной геологии, а курс региональной геотектоники зарубежных стран и океанов читается отдельно. Поэтому материал по региональной геотектонике в данную книгу не включен.

Третий раздел геотектоники — это историческая геотектоника. Ее задача состоит в выделении основных этапов и стадии развития структуры литосферы как в глобальном, так и в региональном масштабе. Историческая геотектоника — органическим составной элемент исторической геологии, и относящийся к ней материал включается в курс последней. Мы отводим одну главу основным этапам эволюции структуры литосферы, поскольку это важно для понимания общих закономерностей эволюции Земли.

В особый подраздел историческом геотектоники выделилась неотектоника, рассматривающая последний этап развития литосферы — олигоцен-четвертичный. Причиной такого обособления явилась специфичность как самого этапа, так и методов его изучения.

Свою специфику имеет и изучение современных движении, поскольку к ним применимы различные инструментальные методы. Это дает основание выделить еще одно научное направление — актуотектонику.

Четвертый раздел геотектоники включает рассмотрение закономерностей проявления тектонических движений и деформаций, особенностей развития и условий формирования крупных структурных элементов литосферы, а также, как упоминалось выше, более мелких тектонических дислокаций — складчатости, разрывных нарушений и др. Раскрытию механизма различных тектонических деформаций способствуют экспериментальная тектоника — физическое моделирование различных типов тектонических структур— и тектонофизика, включающая как физическое, так и математическое их моделирование. В решении наиболее общих вопросов — причин тектонических движений и деформаций и развития структуры литосферы в целом — геотектоника смыкается с геодинамикой, поскольку именно последняя изучает силы, действующие в масштабе всего земного шара. Именно весь очерченный круг вопросов и составляет основное содержание предлагаемой книги.

Наряду с тем, что геотектоника составляет как бы теоретическую сердцевину всей геологии (поэтому ее иногда называют «философией геологии»), она имеет немалое прикладное значение, которое выражается в трех аспектах. Во-первых, в связи с поисками месторождений различных полезных ископаемых, как рудных, так и нерудных и горючих, поскольку тектонические условия и особенности тектонического развития являются одним из главных факторов, контролирующих размещение их залежей. Значительную роль при этом играет составление тектонических карт, являющихся обычно основой для анализа размещения уже обнаруженных скоплений полезных ископаемых и прогноза распространения еще не открытых залежей или целых бассейнов, в частности нефтегазоносных. Но тектонические карты имеют не только прикладное, но и большое теоретическое значение, поскольку в них находят отражение и структура земной коры, и в определенной степени история формирования этой структуры. Следовательно, тектоническая картография также составляет важный раздел геотектоники.

Во-вторых, данные изучения новейших и особенно современных движений и сейсмичности подлежат обязательному учету при строительстве крупных сооружений, в особенности атомных и гидроэлектростанций.

В-третьих, данные неотектоники и актуотектоники имеют первостепенное значение при оценке сейсмической опасности, при составлении карт сейсмического районирования и прогноза землетрясений. Исследование связи сейсмичности с тектоническими структурами и движениями составляет предмет особой науки — сейсмотектоники.

Методы геотектоники

Как и любая другая самостоятельная научная дисциплина, геотектоника использует свои особые методы исследования и наряду с этим общенаучные методы и методы, заимствованные из смежных наук. К собственно тектоническим методам относятся следующие.

Структурный анализ заключается в изучении взаимного расположения в трехмерном пространстве тектонических нарушений: складок, разрывов со смещением, трещин, внедрений магматических или пластичных осадочных (соли, глины) пород, а также ориентировки минералов в метаморфических породах. Соответствующие данные получают в процессе геологического картирования, бурения, проведения горных выработок, шахт, штолен и др. Они наносятся на карты и используются для построения профилей, блок-диаграмм и других графических документов, например роз-диаграмм трещиноватости, ориентировки зерен минералов и т. п. Это дает возможность восстановить поля напряжений, вызвавших образование тех или иных форм тектонических нарушений, и (или) выяснить последовательность образования последних.

Структурный анализ может выполняться в различном масштабе — от изучения ориентировки минералов, в частности кварца, в шлифах горных пород с нанесением полученных замеров на специальные стереографические сетки и их статистической обработкой (микро- или петроструктурный анализ) до детального структурного анализа отдельных участков, в частности рудных полей, регионального структурного анализа и вплоть до глобального структурного анализа в масштабе всей планеты. Большое значение при региональном и глобальном структурном анализах приобрело использование снимков земной поверхности, сделанных из космоса, — космоснимков. На них, в частности, проявляются типы тектонических структур, обычно пропускаемые при геологической съемке, — кольцевые структуры и линеаменты.

Метод сравнительной тектоники представляет разновидность общенаучного сравнительно-исторического метода и применяется в двух аспектах. В первом из них проводится сравнение параметров и других характеристик однотипных или родственных структур в целях выявления наиболее общих для них показателей, а также различий, по которым отдельные типы могут быть разделены на подтипы, например платформы на древние и молодые. Во втором аспекте проводится сравнение родственных типов структур в целях установления их эволюционной последовательности, например океаны — геосинклинали — орогены — платформы. К данному методу примыкает метод аналогий, позволяющим прогнозировать особенности малоизученного представителя того или иного типа структур по лучше изученным структурам того же типа.

Геодезические методы используются для изучения современных движений и деформаций. В них все тире применяется лазерная техника. Особенно следует подчеркнуть огромное принципиальное значение методов космической геодезии для выявления перемещения литосферных плит в современную эпоху, а также структурно-геоморфологических элементов ложа океанов.

Геоморфологические методы применяются при исследовании новейших движений, деформаций и порожденных ими структур. Они находят непосредственное отражение в современном рельефе, который в основном создан новейшими движениями и деформациями и обычно не полностью изменен процессами денудации и аккумуляции. Последнее относится в особенности к структурам океанского ложа, что и позволило применить к ним наименования, взятые из геоморфологии,— хребты, котловины, желоба и др.

Анализ фаций и мощностей осадочных и вулканогенно-осадочных отложений — один из основных методов палеотектонического анализа. Анализ фаций применяется в двух измерениях — по площади и по разрезу. В первом случае составляются карты фации для определения интервалов стратиграфического разреза или моментов геологического времени. Эти карты по распространению осадков данного возраста позволяют судить о расположении областей размыва и поднятия, с одной стороны, и накопления осадков, т.е. погружения, — с другой. Распределение осадков различного типа, например крупно- и тонкообломочных, позволяет установить направление увеличения глубин бассейна, т.е. нарастания погружения. Смещение в плане полос развития одинаковых (изопических) фаций, разделенных линиями сдвигов или надвигов, дает возможность определить амплитуды горизонтальных смещений вдоль этих разрывов.

Анализ фаций применяется также в аспекте сравнения фаций, сменяющих друг друга в стратиграфическом разрезе какого-либо района, например в разрезе скважины. Такая смена фаций по вертикали обычно интерпретируется как отражение колебаний глубины бассейна, но подобная интерпретация нередко оказывается упрощенной или даже неверной (см. гл. 9).

Анализ мощностей, их изменения по площади дают количественное представление о размере тектонического прогибания в областях накопления осадков и подводных вулканитов, в случае мелководных образований достаточно точное. Совместный анализ фаций и мощностей гарантирует от ошибок при интерпретации зон больших и малых мощностей, а также при необходимости отличать области первичного неотложения осадков от областей их, вторичного размыва.

Объемный метод представляет развитие предыдущего и основан на измерении по картам фаций и мощностей объемов осадков и вулканитов разных типов. Это позволяет дать количественную оценку погружениям и косвенно поднятиям, оценить изменения в интенсивности вулканизма и полнее охарактеризовать развитие этих процессов во времени.

Анализ формаций имеет существенное значение для тектонического районирования, для определения тектонического режима, т. е. характера тектонических движений в данном районе и в определенное время, поскольку формации — крупные комплексы горных пород, образованные в определенных тектонических условиях, В последнее время понятие формации в этом смысле вытесняется понятием литодинамических (или литогеодинамических) комплексов, под которыми понимаются комплексы горных пород, характерные для определенных геодинамических обстановок, например гранитные батолиты для орогенов или глауконитовые пески для платформ.

Анализ перерывов и несогласий — старейший метод палеотектонического анализа, существенно развитый в дальнейшем. Изучение перерывов и несогласий в разрезе конкретного региона позволяет расшифровать последовательность проявления в его пределах погружений и поднятий, а также тектонических деформаций, в частности складкообразования. Однако, как мы увидим дальше, ранее общепринятая трактовка этих явлений (перерыв — поднятие и осушение, угловое несогласие — фаза сжатия) оказалась упрощенной и поэтому нередко ошибочной.

Другой аспект применения метода анализа перерывов и несогласий заключается в составлении палеогеологических карт доперерывных поверхностей. Такие карты, впервые составленные в 40-е годы нашего века, обычно изображают структуру определенного региона, сложившуюся к началу нового этапа тектонического развития. Серия палеогеологических карт позволяет восстановить историю формирования наблюдаемой структуры данного региона.

Выяснению происхождения тектонических структур различного типа может способствовать кроме структурного анализа с восстановлением древних полей напряжения физическое и математическое моделирование. Начало физического моделирования, т. е. экспериментального воспроизведения уменьшенных моделей тектонических структур, восходит еще к началу прошлого века. Но на прочную научную основу этот метод стал лишь и середине XX в., когда моделирование начало ставиться с учетом критерия подобия, обязывающего использовать для эксперимента не горные породы, а другие материалы, обладающие такими физическими (реологическими, т. е. вязкостными) свойствами, чтобы они компенсировали краткость времени эксперимента и малые размеры моделей по сравнению с реальным временем формирования структур и их реальными размерами. Однако это не исключает эксперименты по изучению поведения реальных минералов и горных пород при высоких температурах и (или) давлениях. В нашей стране работы по экспериментальной тектонике успешно ведутся в Москве (МГУ, ИФЗ РАН), где они были организованы В. В. Белоусовым, Новосибирске (ИГ СО РАН), а за рубежом в Уппсале, Швеция (Г. Рамберг).

Таковы основные методы современной геотектоники. Первая группа методов - структурные - направлена на изучение современной структуры земной коры и литосферы в целом; к ним относятся структурный анализ и его разновидности. Вторая группа методов - исторические - занимается изучением истории тектонических движений и деформаций и общего развития земной коры; таковы геодезические и геоморфологические методы изучения современных и новейших движений — неотектонический анализ, методы анализа фаций, мощностей, объема отложений, формаций, литодинамических комплексов, перерывов и несогласий — палеотектонический анализ. Третья группа методов — методы сравнительной тектоники, физического (эксперимент) и математического моделирования, отчасти структурный — предназначена для раскрытия происхождения тектонических структур.

Следует особо подчеркнуть то значение, которое в последние десятилетия приобрело для геотектоники широкое применение метода актуализма, вернее актуалистического подхода, ранее оправдавшего себя в других отраслях геологии. До этого периода применение актуализма в геотектонике сдерживало то объективное обстоятельство, что структуры подвижных поясов зарождались и значительную часть истории своего развития проходили в морской и даже океанской обстановке. Между тем строение ложа океанов и морей оставалось крайне слабоизученным и не давало достаточного материала для сравнения с обстановками формирования и развития древних структур. Положение стало быстро меняться лишь начиная с 50—60-х годов нашего века, когда развернулись широкие исследования в области геологии и геофизики океанов и морей, и в настоящее время актуалистический подход занял в геотектонике ведущее место, что авторы и постарались отразить в самом построении данной книги, предпослав характеристике развития древних структур описание их современных аналогов.

Помимо собственных методов геотектоника широко опирается на данные смежных наук о Земле и прежде всего на данные геофизики, без которых невозможно получить объемное представление о строении земной коры и литосферы, а тем более тектоносферы и планеты в целом. Ведущее положение среди геофизических методов с точки зрения геотектоники приобрели сейсмические методы; их значение стремительно возрастает и уже стало сравнимым со значением собственно геологических методов. Но достаточно велика роль и других геофизических методов: магнитометрии, гравиметрии, геотермии, магнитотеллурических зондирований.

Существенное значение для геотектоники приобрели и геохимические методы в широком их понимании, включая петрохимию, изотопную геохимию и др. Так, состав магматических пород оказался ценнейшим индикатором геодинамических и, в частности, тектонических обстановок и режимов. Тесные связи с геотектоникой наук о веществе горных пород — петрологии магматических и метаморфических пород, седиментологии и литологии — получили отражение в учении о формациях и литодинамических комплексах. Не менее тесны они и в отношении геоморфологии и палеогеографии. Причем здесь всюду действует принцип обратных связей: с одной стороны, геотектоника использует фактический материал этих наук и, с другой стороны, помогает им в истолковании процессов и явлений, которые составляют область их интересов. То же касается и наук, изучающих полезные ископаемые. Многие из них служат ценными показателями тектонических и геодинамических обстановок, например, алмазоносные кимберлиты, характерные для древних платформ, сульфидные руды полиметаллов типа Куроко — для вулканических островных дуг и т. п.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: