Текст книги "Геотектоника и геодинамика"

6 Рифтогенез [7]

В конце 19 столетия Дж.Грегори выделил особые структуры, ограниченные сбросами грабены в Восточной Африке, образующиеся в условиях растяжения. В последующее время понятие рифтогенеза наполнялось обширным теоретическим и практическим материалом. Современное понимание рифтогенеза вошло в концепцию тектоники литосферных плит как один из важнейших ее элементов. Оказалось, что большинство рифтовых зон находится в океанах, но там рифты как структуры , имеют подчиненное значение, а главная роль в растягивающих напряжениях принадлежит раздвигу, названному с п р е д и н г о м.

6.1 Глобальная система рифтовых зон

Большинство рифтовых зон связаны между собой, они образуют глобальную систему, протянувшуюся через океаны и континенты. Большая часть этой системы находится в океанах, где приурочена к современным срединно – океаническим хребтам. Эти хребты продолжают один – другого и в нескольких местах создают тройные сочленения (юг Атлантики, центральная часть Индийского океана) Пересекая пассивные окраины, рифтовые структуры продолжаются на континентах.

6.2 Континентальный рифтогенез

Для рифтовых зон континентов характерны расчлененный рельеф, сейсмичность, вулканизм, приуроченность к крупным разломам типа сбросов. Главный современный рифтовый пояс на континенте – это пояс Великих африканских разломов, протянувшийся в восточной Африке в меридиональном направлении почти на 3000 км. В рифтах этого пояса образовались озера Танганьика, Ньяса и другие. К этому поясу приурочен гигантский вулкан Килиманджаро. К этой же группе рифтов принадлежит Байкальский рифт. Центральное положение в рифтовой зоне занимает долина шириной от 40 до 50 км, ограниченная сбросами, образующими ступенчатые системы. Такая долина протягивается вдоль сводового поднятия земной коры. Тектонические блоки земной коры на обрамлении рифта могут быть приподняты до 3,5 км. а горные массивы, например на севере Танганьикской зоны возвышаются до 5 км. Часто рифты бывают осложнены продольными или диагональными горстами. Для континентальных рифтов часто характерна асимметрия структуры и рельефа. В верхней, обнаженной части, сбросы обычно наклонены к горизонту под углом 50 – 60 градусов. 0садочные формации континентальных рифтов представлены молассами в переслаивании с вулканитами. Мощность отложений в рифтовых зонах от 5до 6 км. Преобладают обломочные озерные отложения, породы речного, пролювиального, флювиогляциального, ледникового происхождения. В зоне вулканизма благодаря гидротермальной деятельности отлагаются специфические хемогенные отложения – карбонатные, содовые, диатомовые, опаловые, сульфатные, хлоридные.

6.3 Магматизм и его продукты

В основном континентальный рифтогенез сопровождается поверхностным магматизмом, но не всегда. Так, например, явный магматизм отсутствует в рифтовой зоне озера Байкал, хотя в области его продолжения – в Тункинском и Чарском рифтах – есть трещинные извержения базальтовых лав. Часто вулканы располагаются на высоком борту рифтовой зоны. Магматические породы разнообразны, присутствует большое количество щелочных пород. Характерны контрастные ассоциации.

6.4 Геофизические характеристики

По геофизическим данным мощность коры под рифтовыми зонами уменьшается, соответственно поднимается поверхность Мохоровичича, которая в этих зонах является зеркальным отражением наземного рельефа. Мощность коры под Байкальским рифтом снижается до 30 -35 км., под Рейнским – до 22 – 25 км., под Кенийским – до 20 км. Местами мощность коры снижается до 13 км., а под осевой частью долины появляется кора океанического типа. Близость разогретой астеносферы, вулканизм, повышенная проницаемость, нарушенния коры разломами выражаются в геотермическом поле. Тепловой поток в рифтовых зонах резко повышен. По данным магнитотеллурических методов высока электропроводность пород в астеносферном слое. В гравитационном поле фиксируются отрицательные аномалии в редукции Буге, поскольку породы мантии разуплотнены. Положительные аномалии характерны для тел основных и ультраосновных магматических пород.

6.5 Механизмы рифтогенеза

По физическим моделям образование рифтов связано с концентрацией растяжений в узкой полосе, где происходит уменьшение мощности континентальной коры. Вдоль ослабленной зоны образуется все более тонкая « шейка », вплоть до разрыва и раздвига континентальной коры с замещением корой океанического типа.

7 Океанический рифтогенез (спрединг)

Основу спрединга составляет раздвиг путем «магматического расклинивания» и может развиваться, как прямое продолжение континентального рифтогенеза. Но в Индийском и Тихом океанах рифтовые зоны закладывались сразу на океанической литосфере в связи с перестройкой движения плит и отмиранием более ранних рифтовых зон. Наиболее ярко спрединг океанического дна можно наблюдать в Исландии, где над уровнем океана выступают на поверхность породы Срединно-Атлантического хребта. Современная тектоническая и вулканическая активность сосредоточены в субмеридиональных неовулканических зонах, пересекающих остров в его центральной части. Самые молодые базальты приурочены к их осевой части. Дальше от центра извержения базалты имеют возраст 0,7 – ;млн. лет, а еще дальше – 16 млн.лет. Каждый последующий покров базальтов мощностью до 10 метров лежит горизонтально, а его подводящий канал – это вертикальная дайка долерита шириной от 1 до 3 м., ориентированная вдоль рифтовой зоны. По мере накопления платобазальтов происходит их проседание. Мощность океанической коры здесь значительно больше обычной и достигает 40 км. Сторонники концепции тектоники литосферных плит [7] объясняют это тем, что якобы под Исландией существует и действует « мантийная струя» которая постоянно наращивает кору, поставляя все новые порции платобазальтов ( «горячая точка»)

8 Главные структуры океанов [7]

В составе земной коры выделяются два типа главных структур: континенты (материки) и океаны. В литосфере выделяются литосферные плиты, в состав которых включаются как континенты, или их части, так и океаны, резко отличающиеся глубинным строением, составом, мощностью слоев земной коры, особенностями тектонического развития, различным составом мантии в различных ее частях. В пределах мирового океана выделяются две различных по своему строению и площади области:

1) область шельфа и материкового склона;

2) область ложа мирового океана.

Первая – это подводная окраина континентов, она отличается континентальным строением земной коры ( в ней сохраняется, хотя и в утоненном виде, континентальная кора с ее гранитным слоем ). Главная и важнейшая граница между континентом и океаном – подножие материкового склона. Океаническое дно занимает 75 % площади Мирового океана. В его рельефе выделяются основные структуры: с р е д и н н о-о к е а н и ч е с к и е х р е б т ы , в у л к а н и ч е с к и е о с т р о в а, в а л ы , п о д н я т и я, п о д в о д н ы е р а в н и н ы, г л у б о к о в о д н ы е ж е л о б а.

Для срединноокеанических хребтов характерна повышенная тектоническая активность, вулканизм, мелкофокусные землетрясения, высокий тепловой поток. Главными тектоническими структурами срединных хребтов являются центральные понижения – грабены, ограниченные глубинными разломами, рифтовые зоны и пересекающие их поперечные зоны глубинных разломов (от 50 до 300 км.) , названные т р а н с ф о р м н ы м и. Некоторые вершины хребтов возвышаются над уровнем океана, образуя острова (Исландия, Азорские острова и др).

Срединноокеанические хребты сложены в основном базальтами. Осадочный слой на них отсутствует или имеет очень малую мощность, но в трансформных разломах может достигать нескольких сотен метров. Из рифтовых зон и трансформных разломов драгированием подняты обломки ультраосновных пород, что говорит о непосредственном выходе пород мантии. В рифтовых зонах проявляется спрединг, сопровождаемый выплавлением базальтовой магмы и наращиванием океанического дна за счет вновь образованной молодой океанической коры. Это подтверждается следующим:

вдоль срединноокеанических хребтов выявлены магнитные аномалии в виде чередования полос различной интенсивности и полярности, симметрично расположенные по обе стороны от хребта. Эти аномалии создаются одновозрастными базальтами дна, и чем ближе к хребту, тем базальты моложе;

по данным глубоководного бурения установлено, что мощность осадочной толщи закономерно и симметрчно увеличивается в направлении от оси хребта к континенту от 0 до 2 км. Явления спрединга реально наблюдаются на дне Красного моря.

Глубоководные желоба, вулканические дуги и окраинные моря. Все вместе они образуют с и с т е м у о с т р о в н ы х д у г, которые рассматриваются как современные геосинклинальные пояса. Островные вулканические дуги состоят из вулканов, сложенных вулканогенными породами андезитового состава и мелководными рифовыми известняками. Возраст пород – кайнозойский. Главная черта островных дуг – очень высокая сейсмичность.. Именно здесь проявляются самые глубокофокусные землетрясения. Центры землетрясений располагаются в узкой, до100 км. зоне, уходящей наклонно от глубоководных желобов под островные дуги, и называемые зоной Вадати – Заварицкого – Беньофа. Эта зона представляет собой систему грандиозных сколов, разделяющих островные дуги и глубоководные желоба. Прослеживается она до глубины 200 км., наклон 45градусов.

Окраинные моря находятся в тылу островных дуг, тип коры континентальный, но имеются глубокие котловины (до 5км.) с океаническим типом коры, заполненные мощными осадками. Эти котловины обладают повышенным тепловым потоком.

Абиссальные равнины ( океанические платформы ) тектонически пассивны .

Тихий океан, в отличие от других, окружен кольцом островных дуг и складчатыми областями. Прибрежная часть океана почти повсеместно является тектонически активной областью, представляя собой геосинклинальные системы. Исключение составляет только окраина Атлантики. Наиболее древним является Тихий океан, возникший еще в докембрии. В составе осадков, слагающих его дно, не обнаружены осадки, древнее юрских. Такого же возраста и базальты, подстилающие эти осадки. Более древняя кора, по мнению мобилистов, поглощена в зонах субдукции. В строении более молодых океанов проявляется структура, при которой видно, что их впадины наложены на структуры ограничивающих их континентов и впадина срезает самые различные по времени образования. Начало раскрытия современных впадин Индийского и Атлантического океанов относится к юрскому периоду, северного Ледовитого – к концу юрского – началу мелового периодов.

9 Главные структуры континентов

Континенты в разных их частях сложены по разному. В одних случаях слагающие их породы смяты в складки и складчато-надвиговые структуры, разбиты сбросами, метаморфизованы, включают интрузии различного состава. К таким частям континентов относятся горно-складчатые хребты и массивы. В других районах континентов распространены горизонтально залегающие неметаморфизованные толщи осадочных или вулканогенных пород и лишь под ними обнаруживаются дислоцированные складчатые метаморфические и магматические комплексы пород. Это позволяет разделить структуру земной коры на три типа: геосинклинальные пояса, орогены и материковые платформы.

9.1 Геосинклинальные пояса

Это обширные линейно вытянутые структуры большой протяженности (от 10 до 20 км ), ограниченные глубинными разломами, отличающиеся на протяжении всей истории своего развития высокой подвижностью, проницаемостью, и накоплением мощных толщ осадков. Геосинклинальные пояса зарождаются вдоль активных континентальных (океанических) окраин, но могут формироваться и на основе континентальных рифтовых зон.

Различаются два типа океанических ( континентальных ) окраин: активный (тихоокеанский) и пассивный ( атлантический ), характерный для всех остальных океанов. На активных окраинах переход океана к континенту резкий, здесь располагаются глубоководные впадины и желоба, островные дуги с активным вулканизмом. Пассивные окраины этих черт лишены и в них переход от континента к океану более плавный и постепенный.

9.2 Орогены

Это обширные складчатые и складчато – надвиговые горные сооружения, возникшие на заключительных стадиях геосинклинального процесса на месте геосинклинальных поясов.

9.3 Материковые платформы

Это жесткие, стабильные участки континентов, лишенные способности к складкообразованию Эти структуры земной коры называются д р е в н и м и п л а т ф о р м а м и. Обособились в земной коре геосинклинальные пояса и древние платформы в позднем протерозое ( рифее ).Внутри материков имеются платформы, строением и историей возникновения и развития резко отличающиеся от древних платформ. Эти структуры названы м о л о д ы м и п л а т ф о р м а м и. Они возникли на фанерозойском складчатом основании.

В составе континентов различают:

– древние платформы;

– молодые платформы: эпибайкальские ( области байкальской складчатости ), эпипалеозойские (области каледонского и герцинского тектогенеза ), эпимезозойские ( области киммерийского тектогенеза ), кайнозойские (области альпийского тектогенеза ).

10 Континентальные платформы

10.1 Д р е в н и е континентальные платформы (кратоны ) – это ядра материков, они занимают больщую часть площади материков, слагаются типичной корой континентального типа мощностью от 35до 45 км. Литосфера в их пределах достигает мощности от 150 до 200 км. Обычно они обладают изометричной формой. Значительная часть этих платформ покрыта осадочным чехлом мощностью от 3,5 до 4 км., а в наиболее глубоких впадинах она достигает от 10до 13 км. В состав чехла могут входить платобазальты. Платформы – это наиболее устойчивые и спокойные части континентов. Древние платформы (кратоны) занимают 40 % площади древних платформ и являются своеобразными их ядрами. Такими платформами являются: в южном ряду Южно-Американская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая, Африканская. Промежуточное положение занимает Южно-Китайская. В северном ряду: Северо-Американская, Восточно – Европейская, Сибирская, Китайская. Древние платформы разделены орогенами, их передовыми прогибами или пологими надвигами на эти прогибы складчатых сооружений орогенов.

10.2 М о л о д ы е платформы (Рисунок А.9) занимают значительно меньшую площадь, в основании имеют не кристаллический гранитогнейсовый фундамент, а более молодое геосинклинальное складчатое основание. Это Западно – Сибирская, Средне– и Западно –Европейская, Патагонская. Фундамент этих платформ испытал слабый метаморфизм фации зеленых сланцев. В зонах гранитизации формируются « офиолитовые пояса». Итак, основание молодых платформ – это геосинклинальные складчатые горные породы, пережившие в прошлом орогенез, дислоцированность и денудацию. В зависимости от возраста завершающей складчатости подразделяются на эпикаледонские, эпигерцинские и эпикиммерийские. Так, Западно – Сибирская молодая платформа и Восточно-Австралийская платформы являются частично эпикаледонскими и частично эпигерцинскими; платформенная арктическая окраина Восточной Сибири – эпикиммерийской.

Эпибайкальская платформа с верхнепротерозойским складчатым основанием – Тимано – Печерская. Осадочный чехол молодых платформ имеет юрскомел-четвертичный возраст. На эпикаледонских платформах чехол начинается с верхнего девона, на эпигерцинских – с верхней перми.Чехол молодых платформ сложен в основном молассовыми и молассоидными отложениями. Редко, но встречаются выступы фундамента в окружении пород молодого чехла, которые называют «окнами». Пример – Казахский щит, лежащий между Западно – Сибирской и Севро – Туранской молодыми платформами. В пределах подвижных поясов существуют и впадины, где сохранились реликты океанической коры подвижных поясов (консолидорованной коры) Пример – южная часть Каспийского моря, где впадина – это реликт океана Тетис, впадины Баренцева, Карского морей, впадина Мексиканского залива. На молодых платформах в чехле дислоцированность пород более высокая, чем в чехле древних, где большая роль принадлежит разломам, часто складчатые структуры молодых платформ повторяют структуры складчатого фундамента.

11 Структурные элементы поверхности фундамента и осадочного чехла платформ

В пределах древних платформ выделяются две крупные структуры: щ и т ы и п л и т ы ( осадочный чехол ).

11.1 Щ и т ы – это территории в несколько тысяч километров в поперечнике. На протяжении всей своей истории геологического развития это блоки земной коры, испытывавшие только поднятия и денудацию. Некоторые щиты покрывались мелким морем, но на очень короткое время. Канадский щит в силуре и девоне, Балтийский щит в кембрии-силуре, Алданский в кембрии. Более мелкие такие блоки, покрывавшиеся морем на более длительное время, называют массивами, например Анабарский, Украинский и другие. В пределах плит выделяются структуры второго порядка – антеклизы, синеклизы, авлакогены.

11.2 А н т е к л и з ы – это крупные и пологие погребенные структуры фундамента в сотни километров в поперечнике. Естественно, глубина залегания фундамента и мощность осадочного чехла в сводовых частях меньше, чем на крыльях (обычно от 1до 2 км.). Чехол сложен сугубо осадочными породами мелководного или континентального происхождения. Очень много перерывов в осадконакоплении. Иногда в центре антеклиз фрагментарно выходят к поверхности породы кристаллического фундамента ( Воронежская антеклиза, Оленекская антеклиза, Северо-Американские антеклизы).

11.3 С и н е к л и з ы – крупные пологие, почти плоские впадины с глубиной залегания фундамента от 3 до 5 км. и наиболее полным глубоководным разрезом осадочного чехла. Угол наклона слоев в антеклизах и синеклизах от 1 до 2 градуса. Типичными примерами синеклиз являются: Московская, Прикаспийская, Амударьинская, Конго, Таудени в Африке. Существуют два типа синеклиз. Первый из них характеризуется очень большой мощностью осадочного чехла – до 25 км., лежащего непосредственно на кристаллическом фундаменте. Второй тип – это трапповые синеклизы, примеры: Тунгусская на Сибирской платформе, Деканская в Индостане, Кару в Южной Африке, Параны в южной Америке. В их разрезе залегает мощная толща платобазальтов.

На всех платформах земного шара распространены особые отрицательные структуры – авлакогены.

11.4 А в л а к о г е н ы – это четко линейные грабен – прогибы, протягивающиеся на многие сотни километров при ширине в десятки километров, ограниченные разломами ( сбросами) и выполненные мощными толщами осадков, а нередко и вулканитами, среди которых особенно характерны базальты повышенной щелочности. Среди осадков типичны соленосные и пелалические угленосные формации. Глубина залегания фундамента в таких структурах достигает от 10 до 12 км. Астеносфера в таких зонах испытывает подъем. Такое строение характерно для континентальных рифтов (палеорифтов). Эти палеорифты могут изучаться только с помощью глубокого бурения и сейсморазведки. В более поверхностных структурах авлакогены могут быть выражены двояко: либо развитыми над ними синеклизами, либо зонами складчатости чехла. В этом случае образуются простые валы (например Вятский вал над КировскоКазанском авлакогеном) или сложные валы, состоящие из нескольких параллельных цепочек поднятий, в третьих – настоящие складчатые зоны сложного строения с надвиговыми структурами. Произошла тектоническая инверсия и авлакоген, структура отрицательная, стала структурой положительной, называемой п л а к а н т и к л и н а л ь ю.

12 Внутреннее строение фундамента древних платформ

Основная роль в сложении фундамента древних платформ принадлежит архейским и нижнепротерозойским комплексам. Фундамент имеет крупноблоковое строение. Так, в пределах Балтийского щита Русской платформы выделяется пять главных блоков, столько же блоков выделяется на Украинском щите, в пределах Канадского щита – шесть блоков и т.п. В пределах древнего фундамента, в архее выделяются два структурных элемента: гранит – зеленокаменные области и гранулито – гнейсовые пояса. Первые слагают целые блоки в сотни километров в поперечнике. В них часто прослеживаются линейные полосы зеленокаменных поясов, сложенных слабометаморфизованными зеленокаменно – измененными вулканитами основного состава и частично осадочными породами. Мощность осадочно – вулканогенных поясов может составлять от 10 до 15 км. Эти пояса имеют трехчленное строение. Нижняя их часть сложена толеитовыми базальтами и ультраосновными лавами. Возраст зеленокаменных поясов – 3,5 – 2,5 млрд. лет. Заложение зеленокаменных поясов происходило в раннем протерозое в результате рифтообразований в их основании – в «серых гнейсах» архея, гранитогнейсах тоналитового состава.

Гранулито – гнейсовые пояса, второй главный тип раннедокембрийских структур, разделяют и окаймляют гранит-зеленокаменные области. Проявляются они в раннем архее. Для этих пород характерна высокая степень метаморфизма ( амфиболит – гранулитовая ), которая проявлялась неоднократно, и так же многократная складчатость и пологие надвиги. Внутренняя структура комплекса часто осложнена гранито-гнейсовыми куполами и крупными плутонами габброанортозитов с типичными пегматитовыми полями. Типичные примеры гранулито-гнейсовых поясов – в Северной Америке, Восточной Африке, в Сибири.

В раннем протерозое формировались п р о т о г е о с и н к л и н а л и, протягивающиеся на многие сотни и тысячи километров при ширине в первые сотни километров, четко линейные (пример, Курско– Криворожская система). В их основании лежит почти непереработанный архейский фундамент. Породы протогеосинклиналей многократно метаморфизованы, перемяты вплоть до микроплойчатости, в них внедрялись многократно интрузии гранитоидов. Пространства между древними подвижными поясами были заняты блоками континентальной коры, консолидированными к концу архея и представлявшими собой обломки эпиархейского суперконтинента, распавшегося в начале протерозоя. Эти блоки существовыли в платформенном режиме и их называют п р о т о п л а т ф о р м а м и.