Текст книги "Геотектоника и геодинамика"

13 Стадии развития платформ [1,10]

Поверхность фундамента древних платформ соответствует срезанной денудацией поверхности складчатого пояса – о р о г е н а . Следовательно, платформы формируются после завершенной складчатости, но далеко не сразу. Необходимо, чтобы прошли и завершились все процессы денудации геосинклинального сооружения и на этой денудированной поверхности накопился осадочный чехол – плитный комплекс или п л и т а. А на это уходили десятки и сотни миллионов лет. До этого в течение «доплитного» этапа платформы проходят две подготовительные стадии: стадию кратонизации и авлакогенную стадию.

С т а д и я к р а т о н и з а ц и и ( ранний рифей). На этой стадии все древние платформы входили в состав единого суперконтинента – Пангеи1. Поверхность суперконтинента испытывала поднятие и только на отдельных площадях накапливались континентальные осадки. Местами накапливались кислые лавы и туфы, внедрялись интрузии габбро – анортозитов и гранитов типа рапакиви.

А в л а к о г е н н а я с т а д и я (средний и верхний рифей) приурочена к периоду распада суперконтинента, обособлению древних платформ, возникают многочисленные рифты, позже перекрытые осадочными толщами обломочного континентального и мелководно – морского происхождения. Образуются синеклизы на месте авлакогенов. Переход к плитной стадии начался в начале кембрия.

14 14 Концепция тектоники литосферных плит [7]

В середине 20-го столетия началось интенсивное геолого – геофизическое изучение океанов, приведшее к ряду важнейших открытий. Было установлено наличие астеносферы, по поверхности которой возможно относительное перемещение литосферы. Было установлено наличие грандиозной системы срединно-океанических хребтов и рифтов. В океане открыты линейные знакопеременные магнитные аномалии, параллельные и симметричные относительно осей срединно – океанических хребтов. Было открыто явление периодических инверсий магнитного поля Земли. Горные породы, оказалось, обладают остаточной намагниченностью, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле. На этой основе возникло новое научное направление – палеомагнетизм. Первые же результаты показали, что литосферные плиты значительно перемещались, прежде чем занять современное положение. Все эти и другие новые открытия не находили объяснений с позиции фиксистской гипотезы развития земной коры. В 1961 – 1968 годах американскими, французскими, английскими и канадскими геофизиками были разработаны основы новой мобилистской концепции ( первоначально известной как новая глобальная тектоника), а позже – как «т е к т о н и к а л и т о с ф е р н ы х п л и т». В ее основе лежит представление о раздвижении континентов, разрастании пространства с молодой океанической корой начиная от осей срединно – океанических хребтов и образовании, в результате, океанов. Этот процесс получил название «с п р е д и н г о к е а н и ч е с к о г о д н а.» Развивая идеи английских геофизиков Ф.Вайна и Д Мэтьюза геофизики разработали первую возрастную шкалу магнитных аномалий океанов в пределах кайнозоя и второй половины позднего мела. Американский геолог Г. Менард открыл в Тихом Океане гигантские разломы, пересекающие срединно – океанические хребты, а канадский геофизик Дж.Т. Вилсон установил, что они образуют особый класс разломов и назвал их т р а н с ф о р м н ы м и р а з л о м а м и.

Американские сейсмологи, изучив распределение землетрясений по земному шару и механизмы их смещений нарисовали общую картину смещений литосферных плит.

Концепция тектоники литосферных плит начала получать фактические подтверждения. В 1968 году началось глубоководное бурение с американского судна «Гломер Челленджер». Прежде всего было обнаружено полное совпадение датировки возраста океанической коры по данным бурения с результатами определений возраста по геофизическим данным. Подтвердились положения о инверсии магнитного поля, о наличии процессов спрединга, мощности океанической коры в различных частях океанов. Установлен процесс погружения океанической коры под континентальную, названный с у б д у к ц и е й. Благодаря космической геодезии установлен факт перемещений плит относительно друг друга в горизонтальном направлении, благодаря космической томографии получено подтверждение реальности конвективных течений в мантии, являющихся по мнению сторонников и разработчиков концепции тектоники литосферных плит главной движущей силой. Основные предпосылки концепции тектоники литосферных плит сводятся к следующему [7].

1. Первой предпосылкой тектоники плит является разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), – жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Выделение этих оболочек производится по сейсмологическим и магнитотеллурическим данным (степени сопротивления естественным электрическим токам).

2. Второе положение тектоники плит состоит в том, что литосфера естественно разбита на семь крупных и столько же более мелких литосферных плит, границы между которыми проводятся по очагам землетрясений. Внутренние части плит практически асейсмичны, а главная энергия приурочена к их границам.

3. Третье положение тектоники литосферных плит касается особенностей их взаимных перемещений. Различают три разновидности таких перемещений и соответственно три типа границ между плитами:

1) д и в е р г е н т н ы е г р а н и ц ы, вдоль которых происходит раздвижение плит, – с п р е д и н г;

2) к о н в е р г е н т н ы е г р а н и ц ы, на которых идет сближение плит, погружение океанической коры под континентальную (с у б д у к ц и я ) или надвиг океанической коры на континентальную (обдукция). Столкновение двух континентальных плит называется к о л л и з и е й; 3) т р а н с ф о р м н ы е г р а н и ц ы – вдоль них происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости трансформного вертикального разлома.

4. Четвертое положение тектоники плит утверждает, что в своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, т.е теореме Эйлера, согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности , проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли. Выход этой воображаемой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия.

5. Пятое положение тектоники плит утверждает, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанической коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. Значит, субдукция полностью компенсирует спрединг, объем Земли и ее радиус остаются постоянными.

6. Шестое положение тектоники плит утверждает, что основная причина движения плит обусловлена мантийной конвекцией. Эта конвекция является чисто тепловой и общемантийной, плиты,находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются ее течениями.

В концепции тектоники литосферных плит не находят убедительного объяснения причины течения вещества мантии, ее реологической неоднородности. Чтобы закрыть эти пробелы в концепции, Дж. Вилсон и Дж. Морган выдвинули гипотезу «горячих точек» и «мантийных струй (плюмов)». Эта гипотеза родилась на основе Гавайских островов Гавайского и Императорского хребтов в Тихом Океане. Гавайский архипелаг – это цепь островов потухших и действуюших на юге вулканов ( Мауна-Лоа, МаунаКеа). По мере движения наблюдений с юго-востока на северо-запад, возраст потухших вулканов закономерно возрастает до 42 млн.лет. Следовательно, имеет место закономерная миграция во времени и пространстве вулканических центров. Вилсон и Морган объясняют это тем, что под о. Гавайи в настоящее время действует горячая мантийная струя, которая прожигает астеносферу и литосферу и проявляется на поверхности в виде действующего вулкана. По мере продвижения тихоокеанской плиты в северо-западном направлении действовала аналогия револьверной системы – «произошел выстрел– (извержение вулкана) – барабан провернулся , на место очередного «выстрела» поступил следующий «патрон», это новый действующий, но более молодой «вулкан», а предыдущий потух. В этом механизме есть обязательное условие, что «горячая точка» никуда не перемещается, она постоянна, действие плюма постоянно и по направлению и по силе теплового потока сотни миллионов лет. Возникает вопрос: что за механизм заставляет литосферную плиту остановиться, дождаться пока мантийная струя ее прожжет, дать возможность на протяжении многих миллионов лет возникнуть и работать вулкну и наконец продолжить движение, приводящее к затуханию вулкана? И еще – каким образом «мантийные струи» преодолевают конвективные токи в мантии, никуда не отклоняясь и не теряя колоссальной энергии? Проблема и в том, что нет убедительного ответа на вопрос: а где расположены и что это за источники «мантийных струй» с колоссальной тепловой энергией?

15 Внутриплитные тектонические процессы [1,7]

15.1 Современные проявления внутриплитной тектонической и магматической активности

Проявления эти достаточно многообразны. К ним относятся прежде всего современные вертикальные движения земной коры, которые наблюдаются повсеместно, хотя их скорость и невелика – первые миллиметры в год. Относительные горизонтальные движения вне подвижных поясов проявляются лишь в форме раздвига в рифтовых зонах,например в ВосточноАфриканской рифтовой системе и особенно в ее северном, Афарском звене. На обширных пространствах вне рифтовых зон, например в платформенной части Северной Америки, космогеодезические измерения не обнаруживали следов дифференциальных горизонтальных движений – эти части литосферных плит движутся как одно целое.

Вместе с тем внутренние части плит повсеместно, очевидно за исключением рифтовых зон, испытывают напряжения сжатия, как показали измерения в скважинах, определения фокальных механизмов землетрясениях и другие наблюдения. Векторы этих напряжений ориентированы либо перпендикулярно ближайшим осям спрединга, например в Скандинавии срединным хребтам Норвежско-Гренландского бассейна, либо перпендикулярно фронту складчатых горных сооружений, например Альпийской дуге в Западной Европе. Это совершенно определенно указывает на источник напряжений: в первом случае – зоны спрединга и отталкивания литосферных плит от оси хребта, во втором случае – зоны коллизии, т.е столкновение литосферных плит. Аналогичные данные получены относительно океанских плит, где источником сведений являются определения механизмов изредка происходящих здесь землетрясений. Наглядное свидетельство деформаций сжатия в пределах этих плит – обнаруженные в северо-восточной части Индийского океана, на широте о. Шри-Ланка, складчато-разрывные дислокации. Надвиговые или раздвиговые дислокации наблюдаются вдоль трансформных разломов.

Не лишены внутренние части плит и проявлений вулканизма. Наиболее значительные из них связаны с рифтовыми системами. В ВосточноАфриканской рифтовой системе находятся такие крупные стратовулканы, как Кения, Килиманджаро и Эльтон. В Западной Африке – вулкан Камерун и другие вулканические центры, а на продолжении «линии Камерун» в Атлантике – ряд вулканических островов: Фернандо-По (ныне о. Биоко) и др. Проявления молодого вулканизма известны в Африке и севернее Камеруна – на юге Марокко (Сируа в Антиатласе), Алжире (массив Ахаггар) и Ливии (массив Тибести). Значительный вулканизм характеризует ЗападноЕвропейскую рифтовую систему на протяжении от Рейнских Сланцевых гор и Верхнерейнского грабена до Тунисского пролива, включая Центральный французкий массив с его многочисленными недавно потухшими вулканами и следами поствулканической деятельности. В Азии проявления молодого вулканизма наблюдаются в Байкальской рифтовой системе, а также на Чукотке (Анюйские вулканы) в Тибете. В Антарктиде расположены крупные вулканы Эребус и Террор. В Северной Америке молодой вулканизм свойствен Кордильерам, в том числе их восточной части, в пределах США – рифту Рио-Гранде, району Йеллоустонского парка, где его можно отнести к внутриплитным явлениям, в отличие от вулканизма Каскадных гор и Южной Аляски, тяготеющего уже к западному ограничению Северо-Американской литосферной плиты.

Внутриплитный вулканизм еще более широко проявлен в океанических бассейнах. Наиболее эффективными его выражениями являются вулканы Канарских островов – Тенерифе и др. – и продолжения «линии Камеруна» в Атлантике, вулканические острова Реюньон и Маврикий в Индийском океане, многочисленные островные вулканы, особенно в Тихом океане.

Практически все продукты внутриплитных вулканических извержений принадлежат щелочно-базальтовой формации, различным ее дериватам вплоть до кислых. Сами эти извержения связывают с активностью мантийных струй («плюмов»), порождающих «горячие точки», о которых уже шла речь.

Приведенные данные показывают, что внутренние части литосферных плит могут рассматриваться как лишенные проявления современных и молодых движений, вертикальных и горизонтальных, сейсмичности и вулканизма. Конечно, масштаб этих проявлений неизмеримо меньше, чем приуроченных к границам плит, но сами по себе они достаточно важны, в частности потому, что могут иметь катастрофические последствия (примерЛиссабонское землетрясение) и недавнее извержение углекислого газа на оз. Ниос, расположенном на «линии Камеруна».

15.2 Основные типы внутриплитных дислокаций [1]

Планетарная трещиноватость. Наиболее универсальным повсеместно распространенным типом внутриплитных дислокаций является трещиноватость. Она наблюдается во всех горных породах, независимо от их возраста и литологического состава, но в наиболее «чистом» виде, не искаженном другими деформациями – в отложениях платформенного (плитного) чехла. Лучше всего его можно наблюдать в карьерах. Мощным средством изучения планетарной трещиноватости оказались космические снимки, по данным дешифрирования которых составлены карты трещиноватости крупных регионов, например Эгейского, и целых стран, например всей Франции. Давно замечено, что именно трещиноватость горных пород предопределяет рисунок речной и овражной сети, а значит, и водораздельных гряд, и даже ледниковый рельеф областей древнего материкового оледенения контролируются трещиноватостью (наблюдения А.И.Васильчук). Именно через рельеф и связанный с составом пород растительный покров трещиноватость главным образом и проявляется на космоснимках.

Трещиноватость подчиняется определенной закономерности – лучи на розах – диаграммах отвечают трем парам сопряженных систем, из которых одна система следует вдоль широт и меридианов и именуется ортогональной, а две других занимают диагональное положение: 300-120⁰ и 330– 150⁰. Но непосредственно причиной образования трещин служат диагенез, литификация осадочных пород и остывание магматических и метаморфических пород.

Линеаменты. Термин «линеамент» был введен в литературу американским геологом У.Хоббсом в 1911 г. первоначально для обозначения вытянутых по одному направлению элементов рельефа и структуры. В дальнейшем этот термин применялся довольно редко, преимущественно для протяженных зон разрывных нарушений. Он получил широкое применение с началом дешифрирования космоснимков. На них достаточно отчетливо проявлены широкие (километры, первые десятки километров) и протяженные (многие сотни, нередко более тысячи километров)зоны концентрации трещин, размывов, даек магматических пород, пересекающих как платформы, так и складчатые системы. Такие линеаментные зоны выделены на Русской плите.

Глубинные разломы. Это большой протяженности, длительного развития и большой глубины заложения, расколы, разделяющие разнородно построенные блоки земной коры.

Существование глубинных разломов нашло определенное подтверждение при проведении профилей глубинного сейсмического зондирования, особенно через фундаменты древних платформ.

Учение о глубинных разломах приобрело особое значение у металлогении: длительное развитие глубинных разломов и их устойчивое расположение как каналов, связывающих верхние горизонты коры с мантийными глубинными источниками рудоносных флюидов – важнейшие факторы.

Первая из особенностей глубинных разломов – их протяженность. Она устанавливается по данным геологического картирования, сгущению параллельных разломов, повышению интенсивности складчатости, проявлению основного и ультраосновного магматизма, динамометаморфизма (очень показательны зоны бластомилонитов), дешифрованию космических снимков, геофизическим данным, в частности по сочетанию «гравитационных ступеней» (резких перепадов значений силы тяжести) с линейными магнитными аномалиями, контактами блоков с разными простираниями и конфигурацией этих аномалий, данным ГСЗ о смещении поверхности Мохо, сгущению очагов землетрясений.

Вторая особенность – большая глубина заложения – наиболее объективно устанавливается по данным глубинного сейсмического зондирования (смещению поверхности Мохо), данным сейсмологии (очаги землетрясений), а также по присутствию основных и особенно ультраосновных магматитов.

Третья особенность – длительность развития – выявляется по резким различиям в фациальном характере и мощностях осадочных и вулканогенных толщ по обе стороны разлома, а также по продолжительности магматической деятельности вдоль линии этого разлома.

Одним из типичных примеров глубинного разлома всегда считался Главный Уральский разлом – граница внешних и внутренних зон Урала, надвиг последних на первые, сопровождаемый на всем огромном протяжении от Полярного Урала до Мугоджар выходами основных и ультраосновных пород. Но и здесь приходится заметить, что надвиг этот на глубине выполаживается и его выход на поверхность заведомо может отстоять на значительное расстояние от глубинных корней. Далее основные и ультраосновные магматиты, выступающие вдоль Главного Уральского разлома, не синхронны, а древнее времени его образования. Более того, в тылу Главного Уральского разлома, по другую сторону Тагильского и Магнитогорского синклинориев, на поверхность выступают породы докембрийского кристаллического фундамента, слагающие срединные массивы.

По мнению мабилистов понятию глубинных разломов полностью отвечают так, называемые сутуры, или швы, маркирующие зоны столкновения, коллизии литосферных плит [7]. Это важнейшие элементы строения подвижных поясов. Их наиболее достоверным признаком является распространение офиолитов (т.е древней коры океанского типа, обычно в виде меланжа), нередко испытавших метаморфизм высокого давления и низкой температуры (глаукофановые сланцы), который может затем смениться зеленосланцевым. Обычно это довольно крутые зоны, но нередко они обладают заметным наклоном. Швы эти разделяют крупные блоки коры и литосферы, иногда именуемые геоблоками (Л.И.Красный), резко отличающиеся по структуре и истории развития.

Заключительные движения в зонах сутур ориентированы в основном вертикально и нередко носят сдвиговый характер; часто это пластичные, или вязкие сдвиги, подчеркиваемые полосами развития бластомилонитов, как в китайском хребте Циньлин.

В дальнейшей своей истории сутуры вместе с разграничивающими их блоками могут войти в состав фундамента платформ, превращаясь из межплитных во внутриплитные структуры, и в пределах плит скрыться под осадочным чехлом. В этом случае прослеживание сутура геофизическими методами – сейсмическими (ГСЗ), магнитометрическими (линейные магнитные аномалии), и др. Наиболее древние сутуры имеют позднеархейский – раннепротерозойский возраст. Примером могут служить Криворожский разлом Украинского щита, разделяющий Кировоградский и Среднеприднепровский архейские блоки; Ботническо-Ладожская зона разломов на Балтийском щите между Свекофенским и Карельским блоками; Становая зона на Алдано-Становом щите и др.

Древние, в том числе погребенные, сутуры образуют ослабленные зоны в литосфере. В общем сутуры – важнейшие элементы строения не только подвижных поясов, как было указано выше, но и континентов в целом, и с их выделения должно начинаться тектоническое районирование при составлении тектонических карт.

В строении складчатых поясов и образующихся на их месте платформ, точнее их фундамента, в том или ином виде могут сохраняться следы крупнейших трансформных разломов, существовавших на доорогенном этапе их развития. Такие поперечные зоны намечаются, например, в СевероАмериканских Кордильерах на протяжении гигантских трансформных разломов северо-восточной части Тихого океана – Мендосино и др.

К разряду глубинных разломов – раздвигов могут быть отнесены образующиеся позднее континентальные рифтовые системы, учитывая их протяженность, длительность развития (нередко с большими перерывами ,с проявлением базальтового и щелочно-базальтового, а иногда и ультроосновного магматизма). В своем дальнейшем развитии они могут перерождаться в дивергентные границы плит, что мы и видим на примере Восточно-Африканской рифтовой системы, развитие которой уже привело к откалыванию Аравийской плиты и ведет в настоящее время к отталкиванию Сомалийской плиты от Африканской.

Глубинные разломы ориентированы в определенных направлениях относительно оси вращения Земли и образуют в совокупности регматическую сеть, состоящую из трех систем разломов – ортогональной и двух диагональных. Роль глубинных разломов при перемещениях плит отнюдь не является пассивной – именно по ним происходит раскол плит с образованием осей спрединга и трансформных разломов. Существенное значение в контроле размещения месторождений полезных ископаемых имеет глубинность разломов. Это касается прежде всего раздвигов, рифтовых структур. В океанах вдоль них наблюдается интенсивная гидротермальная деятельность с накоплением сульфидов ряда металлов, на континентах с рифтами также бывают связаны месторождения свинца, цинка, а главное, здесь над рифтами развиваются осадочные бассейны, в которых и образуются залежи нефти и газа. В сутурных зонах континентов в связи с присутствием гипербазитов и габбро встречаются месторождения хромитов, платины, асбеста и некоторые другие. В ослабленных зонах над сутурами в фундаменте древних платформ, особенно на их пересечениях, размещаются алмазоносные кимберлитовые трубки и т д.

Внутриплитные зоны складчатых дислокаций

Наряду с крупными складчатыми поясами, которые формируются на границах плит, существуют внутриплитные складчатые зоны. Три обстоятельства существенны для понимания происхождения подобных складчатых зон: они, как правило, образуются над более древними рифтами, простираются параллельно ближайшим складчатым поясам, а время их деформации совпадает с эпохами деформации последних. Во многих таких зонах в основании разреза залегают эвапориты. Складчатые деформации обязаны напряжениям сжатия на орогенной стадии.

Наиболее значительным проявлением внутриплитной тектоники служит продолжающееся и в современную эпоху формирование крупного внутриконтинентального орогена – Центрально – Азиатского.