Текст книги "Геотектоника и геодинамика"

15.3 Кольцевые структуры и их природа

В 1975г. В.М.Рыжовым и В.В.Соловьевым была опубликована карта морфоструктур центрального района территории СССР в масштабе 1: 10 000 000. Все указанные на карте кольцевые структуры (несколько сотен) разделены на купольные, кольцевые и купольно-кольцевые. В возрастном отношении они образуют две группы: домезозойскую и мезозойскую. Наиболее крупные из структур, достигающие в поперечнике 1000 км, расположены в районе Западно-Сибирской низменности, в Казахстане и на Северо-Востоке России. В крупные структуры вписываются более мелкие кольца, полукольца и полуовалы, диаметр самых мелких из которых составляет не более 50 км. Одна из самых крупных кольцевых структур, расположенная на Северо-Востоке России и имеющая в диаметре 900 км, состоит из сочетания 35 колец, овалов и полуколец.

На основании изучения кольцевых структур среди них выделяют несколько генетических типов. Наиболее распространены структуры магматического происхождения (вулканогенные, вулканоплутонические, плутонические), метаморфогенные (гранитогнейсовые купола), структуры, связанные с диапиризмом соленосных и глинистых толщ, льда, с грязе– и гидровулканизмом, взрывные структуры, структуры ударного (метеоритного) происхождения, сводовые поднятия и погружения (связанные главным образом с нарушением изостатического равновесия) и структуры, имеющие гетерогенное происхождение, так или иначе отраженные в расположении элементов рельефа земной поверхности.

Среди кольцевых структур присутствуют как положительные, так и отрицательные.

Метеоритные кратеры и астроблемы К метеоритным кратерам и астроблемам относят крупные понижения и котловины на поверхности Земли, образование которых связано с кратковременным воздействием мощных ударных волн, возбуждаемых падением на земную поверхность сравнительно крупных космических тел. Метеоритные кратеры и астроблемы известны на всех континентах.

В середине кратеров часто присутствует центральное поднятие, сложенное хаотической брекчией, состоящей из вынесенных наверх пород дна кратера. В связи с возникающими при ударе огромным давлением (до 100 ГПа) и температурой (до 2000⁰ С) в метеоритных кратерах обнаружены минералы высокобарических фаз кремнезема (коэсит, стиповерит) и высокобарические фазы других соединений (рингвудит, и жадеит), а также горные породы особого сложения и структуры. Среди последних обычны следующие:

А у т и г е н н а я б р е к ч и я, возникающая в раздробленном основании кратера, характеризуется развитием трещиноватости и другими проявлениями ударного воздействия. Обнажена очень редко и почти всегда перекрыта плащом других образований ударного происхождения.

А л л о г е н н а я б р е к ч и я состоит из упавших назад в кратер обломков, образующих различного размера нагромождение из осколков и глыб, сцементированных рыхлым обломочным материалом (коптокластом), к к которому примешивается то или иное количества стекла. Распространена очень широко по всей территории кратеров и нередко за их пределами. Мощность брекчии может составлять 100 м и более.

И м п а к т и т ы представляют собой ударные брекчии, одним из компонентов которых является плавление претерпевших удар пород. Стекло слагает цемент ударных брекчий и составляющих их обломков. Различают две разновидности импактитов: стекловато-обломочные – з ю в и т ы и массивные – т а г а м и т ы.

Зювиты находятся в аллогенной брекчии. Они вместе с другими породами выполняют внутренние части воронок кратеров и в виде отдельных языков распространяются за их пределами. Представляют собой туфообразную массу спекшихся обломков стекла и пород.

Тагамиты также располагаются внутри воронок, нередко образуя скальные обнажения со столбчатой отдельностью. Как указывают В.Л.Масайтис, М.В.Михайлов. и Т.В.Селивановская, тагамиты следует рассматривать как псевдомагматические образования. Они слагают неправильные пласто – и рукавообразные тела, залегающие на поверхности аутигенной брекчии в основании кратеров или над аллогенной брекчией и зювитами, а также дайки и жерловины в аутигенной брекчии и псевдопокровы. Представлены тагамиты однообразными пятнистыми породами с пористой, иногда пемзовидной текстурой, состоящими из обломков темно-серого или цветного стекла.

Помимо специфических пород в метеоритных кратерах встречены образования с особым сложением, получившие название конусов разрушения. Они представляют собой обломки или блоки горных пород с бороздчатой поверхностью в виде острых конусов, ориентированных вверх. Экспериментальные данные показывают, что конусы разрушения являются надежным свидетельством мощного удара.

Под воздействием ударной волны возникают также изменения в минералах и горных породах. В них понижаются показатели преломления и двупреломления, возникает ударное двойникование и ударный кливаж. Среди ударных структур наиболее полно исследованы Попигайский кратер, расположенный на севере Восточной Сибири, Аризонский кратер в Северной Америке и Рисский кратер на юге ФРГ.

Попигайский кратер находится на северной окраине Анабарского щита, где кристаллические породы перекрыты чехлом протерозойских и кембрийских кварцитов, доломитов и известняков, а также пермских песчаников и алевролитов, включающих силлы долеритов.

Кратер представляет собой округлое понижение в рельефе глубиной от 200до 400 м значительного диаметра, частью заполненное четвертичными песками и галечниками. Во внутренней воронке кратера находится кольцевое поднятие гнейсовой аутигенной брекчии диаметром 45 км, обладающее признаками ударного воздействия (конусы разрушения, стекла). Воронка заполнена зювитами, в которых заключены пластообразные и секущие тела тагамитов мощностью до нескольких десятков метров. Мощность импактитов в центральной части кратера достигает от 2до 2,5 км. Внешняя воронка образует кольцо от 20до 25 км шириной. Осадочные породы в ее бортах интенсивно деформированы, нарушены центробежными надвигами и радиальными разрывами с амплитудами смещения от метров до первых километров. Импактиты близки по химическому составу к гнейсам и состоят из стекла, обломков оплавленных гнейсов и их минералов.

Помимо наземных наблюдений метеоритные кратеры и астроблемы изучаются с помощью аэрофотоснимков и космических снимков. В гравитационных полях над кратерами возникают отрицательные аномалии; наблюдаются также уменьшение скоростей сейсмических волн и пониженная магнитность пород.

В последнее время обсуждается вопрос о возможном метеоритном происхождении крупной кольцевой структуры Садбери (Канада), заключающей основные породы и медно – никелевые месторождения.

15.4 Кольцевые структуры, отраженные на аэро– и космоснимках

При дешифровании аэрофотоснимков на основании изучения рисунка элементов рельефа, фототона других деталей изображения довольно уверенно выделяются многочисленные округлые, овальные или полуовальные структуры. Кольцевые структуры диаметром до 90 км в большинстве своем имеют вулканоплутоническое происхождение.

Кольцевое строение вулканоплутонических структур обусловлено прежде всего округлыми очертаниями самих вулканических построек и расположением многих элементов рельефа вокруг центров извержений. В древних денудированных вулканах кольцевым строением обладают отпрепарированные экструзивные купола, некки, дугообразные и кольцевые дайки, радиальные и концентрические разломы. Кольцевые формы создают и близко расположенные к поверхности, но не вскрытые денудацией гранитные плутоны, а также очень древние, раннепалеозойские и позднепротерозойские, сильно разрушенные вулканические постройки. Сходные вулканоплутонические кольцевые структуры с подобными образованиями известны на Луне.

Исследователи склоняются к мысли об их большой древности и зарождении на значительной глубине. Многие из кольцевых структур, установленные на древних щитах, связаны со складчатыми овалами и гранитогнейсовыми куполами. При образовании складчатых овалов происходило воздымание относительно легких сиалических ядер, в то время как в межовальных пространствах сохранились зеленокаменные пояса. На более поздних стадиях развития земной коры, начиная с позднего докембрия, поднимавшиеся более легкие массы ремобилизованных под влиянием высокого теплового потока породы фундамента внедрялись в осадочные толщи протоплатформенного и платформенного чехла и формировались гранитогнейсовые купола. В неизменном виде эти структуры сохранились в областях, не затронутых позднейшей складчатостью: на Алданском, Балтийском,Украинском щитах и массивах.

Не менее отчетливо на аэрофото– и космоснимках видны кольцевые и овальные структуры в областях погружения консолидированной земной коры. К ним относится Трансильванская, Паннонская, Прикаспийская, Южно – Балхашская и другие впадины. Есть мнение, что в комплексных структурах отражены глубинные «энергетические центры», расположенные в астеносфере, а сами структуры, представляют собой места прорыва в земную кору расплавленных мантийных масс (горячие точки).

16 Геотектонические режимы [8]

Развитие земли и земной коры от этапа к этапу происходит поступательно, в результате чего создаются новые условия, в которых происходит преобразование вещества. В частности, постоянно меняются мощность и строение земной коры, ее отдельных регионов. Этим обуславливается историческая смена типов режимов во времени и появление новых. Поэтому нельзя считать правильным мнение тех исследователей, которые признают цикличность тектонических режимов. Режим может возобновляться, но всегда в новых условиях, что исключает его повторение или цикличность.

В процессе развития земной коры, уже со времени ее становления на разных участках проявляется не один режим, а несколько. Об этом свидетельствует неоднородное строение Земли как планеты. Типы режимов начальных этапов развития коры пока плохо изучены.. По мере формирования коры и ее усложнения количество режимов увеличилось, и в то же время происходила историческая смена одного типа режима другим для одного и того же региона. Это влекло за собой коренную перестройку его структуры с полным ее уничтожением в отдельных частях. Таким образом менялись границы регионов и их площади.

Последовательность смены режимов сложная, не всегда одинаковая, происходит не одновременно в различных регионах, чем и объясняется проявление режимов разного типа для одной и той же геологической эпохи и их взаимодействие. В этом проявляется неравномерность тектогенеза.

Наиболее сильно различаются тектонические режимы, связанные между собой пространственно, режимы же, следующие один за другим во времени, обладают общими чертами, особенно для этапов смены одного режима другим. В дальнейшем, вследствие направленного развития регионов, различия между ними возрастают. Тектонические режимы развиваются длительно в течение нескольких геологических периодов и даже эр. В своем развитии они претерпевают как качественные, так и количественные изменения, что выражается в их стадийности.

16.1 Геосинклинальный режим

Начиная с протерозойского времени, геосинклинальный режим в целом претерпел сравнительно небольшие изменения.

Для геосинклинального режима характерны движения земной коры большой скорости, линейно направленные в плане, резко контрастные вкрест их распространения. Это приводит к образованию многочисленных глубинных зон разрывных нарушений большой напряженности, нередко проникающих на значительную глубину в верхнюю мантию, и приводящих к дроблению коры на отдельные блоки. Возникшие разломы определяют направления движений, усиливают контрастность и обуславливают линейную форму блоков. Одним из видов проявления движений геосинклинального режима является интенсивная сейсмичность с высокой магнитудой землетрясений в очагах, расположенных на различных глубинах, включая мантию. Амплитуда перемещения блоков за время проявления геосинклинального режима достигает от 15 до 20 км и более. Вследствие большой подвижности коры в течение всего периода развития геосинклинального режима происходит складкообразование, которое нарастает и достигает наибольшей силы в его конечные этапы. Большое количество разрывов и большая подвижность блоков коры делают ее проницаемой для подкорового вещества, поэтому для геосинклинального режима обычно характерна магматическая деятельность, с которой связаны особые геохимические процессы, приводящие к образованию различных по составу магматических и метаморфических пород и проявлению особой эндогенной минерализации, в результате чего образуются разнообразные месторождения полезных ископаемых. Геосинклинальный режим в истории становления земной коры возникал как на океанической коре, так и на коре континентального типа, а также в промежуточных между ними зонах. И во всех этих случаях происходила глубокая переработка фундамента в результате дифференциации вещественного состава в подкоровых слоях и нижней части коры. Чем интенсивнее дифференциация – тем радикальнее переработка фундамента. Наиболее интенсивно это проявляется в узких линейных зонах, в которых происходит концентрация энергии, выделяющейся при дифференциации вещества. Эти зоны сопряжены с глубинными разломами, рассекающими верхнюю мантию. Показателями энергии режима являются: размах перемещений отдельных блоков и контрастность движений, глубинность разрывных нарушений, интенсивность складкообразования, интенсивность магматизма, а в современных геосинклинальных областях и сейсмичность. Эти показатели измерены и по ним можно определять типы геосинклинальных режимов и стадий их развития.

По мере разрастания геосинклинальный режим захватывает обширные пространства и распространяется на разные по строению земной коры участки континентального и океанического типа, на которых бывает выражен по– разному.

Различная по качеству и степени дифференциация вещества в верхней мантии и нижних слоях коры, а также блоковое строение земной коры и разнородность блоков обуславливают качественную неоднородность, неравномерность развития геосинклинального режима в целом как во времени, так и в пространстве в пределах геосинклинальных поясов и областей. Вследствие этого на разных участках в этих регионах проявляются разные стадии геосинклинального режима.

В развитии геосинклинального режима выделяется две стадии, отличающиеся преобладанием движений одного типа, интенсивностью складкообразования ,магматизмом и другими особенностями. Стадии в свою очередь подразделяются на этапы. Для первой стадии характерно преобладание нисходящих движений, сопровождающихся определенным типом магматизма и другими характеризующими ее геологическими явлениями, поэтому ее можно назвать демиссионной, для второй характерны восходящие движения, резкое усиление складкообразования и преобладание кислого магматизма. Эту стадию следует назвать инверсионной. На участках с континентальной и океанической корой, а также в промежуточных между ними зонах геосинклинальный режим обычно начинается со взламыванием коры по узким линейным зонам расколов, вдоль которых происходит перемещение отдельных блоков, этому предшествует накопление энергии в подкоровых слоях. По мере развития режима количество зон расколов увеличивается, что еще больше нарушает целостность коры и приводит к образованию на этом месте обширного опущенного участка.

Начальный этап в значительной степени определяет последующий ход геосинклинального режима, который выражается в разрастании движения в прогибах.

Начальные этапы инверсионной стадии определяются особенностями развития демиссионной стадии. В большинстве случаев инверсионная стадия начинается с обширного погружения, вслед за которым нисходящие движения в пределах всей системы сменяются восходящими, господствующими уже в течение всей стадии. Скорость восходящих движений, являющаяся характерным показателем инверсионной стадии, бывает различна. В одном случии она превышает скорость денудации, и тогда на месте геосинклиналей возникают высокие горы. В других случаях скорость восходящих движений бывает небольшая, и инверсия режима не приводит к образованию горного рельефа.

Магматизм при геосинклинальном режиме проявляется в эффузивной и интрузивной формациях. Наиболее закономерная последовательность выражается в образовании в начале демиссионной стадии ультраосновных и основных пород офиолитовой формации, которая затем сменяется формациями среднего, а затем кислого состава с повышенной щелочностью на конечном этапе, а иногда и образованием щелочных интрузий на этом этапе. Но обычно правильная последовательность нарушается режимами разного типа и осложняется тем, что в демиссионную стадию, наряду с основными и ультраосновными формациями, характерными для прогибов, на поднятиях образуются кислые эффузивные и интрузивные формации, типичные для инверсионной стадии.

Завершающие явления в развитии геосинклинального режима являются затухание восходящих движений и в связи с этим прекращение формирования передовых прогибов и апогеосинклинальных впадин, что знаменуется в них процессом осадкообразования, прекращением магматизма в его эволюционном развитии,. Это время окончания внедрения трещинных интрузий, экструзий и наземных излияний магм, образующих порфировую, базальтовую и трахибазальтовую формации.

В конце инверсионной стадии наступает этап покоя, что ведет к выравниванию рельефа. Это уже начало нового режима – режима областей завершения геосинклинального развития.

Изучение областей завершенной складчатости, показало, что они формировались в условиях различного геосинклинального режима. Выделяются четыре типа этого режима. В основу подразделения положены особенности проявления магматизма, так как на данном этапе по ним лучше всего можно составить представление о процессах дифференциации вещества, о глубине разрывных нарушений, строении земной коры, на которой геосинклиналь развивалась, о интенсивности и дифференцированности тектонических движений и продолжительности геосинклинальных процессов.

1. Геосинклинальный режим, характеризующийся фемическим магматизмом с его разнообразными по составу породами и неоднократно повторяющимися в процессе развития формациями, возникает на океанической коре или маломощной коре континентального типа в результате образования линейных зон очень глубоких расколов. Движения по ним резки, контрастны и обладают большой амплитудой. Дифференциация вещества в коре и мантии интенсивна. Режим проявляется в течение длительного времени, ослабевая на отдельных этапах, а затем возобновляясь с новой силой. Процессы складкообразования интенсивны. Инверсия на завершающих этапах резко выражена, что приводит к образованию горного рельефа. Пример – режим Уральской геосинклинали.

2. Геосинклинальный режим сиалическо-фемического типа может возникать на коре как континентального, так и океанического типа, но по сравнению с режимом фемического типа вызывается менее интенсивной дифференциацию вещества. Этот режим развивается длительно (одна-две геологические эры), затухая на отдельных этапах. Движения по разрывам контрастны, и с большой амплитудой. Процессы складкообразования хорошо выражены. Магматические проявления разнообразны и повторяющиеся, но гипербазитовые формации образуются в меньшем количестве или даже отсутствуют. Инверсия режима на заключительном этапе выражена отчетливо с образованием горного рельефа. Пример – геосинклинальный режим Алтае – Саянской и Монгольской систем.

3. Фемическо-салический тип геосинклинального режима возникает на коре континентального типа большой мощности в результате глубоких расколов. Дифференциация вещества при этом режиме слабая, продолжительность режима короче и протекает вяло. Магматические проявления, особенно эффузивные, ослаблены и выражены преимущественно в формациях кислого состава. Гипербазитовые формации отсутствуют, инверсионные явления на заключительном этапе выражены слабо, в результате чего горный рельеф не образуется.

Пример– геосинклинальный режим Тянь– Шаня..

4. Геосинклинальный режим салического типа развивается на континентальной коре большой мощности. Дифференциация вещества в коре и мантии слабая, поэтому движения при данном режиме сравнительно спокойные и приводят к образованию широких прогибов и поднятий, а магматизм проявляется локально, преимущественно в образовании различных гранитоидов и меньше габброидов. Эффузивные формации незначительны. Глубинные разрывы при режиме салического типа плохо выражены. На заключительном этапе возникают небольшие возвышенности или денудационная равнина. Пример – геосинклинальный режим ВерхоянскоЧукотской области.