книги из ГПНТБ / Косыгин, Ю. А. Основы тектоники

Ю.А. КОСЫГИН

ОСНОВЫ

ТЕКТОНИКИ

і Р0лЬНЫЙ

ЗЕМПЛЯР

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»

Москва, 1974

Предисловие

В 1969 г. вышла в свет книга «Тектоника», в которой была дана развернутая характеристика основных объектов тектонических

исследований, рассмотрена слоистая структура Земли, связан­ ная с ее гравитационным полем и являющаяся основной геологи­ ческой структурой, на базе которой развиваются разнообразные дизъюнктивные, пликативные и инъективные дислокации. Многими геологами дислокации считаются главным предметом исследования тектоники, и поэтому их типам, взаимоотноше­ ниям, системам и механизмам образования в книге было уделено значительное внимание. Были намечены пути тектонического

районирования на основе формационного анализа. Формацион­ ный подход был противопоставлен геометрическому подходу, использованному в работах Э. Ога, Μ. Μ. Тетяева и др. При характеристике слоистой структуры, ее дислокаций, а также крупных структурных элементов осадочной оболочки Земли, геосинклинальных и платформенных областей автор стремился отделить описание структуры и вещественного состава (данные наблюдений) от вторичных ретроспективных реконструкций генетического и историко-геологического плана. При этом была показана, в частности на примере геосинклиналей, выводимость историко-геологических представлений из данных наблюдений. Особо рассматривались тектонические движения как современ­ ные геологические процессы и намечались пути реконструиро­ вания тектонических движений прошлого на основе наблюде­ ний над слоистой структурой и ее дислокациями.

Поэтому, учитывая сказанное, не будем повторяться, а скон­ центрируем свое внимание на тех методических разработках,

теоретических представлениях и принципах, которые были лишь намечены в предыдущей книге, разовьем их и сведем в общую систему. За основу построения данной монографии принят си­ стемный подход с выделением в качестве основных типов ста­ тических, динамических и ретроспективных систем. В соответ­ ствии с системным подходом рассмотрены некоторые вопросы терминологии, чему способствовали наши предыдущие публи­ кации [91 и др.], а также применение математики в решении

геологических (тектонических) задач. Главное внимание уде­ лено статическим системам. Введены и развиты фундаменталь­ ные понятия тектоники о геологическом пространстве, геологи­

ческой границе, геологическом теле и геологической структуре,

на основе которых сформулированы некоторые принципы текто­ нического картирования. Кратко охарактеризованы динамиче-

1*

4

ские и ретроспективные системы, в частности представления о геологических процессах и различных типах ретроспективных реконструкций.

Вцелом книга посвящена методическим основам тектоники как их понимаёт автор.

Впроцессе написания книги автор пользовался советами

многих своих товарищей геологов и геофизиков, которым выра­

жает глубокую признательность. Автор особенно признателен Ч. Б. Борукаеву, Ю. А. Воронину, О. А. Вотаху, В. А. Кулын-

дышеву, Л. Μ. Парфенову, Ю. С. Салину, В. А. Соловьеву.

Автор также отмечает неоценимую помощь, которую ему ока­

зали при подготовке рукописи к печати Л. П. Крегждене,

Л. Е. Волошенко, Л. Н. Носачева, Н. И. Атмоньева, Э. И. Слепенкова, Т. И. Владыко, И. И. Козырева, О. В. Услистова, Μ. Д. Алексеев, Л. И. Герасименко, Н. Г. Горелова, А. А. Коно­

валенко, В. И. Синюков.

Автор сознает, что предлагаемая книга должна вызвать ряд критических замечаний. За все эти замечания автор будет глубоко признателен.

Определение тектоники

Надо прежде всего условиться, что понимать под тектоникой. Вопрос определения науки не терминологический, а методологический.

В методологии принято характеризовать науку по объекту и пред­ мету, целям и задачам, методам и средствам. Совокупность всех этих элементов образует единое целое или систему, т. е. то, что и следует понимать под наукой в широком смысле этого слова. Речь идет прежде всего о самом понимании объекта науки. Часто говорят, что ряд наук имеет один и тот же объект. Это значит, что все они оперируют одними и теми же индивидуальными (конкрет­ ными) явлениями. Но процесс научной абстракции протекает во всех этих науках по-разному. В результате этого мы строим внутри теоре­ тической системы различные абстракции или модели этих явлений. Совокупность (система) конкретных исследуемых явлений, представ­ ляющих источник собственного эмпирического материала данной науки, рассматривается как ее объект. Совокупность (система) аб­ стракций или моделей образует предмет данной науки [103].

Цели науки должны ограничиваться результатами, получае­ мыми в пределах самой науки. Нельзя называть, например, целью стратиграфии поиски полезных ископаемых, так как, хотя страти­ графия и направлена на достижение в конечном итоге этой цели, но сама эта цель достигается за пределами стратиграфии в рамках теории поисков, использующей стратиграфические результаты как одно из средств.

Для достижения цели наука решает некоторую совокупность задач. Метод ы, с помощью которых решаются задачи, делятся на методы наблюдения, экспериментальные и теоретические методы. В наблюдениях и экспериментах используются такие средства, как приборы, в теоретических методах средствами являются знаки (термины в языках) и обозначаемые ими понятия, а также законы, принципы, аксиомы.

Выделив науку по этим чертам, можно характеризовать ее функ­ циональные связи с другими смежными науками [107]. При этом должны быть описаны как входные данные— результаты других наук, используемые1 в качестве исходного материала или средств реше­ ния, — так и выходные данные (окончательные результаты), при­ чем для последних должно быть указано, в пределах каких наук, для решения каких задач они будут использованы и в качестве чего — средства решения или исходного материала. -

Нельзя смешивать структурные признаки науки — то, чем от­ личается одна наука от другой (объект и предмет, задачи и цели,

6

методы и средства), и функциональные связи—каким научным продуктом и как они обмениваются. Функциональные связи должны описываться после выделения науки по структурным признакам, так как нельзя устанавливать связи того, что еще не выделено и не определено.

Анализ существующих определений

Прежде всего отметим, что термином «тектоника» обозначаются раз­ личные понятия. К. Науман, который ввел в обиход слово «текто­ ника», в своем учебнике «Геогнозия» в 1850 г. писал, что тектонист — это архитектор, отвечающий за форму, материал, положение и соеди­ нение отдельных частей земной коры [194]. Автор первого учебника по тектонике Μ. Μ. Тетяев определял тектонику (геотектонику) как науку о строении и развитии Земли [159]. Близкое по смыслу опре­ деление находим у Н. С. Шатского, который тектоникой называл науку о строении, движениях и развитии земной коры и о структуре и развитии Земли в целом [179, т. IV, стр. 61].

Однако такое, в основном правильное, использование термина «тектоника» не является общепринятым. Существует тенденция су­ жения роли тектоники, придания ей характера подсобной и частной геологической дисциплины. Сужение роли тектоники намечается в двух направлениях. Во-первых, в стремлении ограничить роль тектоники земной корой, т. е. наружной оболочкой Земли, распо­ ложенной выше поверхности Мохоровичича, во-вторых, в стремлении ограничить роль тектоники исследованием механизма тектонических движений.

Первое направление неприемлемо. Об этом хорошо было сказано у В. В. Белоусова в его ранних определениях. «Мы должны рассматри­ вать Землю как единый, цельный «механизм». Формирование струк­ туры земной коры, несомненно, теснейшим образом связано с про­ цессами, протекающими на больших глубинах, и, изолируя послед­ ние для особого изучения, мы лишаем себя возможности полностью понять то, что наблюдается в земной коре, так как нельзя хорошо понять часть, не изучив целого» [12, стр. 8].

Действительно, в тектонических построениях используются са­ мые разнообразные данные (петрографические, сейсмологические, вулканологические и т. д.) и включаются области, охватывающие разные глубины Земли. Иллюстрацией этому служат, например, по­ строения, касающиеся глубинных разломов Тихоокеанского пояса [73, 179 и др.], а также построения, касающиеся неоднородностей верхней мантии, размещения в ней глубинных магматических очагов.

Любое выборочное изучение структурных элементов и отношений препятствует выяснению самых общих отношений и связей между элементами, определяющими строение и развитие Земли в целом. Это особенно важно подчеркнуть, так как земная кора не всегда от­ делима от мантии Земли. Отличается земная кора от мантии только

7

по скоростям прохождения упругих волн и тем предполагаемым и недостоверным петрографическим свойствам, которые должны обус­ ловливать это отличие. Вместе с тем земная кора теснейшим образом связана с мантией общностью тектонических процессов, например зонами глубинных разломов, поясами глубокофокусных землетря­

вающих, однако, что геотектоника изучает структуру земной коры, ее движения и развитие в связи с развитием Земли в целом.

Второго направления придерживались А. В. Пэк [133], опре­ делявший тектонику, как прикладную механику в самом широком смысле слова, П. Н. Кропоткин [93], Ж- Гогель [54] и многие дру­ гие. Это направление, в сущности, заключается в том, что тектоника должна заниматься геологическими объектами (структурами), соз­ данными только за счет механических процессов. Это,- конечно, не так. В сферу исследований тектоники входит строение Земли в целом и отдельных ее частей, а также геологических тел вне зависимости от того, претерпели они механические деформации или нет. Этого направления впоследствии стал придерживаться В. В. Белоусов.

Предметом исследования геотектоники он стал считать «особенности { строения и развития земной коры, которые определяются происходя­ щими в ней механическими процессами, вызванными глубинными силами» [14, стр. 7]. Это ограничение определения тектоники связано с его представлениями об исключительной роли процессов самораз­ вития вещества в глубинах Земли. Из этих представлений следовал его вывод о примате в тектонике вертикальных движений. Все слу­ чаи горизонтальных движений рассматривались им лишь как резуль­ тат того или иного преобразования вертикальных движений. Между тем, как теперь установлено даже точными геодезическими наблю­ дениями и исследованиями напряжений в очагах землетрясений, в земной коре широко развиты различные горизонтальные движения, которые в какой-то мере являются результатом ротационных сил и внешних космических влияний. Очевидно, что эти тектонические движения совершенно не соответствуют определению В. В. Бело­ усова.

Ж- Гогель [54] определяет тектонику как отрасль геологии, занимающуюся исследованием процессов деформации горных пород. Он считает ее прежде всего наукой исторической, имеющей задачу восстановления движений прошлых эпох. Со всем этим вряд ли можно согласиться, так как непосредственному наблюдению в тектонике, как и вообще в геологии, доступны только геологические тела, сла­ гающие осадочную оболочку Земли и Земли в целом, а также совре­ менные (наблюдаемые) геологические процессы. Движения же прош­ лых эпох могут быть лишь реконструированы на основании аналогий. Суждения о движениях и других геологических процессах прошлого

8

всегда будут зависеть от некоторых гипотез и могут приниматься лишь с той или иной вероятностью. Поэтому фундаментом тектони­ ческих знаний следует считать исследование состава Земли, ее струк­ туры и современных тектонических процессов.

Высказанное здесь критическое отношение к двум тенденциям сужения области применения тектоники не означает дискриминацию этих тенденций. В конце концов термином «тектоника» каждый мо­ жет обозначать различные объекты и в понятие «тектоника» вклады­ вать различные содержания. К однозначности термина можно по­ дойти, если будет достигнуто общее согласие в отношении понятия, которому этот термин должен соответствовать. Правильно, если бы было установлено, что каждому из понятий, обозначаемых сейчас одним термином «тектоника», были бы присвоены собственные раз­ личные термины. Первому направлению можно поставить в соот­ ветствие термин «тектоника коры», а второму ■—• «геомеханика». Если будет признано целесообразным тому, что здесь понимается под тектоникой, присвоить иное, может быть более удачное название, автор, оставляя за собой право при обсуждении этого вопроса аргу­ ментировать свою точку зрения, не стал бы возражать против за­ мены названий, поскольку терминологические споры полезны лишь в том отношении, что они способствуют прогрессу в договоренности об однозначности терминов.

Подчеркнем, что в данной монографии тектоника и ее отношение к геологии и ее частям понимаются только так, как здесь будет опре­ делено. Поскольку признается, что тектоника является структурной основой геологии, т. е. решает не частные, а общие геологические задачи, в книге будут попутно рассматриваться вопросы общего гео­ логического содержания.

Так, при изложении основ системного подхода будет идти речь о геологических исследованиях вообще. При рассмотрении стати­ ческих и динамических систем придется касаться вопросов, всегда считающихся неотъемлемой принадлежностью минералогии и петро­ графии, так как нельзя было бы прийти к обобщенному пониманию геологической структуры и к различению уровней организации вещества.

Определение тектоники Μ. Μ. Тетяева — Н. С. Шатского пра­ вильно отражает суть тектоники, но страдает одним важным недо­ статком. В этом определении не отражено отношение тектоники к геологии. Чтобы достичь этого, тектонику следует определить через ближайшее родовое понятие, т. е. через понятие геологии. Она служит для структурного и историко-геологического синтеза результатов исследований геологических дисциплин различной специализации. Поэтому к тектонике предъявляются высокие требования в смысле развития ее методологических основ.

Поясним синтезирующее значение тектоники на примереТак, тектоническое понятие геосинклинали является синтезом петрогра­ фических, вулканологических, геоморфологических, структурно-гео­ логических, геохимических, сейсмологических, геофизических, био-

9

стратиграфических и иных данных, которые этим понятием связы­ ваются воедино. Понятие геосинклинали дает общую структурную основу для понимания пространственных соотношений разнородных данных. Оно представляет также основу, позволяющую реконструи­ ровать сложное развитие, в котором участвуют разнородные факторы и понимать их возможные взаимосвязи. К сожалению, понятие гео­ синклинали недостаточно четко выполняет свою функцию вследствие расплывчатости и недостаточной определенности. Но это уже ка­ сается несовершенства тектонического языка — вопроса, которого мы коснемся ниже. Другие понятия тектоники (платформа, глубин­ ный разлом, рифтовый грабен, вулканический пояс, краевой прогиб и многие другие) играют такую же роль в синтезе геологических знаний разных специализаций.

При определении тектоники необходимо установить, что является ее объектом и предметом, каковы ее цели и задачи, методы и средства. Подчеркнем, что необходимы именно явные формулировки (объектом является то-то и то-то, цели исследования такие-то и такие-то), так как даже если мы и можем дать некоторую интерпретацию неяв­ ных формулировок, то не исключено, что кто-то другой может с дру­ гих позиций интерпретировать этот текст по-другому.

Объект и предмет. Во многих определениях сказано, что тектоника изучает земную кору или Землю в целом. Это дает возмож­ ность понимать ее по-разному. Геохимия тоже изучает земную кору или Землю в целом, но это не значит, что геохимия и тектоника имеют один и тот же объект исследования. Геохимия и тектоника изучают Землю на разных уровнях организации вещества: геохимия — на атомно-молекулярном уровне, тектоника —• на геологическом (пла­ нетарном) уровне. Ни атомы, ни минералы, ни какие-либо иные ма­ териальные тела других уровней тектоника не изучает; у нее нет для этого собственных методов наблюдения, собственных средств. Если ее с каких-то позиций и интересуют атомный и минеральный уровни организации, то сведения о них тектоника берет в готовом виде из геохимии и минералогии. Объектом тектоники являются только геологические тела рангом выше минерала, т. е. породы, геологические формации, формационные ряды, формационные ком­ плексы, геосферы и, наконец, сама планета Земля. Именно примени­ тельно к этим объектам разработаны методы наблюдений, фиксации и переработки информации, именно из этих объектов тектоника чер­ пает свой собственный (не заимствованный из других наук) эмпири­ ческий материал.

Поэтому правильным, очевидно, будет утверждение, что объектом тектоники являются геологические тела планетарного уровня орга­ низации вещества. Тогда модели структуры этих объектов будут предметом тектоники. Например, тектонические карты представляют собой графическое изображение моделей структур.

Цели и задачи. Строение и развитие земной коры или Земли в целом, упоминаемые в большинстве определений, могут быть истолкованы как цели тектоники. C учетом принятого определения