§ 2. Геологическая история формирования земной коры

Существует несколько схем образования земной коры. По схеме В.Е. Хаина и А.Е. Михайлова (1985 г.) в истории земной коры вы­деляются шесть этапов, а время существования первичной (базальтоид- ной) земной коры, когда Земля еще была лишена водной и газовой оболочек, выделяется ими в самостоятельный — догеологический этап (4,6—4 млрд. лет назад). В этот этап первичная кора была сложе­на продуктами дифференциации мантии, существовала астеносфера (на небольшой глубине).

Догеологический этап - время образования кольцевых структур, наблюдаемых ныне на космоснимках в современной структуре докемб- рийских щитов. Образование этих структур связывают с падением метеоритов на незащищенную поверхность Земли, хотя и не исклю­чается, что в конце рассматриваемого этапа начали формироваться атмосфера и гидросфера.

Раннеархейский этап (4,0-3,5 млрд. лет назад). Это время обра­зования первичных осадочных пород сиалической протокоры, состоя­щей главным образом из метаморфических пород гранитоидного состава, возникших на поверхности Земли или на небольшой глубине. Эти породы (серые гнейсы) обнаружены на всех древних платфор­мах, в частности, в нашей стране в пределах Балтийского, Украинского и Алданского щитов. На этом этапе уже имели место процессы дену­дации и седиментации.

Позднеархейский этап (3,5—2,6 млрд. лет назад). В протокон- тинентальной коре появляются протогеосинклинальные системы (так называемые зеленокаменные пояса). В их осадках установлены остат­ки живых организмов, живших 3,4 млрд. лет назад. Эти тектоничес­кие структуры, сходные по развитию с более молодыми геосинклиналь­ными системами, закладывались, как предполагается, в условиях растяжения, существенного утонения протоконтинентальной коры, мощность которой к концу архея составляла уже около 30 км. В конце архея наметились обширные площади континентальной коры, равновеликие современным древним платформам.

В это время существовали гранитоиды, метаморфические и осадоч­ные горные породы. В земной коре наряду с региональной формирует­ся и вертикальная зональность. Последняя, в частности, выражалась в различной степени метаморфизма горных пород.

Раннепротерозойский этап (2,6—1,7 млрд. лет назад). Для него характерно обособление протоплатформ и протогеосинклиналей. С ран- непротерозойского времени существует, очевидно, глобальная сеть разломов и трещин. Дробление протоконтинентальной коры привело к разделению ее на устойчивые блоки (протоплатформы) и подвиж­ные зоны (протогеосинклинали). В отдельных районах протоплат­форм (в протосинеклизах) происходило накопление континентальных (нередко красноцветных) и мелководно-морских, местами карбонат­ных (доломитовых) отложений, а также базальтов и более кислых вул­канитов. Возраст наиболее древних из таких осадочных чехлов, извест­ных, например, в Южной Африке, 3 млрд. лет. Осадки их местами ме- таморфизованы, прорваны гранито-гнейсами в виде куполов.

В пределах протоплатформ формировались грабенообразные струк­туры — протоавлакогены, выполненные осадками тех же типов, что и синеклизы, но большей мощности. Эти структуры отличаются также активным основным вулканизмом.

В протогеосинклиналях происходило накопление мощных толщ осадков и вулкаикгов. В них обнаруживается определенная поперечная зональность. Внешние зоны этих подвижных структур заполнены кварцитами, доломитами, в верхней части - аргиллитами и грубо- обломочными породами (молассой). Они располагаются на погру­женных краях архейских массивов. В разрезе внутренних зон отмечены базальты, а также аргиллиты. Завершающая стадия развития протогео­синклиналей характеризуется складчато-надвиговыми деформациями, метаморфизмом и гранитообразованием. С временными рубежами 1900, 1750 млн. лет связаны две наиболее крупные деформации (ка­рельская фаза складчатости), приведшие в конечном счете к становле­нию основной массы коры современных континентов, на большей час­ти которых с этого времени установился платформенный режим.

Позднепротерозойский этап (рифейский, 1,7-0,6 млрд. лет назад). Этот этап характеризуется преимущественно континентально- платформенным режимом и зарождением геосинклинальных поясов фанерозоя. По-видимому, существовал единый массив суши (в одном полушарии) и Тихий океан (в другой части планеты). Эпиконтинен- тальные моря и внутриматериковые водоемы имели ограниченное распространение.

По мере снижения теплового потока происходило остывание коры, которое сопровождалось возрастанием ее хрупкости, что в свою оче­редь приводило к рифтообразованию. Большинство авлакогенов сформировалось в среднем и позднем рифее.На вторую половину этапа приходится усиление процесса деструк­ции континентальной коры и начало формирования Средиземноморс­кого, Урало-Охотского и Северо-Атлантического геосинклинальных поясов. В конце протерозоя (в байкальскую эпоху тектогенеза) по периферии геосинклинальных поясов осадочные породы испытали складчатость.

Протерозойские породы менее метаморфизованы. В них сохра­нились самые скудные остатки органического мира (водоросли, бак­терии) .

Венд-палеозойский платформенно-геосинклинальный этап (0,6-0,2 млрд. лет назад). В начале этапа (венд - средний ордовик) происходит активное формирование (раскрытие) Северо-Атлантичес­кого, Урало-Охотского, Средиземноморского геосинклинальных поя­сов, а также идет геосинклинальный процесс на окраинах Тихого океа­на. Северные платформы испытывают погружение (синеклизная и плитная стадии развития).

Переход к орогенезу и отмирание геосинклинального режима на значительных пространствах межконтинентальных поясов и неко­торых участках периферии Тихоокеанского пояса (Австралия, Юго- Восточный Китай) датируется концом силура — началом девона. Се- веро-Американская и Восточно-Европейская платформы спаялись в единый континент. Процесс перехода в платформенный этап разви­тия на остальной части межконтинентальных поясов происходил в пермское время. Возник гигантский суперконтинент — Пангея, кото­рому в тихоокеанском сегменте Земли в это время (конец палеозоя) противостояла область деструктивных тенденций и геосинклинального процесса.

Как было отмечено, в самом начале палеозойской эры (начиная с кембрия) в некоторых районах земного шара установились платфор­менные условия. В этих районах осадочные породы кембрийского, ордовикского и силурийского возраста залегают на протерозойских кристаллических образованиях, прошедших геосинклинальную ста­дию развития (рис. 30). К платформенным участкам с докембрийским фундаментом — древним эпипротерозойским (докембрийским) плат­формам — относятся (рис. 31): Северо-Американская, Русская или Восточно-Европейская, Сибирская, Южно-Американская, Африкано- Аравийская, Индийская, Восточно-Китайская, Австралийская и др.

Отложения раннего палеозоя содержат многочисленные остатки ископаемых организмов, свидетельствующие о том, что органический

Рис. 30. Схема строения верхней части земной коры в пределах докембрийской (эпипротерозойской) платформы.

/ - осадочный чехол (PZ + MZ + KZ); II - складчатое основание (AR + PR)

PZ₂+MZ+KZ

AR+PR+PZ

П

Рис. 32. Схема строения верхней части земной коры в пределах эпи­ка лед онс к их платформ.

I — осадочный чехол (PZj + MZ + + KZ) ; II - складчатое основание (AR + PR + PZ.)

мир в это время был уже достаточно разнообразен и богат. Важней­шей группой животных раннего палеозоя являются трилобиты. Они быстро эволюционировали и дали много надежных руководящих форм. Поэтому стратиграфия нижнего палеозоя основывается главным образом на изучении их остатков.

Тектогенез, в результате которого в конце раннего палеозоя отдель­ные участки земной коры испытали складчатость, получил название каледонского, а возникшие на месте этих участков складчатые соору­жения названы каледонидами. Примером их в Западной Европе могут служить складчатые сооружения Британских островов и Скандинавии, в СССР - западная часть Центрального Казахстана, Саянская область и др.

Территории, которые, начиная с девонского периода, развивались по платформенному типу, относят к эпикаледонским платформам (рис. 32). Они характеризуются тем, что девонские и более молодые осадочные отложения в их пределах залегают на интенсивно дисло­цированном фундаменте. Пример такой платформы — участок зем­ной коры к югу от докембрийской Сибирской платформы.

Платформы с каледонским и более молодым фундаментом назы­вают молодыми. Переход к платформенному этапу развития в преде­лах молодых и ряда древних платформ произошел не сразу. Сущест­вовал довольно длительный переходный, или промежуточный, этап развития. Этот этап характеризуется менее интенсивным, но все же значительным тектогенезом, сопровождавшимся эффузивным магма­тизмом, эрозией горных сооружений, накоплением мощных толщ осадочных образований. Причем в одних регионах толщи промежуточ­ного комплекса характеризуются мозаичным распределением, выпол­няя отдельные впадины в рельефе фундамента (приуральская часть Западно-Сибирской плиты), в других регионах промежуточный комп­лекс имеет плащеобразное распространение на огромных пдощадях (центральные и восточные районы Западной Сибири, Устюрт и др.).

Многочисленные остатки ископаемых организмов, встречающиеся в отложениях позднего палеозоя, свидетельствуют о том, что это было

Рис. 31. Схематическая тектоническая карта мира (по Ю.М. Васильеву, B.C. Мил>- ничуку, М.С. Арабаджи).

а - докембрийские платформы: / - Северо-Американская, II - Русская (Восточ- но-Европейская), III - Сибирская, IV - Южно-Американская, V - Африкано-Ара- вийская, VI - Индийская, VII - Восточно-Китайская, VIII - Южно-Китайская, Ж ~ Индо-Синайская, X — Австралийская, XI — Восточно-Антарктическая; б каледонские геосинклинали, каледониды, эпикаледонские платформы; в - гер- цинские геосинклинали, герциниды, эпигерцинские платформы; г - мезозойские геосинклинали, мезозоиды, эпимезозойские платформы; д — области альпийской складчатост

и

Рис. 33. Схема cipoemsi верхней части, земной коры в пределах эпигерцинских платформ.

/ - осадочный чехол (MZ + KZ); II — складчатое основание (AR + + PR + PZ)

время весьма интенсивного развития органического мира на Земле. Жизнь развивалась не только в морских бассейнах, но и на суше. Преж­де всего обращает на себя внимание пышный расцвет растительности, особенно в каменноугольный период. Среди животных ведущая роль в позднем палеозое принадлежала кораллам, простейшим, рыбам, земноводным и др.

Эпоха тектогенеза, в результате которого образовались складча­тые сооружения в карбоне и перми, получила название герцинской, а складчатые сооружения, возникшие в это время, называют герци- нидами. Примером герцинид является Урал.

После герцинского тектогенеза возникли новые платформенные области — эпигерцинские (на территории СССР — Скифская плита на Северном Кавказе). В эпигерцинских платформенных областях отло­жения древнее триасовых образуют фундамент, на котором залегают почти горизонтальные слои осадочных горных пород мезозойского и кайнозойского возраста (рис. 33).

В результате герцинского этапа развития соединились Русская и Сибирская платформы и в пределах северного полушария образо­валась громадная платформенная территория со сложным (по време­ни консолидации) гетерогенным фундаментом, состоящим из герци­нид, каледонид и сооружений докембрийского возраста.

Во второй половине позднего палеозоя одновременно с образова­нием герцинид четко обозначились узкие зоны перехода от платформ к геосинклиналям - краевые прогибы (Предуральский и др.).

Мезозойско-кайнозойский этап (0,2 млрд. лет назади до нас­тоящего времени). В рассматриваемый этап происходило образование молодых океанов в пределах Пангеи и возник океан-геосинклинальный пояс. Последний охватывает Центральную Америку (поздний триас), Атлантику (юра), Северный Ледовитый океан (кайнозой). Евразия отдаляется от Северной Америки в общем южном направлении. Так как в поздней юре началось раскрытие Южного и Индийского океанов и смещение Африки,-Индостана и Австралии к северу, в отдельных частях этого пояса стали происходить (в разное время) сжатие и вспу­чивание коры. В результате столкновения континентальных масс Гондваны и Евразии возникают Альпы, Кавказ, Гиндукуш, Памир, Гималаи. В другой части земного шара — тихоокеанской — в мезо- зойско-кайнозойский этап продолжалось активное развитие Тихого океана и обрамляющего его геосинклинального пояса. В конце мело­вого времени начинают формироваться окраинные моря по запад­ной периферии Тихого океана (Индонезия), в Антильско-Карибской области, а позже, начиная с олигоцена, — в Средиземноморском поясе. 46

Многие участки земной коры в разные эпохи мезозойской эры испытали мезозойский тектогенез и превратились в мезозойские склад­чатые сооружения — мезозоиды (Крымские, Верхояно-Колымские). На некоторых древних (эпипротерозойских) платформах (Сибирской, Африканской и др.) в мезозое по глубинным разломам происходили трещинные излияния магмы. В ряде районов в зоне контакта мезо- зоид с платформами возникли краевые прогибы, наиболее крупный из которых Предверхоянский прогиб на восточной окраине Сибирс­кой платформы.

В мезозойских осадочных горных породах содержатся многочис­ленные остатки ископаемых организмов, живших в мезозойских морях (моллюски, морские ежи, морские лилии, рыбы и др.). В мезозойское время заметно обновился органический мир. Появились новые группы животных (птицы и др.) и растительных организмов (членисто-сте- бельные и папоротниковые уступили место голосеменным растениям).

Изменение органического мира на границе палеозоя и мезозоя прямо связано с коренными преобразованиями структуры земной коры, климата и рельефа земной поверхности вследствие сильнейших тектонических и горообразовательных процессов герцинского тек- тогенеза.

С начала кайнозойской эры отдельные участки земной коры переш­ли в платформенный этап развития. Территория платформенных облас­тей к началу кайнозоя заметно увеличилась за счет возникновения эпимезозойских платформ.

В кайнозойское время (палеоген, неоген и антропоген) существо­вали так называемые Средиземноморская и Тихоокеанская геосинк­линали. В течение главным образом неогена и антропогена в этих геосинклинальных областях возникли эпигеосинклиналъные орогены - высокие горные складчатые сооружения, получившие наименование альпид. К ним относятся, например, Альпы, Апеннины, Карпаты и дру­гие складчатые сооружения, входящие в состав Средиземноморского пояса, а также Корякский и Камчатский хребты, Кордильеры и Анды, расположенные на западной и восточной дугах Тихоокеанского кольца.

Альпийский тектогенез сопровождался формированием краевых прогибов, протягивающихся узкой полосой вдоль горных сооруже­ний (Предкопетдагский предгорный прогиб и др.). В этих переходных зонах мощность кайнозойских отложений достигает нескольких ки­лометров.

С начала олигоцена континенты и океаны вступили в неотекто­нический этап: континенты испытывают поднятие, океаны — прогиба­ние. Расположение континентов и океанов, а также складчатых горных систем, срединно-океанических хребтов становится близким к сов­ременному.

Мощные тектонические движения захватили и территории древних складчатых сооружений в пределах мезозоид, герцинид, каледонид и даже докембрийских платформ. Древние складчатые сооружения испытали омоложение, заключавшееся в образовании ряда разрывных нарушений и возникновении новых высоких гор. Например, в преде­лах эпикаледонской плafфopмы в настоящее время располагаются такие горы, как Саянские и Байкальские. Это глыбовые горы, воз­никшие совсем недавно. Рядом с ними находятся глубокие впадины (например, впадина оз. Байкал). Современными глыбовыми горами в пределах герцинид, или унаследованными герцинидами, являются Уральские горы, Тянь-Шань. Примеры впадин в пределах древних складчатых герцинских сооружений — Аральское море, озера Балхаш, Иссык-Куль и др.

Горные сооружения, возникшие в кайнозое на месте платформ, называются эпиплатформенными орогенными сооружениями.

Испытали омоложение и некоторые мезозоиды (Верхоянские, Чукотские, Сихотэ-Алинь и др.).

Наряду с глыбовыми движениями (движениями глыб земной ко­ры, отделенных друг от друга глубинными разломами) на платфор­мах в кайнозое широко проявились медленные колебательные дви­жения, в результате которых продолжали развиваться старые и воз­никли новые впадины, сводовые поднятия и другие тектонические структуры. Мощность кайнозойских отложений на платформах значи­тельно меньше, чем в кайнозойских геосинклинальных областях. Однако в некоторых впадинах (например, в Прикаспийской впадине Русской платформы) осадки, сформировавшиеся в кайнозое, дости­гают мощности в несколько километров.

Современную эпоху исследователи рассматривают как заключи­тельную фазу неотектонического этапа развития земной коры.

В кайнозойских осадках в большом количестве встречаются остат­ки ископаемых организмов. Органический мир за кайнозойское время прошел новый этап развития. В неогеновое и четвертичное время животные, как и растения, постепенно приобретали современный облик.

Четвертичный период — время появления человека и его эволю­ции. Одной из важнейших особенностей геологического развития Зем­ли в четвертичное время явилось материковое оледенение, охватив­шее громадные площади континентов северного полушария. В южном полушарии также известны ледниковые образования, но они имеют докембрийский, палеозойский и неогеновый возраст.

Таковы весьма схематично рассмотренные основные этапы разви­тия земной коры. Познание ее истории совершенно необходимо при планировании и производстве поисково-разведочных работ на нефть и газ, поскольку образование и размещение их в земной коре обуслов­лены всей совокупностью геологических факторов и явлений, проис­ходивших в земной коре в процессе ее развития и отразившихся в сов­ременном ее строении.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие данные используются для определения возраста горных пород?

2. Какие Вы знаете методы установления абсолютного возраста горных пород?

3. Как называется комплекс пород, образовавшийся в течение эры?

4. Какое значение имеет геохронологическая шкала для классификации, сопоставления и разграничения всех геологических явлений и процессов?

5. Одинакова ли продолжительность периодов, приведенных в геохроноло­гической таблице?

6. Одинаков ли возраст земной коры и планеты Земля?

7. Какие этапы выделяются в геологической истории земной коры? Какова их продолжительность? Какая тенденция про слеживается в геологической исто­рии земной коры от догеологического этапа до наших дней?

8. Какие фазы складчатости (эпохи тектогенеза) проявились в глобальном масштабе? Какие участки земной коры, испытавшие фазу складчатости, остались складчатыми областями вплоть до настоящего времени?

Часть вторая ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

Геология нефти и газа изучает происхождение, условия залегания в земных недрах и геологическую историю этих полезных ископаемых. На ее основе разрабатывается научная база поисков, разведки и разра­ботки скоплений нефти и газа. В становлении и развитии геологии нефти и газа большую роль сыграли русские и советские ученые — А.Д. Ар­хангельский, Д.В. Голубятников, И.М. Губкин и многие другие.

Особенно большое значение имели работы И.М. Губкина — одного из основоположников советской нефтяной геологической науки. Видный общественный деятель, академик, организатор высшего нефтяного образования в СССР, он уделял много внимания раскрытию богатств земных недр. Открытие Курской магнитной аномалии, Волго-Уральской нефтеносной области связано с именем И.М. Губкина. Опираясь на на­учно обоснованный анализ, он дал оценку перспектив нефтегазоносности Западной Сибири и других районов страны.

Развивая творческое наследие И.М. Губкина, советские ученые и производственники достигли больших успехов в познании основных закономерностей распространения нефти и газа в земных недрах, проис­хождения и условий формирования залежей и местоскоплений, что позволяет научно обоснованно вести поиски и разведку местоскоплений нефти и природного газа и обеспечивать добычу этих важнейших полез­ных ископаемых.