1. Современные представления о строении земли

Сведения о внутреннем строении Земли получены, главным образом, в результате геофизических исследований.

Согласно современным геофизическим (сейсмологическим) данным в объеме Земли выделяются три основные области: кора, мантия и ядро.

Кора отделяется от мантии резкой сейсмической границей, наблюдается увеличение скорости продольных сейсмических волн (до 8,2 км/с), а также возрастание плотности вещества – от 2.9 до 5.6 г/см³. Эта граница в честь ее первооткрывателя – югославского геофизика Мохоровичича – была названа границей Мохо (или просто граница М). Земной корой стали называть наружную толщу Земли, расположенную выше границы М.

По данным сейсмических исследований выделяются два типа глубинного строения земной коры, отличающихся по мощности и структуре:

а) континентальный тип – мощность 30-50 км до 60-80 км.

б) океанический тип – мощность 5-10 км.

Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород:

1. «Осадочный слой» («осадочный чехол», «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже – верхнепротерозойского возраста. Почти на 40% территории России осадочный слой отсутствует – он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.

2. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой, представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка – до 25 км.

3. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с ( в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

Переход от вышележащего гранито-метаморфического слоя к гранулито-базальтовому в ряде районов происходит резко, скачкообразно по т.н. поверхности Конрада (поверхности К), а в других – скорости продольных волн (и плотности пород) возрастают с глубиной плавно и четкое разделение этих слоев невозможно.

Ниже гранулито-базальтового слоя залегает верхняя мантия.

Кроме т.н. типичного, классического разреза континентальной земной коры, существуют районы с аномальным ее строением.

Например, в пределах некоторых островных дуг (зона Курильских и Командорских островов) распространена кора субконтинентального типа мощностью 15-25 км с нечетким разделением гранито-метаморфического и гранулито-базальтового слоев.

Глубоководным впадинам как внутренних морей (Черноморской, Южно-Каспийской), так и окраинных (Япономорская, Южно-Охотская), а также некоторым свехглубоким впадинам внутри субокеанического типа, в которых мощная толща осадочных пород (3-5 до 15-25 км) – по сейсмическим данным – непосредственно подстилается гранулито-базальтовым слоем мощностью от 5 до 15 км. Гранито-метаморфический слой отсутствует.

Переход материка во впадину сопровождается сменой типа коры, причем переход происходит как в пределах узкой зоны, так и на протяжении широкой полосы. Переход сопровождается чередованием участков с различными типами коры. Пример – сложно построенная переходная зона между Азиатским материком и ложем Тихого океана.

Кора океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

Осадочная толща мощностью от нуля – первые десятки метров до 0,5-1 км (в среднем 0,2-0,5 км). Как показало бурение в океанах, наиболее древние горизонты осадков в океанах не древнее средне-позднеюрского возраста (около 170 млн.лет), а на большой части ложа океанов имеют возраст от мела до кайнозоя или имеют только кайнозойский возраст. Скорость седиментации за этот период составляет 1-5 мм/тыс.лет.

Второй слой мощностью 1,5-2,0 км, верхняя часть которого вскрыта бурением, сложен лавами и вулканическими стеклами, в нижней части слоя встречаются дайки основных пород. По возрасту породы верхней части второго слоя близки возрасту нижних горизонтов осадочного слоя (от кайнозоя до средней юры). В целом возраст верхней части второго слоя закономерно становится старше от внутриокеанических рифтовых хребтов к периферийным частям океанов. В этом же направлении увеличивается и мощность пород слоя.

Третий слой – мощность 3-4 км –породы не вскрыты бурением, но в ряде мест из зон разломов в океанах драгами подняты обломки интрузивных пород основного и ультраосновного составов. Этот слой до недавнего времени сопоставлялся с гранулито-базальтовым слоем континентальной коры. Скорости продольных волн для этого слоя 6,5-7 км/сек. Третий слой подстилается породами верхней мантии и переходный слой между ними еще более маломощный, чем под континентами.

Верхняя мантия под океанами, как и под континентами, продолжается до глубины около 900 км.

Строение верхней мантии осложняется присутствием в ней зоны Гутенберга или «астеносферы». Вещество, слагающее астеносферу, характеризуется пониженной вязкостью и плотностью, находится в пластичном состоянии, местами в состоянии частичного плавления. Скорости распространения упругих волн здесь понижены, а электропроводность повышена.

В океанах в ряде районов астеносфера установлена на глубинах от 50 до 200 км, а в осевых зонах рифтовых внутриокеанических хребтов ее кровля поднимается до поверхности мантии. В некоторых районах материков астеносфера зафиксирована на глубине 100-150 км. Ранее (60-е годы XX века) считалось, что астеносфера является общепланетарной оболочкой. Расположенную выше ее часть верхней мантии стали объединять с корой в качестве внешней «каменной оболочки» Земли – литосферы. Мощность литосферы в среднем 50-100 км.

Позднее, в 70-х г.г. выяснено что астеносфера распространена не повсеместно, а главным образом под тектонически и термически активными зонами океанов и континентов, характеризующихся аномально высокими значениями величины теплового потока. Под тектонически «спокойными» областями континентов слой астеносферы маломощен или совсем не выражен. Литосфера в таких областях (под древними платформами) может распространяться до глубин 300м и даже 500 км.

Центральную часть Земли занимает ядро, плотность которого значительно превышает плотность мантии, составляя ~ 10 г/см³. Внешняя зона ядра представлена жидким веществом (в ней не рапространяются поперечные волны).

По данным сейсмологии мантия и ядро делятся на более дробные зоны, которые обозначаются заглавными буквами: А, В, С, Д, (Д’ Д”), Е, F,G.

Предполагается, что ядро Земли состоит, в основном, из железа, никеля и небольшой примеси легких элементов – кремния и серы.

2. Тектоносфера - это область Земли, охватывающая земную кору и верхнюю мантию (т.е. литосферу и астеносферу)

3. Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород:

4. «Осадочный слой» («осадочный чехол», «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже – верхнепротерозойского возраста. Почти на 40% территории России осадочный слой отсутствует – он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.

5. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой, представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка – до 25 км.

6. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с ( в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

Переход от вышележащего гранито-метаморфического слоя к гранулито-базальтовому в ряде районов происходит резко, скачкообразно по т.н. поверхности Конрада (поверхности К), а в других – скорости продольных волн (и плотности пород) возрастают с глубиной плавно и четкое разделение этих слоев невозможно.

Ниже гранулито-базальтового слоя залегает верхняя мантия.

Кроме т.н. типичного, классического разреза континентальной земной коры, существуют районы с аномальным ее строением.

Например, в пределах некоторых островных дуг (зона Курильских и Командорских островов) распространена кора субконтинентального типа мощностью 15-25 км с нечетким разделением гранито-метаморфического и гранулито-базальтового слоев.

Глубоководным впадинам как внутренних морей (Черноморской, Южно-Каспийской), так и окраинных (Япономорская, Южно-Охотская), а также некоторым свехглубоким впадинам внутри субокеанического типа, в которых мощная толща осадочных пород (3-5 до 15-25 км) – по сейсмическим данным – непосредственно подстилается гранулито-базальтовым слоем мощностью от 5 до 15 км. Гранито-метаморфический слой отсутствует.

Переход материка во впадину сопровождается сменой типа коры, причем переход происходит как в пределах узкой зоны, так и на протяжении широкой полосы. Переход сопровождается чередованием участков с различными типами коры. Пример – сложно построенная переходная зона между Азиатским материком и ложем Тихого океана.

4. Кора океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

Осадочная толща мощностью от нуля – первые десятки метров до 0,5-1 км (в среднем 0,2-0,5 км). Как показало бурение в океанах, наиболее древние горизонты осадков в океанах не древнее средне-позднеюрского возраста (около 170 млн.лет), а на большой части ложа океанов имеют возраст от мела до кайнозоя или имеют только кайнозойский возраст. Скорость седиментации за этот период составляет 1-5 мм/тыс.лет.

Второй слой мощностью 1,5-2,0 км, верхняя часть которого вскрыта бурением, сложен лавами и вулканическими стеклами, в нижней части слоя встречаются дайки основных пород. По возрасту породы верхней части второго слоя близки возрасту нижних горизонтов осадочного слоя (от кайнозоя до средней юры). В целом возраст верхней части второго слоя закономерно становится старше от внутриокеанических рифтовых хребтов к периферийным частям океанов. В этом же направлении увеличивается и мощность пород слоя.

Третий слой – мощность 3-4 км –породы не вскрыты бурением, но в ряде мест из зон разломов в океанах драгами подняты обломки интрузивных пород основного и ультраосновного составов. Этот слой до недавнего времени сопоставлялся с гранулито-базальтовым слоем континентальной коры. Скорости продольных волн для этого слоя 6,5-7 км/сек. Третий слой подстилается породами верхней мантии и переходный слой между ними еще более маломощный, чем под континентами.

Верхняя мантия под океанами, как и под континентами, продолжается до глубины около 900 км.

Строение верхней мантии осложняется присутствием в ней зоны Гутенберга или «астеносферы». Вещество, слагающее астеносферу, характеризуется пониженной вязкостью и плотностью, находится в пластичном состоянии, местами в состоянии частичного плавления. Скорости распространения упругих волн здесь понижены, а электропроводность повышена.

В океанах в ряде районов астеносфера установлена на глубинах от 50 до 200 км, а в осевых зонах рифтовых внутриокеанических хребтов ее кровля поднимается до поверхности мантии. В некоторых районах материков астеносфера зафиксирована на глубине 100-150 км. Ранее (60-е годы XX века) считалось, что астеносфера является общепланетарной оболочкой. Расположенную выше ее часть верхней мантии стали объединять с корой в качестве внешней «каменной оболочки» Земли – литосферы. Мощность литосферы в среднем 50-100 км.

Позднее, в 70-х г.г. выяснено что астеносфера распространена не повсеместно, а главным образом под тектонически и термически активными зонами океанов и континентов, характеризующихся аномально высокими значениями величины теплового потока. Под тектонически «спокойными» областями континентов слой астеносферы маломощен или совсем не выражен. Литосфера в таких областях (под древними платформами) может распространяться до глубин 300м и даже 500 км.

Центральную часть Земли занимает ядро, плотность которого значительно превышает плотность мантии, составляя ~ 10 г/см³. Внешняя зона ядра представлена жидким веществом (в ней не рапространяются поперечные волны).

По данным сейсмологии мантия и ядро делятся на более дробные зоны, которые обозначаются заглавными буквами: А, В, С, Д, (Д’ Д”), Е, F,G.

Предполагается, что ядро Земли состоит, в основном, из железа, никеля и небольшой примеси легких элементов – кремния и серы.

5. Систематическое изучение современных движений началось вконце XIX в.; таким образом, инструментальные наблюдения этих движений ведутся уже в течение столетия. За это время был раз-работан ряд специальных методов изучения как вертикальных,так и горизонтальных движений.

Метод вертикальных движений: Старейшим из методов изучения вертикальных движений является водомерный метод. Начиная с 80-х годов прошлого столетия во многих портах мира были установлены водомерные приборы — сначала рейки, затем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюде-

ний за изменением положения уровня моря. Эти изменения, как отмечалось, обусловлены двумя причинами: 1) собственными, эвстатическими, колебаниями уровня Мирового океана, обязанными изменению объема его водной массы или рельефа дна; 2) поднятием или опусканием берегов. Алгебраическое суммирование

результатов наблюдений по всем портам мира, где установлены водомерные приборы, показывает, что в последнее столетие происходит систематическое повышение уровня океана со скоростью примерно 1,2 мм/год. Оно вызвано скорее всего таянием ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии в связи с потеплением кли-мата Земли. Между тем регистрируемые изменения уровня имеют, как правило, более высокие значения и различный знак, что указывает на решающее значение второго фактора—движений

береговой суши. Очевидно, чтобы получить правильное представление об амплитуде и скорости последних, надо вычесть (в случае опускания) или сложить с замеренной величиной эвстатическую компоненту — 1,2 мм год. Водомерные наблюдения ведутся не только на берегах океанов и морей, но и на крупных озерах и реках, где интерпретация их результатов не отличается от вышеизложенной.

Метод повторного невелирования По мере строительства железных дорог появилась необходимость периодического высокоточного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопасности движения. Повторное нивелирование выявило изменение отметок реперов со временем. Оказалось, что в большинстве случаев эти изменения нельзя объяснить деформацией поверхности за счет экзогенных явлений (просадка или выпучивание грунта), что они носят систематический характер, т. е. происходят в данном пункте с одним знаком, и что этот знак обычно совпадает со знаком той структуры, на которой репер расположен. Это привело к выводу, что основной причиной смещения реперов являются движения земной коры и что, следовательно, результаты повторного нивелирования вдоль железнодорожных линий могут быть ис-

пользованы для выявления современных вертикальных движений суши (рис. 4.1). При этом необходимо увязать между собой измерения вдоль различных линий и привязать их к уровню океана в

портах, где ведутся водомерные наблюдения. В дальнейшем повторное высокоточное нивелирование вошло

в комплекс наблюдений, производимых на специальных геодинамических полигонах, которые были организованы в бывшем СССР в ряде районов (пос. Гарм в Таджикистане, окрестности Ашхаба-

да, Ташкента, оз. Баскунчак в Астраханской области, Кольский полуостров и др.). Результаты изучения современных вертикальных движений обоими описанными выше методами показали, что они происхо-

дят со скоростью от долей до несколько миллиметров, реже более 10 мм/год.

Методы изучения горизонтальных движений: В настоящее время изучение горизонтальных движений произво- дится с помощью лазерных дальномеров. Результаты изучения горизонтальных движений показывают, что скорость их не уступает скорости вертикальных движений, а части превосходит последнюю. При этом горизонтальные движения имеют не колебательный, а направленный характер, чем и

объясняется то, что их суммарная амплитуда за определенный интервал времени намного превышает амплитуду вертикальных движений. Однако заключение об устойчивом однонаправленном знаке горизнтальных движений не должно абсолютизироваться. В отношении ряда сдвигов установлено, что знак перемещения по ним изменялся во времени. Но такие изменения происходили через

значительные промежутки времени, на несколько порядков превосходящие период наблюдений за современными движениями. Тем не менее следует отметить, что во время некоторых крупных

землетрясений, например Токийского 1923 г., наблюдались кратковременные обращения знака горизонтальных движений земной поверхности. Особый интерес представляет выявление относительных смещений литосферных плит. Прежние попытки измерения этих смещений путем повторного определения географических координат для пунктов, расположенных на разных континентах, обычным

астрономическим методом были признаны недостаточно надежными. В настоящее время используются два других, значительно более точных метода повторного измерения расстояния между отдаленными пунктами: 1) с помощью лазерных отражателей, установленных на Луне или на искусственных спутниках Земли; 2) с

помощью регистрации радиосигналов от квазаров (длиннобазовый радиоинтерферометрический метод). Точность определения относительного смещения плит этими методами достигла порядка сантиметра в год. Поскольку скорость смещения плит составляет обычно несколько сантиметров в год (для некоторых плит более 10 см/год; см. рис. 5.1), то данные, накопленные за несколько лет измерений, уже по крайней мере на порядок превосходят возможную ошибку этих измерений.

6. Неотектонические движения, начавшись около 40 млн. лет назад, привели к созданию современного облика Земли. Метод морских террас. Морфологический метод. Орографический метод базируется на анализе высотных отметок рельефа, и при этом предполагается, что он непосредственно отражает темп тектонических движений. В последнее время все шире в геологии используются дистанционные методы, в том числе и космофотоснимки, дешифрирование которых позволяет выявить многие особенности структур, в том числе и неотектонические, ранее ускользавшие от внимания исследователя.

7. Показателем тектонических движений геологического прошлого является мощность отложений, поэтому се анализ также является важным методом. Обычно составляются карты линий равных значений мощностей, так называемых изопахит, которые с некоторыми поправками отражают величину тектонического прогибания района или структуры. Это обстоятельство является следствием того, что после накопления некоторого объема отложений, например на шельфе, дальнейшее накопление невозможно без тектонического опускания дна бассейна. Однако в ряде случаев количество осадочного материала, поступающего в прогибающуюся впадину, столь мало, что последняя не может заполняться до профиля равновесия и во впадине увеличивается глубина. Такие прогибы называются некомпенсированными и для их фациального профиля характерна смена относительно мощных мелководных отложений, крайне маломощными, но глубоководными, как это происходило, например, в Предуральском передовом прогибе в раннепермскую эпоху, когда на западе формировались рифовые массивы, а восточнее - глубоководные кремнисто-глинистые отложения в некомпенсированном прогибе. Метод мощностей позволяет не только качественно, но и количественно оценить величину тектонического опускания. Существуют и осложняющие факторы, заставляющие вводить поправки, например, на уплотнение осадков, особенно глинистых, достигающее 50 %. Во время деформации и смятия в складки пластичных пород - глин, ангидритов, мергелей, гипсов, солей, первичные мощности меняются очень сильно. Определенные поправки надо вносить и на размывы, так как часть ранее накопившихся отложений может быть уничтожена. Нередко формируются структуры бокового наращивания, как например, в дельтовых комплексах, фронтальная часть которых продвигается (проградирует) в сторону открытого моря. Наиболее успешно о тектонических движениях мы можем судить, если использовать все эти методы комплексно, включая изучение фаций, мощностей, анализируя несогласия, размывы и т.д.

8. Фациальный анализ. Термин фация получил широкое распространение. Разные исследователи вкладывали в него свое представление и содержание. Среди них отметим два крайних взгляда на определение фации. В первом случае фация- это часть слоя со своими литологическими и палеонтологическими особенностями, которые называют фациальными признаками. Во втором случае фация- это физико-географические условия, которые определяют неорганические и органические процессы на данном участке в данное время, т.е. фация- это единица ландшафта. Наиболее оптимальным представляется следующий подход к определению - Фация это физико-географические условия или обстановки, отраженные в осадке.

Фации геологического прошлого определяют по горным породам и ископаемым окаменелостям, содержащихся в них. Отсюда, метод восстановления палеогеографических обстановок называется фациальным анализом. В основе этого метода лежит принцип актуализма. Суть его по представлениям одного из его основоположников Ч. Лайеля заключается в том, что современные явления есть ключ к познанию таких же процессов в прошлые эпохи. Например, наблюдая деятельность современных вулканов, геологи могут восстановить картину древнего вулканизма. Но такой подход может привести и к ошибкам, если его применять механически, без учета эволюционных изменений происходивших в ходе длительного развития земной коры и её поверхности. Каждая историческая эпоха, наряду с общими, имеет свои особенности развития. Например, современный состав атмосферы отличается от того, какой был на ранних этапах. В процессе эволюции органического мира многие современные виды значительно изменились по сравнению с предками. И сравнение их образа жизни сейчас и в прошлом может привести к ошибкам, если не учитывать особенностей этого прошлого. Учитывая все это, принцип актуализма дополнен сравнительно-историческим методом, который рассматривает изменения во времени характера и результатов самих процессов, происходивших на Земле.

Поскольку основой для фациального анализа является изучение горных пород и ископаемых организмов, его подразделяют на биофациальный и литолого-фациальный.

Биофациальный анализ - основой для его проведения служат ископаемые организмы и следы их жизнедеятельности. Ранее мы отмечали, что основными условиями обитания организмов в море являются: 1-соленость, 2-температура, 3-свет, 4-газовый режим, 5-глубина, 6-движение воды или гидродинамика, 7-состав грунта. Каждый из этих факторов отражается: в морфологии организма (т.е. размерах раковины, её скульптуре, толщине и т.п.), в многообразии видов, влияет на расселение организмов по площади водоёма.

Поэтому в биофациальном анализе мы по облику ископаемых остатков можем с определенной степенью достоверности определить многие из перечисленных условий обитания, а значит и палеогеографические условия на определенный период времени.

Биофациальный анализ начинают с определения характера захоронения ископаемых остатков. Они бывают двух типов:

1. Ископаемый биоценоз - захоронение на месте обитания самих организмов.

2. Танатоценоз - место захоронения удалено от места обитания.

Тип захоронения определяется по сохранности органических остатков, их ориентировке, сортировке и видовому комплексу. Признаками танатоценоза при переносе являются: разрушение скелетных элементов, сортировка особей по размеру и весу, ориентировка скелетных элементов- по течению и т.п. При танатоценозе в одном месте могут находиться виды, обитающие в разных фациальных условиях (так вместе с остатками бентоса могут находиться наземные растения или нектонные).

Наиболее важен для биофациального анализа - ископаемый биоценоз, по которому восстанавливают условия обитания. Тогда как по танатоценозу - обстановку захоронения.

Как в палеонтологии, руководящие ископаемые - это организмы, жившие в узком временном интервале, так в биофациальном анализе важная роль принадлежит организмам - индикаторам среды обитания или древних климатов. К таким организмам относятся те, существование которых обусловлено каким-то определенным требованием (например, только нормальной соленостью воды, температурным интервалом и т.д.).

Литолого-фациальный анализ опирается на определение фаций по вещественному составу и по структурным и текстурным признакам пород.

Вещественный состав осадочных пород дает информацию о составе источника обломочного материала (определяется по составу обломков в породе), о среде формирования (биогенные или хемогенные осадки), климатических условиях (угленакопление или коры выветривания) и т.д.

Структура осадочных пород наиболее разнообразна и информативна у обломочных пород. Информацию об условиях образования таких пород содержат как обломки, так и цементирующий материал. Обломки различаются по: размеру, составу, сортировке, форме, степени окатанности.

Размер обломков позволяет судить о степени удаленности обломочного материала от источника. (Крупные - ближе к источнику сноса, мелкие более удалены).

Состав обломочного материала позволяет судить как о составе исходного источника разрушения, так и о длительности процесса переноса. Если в обломках сохранились неустойчивые к разрушению минералы - это говорит о близком источнике сноса и о коротком промежутке времени переноса. И наоборот, наличие в обломках только устойчивых минералов свидетельствует о длительном переносе. Минеральный состав может также указывать на среду и климат при осадконакоплении. Существуют минералы-индикаторы среды и климата. Так индикаторами морской среды и определенных интервалов глубин являются минералы - глауконит, Fe-Mn конкреции, фосфорит и т.д. Индикаторами климатов являются соль и гипс, торф и уголь, гидроокислы Fe и Al и т.д.

Сортировка обломочного материала отражает соотношение обломков по размеру. (У хорошо отсортированных пород размеры обломков близки). Сортировка является индикатором длительности переноса. Отсутствие сортировки, т.е. присутствие обломков разного размера - признак быстрых перемещений на небольшие расстояния. Это характерно для образования морен, осыпей, глубоководных брекчий.

Форма обломков зависит от состава исходной породы и формы переноса обломков. Например, морская галька от речной отличается уплощенной формой, а ледниковая угловато-окатанная (форма утюга).

Степень окатанности - зависит от: а-состава пород, б-от скорости и длительности переноса обломков и др. По расположению обломков и их ориентировке в породе можно судить о направлении движения обломочного материала. Так устанавливают направления русел древних рек, береговую линию моря.

Цементирующая обломки масса несет информацию о среде отложения обломков. Небольшой её объем в породе указывает на подвижную среду, а его возрастание - на спокойную обстановку водных бассейнов.

Среди текстур различают слоистые и поверхностей напластования.

По текстурам все осадочные породы подразделяются на массивные (не слоистые) и слоистые.

Отсутствие слоистости отражает стабильный режим осадконакопления (как по тектонической обстановке, так и по вещественному составу осаждаемого материала), тогда как слоистость указывает на изменяющиеся условия.

Выделяют 2 основных типа слоистости: параллельную и косую.

Параллельная слоистость образуется при чередовании отдельных слойков, у которых поверхности напластования параллельны друг другу. Такая слоистость образуется при выпадении осадка в спокойной водной среде. Она подразделяется на линейную и прерывистую, равномерную и неравномерную, ритмичную.

Косая слоистость образуется слойками внутри пласта, расположенными косо к границам кровли и подошвы пласта.

Такая слоистость образуется при движении воды или ветра в процессе формирования осадка. Такие условия наблюдаются в руслах рек, зонах подводного течения, в прибрежных частях водных бассейнов и в наземных условиях.

Текстуры поверхностей напластования подразделяются по происхождению на органические (биоглифы) и неорганические (механоглифы).

К биоглифам относят следы жизнедеятельности организмов (ходы илоедов, зарывающихся, ползающих; отпечатки следов четвероногих и т.д.).

К механоглифам относят:

1.Знаки ряби - водной или ветровой.

2.Многоугольники (трещины)высыхания - образуются в наземных условиях при сухом жарком климате.

Рассмотрев все эти признаки, переходят к определению фаций в исследуемом разрезе или области.

Все многообразие фаций объединяется в 3 крупные группы:

континентальные, морские и переходные (иначе их еще называют фации бассейнов с ненормальной соленостью).

Наиболее многообразны морские фации. Они зависят от глубины бассейна и разделяются на: 1-прибрежные, 2-шельфа, 3-материкового склона или батиальная,4-абиссальной области (ложа мирового океана) Рассмотрим основные черты этих фаций.

1. ПРИБРЕЖНАЯ - или зона приливов и отливов, её глубина до 30 м. Для этой зоны характерны: непостоянный гидродинамический режим, много света, тепла, кислорода, сложный рельеф дна, обильная фауна и флора.

Состав пород - конгломераты, гравелиты, песчаники, ракушечники, угли параллические (при гумидном климате).

Слоистость- пологоволнистая, перекрестная.

Органические остатки- толстостенные раковины и их обломки.

Особые признаки- знаки ряби, ходы илоедов, трещины усыхания.

2. ФАЦИИ ШЕЛЬФА - или мелководная; глубина 70-200 м, резкое различие в гидродинамическом режиме: до 100 м условия аналогичные прибрежной зоне, ниже 100 м -волнения не доходят до дна, нет растительности, условия осадконакопления спокойные.

Состав пород- обломочные (песчаник, алевролит, аргиллит), органогенные (коралловые рифы), кремнистые отложения, вулканогенно-осадочные- лавы, туфы и туфопесчаники. Здесь же образуются фосфоритовые и Fe-Mn конкреции и глауконит.

Слоистость - горизонтальная.

Органические остатки- разнообразные и обильные.

3. ФАЦИИ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО СКЛОНА - батиальной зоны. По глубинам она подразделяется на: умеренно глубоководную (до 500-700 м) и глубоководную (до 3000 м).

В первой подзоне среди обломочных осадков преобладают глинистые и реже встречаются алевролиты и песчаники. Вместе с ними здесь формируются кремнистые и карбонатные породы, пластовые фосфориты.

Слоистость - тонкая, горизонтальная.

Во второй подзоне- осадочный материал выносится по желобам и подводным каньонам континентального склона.

Состав осадков- глинистые, кремнистые, известковые илы.

Слоистость отсутствует.

Органические остатки - редкие радиолярии и фораминиферы. В ископаемом состоянии - это очень редкая фация.

4. ФАЦИИ АБИССАЛЬНЫХ ГЛУБИН > 3000 м. Здесь высокое давление, низкая температура, мрак, которые влияют на газовый режим и химический состав воды. Так здесь, на глубине 4500-5000 м проходит граница образования известняков. Рельеф зоны сложный. Преобладают тонкозернистые осадки- современные красные глины и кремнистые илы. Крупнообломочный материал образуется редко за счет обвалов склонов и мутьевых потоков. Осадки часто обогащены сульфидами. Здесь же располагаются области излияния базальтовых лав.

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ФАЦИИ наиболее полно сохраняются в областях аккумуляции т.к. большая часть континентов представляет поверхности размыва или выветривания. Выделяют фации:1-водных потоков, 2-озер и болот, 3-ледников и 4- пустынь.

1. Отложения водных потоков - терригенные осадки с косой слоистостью, значительной изменчивостью, редкими остатками растений и животных. Это отложения временных водных потоков, речных русел и паводковых площадей.

2.Озерные отложения- характерна горизонтальная, тонкая слоистость, преобладают пески и алевролиты. Хемогенные осадки представлены известняками, бокситами и др. Фауна - пресноводные гастроподы и пелециподы, богатая прибрежная растительность.

3.Болотные фации образуются на влажных равнинах с плохим дренажем и при зарастании озер. Типичное образование - торф с прослоями глины. Известны образования озерно-болотных железных руд.

4.Фации ледников- это отложения морены и отложения за пределами ледника и морены. Они отличаются по слоистости (у моренных её нет), сортированностью обломков, присутствием ленточных глин во 2-м типе отложений.

5.Фации пустынь:

• каменистых и скалистых пустынь- редко сохраняются т.к. подвержены эрозии;

• глинистых пустынь- небольшие участки мелких, быстро высыхающих водоемов. Это такыры, солончаки и соляные блюдца.

• песчаных пустынь- аккумуляция перенесенных ветром песков и глинистых частиц. Характерна ветровая косая слоистость, хорошая окатанность обломков, знаки ветровой ряби. Органические остатки очень редки (наземные животные).

ПЕРЕХОДНАЯ ГРУППА ФАЦИЙ объединяет: фации лагун, дельт и эстуариев, прибрежных озер. Наиболее сложным является комплекс, слагающий фации речных дельт- здесь происходит совмещение речных и прибрежно-морских фациальных обстановок.

Фации лагун и заливов формируются в условиях малых глубин, различных климатических зон и наличии впадающих рек. Осадки- мелкозернистые, имеют горизонтальную слоистость. Гравий и галечник встречаются редко. В осолоненных бассейнах широко развиты соли, гипс, ангидрит (в условиях жаркого сухого климата), Fe-Mn и бокситовые - при влажном умеренном климате. В застойных участках могут формироваться САПРОПЕЛИТЫ. В прошлые геологические эпохи области лагун занимали большие площади и являлись участками формирования полезных ископаемых. В кратком виде все эти признаки суммированы в таблице.

Кроме этих признаков, указывающих на среду формирования фаций, породы и органические остатки обладают признаками, указывающими, в каких климатических условиях они формировались. Среди пород - это чаще всего будут продукты гипергенеза (элювиальные глины, коры выветривания с Fe-Mn рудами и т.п.), образующиеся в условиях влажного теплого климата. Мы знаем, что накопление толщи солей, гипса и ангидрита происходит в мелководных лагунах при аридном климате, а угленакопление- в условиях влажного тропического климата. Образование мощных толщ известняков с обильной и разнообразной фауной характерно для зон тропических морей, тогда как в холодных морях формируются чаще кремнистые породы за счет панцирей диатомовых водорослей.

Климат влияет и на развитие органического мира. И растения, и животные обладают крупными, хорошо развитыми формами в зонах с тропическим климатом, а в сухом аридном или холодном нивальном климатах развиваются слабые угнетенные формы (небольшие размеры, тонкая гладкая раковина и др. признаки). Все это многообразие пород и организмов, отражающее древние климатические условия, в которых они формировались, называются породы-индикаторы и организмы-индикаторы древних климатов.

По результатам фациального анализа составляют фациальные разрезы и планы. После этого составляют палеогеографические карты, на которых отражаются физико-географические условия в определенный геологический период. Детальность и достоверность таких карт зависит от масштаба карты и размера территории исследований.

Теоретическое значение изучения палеогеографии в том, что позволяет устанавливать причины тех или иных геологических процессов на Земле на разных этапах её развития. На практике палеогеографические карты используют в целях прогноза полезных ископаемых.

9. Формационный анализ Формация (геоформация)— это закономерное и устойчивое сочетание (парагенез) определенных генетических типов горных пород, связанных общностью (близостью) условий образования и возникающих на определенных стадиях развития основных структурных элементов земной коры. Понятие формации приложимо ко всем типам горных пород — осадочным, вулканогенным, интрузивно-магматическим, метаморфическим'. Сочетание осадочных и вулканогенных, вулканогенных и плутонических пород называют литологическими ассоциациями (например, трапповая, офиолитовая ассоциации; см. ниже). В относительно редких случаях формация бывает сложена какой-то одной породой (например, формации писчего мела, кварц-глауконитовых песков, толеитовых базальтов, гранитоидов). Обычно число породных компонентов составляет три-четыре, реже больше. Помимо основных «формациеобразующих» пород в сложении формаций могут участвовать другие, подчиненные (акцессорные), компоненты, иногда настолько характерные и важные, что формация по ним получает название, например угленосная формация. Каждая порода, входящая в состав осадочной формации, от-вечает определенной фации, точнее генетическому типу отложений, и, таким образом, осадочная формация (литоформация) — это комплекс фаций (генетических типов). Но если облик фации (генетического типа) определяется физико-географической обстановкой ее образования, то основным фактором обособления формаций служит тектонический режим, проявленный через форму тела формации (мощность, площадь распространения), набор и характер переслаивания слагающих ее пород. Существенно влияют на облик осадочных формаций, особенно континентальных и мелководно-морских, и климатические условия, а также состав пород (петрофонд, по И. В.Хворовой) и тип их выветривания в области сноса, а иногда и вулканизм. Области распространения отдельных типов осадочных формаций отвечают областям осадконакопления — бассейнам разного типа, например эпиконтинентальным, внутренним или окраинным морям, межгорным котловинам, аллювиальным равнинам, пустыням, одновременно являющимся крупными геоструктурными зонами или их частями. Поскольку именно тектонический режим является определяющим фактором обособления формаций, причем всех их типов, сами формации являются показателями определенных тектонических режимов, и в этом их значение для геотектоники. Правильно установив принадлежность той или иной формации к определенному типу, мы тем самым можем решить, какой из основных геострук- турных зон (платформа, геосинклиналь — ее внешняя или внутренняя зона, ороген и т. п.) принадлежала область ее накопления и на какой стадии развития она находилась. Следует подчеркнуть, что для правильного определения типа формации надо выяснить ее вертикальные и латеральные связи, ее положение в вертикальном и латеральном рядах. Формации, характерные для крупных геоструктурных зон, образуют по вертикали (разрезу) определенные формационные ряды, отвечающие последовательным стадиям их развития. Формационный ряд, типичный для геосинклиналей, впервые был установлен еще в конце прошлого века французским геологом М. Бертраном, а его повторение в разрезе разновозрастных геосинклиналей дало ему основание для выделения тектонических циклов — гуронского (докембрийского), каледонского, герцинского, альпийского. Формационные ряды свойственны каждому из основных типов структурных элементов земной коры. Кроме вертикальных формационных рядов формации образуют и латеральные ряды, характеризующие переход от одной геоструктурной зоны к другой, на площади. Сочетание вертикальных и латеральных рядов может быть изображено на формационных профилях (рис. 9.7).

10. Методы изучения перерывов и несогласий. Тектонические движения, развивающиеся на фоне общего погружения и накопления осадков, фиксируются в изменениях фаций, мощностей и формаций, изучаемых соответствующими методами. Когда эти движения проявляются в условиях господства суши, они деформируют земную поверхность и образуют формы наземного рельефа, исследуемые структурно-геоморфологическими методами. Но особые условия создаются в периоды обычно относительно кратковременных общих или местных поднятий (осушений), которые затем снова сменяются погружениями (затоплениями). Эти события отмечаются перерывами в отложении осадков, а также несоответствием залегания разделенных перерывами толщ, получившим название несогласий. Движения и деформаций, сопровождающие накопление осадков, как бы конденсируются в плоскости перерывов и несогласий. Перерывы совпадают с фазами усиления движений, деформаций и перестроек структурного плана. Не случайно поэтому вследствие относительной легкости фиксации несогласий и благодаря их наглядности рассматриваемый метод является, по существу, старейшим методом изучения истории движений земной коры. Им пользовался еще Н. Стено при восстановлении истории геологического развития Тосканы на основе разработанных им принципов. В последние годы, совпавшие с распространением идей неомо- билизма, использование формаций в палеотектоническом анализе стало постепенно вытесняться использованием близкого, но не тождественного понятия литодинамических или литогеодинамических комплексов 1. Под такими комплексами понимают комплексы горных пород, осадочных, магматических, метаморфических, являющиеся непосредственными показателями геодинамической обстановки их образования. Примерами могут служить молассы — показатель горообразования, известково-щелочные вулканиты — островных дуг, ультраосновные-щелочные интрузии кольцевого типа — кратонов и т.д. Впервые понятие комплексов — индикаторов тектонических обстановок — было введено в литературу авторами «Тектонической карты Северной Евразии» А. В. Пейве и его сот- рудниками из Геологического института АН СССР. Затем, без применения специального термина, этот метод был фактически использован Ю. Г. Гатинским при анализе тектонического развития Юго-Восточной Азии. Термин «литодинамической комплекс» был предложен В. Е. Хаиным, а «литогеодинамический комплекс» — независимо друг от друга С. И. Романовским и А. Е. Лукиным. Общая классификация литодинамических комплексов опубликована недавно В. Е. Хаиным A991). В последующих главах именно этот метод будет взят за основу при рассмотрении развития главных структурных элементов земной коры. Рис. 9.8. Основные виды несогласий, по В. Е. Хаину, 1964: I — стратиграфическое (параллельное) (а — параллельное налегание, р — параллельное прилегание, в — плащеобразное облекание); 2 — краевое (а — трансгрессивное перекрытие, б — трансгрессивное прилегание; в — регрессивное прилегание); з — географическое (картографическое); 4 — угловое (а — региональное, б — местное); 5 — рассеянное (дисперсное) ; 6 — подводно-оползневое; 7 — азимутальное (а — региональное, б — местное). Несогласия 3, 7 изображены в плане, остальные — в профиле.

11. Литосферная плита— это крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы. Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической активности — границами плиты. Границы плит бывают трёх типов: дивергентные(раздвиг), конвергентные(субдукция) и трансформные( разломы).

12. Строение СОХ. Срединно-океанический хребет (в литературе часто сокращается до СОХ) — сеть хребтов, расположенных в центральных частях всех океанов. Возвышаются над абиссальными равнинами на 2—3 км. Общая протяжённость хребтов более 60 тыс. км. В этих структурах происходит образование новой океанической коры и процесс спрединга. Срединно-океанические хребты разделяются на быстро-спрединговые и медленно-спрединговые. Для хребтов со скоростью расхождения плит 8—16 см/г характерно отсутствие прогиба в центральной части. Характерный пример такого рифта Восточно-Тихоокеанское поднятие. Профиль рельефа в стороны от хребта этого типа лучше всего описывается формулой H=0,35 * t^0,5, где H увеличение глубины по сравнению с осью хребта, а t возраст океанической коры. Медленно-спрединговые хребты имеют отчётливую центральную депрессию — рифт глубиной 4000—5000 метров.

13. Абиссальные равнины — глубоководные равнины океанических котловин и впадин краевых морей. Абиссальные равнины занимают ~40 % площади ложа океанов и лежат на глубинах 2500—5500 метров. Они расположены между подножьем континента и срединно-океаническим хребтом^[1]. Кроме срединно-океанских спрединговых хребтов в Мировом океане существует еще большое число крупных подводных возвы­шенностей и хребтов иного происхождения, разделяющих глубо­ководные котловины. Эти поднятия океанского ложа имеют раз­нообразную форму. Одни из них более или менее изометричные, овально-округлые, например, Бермудское — в Атлантическом океане, Крозе — в Индийском, Шатского и Хесса — в Тихом и ряд других. Некоторые из них за плоский рельеф, образованный осадочным слоем, называют плато, например плато Онтонг-Джа-ва в Тихом океане. Другие — отчетливо линейные, протягиваю­щиеся местами на тысячи километров при ширине порядка сотни километров; классические примеры — Мальдивский и Восточно-Индийский хребты в Индийском океане. Третьи имеют промежу­точную форму — вытянутую, с несколько неправильными очерта­ниями, например Кергелен в Индийском океане, Китовый хре­бет — в Атлантическом. Микроконтинент — подводное плато или отдельный остров в океане с типичной, но утончённой до 25-30 км континентальной корой, который откололся от континента на ранней стадии раскрытия океана.

14. Трансформный разлом — тип разлома, который располагается вдоль границы литосферной плиты. Относительное движение плит является преимущественно горизонтальным и направленным вдоль разлома, то есть кора в месте разлома не создаётся и не уничтожается. Направление сдвига бывает левое (sinistral) и правое (dextral). Не все разломы являются трансформными, и не все границы плит имеют трансформные разломы. Большинство трансформных разломов расположены на океаническом дне, где они смещают активные раздвигающиеся хребты и формируют зигзагоподобные границы плит. Однако наиболее известные трансформные разломы находятся на суше. Трансформные разломы являются одним из трёх типов границ плит в тектонике. Термин был предложен Джоном Т. Вилсоном в 1965 году и использовался им для описания поперечных горизонтально-смещённых сбросов вдоль которых смещаются срединно-океанический хребты. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является классическим примером трансформного разлома.

15. Переходные между континентами и океанами области имеют особое значение в «тектонической жизни» земной коры и литосферы. Здесь накапливается основная масса осадков и вулканитов, здесь они подвергаются, сразу или через некоторое время, наиболее интенсивным деформациям, здесь континентальная кора замещается субокеанской или океанской, а океанская преобразуется в континентальную. С практической точки зрения важно то, что эти области — основные зоны нефтегазонакопления.

Переходные области обычно именуют континентальными окраинами, хотя они в такой же или даже большей мере являются окраинами океанов, занимая около 20% их площади. С позиций тектоники плит их подразделяют на два типа: пассивные (внутриплитные) и активные (субдукционные и трансформные). Трансформные пользуются наименьшим распространением.

16. Пассивная континентальная окраина - граница блока континентальной коры с океанической корой, но нет межплитной границы. В настоящее время главными особенностями пассивных окраин надо считать их внутриплитное положение и низкую сейсмическую и вулканическую активность с отсутствием глубинных сейсмофокальных зон. Пассивные окраины характерны для молодых океанов — Атлантического, кроме двух участков против Антильской и Южно-Сандвичевой вулканических дуг, Индийского, кроме обрамления Зондской дуги, Северного Ледовитого, а также для антарктической окраины Тихого океана. Образовались они в процессе раскола суперконтинента Пангея, начавшегося около 200 млн. лет назад, и их возраст колеблется в пределах от этой даты до эоцена включительно. В строении типичных пассивных окраин всегда выделяется три главных элемента (не считая прибрежной равнины):

1. шельф;

2. континентальный склон;

3. континентальное подножие.

Этот тип континентальных окраин был, по существу, впервые выделен еще Э. Зюссом в 1885 г., указавшим на различие между двумя типами берегов — атлантическим, с несогласным срезанием складчатых систем суши береговой линией океанов, развитием широких прибрежных равнин и отсутствием параллельных берегу островных дуг, и тихоокеанским, обладающим противоположными признаками.

17. Активная континентальная окраина возникает там, где под континент погружается океаническая кора. Эталоном этой геодинамической обстановки считается западное побережье Южной Америки, её часто называют андийским типом континентальной окраины, противопоставляя пассивной окраине. Для активной континентальной окраины характерны многочисленные вулканы и вообще мощный магматизм. Расплавы имеют три компонента: океаническую кору, мантию под ней и низы континентальной коры.

Под активной континентальной окраиной происходит активное механическое взаимодействие океанической и континентальной плит. В зависимости от скорости, возраста и мощности океанической коры возможны несколько сценариев равновесия. Если плита двигается медленно и имеет относительно малую мощность, то континент соскабливает с неё осадочный чехол. Осадочные породы сминаются в интенсивные складки, метаморфизуются и становятся частью континентальной коры. Образующая при этом структура называется аккреционной призмой. Если скорость погружающейся плиты высока, а осадочный чехол тонок, то океаническая кора стирает низ континента и вовлекает его в мантию.