Ганжара Геология и ландшафтоведение

Рис. 3.12. Формы складок в плане: а — линейно вытянутая складка; б — брахиантиклиналь; в — брахисинклиналь; г — купол; д — мульда.

мульды — чашеобразные, вогнутые округлые в плане синклинали (рис. 3.12).

В природе складки нередко встречаются группами, образуя сложные складчатые структуры — синклинории и антиклинории. Синклинории образованы в основном синклинальными складками, а антиклинории — антиклинальными.

Чаще всего складки в горных породах образуются под воздействием ориентированного тектонического давления. Реже они имеют не тектоническое происхождение. В частности, известны складки, образующиеся в горных породах под воздействием ледников (гляциодислокации), при оползании осадка вниз по склону (оползне-

вые), диапировые и т.д.

Дизъюнктивные (разрывные) (лат. «дизъюнкто» — разделяю), дислокации проявляются в виде трещин различного размера от нескольких мм до нескольких сотен км. При значительных размерах

трещин, по ним происходит смещение блоков горных пород по какойлибо плоскости, называемой сместителем (фото. 3.26). На рисунке

3.13. показаны элементы, которые необходимо различать при изуче- нии разрывных нарушений. Угол наклона у сместителей меняется от горизонтального или полого (0–45°), до крутого — 45–75°. Разли- чают также вертикальные или близкие к ним углы — 75–90°.

Âразрывах со смещением происходит нарушение сплошности горных пород с последующим перемещение образовавшихся блоков по тектонической трещине — сместителю. О смещении блока горных пород судят по соотношению элементов слоев, из которых он состоит и смесителю, относительно которого происходит смещение.

К этой группе принадлежат такие нарушения, как сбросы, взбросы, сдвиги, надвиги, сложные разрывные нарушения.

Âлюбом разрывном нарушении со смещением выделяют следующие геометрические элементы: сместитель — поверхность

100

сместитель

направление смещения блока земной коры

Рис. 3.13. Схематический вертикальный разрез блока земной коры. Разрывное нарушение и его элементы.

а — угол наклона сместителя; в — угол наклона пласта — угол между горизонтальной линией и подошвой или кровлей пласта. г — лежачее крыло ( расположенное под сместителем); д — висячее крыло — слой, который покрывает сместитель (располагается на сместителем); е — истинная амплитуда смещения — расстояние по сместителю между кровлей или подошвой смещенного слоя; ж — горизонтальная амплитуда смещения — расстояние по горизонтали между кровлей или подошвой смещенного слоя; з — вертикальная амплитуда смещения — расстояние по вертикали между кровлей или подошвой смещенного слоя.

разрыва, по которой происходит смещение; крылья — примыкающие к этой поверхности смещенные блоки горных пород. При на-

клонном положении сместителя крыло, расположенное над ним, называют висячим, à ïîä íèì — лежачим.

По масштабам среди разрывных нарушений различают трещины, тектонические разрывы и глубинные разломы. Ïðè ýòîì

крупные разрывные нарушения практически никогда не выражены одной зияющей трещиной. Наоборот, они представляют собой зоны повышенной трещиноватости, пронизанные многочисленными мелкими разрывными нарушениями, зонами дробления и истирания горных пород.

По морфологии различают следующие типы разрывных нарушений:

101

Сбросы — представляют собой разрывные нарушения, в которых висячее крыло опущено, а лежачее приподнято, сместитель

наклонен в сторону опущенного крыла.

Раздвиги — разрывы, у которых крылья смещаются преимущественно в горизонтальном направлении, удаляясь друг от друга (между ними возникает пропасть).

Сбросы и раздвиги образуются в условиях растяжения земной коры.

Взбросы — разрывные нарушения, в которых висячее крыло поднято по крутому (более 60°) сместителю, а лежачее опущено;

сместитель наклонен в сторону приподнятого крыла.

Надвиги — взбросы, обладающие пологим (менее 60°) сместителем. Очень пологие надвиги с волнистой поверхностью смес-

тителя и значительным горизонтальным перемещением (на десятки и сотни километров), называют шарьяжами, èëè тектоничес-

ким» покровами.

Взбросы, сбросы или сдвиги происходят в тех случаях, когда растягивающие или сжимающие напряжения в горных породах превышают их предел упругости.

Сдвиги представляют собой разрывные нарушения, в которых перемещение блоков друг относительно друга происходит преимущественно в горизонтальном направлении Они часто сочетаются со сбросами, взбросами, образуя переходные нарушения типа сбро-

â

Рис. 3.14. Сочетания разрывных нарушений: а — ступенчатые сбросы, б — горст, в — грабен.

102

со-сдвигов, взбросо-сдвигов и т.п. Взбросы, надвиги и сдвиги обычно формируются в условиях сжатия земной коры.

Часто наблюдаются системы параллельных трещин. Блоки горных пород, заключенные между этими трещинами, перемещаются

одни вверх, а другие вниз. Блоки, перемещенные вверх, получили название — горст, à âíèç — грабен (ðèñ. 3.14).

Землетрясения

Наиболее ярко действия внутренних сил Земли проявляется при землетрясениях. Землетрясения — это внезапные сотрясения зем-

ной поверхности, вызванные естественными причинами.

Они принадлежат к катастрофическим проявлениям природных сил, уничтожающим целые города, изменяющим облик обширных областей земли. Исключительная опасность этого явления природы заставила сконцентрировать на их изучении особые усилия. В

результате в пределах динамической геологии сформировалась самостоятельная наука, изучающая землетрясения — сейсмология.

А все явления связанные с возникновением и проявлением землетрясений называют сейсмическими.

В зависимости от причин вызывающих землетрясения после-

дние делятся на три группы:

1. Обвальные — наблюдаются при больших обвалах горных

склонов и потолков пещер. Радиус их действия незначителен.

2. Вулканические — связаны с деятельностью вулканов (предвещают извержение, чаще сопровождают их). Они могут быть очень сильными, но так же захватывают только небольшие территории и

быстро затухают по мере удаления от вулкана.

3. Тектонические — сопровождают горообразовательные процессы и процессы смещения блоков горных пород без образования

горных массивов.

4. Техногенные — их причиной являются сильные взрывы, производимые в военных или промышленных целях (при добыче железной руды на карьерах Курской магнитной аномалии во время взрывных работ одновременно подрывается от 50 до 200 тонн взрывчатки). Реже случаются техногенные землетрясения, связанные с иными воздействиями человека на литосферу — закачкой жидких промышленных отходов, быстрой откачкой нефти и подземных вод, строительством крупных водохранилищ и т.п.

На долю тектонических землетрясений приходится 95% всех регистрируемых землетрясений. Их возникновение связано с

103

накоплением в горных породах упругих напряжений при тектони- ческих движениях. Эти напряжения могут накапливаться сотни лет, со временем, механическая прочность горных пород оказывается, превышена и накопившиеся напряжения рывком сбрасываются в течение нескольких секунд.

Обычно этот процесс сопровождается разрушением горных пород, образованием трещин и разрывов, и смещением блоков горных пород вдоль них. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии и возникновением механических колебаний, которые распространяются в виде сейсмических волн во все стороны от места возникновения. Скорость распространения сейсмических волн весьма велика и достигает нескольких километров в секунду.

Землетрясения возникают большей частью на глубинах до 70 км (в земной коре), реже их очаги фиксируются в верхней мантии на больших глубинах (до 800 км — в Охотском море).

В различных участках земной коры землетрясения проявляются с неодинаковой силой. На земном шаре существуют районы, где землетрясений почти не бывает, а если и случаются, то очень слабые. С другой стороны существуют районы, где они слу- чаются часто и отличаются особо большой силой. Наибольшее количество сильных землетрясений отмечается по периферии Тихого океана и в пределах молодых складчатых горных сооружений Альпийско-Гималайского пояса (Кавказ, Карпаты, Памир, Тянь-Шань), формирование которых еще не закончилось. В горных и предгорных районах молодых складчатых сооружений землетрясения проявляются чаще, чем на равнинах или в пределах древних горных сооружений (Казахстанский мелкосопочник, Хибины, Урал).

Место в земной коре или в верхней мантии, где накапливались

тектонические напряжения, и произошло мгновенное смещение горных пород, называется очагом землетрясения. Очаг землетря-

сения — это не точка, а некий объем горных пород. Размер очага катастрофических землетрясений может достигать 100 1000 км.

Очаги землетрясений располагаются на глубинах до 700–800 км, но большая часть (3/4) сейсмической энергии выделяется в оча- гах, находящихся на глубине до 70 км.

Место зарождения землетрясения — центр очага, условный то- чечный источник сейсмических колебаний называют гипоцентром

или фокусом землетрясения. Проекция гипоцентра по вертикали на поверхность Земли называется эпицентром землетрясения.

104

Как правило, в области очага происходит смещение (подвижка) одной части объема относительно другой. Место, в котором начи-

нается подвижка, и является гипоцентром.

Параметры землетрясения. Основные характеристики землетрясения получили название параметров землетрясения. Таковыми являются продолжительность землетрясения, его интенсив-

ность, энергия землетрясения и его магнитуда.

Продолжительность землетрясения. Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков образует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последующие (афтершки) толчки. Распределение наиболее сильного толчка (главного землетрясения) внутри роя носит случайный характер. Однако главное землетрясение редко продолжается доль-

ше нескольких десятков секунд.

Интенсивность землетрясения оценивается по эффектам, его проявления на поверхности (разрушениям, сотрясениям поверхности и т.д.). В нашей стране для оценки интенсивности землетрясений с 1964 года используется 12-бальная шкала MSK-64. Шкала MSK-64 составлена применительно к зданиям и сооружениям, не имеющем сейсмостойкого усиления конструкций.

В тех случаях, когда землетрясения или взрывы вулканов происходят под дном океанов, они возбуждают морские волны, которые, достигая берегов суши и встречая их сопротивление, поднимаются на высоту до нескольких десятков метров. Такие волны — цунами (по-японски «цу» — порт, «нами» — волна) — временами приносят

прибрежным районам большие беды.

Прогноз землетрясений. Последствия землетрясения во многом зависят от места расположения очага и от фактора внезапности. Поэтому прогноз землетрясений с возможным предвидением его результатов является исключительно важной практической задачей.

Магматизм

Магматизмом называется весь комплекс процессов и явлений, связанных с образованием и движением в недрах Земли огненно жидкого силикатного расплава — так называемой магмы.

Различают магмы, образовавшиеся в результате плавления зрелой коры и магмы мантийного происхождения. Плавление

зрелой коры и дифференциация магмы происходят в зоне субдукции(погружения)океаническойиконтинентальнойкоры,способствуя аккреции (наращиванию) континентальной коры (рис. 3.15).

105

Таблица 3.1. Шкала МSК-64

106

Считается, что коровые магмы образуются под воздействием мощных тепловых потоков и потоков горячи парогазовых растворов из недр. Такие магмы в целом характеризуются средним или даже кислым составом.

Мантийные магмы образуются в астеносфере или в верхней мантии в зонах разломов, где происходит резкий сброс давления и нарушается термодинамическое равновесие. Образовавшиеся капельки расплава имеют тенденцию собираться в крупные массы, которые мигрируют в верхние горизонты земной коры.

Предполагается, что первичные мантийные магматические расплавы имеют основной (базальтовый) или даже ультраосновной состав. Очевидно, что для образования расплавов, отличных от первичных требуется преобразование магмы. Этот процесс изменения магмы и ее разделения на расплавы разного состава называется дифференциацией магмы.

Дифференциация магмы происходит разными путями, из кото-

рых, возможно, главное значение принадлежит следующим:

1. Кристаллизационно-гравитационная дифференциация

заключается в том, что кристаллизация минералов при остывании расплава идет в строгой последовательности: первыми кристаллизуются самые тугоплавкие (тяжелые) минералы, а затем все менее тугоплавкие и соответственно легкие. Образующиеся кристаллы минералов могут вступать в реакцию с оставшимся магматическим расплавом и последовательно замещаться все менее тугоплавкими минералами. Если реакция окончательно не завершается, то внутри позднее возникших кристаллов сохраняются остатки предшествующих. Данная последовательность, названная реакционным рядом

107

108

Рис. 3.15. Модель процессов плавления в мантии под океаническими хребтами, океаническими островами, материковыми и островными дугами. 1 — базальт или амфиболит; 2 — базальтовая магма; 3 — эклогит; 4 — известково-щелочные породы (андезиты); 5 — остаточный перидотит; 6 — исходный пиролит; 7 — область образования расплава; 8 — осадочные породы.

Боуэна (по имени выявившего ее канадского петрографа), выглядит примерно следующим образом: оливин — пироксен — плагиоклаз — роговая обманка — биотит — ортоклаз — мусковит — кварц. Оставшиеся после образования кварца магматические пары и растворы также могут реагировать с минералами, в результате чего образуются хлорит, серпентин или другие минералы. Магматические растворы, проникая в трещины, формируют рудоносные пегматитовые дайки и жилы. Если кристаллизация происходит быстро, то образующиеся первыми тяжелые минералы оседают на дно магматической камеры, формируя основные породы (габбро). Оставшаяся магма окажется более кислой и богатой подвижными компонентами, следовательно, поверх основных пород начнут возникать средние (диориты, сиениты), а затем и кислые магматические породы (грани-

òû).

2. Процесс фильтрации и отжимания остаточной магмы под влиянием давления происходит в результате того, что объем

расплава примерно на 10% больше, чем объем образующихся из него магматических пород. Следовательно, оставшаяся жидкой часть расплава, будучи гидростатически более легкой, станет от-

жиматься вверх по трещинам под давлением окружающих пород. 3. Ликвация — разделение магмы на два несмешивающихся

расплава. При этом насыщенная кремнеземом, а значит, более легкая жидкость скапливается в верхней части камеры, а более тяжелая — в нижней. Возможно, ликвация также принимает участие в

образовании пегматитов.

4. Ассимиляция заключается в том, что по мере подъема магма растворяет (расплавляет), окружающие горные породы, обогащается продуктами растворения и, следовательно, изменяет свой химический состав. О процессе ассимиляции свидетельствуют êñå-

нолиты — «впаянные» в интрузив обломки вмещающих пород. 5. Гибридизация проявляется в смешении разных расплавов,

что ведет к образованию магматических пород неупорядоченного химического и минералогического состава

По мере остывания интрузивных тел от них отделяются и поднимаются по трещинам перегретые водные растворы и лету- чие компоненты, создавая пневматолитовые месторождения минералов, содержащих олово, вольфрам и другие металлы. На зна- чительном расстоянии от интрузива летучие компоненты исчезают, температура растворов падает, идет формирование гидротермальных месторождений галенита, сфалерита, халькопирита, кварца, кальцита и других минералов.

109