Івано-Франківській національний технічний

університет нафти і газу

О.М. Трубенко, О.Р. Стельмах

Геодинаміка

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

2010

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Івано-Франківській національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра теоретичних основ геології

О.М. Трубенко, О.Р. Стельмах

Геодинаміка

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Для студентів напряму підготовки

6.040103- “Геологія”

Рекомендовано методичною радою

університету

Івано-Франківськ

2010

МВ 02070855-2705-2010

Трубенко О.М., Стельмах О.Р. Геодинаміка: Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – 162с.

У конспекті лекцій висвітлені основні положення геодинаміки, наведені відомості про будову Землі і земної кори, фізико-хімічні властивості геосфер, геотектонічні процеси, геотектонічні гіпотези, критерії пошуків родовищ.

Конспект лекцій складено згідно з робочою програмою дисципліни “Геодинаміка” для студентів напряму підготовки 6.040103 - “Геологія”.

Конспект лекцій призначений для успішного засвоєння та самостійної підготовки студентів очної і заочної форм навчання вищих навчальних закладів з дисципліни «Геодинаміка».

Рецензент: декан геологорозвідувального факультету,

кандидат геолого- мінералогічних наук, професор Омельченко В.Г.

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № _5__ від «_22__»____04____20_10_ р.)

© Трубенко О.М., Стельмах О.Р., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

МВ 02070855-2705-2010

Трубенко О.М., Стельмах О.Р. Геодинаміка: Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – 162с.

У конспекті лекцій висвітлені основні положення геодинаміки, наведені відомості про будову Землі і земної кори, фізико-хімічні властивості геосфер, геотектонічні процеси, геотектонічні гіпотези, критерії пошуків родовищ.

Конспект лекцій складено згідно з робочою програмою дисципліни “Геодинаміка” для студентів напряму підготовки 6.040103 - “Геологія”.

Конспект лекцій призначений для успішного засвоєння та самостійної підготовки студентів очної і заочної форм навчання вищих навчальних закладів з дисципліни «Геодинаміка».

Рецензент: декан геологорозвідувального

факультету, кандидат геолого-

мінералогічних наук, професор В.Г. Омельченко

Голова навчально-методичного

об’єднання спеціальності “Геологія” Б.Й. Маєвський

Завідувач кафедри

теоретичних основ геології О.Р. Стельмах

Член експертно-рецензійної

комісії університету В.А. Старостін

Нормоконтролер Г.Я. Онуфрик

Коректор Н.Ф. Будуйкевич

Інженер 1 категорії Н.В. Мирка

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № _5__ від «_22__»____04____20_10_ р.)

© Трубенко О.М., Стельмах О.Р., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

ЗМІСТ

ВСТУП	6
1 ЗМІСТ ГЕОДИНАМІКИ. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗЕМЛІ………………...………..............	9
1.1 Наукові основи геодинаміки. Внутрішня будова та властивості Землі……………………............................	9
1.1.1 Поняття про науку “Геодинаміка”. Структура та зв’язок з іншими геологічними дисциплінами..............	10
1.1.2 Петрофізичні властивості земних надр .....................	13
1.1.3 Первинна речовина Землі............................................	15
1.1.4 Характеристика геосфер..............................................	18
1.1.5 Фізичні властивості геосфер.......................................	22
1.1.6 Хімічний склад земних надр.......................................	24
1.1.7 Диференціація речовини геосфер Землі.....................	26
1.2 Енергетика Землі...........................................................	29
1.2.1 Джерела теплового поля Землі....................................	29
1.2.2 Характеристика глибинного теплового поля...........	31
1.2.3 Проблема походження глибинного теплового поля Землі........................................................................................	34
1.2.4 Температура надр Землі...............................................	42
1.3 Геодинаміка ядра Землі...............................................	45
1.3.1 Хімічний склад ядра ....................................................	45
1.3.2 Формування ядра..........................................................	46
1.3.3 Будова ядра...................................................................	51
1.3.4 Магнітне поле Землі.....................................................	52
1.4 Геодинаміка мантії........................................................	57
1.4.1 Геодинамічна модель мантії .......................................	57
1.4.2 Склад та властивості мантії........................................	59
1.4.3 Верхня мантія...............................................................	62
1.4.4 Середня мантія.............................................................	64
1.4.5 Нижня мантія................................................................	65
1.4.6 Склад мантії та її властивості......................................	65
1.4.7 Проблеми повзучості та в’язкості...............................	67
1.4.8 Характеристика тектоносфери....................................	71
2 ГЕОДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ ЗЕМНИХ НАДР.........	74
2.1 Геодинаміка астеносфери ...........................................	74
2.1.1 Тектонічні гіпотези в історії геології.........................	74
2.1.2 Тектонічні рухи...........................................................	78
2.1.3 Теорія пограничних шарів при тепловій конвекції...	81
2.2 Геодинаміка літосфери.................................................	85
2.2.1 Границі літосфери .......................................................	85
2.2.2 Класифікація плит........................................................	85
2.2.3 Гіпотеза спредінгу і субдукції.....................................	91
2.2.4 Основні положення концепції спредінгу ложа океанів....................................................................................	94
2.2.5 Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери....	94
2.2.6 Геодинамічні процеси, пов’язані з океаногенезом...	98
2.3 Внутрішня динаміка Землі, типи тектонічних рухів, їх механізм, циклічність ........................................	101
2.3.1 Геодинамічні процеси, пов’язані з континенто-генезом...................................................................................	101
2.3.2 Землетруси....................................................................	102
2.3.3 Розповсюдження землетрусів.....................................	104
2.3.4 Внутрішня структура і механізм дії вулканів............	104
2.4 Екзогенні геодинамічні процеси ................................	107
2.4.1 Природа геодинамічних процесів та методи вивчення ................................................................................	107
2.4.2 Гравітаційні схилові процеси......................................	108
2.4.3 Повзучість та її динаміка.............................................	109
2.4.4 Процеси зсуву та їх різновиди...................................	109
3 ЕВОЛЮЦІЯ ЗЕМЛІ, РОЛЬ ГЕОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ФОРМУВАННІ РОДОВИЩ КОРИСНИХ КОПАЛИН...................................................	111
3.1 Еволюція Землі..............................................................	111
3.1.1 Гіпотези утворення Землі............................................	111
3.1.2 Основні геотектонічні гіпотези..................................	112
3.1.3 Глибинні процеси Землі та їх поверхневі прояви.....	116
3.1.4 Тектоніка плит..............................................................	118
3.1.5 Тектоніка плюмів.........................................................	121
3.1.6 Роль континентів у динаміці Землі.............................	123
3.1.7 Вертикальні рухи всередині континентів..................	124
3.2 Роль геодинамічних процесів у формуванні родовищ корисних копалин..............................................	129
3.2.1 Особливості ендогенних геодинамічних процесів....	129
3.2.2 Особливості екзогенних геодинамічних процесів....	130
3.2.3 Карстові і суфозійні процеси......................................	131
3.2.4 Особливості металогенії платформ, складчастих поясів та областей тектономагматичної активізації..........	135
Висновки...............................................................................	138
Перелік використаних джерел..........................................	142
Додатки..................................................................................	145

Вступ

Обличчя Землі в ході її розвитку постійно змінювалося внаслідок різноманітних геологічних процесів. Більшість з них протікає настільки повільно, що людина за все своє життя не може виявити жодної суттєвої зміни. Однак, коли ці повільні процеси діють протягом тривалих відрізків геологічного часу (мільйонів або мільярдів років), вони призводять до великих перетворень обличчя Землі. А такі процеси, як, наприклад, виверження вулканів, землетруси, відбуваються швидко, тож їх прояв та наслідки людина може спостерігати і досліджувати.

Досліджуючи геологічну будову земної кори, геологи з’ясували, що в історії її розвитку багато разів відбувалася різка зміна фізико-географічних умов, що, у свою чергу, викликало оновлення органічного світу. Таке оновлення відбулося на границі силуру та девону, палеозою та мезозою, а також наприкінці мезозою. Визначено, що такі зміни були пов’язані з потужними гірськотворчими рухами, які виявлялися в цей час в різних частинах земної кулі і супроводжувалися зминанням шарів гірських порід в складки, великими розривними порушеннями, проникненням магми з глибини та іншими геологічними процесами.

Осадочні гірські породи (які складають верхню частину земної поверхні; закономірність їх просторового розподілу та умови залягання) чітко вказують на те, що, наприклад, на місці великої Руської платформи (рівнини) або Західно-Сибірської низовини відбувалися багаточисельні наступи (трансгресії) і відступи (регресії) моря, що залишили по собі свої відклади.

Кавказ, Карпати, Альпи та інші гірські споруди на сучасному етапі підняті на кілька кілометрів. Вони виникли на місці глибоких морів. Але ж і гори не вічні. Тому там, де колись були гірські споруди, тепер простягаються рівнини, або майже рівнини.

Геологічні процеси викликаються різними джерелами енергії. Перші з них пов’язані з силами, що виникають в середині Землі, і називаються процесами внутрішньої динаміки, або ендогенними процесами. До них належать магматизм, метаморфізм гірських порід, повільні коливні вертикальні рухи земної кори, тектонічні рухи, що викликають складчасті та розривні порушення гірських порід і утворення гір, землетруси. Другі – це комплекс процесів, що виявляються на поверхні Землі або в її верхніх частинах, пов’язаний з діями різноманітних зовнішніх факторів (атмосфери, гідросфери, біосфери та ін.). Тому вони називаються процесами зовнішньої динаміки, або екзогенними процесами. До таких належать вивітрювання – руйнація (денудація) гірських порід під впливом коливання температури, води, кисню і вуглекислого газу атмосфери та органічного світу, вітру, атмосферних опадів, поверхневих і підземних вод та льодовиків, роботи морів і озер, процесів, що відбуваються у болотах. Процеси, що пов’язані з денудацією, призводять до утворення великої кількості уламкового матеріалу та розчинних речовин. Ці продукти денудації або переміщуються під впливом сили тяжіння, або захоплюються вітром, текучими водами, льодовиками і зносяться в озера, моря, океани та в інші низинні ділянки рельєфу Землі.

Процеси денудації або переміщення уламкового матеріалу найбільш інтенсивно відбуваються на підвищених ділянках суші, які називаються областями денудації. В пониженнях рельєфу у той самий час відбувається накопичення осадків. Процес накопичення осадків відповідає першій стадії утворення осадочних гірських порід і називається акумуляцією (від лат. “акумуляція” – накопичення). Області, де відбувається цей процес, є областями акумуляції. Сумісна взаємодія денудації та акумуляції призводить до вирівнювання рельєфу (ізостазії). Якби це тривало досить довгий час, вся поверхня Землі перетворилася б на рівнину. Але форми земної поверхні визначаються постійною взаємодією ендогенних та екзогенних процесів. Внутрішні сили, в першу чергу тектонічні рухи, створюють нерівності земної поверхні. Зовнішні сили знищують їх, нівелюючи рельєф. Чим інтенсивніше виявляються внутрішні сили, тим енергійніше працюють зовнішні агенти. Між ними існує закономірний причинно-спадковий зв’язок.

В молодих гірських спорудах (Альпи, Кавказ) в новітній час (неоген-антропогеновий) значно домінували тектонічні підняття, формування яких триває до тепер. В цих умовах екзогенні процеси, які глибоко розчленовували схили гір, все ж відставали від інтенсивних піднять, що знаходить своє морфологічне відображення в утворенні високих гірських хребтів. При затуханні інтенсивності тектонічних рухів поступово починають домінувати екзогенні процеси, які працюють над знищенням створених різких контрастів рельєфу гірської країни.

В природі тектонічного спокою не існує, що є суттєвим. Все перебуває у безперервному русі та змінах, лише періодично відбувається сповільнення процесів, яке потім знову змінюється їх посиленням. У випадках тривалих періодів геологічного часу сповільнення тектонічних рухів та істотного домінування екзогенних процесів відбувається вирівнювання поверхні, прикладом є Казахська гірська країна з її дрібносопковим рельєфом Землі. В ряді гірських країн неодноразово змінювалося співвідношення внутрішніх та зовнішніх сил, що призводило або до зростання гір, або до їх денудації та вирівнювання.

Виходячи з вищенаведеного, Земля є дуже складним об’єктом і потребує вивчення багатьма науками.

1 Зміст геодинаміки. Фізичні та хімічні властивості землі

1.1 Наукові основи геодинаміки. Внутрішня будова та властивості Землі

Землю як планету, її походження в Сонячній системі вивчає наука космогонія. Розміри і форму Землі та особливості рельєфу – геодезія. Будову, склад та стан речовини, яка складає Землю, її зміни у часі – геологія, яка дуже тісно пов’язана з фізикою, хімією та математикою. Добре відомий багатосторонній зв’язок геології з географією в пізнанні закономірностей геологічних процесів, які відбуваються на поверхні Землі, і напряму пов’язаний з формуванням рельєфу. Наука про рельєф, його походження та розвиток називається геоморфологією. Біологія дає можливість відновити історію виникнення та еволюцію органічного світу, тому тісно пов’язана з важливою галуззю геології – палеонтологією (гр. “паляйос” – давній, “онтос” – істота). За рештками скам'янілостей органічного давнього світу відтворюється історія його розвитку. Палеонтологія поділяється на палеозоологію та палеоботаніку.

Таким чином геологія тісно пов’язана з усіма природничими та точними науками і широко застосовує їх методи.

У зв’язку зі складністю об’єкта дослідження геологія значно диференціювалася і тепер є складним комплексом взаємопов’язаних між собою наук.

Основним із найважливіших напрямків геології є вивчення речовинного складу земної кори. Цим займається комплекс наук геохімічного циклу – петрографія, мінералогія, кристалографія, геохімія. Другим важливим напрямком є динамічна геологія, яка вивчає різноманітні процеси, які протікають в глибинах Землі та на її поверхні. Залежно від джерел енергії вони поділяться на процеси внутрішньої динаміки (ендогенні) та процеси зовнішньої динаміки (екзогенні). Вивчення деяких процесів на даний час виділилося в самостійні гілки науки - такі, як тектоніка, вулканологія, сейсмологія, геоморфологія. Третім важливим напрямком в геології є історична геологія, яка вивчає історію і розвиток Землі, послідовність геологічних процесів і змін у часі. Вона також об’єднує комплекс самостійних дисциплін – стратиграфію, палеонтологію, які використовують у встановленні абсолютної геохронології радіологічні методи. Розробка їх – досягнення геохімії. По суті, створена нова галузь науки – радіологія.

Як четвертий напрямок, може бути названа регіональна геологія – наука, яка вивчає геологічну будову та геологічну історію великих областей земної кулі. За останні роки створена нова важлива галузь науки - морська геологія.

Крім вищеназваних основних напрямків, в геології є ряд геологічних наук, які не тільки розробляють важливі наукові проблеми, але й безпосередньо пов’язані з рішенням практичних задач. Це – вчення про корисні копалини, гідрогеологія, інженерна геологія, геофізика, геохімія, кристалохімія та кристалофізика, технічна петрографія, експериментальна тектоніка.

При вивченні Землі, крім диференціювання наук, спостерігається тенденція до їх об’єднання з одночасним використанням різних методів, до синтезу даних суміжних наук. Створені такі суміжні науки – геохімія, геофізика, біогеохімія, геоморфологія, палеогеографія, геодинаміка та ін.

Враховуючи складність об’єкту вивчення, а саме – Земля як об’єкт Космосу і Земля як об’єкт, що розвивається самостійно (в граничних умовах), необхідно розглядати ці два напрямки в єдиній системі науки. Тобто чітко зрозуміти, які питання є суто фундаментальними, а які мають прикладний характер. Це дозволить вирішити пряму і зворотну задачі геології.