книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

впадинами. Разрушаясь, острова заполняют обломочным материалом межостровные впадины. Одновременно в ре­ зультате многократных фаз складчатости пласты осадочных пород сминаются в складки. В процессе тектонических дви­ жений породы растрескиваются и по образовавшимся рас­ колам происходит внедрение различных интрузий в толщи горных пород. В эту стадию в геосинклинальной области формируется так называемая флишевая формация, с отчет­ ливо выраженным слоистым строением, которое обусловле­ но чередованием пород различного литологического соста­ ва — сланцев, мергелей, известняков и песчаников. Харак­ терно, что отложения флишевой формации совершенно лишены остатков фауны. В качестве примера современной развивающейся геосинклинальной области можно привести часть Тихого океана с грядами Курильских и Японских ос­ тровов, Индонезийским архипелагом и т. п.

В дальнейшем вследствие складкообразовательиых про­ цессов и магматической деятельности на месте геосинкли­ нали образуется складчатая область. Последняя постепенно утрачивает тектоническую активность и превращается в платформу.

При воздымании молодой складчатой горной страны на­ капливаются мощные толщи осадочных отложений преиму­ щественно грубообломочного происхождения. Они обычно выполняют межгорные котловины и образуют шлейфы по окраинам горных сооружений. Такие образования известны под названием молассовой формации и состоят в основном из конгломератов, галечников, грубозернистых песков и песча­ ников и реже глинистых пород. Мощность молассовой форма­ ции часто достигает нескольких километров.

Платформенные области, или платформы, представляют собой устойчивые участки земной коры, характеризующиеся малой подвижностью, небольшой амплитудой колебательных движений, крайне слабым и своеобразным развитием магма­ тических проявлений, накоплением незначительных по мощ­ ности осадочных отложений. Они обычно образуются на мес­ те ранее существовавших геосинклинальных областей и ха­ рактеризуются двухярусиым строением. Нижний ярус, или складчатый фундамент платформы, сложен образованиями геосинклинальных формаций. Слагающие его вулканогенные и осадочные породы обычно интенсивно метаморфизованы, смяты в крутые и сложные складки, разорваны тектонически­ ми нарушениями и пронизаны интрузиями магмы. В отличие

130

от этого верхний ярус, или осадочный чехол, сложен горизон­ тально или почти горизонтально залегающими пластами оса­ дочных пород. Породы осадочного чехла, как правило, не подвержены процессам метаморфизма. Магматические обра­ зования встречаются редко и представлены щелочными инт­ рузиями и базальтовыми покровами. Верхний ярус обычно отделяется от нижнего, т. е. складчатого основания крупным региональным несогласием. Участки, где складчатый фунда­ мент близко подходит к земной поверхности или те участки, где отсутствует осадочный покров, называются щитами, а опу­ щенные участки с осадочным покровом верхнего яруса —

плитами.

Примерами платформенных областей являются Русская, Сибирская, Австралийская, Американская и другие плат­ формы. В пределах каждой из них могут быть выделены щиты. Например, на Русской платформе выделяют Балтий­ ский и Украинский щиты, а на Сибирской — Анабарский и Алданский.

Наиболее распространенными осадочными отложениями на платформах являются песчано-глинистая и карбонатная формации. Большое значение имеют также глауконитово­ фосфоритовая и угленосно-бокситово-железистая формации.

Песчано-глинистая формация на платформах обычно сложена переслаивающимися пачками песков и глин. Пес­ ки, обычно, кварцевые, или с примесью полевых шпатов, глауконита и других минералов. Среди глинистых отложе­ ний преобладают серые слоистые или белые каолиновые глины. По условиям образования отложения песчано-глинис­ той формации весьма различны. Те из них, в которых пре­ обладают глины, являются осадками морских бассейнов, а те, в которых доминирует песчаный материал, могут быть либо прибрежно-морскими, либо озерно-речными, либо эо­ ловыми образованиями. Карбонатная, или известково-доло­ митовая формация сложена преимущественно органогенны­ ми известняками и доломитами, иногда с прослоями и лин­ зами гипсов и ангидритов. Весьма редко среди карбонатных толщ встречаются прослои горючих или битуминозных сланцев. Образование известково-доломитовых отложений обычно связывают с мелководными участками эпиконтинентальных морей. Доломиты, гипсы и ангидриты накапливают­ ся в периоды поднятий платформенных областей, сопровож­ дающихся некоторой регрессией моря и возникновением за­ соленных бассейнов лагунного типа.

131

Глауконитово-фосфоритовая формация приурочена обыч­ но к низам трансгрессивных серий. Эта формация представ­ ляет собой комплекс пород, в основании которых залегает небольшой слой базальных конгломератов, над ними — кварцево-глауконитовые пески и пласты фосфоритовых кон­ креций, затем следует горизонт глауконитовых песков, пере­ крываемый толщей карбонатных отложений.

Угленосно-бокситово-железистая формация образуется в условиях длительного континентального режима и сложена песчано-глинистыми отложениями с приуроченными к ним линзами бурых углей, бокситов или осадочных железных руд. Соединения железа, а также бокситы накапливаются в озерных бассейнах за счет привноса железа и алюминия, вы­ щелачиваемых при размыве горных пород соседних районов. Мощность платформенных формаций обычно невелика и со­ ставляет несколько десятков, реже несколько сотен метров.

Весьма своеобразны по своему составу осадочные отло­ жения, слагающие краевые прогибы. Внутренняя зона про­ гиба, примыкающая к складчатым сооружениям, заполняет­ ся мощной толщей грубообломочных осадков. Здесь получа­ ют развитие сложные линейные складки. Во внешней зоне, примыкающей к платформе, накапливаются тонкозернистые терригенные, известковые и соленосные осадки небольшой мощности. В целом же для данных структур типичными яв­ ляются так называемые красноцветная, соленосная, угленос­ ная и нефтепроизводящая формации.

Отложения красноцветной формации отличаются боль­ шим разнообразием слагающих ее пород. Она сложена пес­ чаными и глинистыми осадками с прослоями и линзами конгломератов, галечников, гипсов, доломитов, мергелей и известняков. По условиям образования отложения данной формации представляют собой толщи речных, озерных, дельтовых и прибрежно-мо.рских осадков мощностью, изме­ ряемой нередко тысячами метров.

Соленосная формация накапливается в лагунных бассей­ нах, размещающихся внутри краевых прогибов. Интенсивное прогибание земной коры в пределах таких прогибов обуслов­ ливает быстрое погружение и захоронение отложившихся солей. Эта формация почти исключительно сложена осадка­ ми химического происхождения. Вначале в осадки выпада­ ют доломиты, затем гипсы и ангидриты и в последнюю оче­ редь различные галоидные соединения.

Отложения угленосной Формации образовались в усло-

132

виях теплого и влажного климата, когда значительные уча­ стки земной поверхности были покрыты пышной раститель­ ностью. В процессе прогибания совместно с тонкозернисты­ ми песчано-глинистыми осадками накапливаются огромные массы растительных остатков, которые постепенно углефицируются и превращаются в залежи каменных углей. Раз­ личают три типа угленакопления: паралический (морской), лимнический (озерный) и типа межгорных впадин. Накоп­ ление углей в межгорных впадинах происходит наряду с от­ ложением разнообразных по составу грубообломочных осад­ ков, преимущественно галечников, конгломератов, грубозер­ нистых песчаников и образует среди них прослои и линзы.

Нефтепроизводящая формация образуется в результате накопления значительных масс органического вещества и последующего его быстрого захоронения. Эта формация сло­ жена преимущественно глинистыми, песчаными и карбо­ натными отложениями. Первые из них выполняют роль эк­ рана, изолируя органическое вещество от окисления. Песча­ ные и карбонатные отложения, обладающие значительной пористостью, представляют собой естественные резервуары, где накапливается нефть.

§ 3. ГЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ

Причины возникновения материков, морей и океанов, а также образования гор и формирования тех или иных тео­ логических структур исследователей нашей планеты интере­ суют очень давно. Изучением различных геологических струк­

тур, происхождением и историей их развития занимается спе­ циальная отрасль геологии — тектоника пли геотектоника, по­ этому все рассматриваемые гипотезы называются геотектони­ ческими. Поскольку затронутый вопрос является чрезвычайно сложным, то учеными в разное время было высказано много различных геотектонических гипотез. Особенно много геотектонических гипотез появилось в XIX и XX вв.. но, к сожалению, ни одна из них в настоящее время не может дать исчерпывающего объяснения происхождению различ­ ных движений, обусловливающих процессы образования гоо

и складчатости, материков и морей. Это можно объяснить, прежде всего, сложностью вопроса и, кроме того, все еще

133

слабой изученностью земной коры, 71% поверхности кото­ рой скрыто под водами морей и океанов.

Все геотектонические гипотезы условно можно объеди­

Контракционные гипотезы, или гипотезы сжатия. Соглас­ но данной группе гипотез, наша планета вначале представ­ ляла расплавленную массу и в настоящее время находится в состоянии прогрессивного охлаждения. Наружная ее обо­ лочка уже охладилась и поэтому ее объем остается неиз­ менным, в то время как внутренние части Земли, еще недо­ статочно остывшие, продолжают сжиматься и уменьшаться в объеме. Это приводит к тому, что земная кора становится слишком просторной для уменьшающегося ядра и она под влиянием постоянно существующих внутренних сил сминает­ ся в складки.

Авторы данной группы гипотез сравнивают нашу планету с усыхающим яблоком, морщины которото соответствуют складкам Земли. Идеи контракции высказывались и поддер­ живались большим количеством ученых, среди которых сле­ дует упомянуть Э. Зюсса, Э. Ога, Г. Штилле, И. Мушкетова, А. Павлова и многих других исследователей.

Некоторые представители данных групп гипотез объяс­ няли сжатие земной коры процессами изменения формы Земли, которые были вызваны уменьшением скорости ее вращения вокруг оси. Так, они считали, что Земля в далеком прошлом вращалась вокруг оси значительно быстрее, чем в современную эпоху. Поэтому она прежде представляла со­ бой значительно более сильно сплюснутый эллипсоид вра­ щения. В связи с уменьшением скорости вращения форма ее впоследствии все больше и больше приближалась к форме шара. По мнению сторонников такого предположения, это должно было привести к сокращению площади земной по­ верхности, так как известно, что один и тот же объем имеет минимальную площадь поверхности, если он имеет формѵ шара. Поэтому земная кора с течением времени должна бы­ ла сжиматься и подвергаться смятию в складки.

Дальнейшее развитие гипотезы сжатия получили в уче­ нии о геосинклиналях и платформах, основы которого были изложены выше. Как уже отмечалось, в пределах геосинклинальных областей имеет место усиленное накопление осад­

134

ков и погружение их на большие глубины. В результате по­ гружения происходит смятие горных пород в складки и воз­ никновение на месте геосинклиналей (в результате инвер­ сии) горных сооружений.

Учение о геосинклиналях назьивают венцом развития контракционных гипотез. Д. Холл, Д. Дана, Э. Ог, А. П. Кар­ пинский, А. П. Павлов, В. А. Обручев, А. Д. Архангельский, И. М. Губкин и многие другие ученые являются представи­ телями этой школы.

Однако все контракционные гипотезы имеют слабые ме­ ста. Они недостаточно объясняют:

1) происхождение горных сооружений меридионального простирания (Кордильеры, Анды и др.);

2)чем вызвана существенная разница в строении зем­ ной коры в пределах океанов и континентов;

3)почему процессы орогенеза на Земле имеют тенден­ цию к периодичности.

Гипотезы горизонтального движения континентов. Отме­

ченные слабые стороны контракционных гипотез пытались устранить авторы гипотез мобилизма, или горизонтального движения континентов. Ученым, который наиболее полно обосновал данную гипотезу, был немецкий геофизик Аль­ фред Вегенер. Согласно его гипотезе сиалическая оболочка еще в ранние эпохи архейской эры покрывала всю Землю, под которой располагалась огненно-жидкая симатическоя оболочка. Эту сплошную сиалическую оболочку Вегенер на­ звал Пангеей. Под влиянием притяжения Солнца была ото­ рвана от Земли часть ее сиалической и частично симатической оболочки. Это произошло где-то в районе современного Тихого океана. За счет этой оторвавшейся массы впослед­ ствии образовалась Луца. На Земле же сиалическая обо­ лочка сохранилась лишь в пределах современных континен­ тов. Под влиянием центробежной силы оставшаяся масса сиалической оболочки продолжала движение по симатическому веществу. В дальнейшем, сиалическая оболочка рас­ кололась на ряд отдельных глыб, каждая из которых в от­ дельности перемещалась по симатическому веществу в направлении с востока на запад со скоростью, пропорцио­

нальной их массе.

Наряду с плаванием глыб по веществу симы в морях и океанах должно было происходить накопление осадков за счет разрушения континентов. Поэтому осадки, которые от­ кладывались по окраинам глыб, сминались в складки, так

135

более легких глыб сиаля по более плотной и чрезвычайно вязкой снме; неизвестны силы, вызвавшие разрыв Пангеи; совпадение конфигурации отделившихся друг от друга кон­ тинентов весьма приблизительно и ряд других фактов.

Несмотря на указанные недостатки, эти гипотезы в ка­ кой-то степени отражают истину, в частности, горизонталь­ ные движения континентов, хотя и не в таких крупных мас­ штабах, все же существуют. В настоящее время эго можно считать установленным. К примеру, А. Вегенер, сопоставляя данные многократных измерений долготы о. Сабина у бере­ гов Гренландии, установил перемещение о. Сабина и берега Гренландии за 84 года на 950 м к западу, что соответствует скорости 11 м в год.

В последние годы в пользу данной гипотезы высказались специалисты-геофизики, изучающие остаточный магнетизм древних горных пород. Оказывается, что при расчетах гео­ графического положения древних полюсов необходимо обя­ зательно вводить поправку на расползание материков по Вегенеру.

Радиологические гипотезы. Данная группа гипотез свя­ зывает причины складко- и горообразования с теплотой, выделяющейся при радиоактивном распаде элементов, скон­ центрированных главным образом в нижней части сиалической и в меньшей мере в верхней части симатической оболо­ чек. Наиболее распространенными радиоактивными элемен­ тами, выделяющими значительное количество теплоты, являются уран, торий и калий. Среди горных пород наиболее богаты этими элементами кислые магматические породы, осо­ бенно граниты; основные же породы значительно беднее ими.

Выделяющаяся ■при радиоактивном распаде тепловая энергия нагревает вещество сиалической и верхней части си­ матической оболочек. Поскольку вещество «симы» в недрах Земли постоянно находится в разогретом состоянии и тем­ пература его близка к точке плавления, то при незначитель­ ном ее повышении (до 5°), оно переходит в расплавленное состояние. В жидком состоянии объем симатического веще­ ства примерно на 12% больше, чем в твердом Увеличиваясь в объеме при расплавлении, оно разрывает сиалическую обо­ лочку и разбивает ее на отдельные глыбы, каждая из кото­ рых погружается в расплавленную «симу». Глубина погруже­ ния каждой глыбы зависит от мощности сиалической обо­ лочки; чем больше мощность, тем больше погружение. По мере погружения спалических глыб базальтоподобное ве­

137

щество «симы» устремляется по образовавшимся трещинам в виде мощных базальтовых излияний. Подобные излияния, например, хорошо известны в Индии, на Деканском плоско­ горье, в Северной Америке, бассейне р. Колумбии и других местах. В то же время погружающиеся участки суши испы­ тывают трансгрессию моря с накоплением морских осад­ ков.

Кроме того, сиалические глыбы приобретают способность горизонтального перемещения. Однако в отличие от ранее рассмотренных гипотез мобилизма в данном случае движе­ ние глыб происходит только тогда, когда симатическое ве­ щество находится в расплавленном состоянии. В результате такого движения сиалических глыб происходит смятие гор­ ных пород в складки и образование гор.

Процессы складко-и горообразования, а также излияния базальтовых лав сопровождаются потерей значительного количества тепловой энергии, в результате чего вещество «симы» вновь переходит в твердое состояние. Затем начи­ нается длительный период накопления теплоты, выделяю­ щейся при радиоактивном распаде в пределах «сиаля» и верх­ ней части «симы». Это приводит к возрастанию температуры вещества «симы», и когда оно снова переходит в расплав­ ленное состояние, все описанные выше явления повторяются вновь. Таким образом, радиологические гипотезы объясняют периодичность процессов орогенеза.

Естественно, что расплавление «симы» происходит не повсеместно, а в тех местах, где имеется большая концент­ рация радиоактивных веществ. Вследствие этого процессы

•складно- и горообразования не могут быть одновременными для всей Земли в делом.

Следуя М. М. Чарыгину и др. (1968), эпохи складко- и

континентов в пенеплен — как эволюционные эпохи в жизни земной коры. По подсчетам Джоли, одного из главных ав­ торов радиологических гипотез, каждая революционная эпо­ ха продолжается 3—5 млн. лет, а каждая эволюционная — около 30—33 млн. лет.

На современном этапе развития геологии радиологиче­ ские гипотезы рассматриваются как наиболее приемлемые, но, к сожалению, и они не могут дать исчерпывающего объ­ яснения процессам складко- и горообразования, а также

138

формирования тех или1 иных геологических структур ввиду чрезвычайной сложности затронутого вопроса.

Рассмотренные выше различные группы гипотез в из­ вестной мере используют в своих построениях принцип рав­ новесия (изостазии), выделяемый многими авторами как самостоятельную теорию горообразования. Согласно данной гипотезе материковые глыбы благодаря своей тяжести вдав­ ливаются в магму на различную глубину. Разгрузка глыб происходит вследствие их денудации, а дополнительная на­ грузка возникает при накоплении снесенных во впадины разрушенных частиц. Прогибание и поднятие участков зем­ ной коры происходят соответственно при увеличении нагруз­ ки и при их разгрузке. Эпейрогенические движения и в из­ вестной мере складчатые движения некоторые ученые объ­ ясняли принципом изостазии, получившим название «теории изостазии».

Все рассмотренные геотектонические гипотезы в извест­ кой степени объясняют причины складкообразовательных и вертикальных движений в земной коре. Однако ни одна из них не дает исчерпывающего объяснения всему многообра­ зию движений, которые претерпела и претерпевает земная кора на протяжении всей истории ее существования. Для то­ го чтобы удовлетворительно объяснить причины складко- п горообразования, необходимо хорошо знать процессы, проис­ ходящие в глубоких недрах Земли.

Гл а в а VI. ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Кчислу геологических явлений, возникающих под дейст­ вием внутренних сил Земли могут быть отнесены: 1) внедре­ ние в земную кору и выход на ее поверхность поднимающей­ ся из глубоких недр Земли расплавленной магмы (магма­ тизм и вулканизм); 2) движения земной коры, проявляющи­

еся как в периодических медленных волнообразных подняти­ ях и опусканиях ее (эпейрогенические движения), так и в нарушении первоначального положения толщ горных пород и их сплошности (складчатые и разрывные нарушения); 3) резкие сотрясения земной коры в результате море- и земле­ трясений.

Относительно природы сил, которые вызывают указанные геологические явления, существуют лишь предположения и различные гипотезы, о которых мы говорили выше. Здесь

139