методичка

кремнем и яшмой. Трепел представляет собой мелоподобную породу, состоя-

щую из мельчайших стяжений опала, очень легкую и макроскопически неотличимую от диатомита. Уплотненный трепел называется опокой.

Сульфатные породы состоят из минералов ангидрита (CaS04) и гипса (CaS04

H20) и заимствуют их соответствующие названия. Они имеют хемогенное происхождение и возникают из перенасыщенных растворов в засолоненных озерах и лагунах. Галоидные породы возникают в условиях, аналогичных условиям образования сульфатных пород. Наиболее распространенными их представителями являются каменная соль, состоящая из галита (NaCl), и

сильвинит, представленный сильвином (КС1). Фосфоритовые породы

представлены фосфоритом, имеющим кристаллическую или скрытокристаллическую структуру и образующим либо конкреции, либо цемент в терригенных породах. Довольно часто происходит фосфоритизация органических остатков в породах, что дает основание для ошибочного утверждения некоторыми исследователями не только хемогенного происхождения фосфоритовых пород, но и биогенного. Марганцовистые породы — это породы, содержащие первые проценты марганца. Чаще всего это гидроксидные соединения марганца, называемые псиломеланом. При содержании марганца в породе, превышающем 10 %, порода превращается в руду. Марганец часто встречается в сочетании с железом, образуя железо-

марганцевые конкреции. Их запасы в современных океанах исчисляются триллионами тонн. Аллитные породы отличаются высоким содержанием глинозема. К ним относятся латериты, возникающие как элювиальный продукт физико-химического выветривания. Если в этих породах содержание А1203

превышает 28%, они стано-ввятся рудой — бокситом.

Каустобиолиты, или горючие породы возникают из продуктов переработки мягких тканей представителей органического мира. В

зависимости от способа переработки (участие кислорода и бактерий) среди них различают битумы, гумусы и сапропелиты. Битумы представляют, собой углеводороды метанового ряда, в их состав входят газ, нефть и твердые образования — озокерит, или горный воск, и асфальт. Гумусы являются углеродсодержащими породами и в зависимости от степени разложения

61

органического вещества образуют ряд: торф (содержание С 50-60 %), бурый уголь (С 70 %), каменный уголь (С 80 %) и антрацит (С 90 %). Сапропелиты

представляют собой смесь пелита и тонкодисперсного органического вещества. В их состав входят сапропелевые угли и горючие сланцы. Эти породы образуются из сапропеля, накапливающегося в озерных водоемах и называемого иногда гиттией.

П о л е зн ы е и с к о п а е м ы е о с а д о ч н о г о г е н е зи с а . Месторождения,

непосредственно связанные с процессами седиментации и диагенетического преобразования осадков, наиболее распространены по сравнению с другими генетическими группами, т.к. в верхней части земной коры преобладают осадочные породы. К ним относятся: месторождения энергетического и химического сырья (угли, торф, горючие сланцы, сапропели, битумы,

газогидраты, каменные соли); металлических полезных ископаемых (железо,

марганец, золото, платина, медь, уран, торий, редкие и рассеянные металлы);

сырья для производства удобрений (фосфориты, калийные соли, селитра,

бораты); горно-индустриального сырья (кварцевый песок, диатомиты, трепела,

цеолиты); стройматериалов (карбонатные породы, нипс, кровельные сланцы,

бутовый камень, глины, песок, гравий) и камнесамоцветов (алмаз, янтарь,

изумруд, сапфир, агат, халцедон и пр.).

Лабораторная работа № 8.

Изучение и определение основных представителей осадочных горных пород

Цель работы: Изучить генезис, состав и структурно-текстурные особенности осадочных пород. Получение навыков определения основных типов осадочных пород

Необходимые материалы: Демонстрационная коллекция осадочных горных пород, раздаточные наборы с образцами песка, гравия, гальки,

конгломерата, песчаника, глины, аргиллита, известняка,

мергеля, опоки, диатомита, сильвинита, фосфорита, боксита,

каменного угля, лупы с семиили десятикратным увеличением,

62

стекла, 10% раствор HCl, чашки Петри, вода, таблицы для

определения осадочных пород

Порядок выполнения работы:

1.Разделить предложенные для определения образцы на группы:

обломочных рыхлых, обломочных сцементированных, глинистых,

карбонатных, кремнистых, галогенных, глиноземистых,

фосфатных, каустобиолитов.

2.Определить по таблице название всех образцов из раздаточного набора и описать выявленные свойства (цвет, плотность,

пористость, размеры обломков, органические остатки, реакция с кислотой, размокание в воде).

3.Сделать краткое описание каждой группы. Результаты можно оформить в виде таблиц,

63

Часть 3. Геотектоника

Тема 6. Формы проявления тектонических движений в горных породах.

С к л а д ч а ты е с тр ук т ур ы . В подавляющем большинстве случаев осадочные горные породы, образующиеся в морях, озерах, обладают первично горизонтальным или почти горизонтальным залеганием, образуя слои – геометрические тела, сложенные горной породой, имеющие плоскую форму и относительно небольшую толщину по сравнению с длиной и шириной,

ограниченные более или менее четко выраженными поверхностями напластования. Первоначально залегая горизонтально, слои горных пород впоследствии оказываются деформированными, Формы, возникающие в результате деформаций, называются вторичными. Изгиб слоя без разрыва,

возникающий при пластической деформации пород, называется складкой. У

каждой складки существуют определенные элементы: крыло складки, угол при вершине складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки.

Складки, у которых осевая плоскость и крылья параллельны между собой,

называются изоклинальными. В зависимости от наклона осевых плоскостей к горизонту изоклинальные складки могут быть прямыми, опрокинутыми и лежачими. По форме свода (замка): острые или с округлыми сводами.,

сундучные (корытообразные). Когда в толщах присутствуют пластичные и относительно легкие породы, например, такие как соль, гипс, ангидрит, реже глины образуются диапировые складки и соляные купола, т.к. со временем пласт соли, как более легкий, среди плотных пород, начинает перетекать вверх, приподнимая слои, залегающие выше. Такие диапировые складки и купола широко распространены в Прикаспийской впадине, в которой имеются соляные купола кунгурского яруса пермской системы (260 млн. лет назад).

Встречаются соляные купола в Белоруссии, в Керченско-Таманском и Апшеронском прогибах, в Северной Германии, в Мексиканском заливе и других местах. Формы складок сводятся к нескольким основным типам и различаются по форме и размерам. Главными являются два типа:

антиклинальные и синклинальные. Антиклинальная складка

64

характеризуется тем, что в её центральной части, или в ядре, залегают более древние породы; во второй – более молодые. Некоторые дислокации слоистых пород не называются складками – это прогибы и выгибы различных размеров и форм. Это антеклизы, синеклизы, сводовые поднятия и депрессии. Контуры антеклиз и синеклиз, являющиеся крупнейшими поднятиями и прогибами платформ древнего заложения неправильно-округлые, размеры достигают сотен и даже тысяч километров. Иногда в сводах антеклиз отсутствуют целые серии слое, или весь осадочный чехол. Антеклизы, у которых кристаллический фундамент обнажен на больших площадях называются щитами (Балтийский,

Алданский, Анабарский, Украинский).

Р а зр ы вн ы е н а р уш е н и я появляются в литосфере под воздействием напряжений, превосходящих предел прочности горных пород. В любом разрывном нарушении (параклазе) всегда есть поверхность разрыва, или сместитель, и крылья разрыва или два блока горных пород, расположенных по обе стороны от поверхности разрыва, которые и подвергаются смещению.

Блок пород или крыло, располагающееся выше сместителя называют висячим,

а блок, располагающийся ниже – лежачим. Перемещение крыльев друг относительно друга по смесителю называется амплитудой смещения.

По геометрической классификации сбросами называют такие параклазы, у

которых смещение крыльев происходит в направлении падения сместителя

(рис. 4 а). Они могут быть вертикальными и наклонными, но не положе 45°.

Если сбросовая трещина наклонена в сторону опущенного крыла, сброс называют нормальным или прямым. Если сбрасыватель падает в направлении поднятого крыла, сброс называют обращенным или взбросом (рис. 4 б). Если сместитель падает под углом менее 45°, взброс называют надвигом. Трещины часто изгибаются и по простиранию и по падению, т. е. один и тот же разрыв,

если следовать геометрической классификации, на одних участках надо называть сбросом, а на других – взбросом или надвигом. Поэтому В.В.Белоусов предложил называть сбросами параклазы, связанные с опусканиями участков земной коры, взбросами – с поднятиями, а надвигами – с горизонтальными перемещениями.

65

Висячее крыло Лежачее крыло

Висячее крыло

б

Лежачее крыло

а

рис. 3 Схема сброса (а) и взброса (б)

Разрывные нарушения могут образовывать сложные системы, например,

многоступенчатые грабены и горсты. Грабен – это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым её центральная часть опущена (рис. 4 а).

Если сбросов с двух сторон много, то они образуют многоступенчатый грабен.

Прослеживаясь на тысячи километров и образуя сложные кулисообразные цепочки, системы крупных, многоступенчатых грабенов называются рифтами.

Хорошо известна Великая Африкано-Аравийская система рифтов,

прослеживаемая от южной Турции через Левант, в Красное море и далее от района Эфиопии на юг Африки до реки Замбези. Длина этой системы более

6500 км, возраст 15-10 млн. лет.

Горстом называется структура, обладающая формой, противоположной грабену, т.е. центральная часть ее поднята (рис. 4 б). Образование горста обусловлено сжатием, в то время как грабен – провал, связанный с растягивающими усилиями. К сложным горстам относятся Западный Саян,

Тянь-Шань и др. В рельефе крупные грабены часто выражены в виде вытянутых впадин, занятых озерами, реками (Иордан, Рейн). Знаменитое озеро Байкал приурочено к ассиметричному грабену, глубина днища которого составляет 5 км. Байкальский грабен многоступенчатый и является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, протягивающейся на 2500 км.

Такие же рифтовые системы, состоящие из грабенов, известны в Европе –

66

Рейнский грабен, Викинг в Северном море, Рио-Гранде – в Северной Америке. Самые грандиозные рифтовые системы Земли, состоящие из узких грабенов, приурочены к сводам срединно-океанских хребтов. Их общая длина превышает 80 тыс.км.

Рис. 4 Горст (а) и грабен (б)

Покровы и надвиги составляют характерную черту горно-складчатых сооружений, испытавших сильное сжатие, например, Альпы, Пиренеи,

Большой Кавказ, Канадские Скалистые горы, Урал и т.д. В Аппалачских горах востока Северной Америки установлены покровы, переместившиеся на запад по очень пологой поверхности более чем на 200 км с востока. Скандинавские горы представляют гигантский покров, надвинутый по горизонтальной поверхности с запада, со стороны Атлантики на древние кристаллические толщи Балтийского щита на расстояние более 250 км. Запад Северной Америки – Калифорния известен частыми и сильными землетрясениями. Здесь проходит знаменитый тектонический правосторонний разрыв-сдвиг Сан-

Андреас, достигающий в длину 3000 км, а амплитуда оценивается в 400-560 км

(г. Лос-Анжелес ежегодно сдвигается на 5 см).

Лабораторная работа № 8.

Размещение и анализ наиболее известных тектонических нарушений

Земли

Цель работы: Изучение основных форм пластических (пликативных) и

хрупких (дизьюнктивных) деформаций пород. Получение представлений о выраженности тектонических структур в рельефе.

67

Необходимые материалы: контурные карты мира или отдельных

материков; физическая, геологическая и тектоническая карты мира (из

атласа), простые карандаши, чертежные принадлежности.

Порядок выполнения работы:

1.Сделать в тетради схематические рисунки структурных форм:

антиклиналь, синклиналь, антеклиза, синеклиза, сброс, взброс, надвиг, сдвиг,

горст, грабен.

2.Нанести на контурные карты следующие тектонические структуры: Башкирский антиклинорий Урала, диапировые складки Прикаспийской впадины, Апшеронского периклинального прогиба, надвиг Блю-Ридж, Африканские системы рифтов, Рейнский грабен, сводовые поднятия – Шварцвальд и Вогезы, сдвиг Сан-Андреас. Возможны другие варианты.

3.Нарисовать разрезы всех отмеченных на карте тектонических нарушений, проанализировать причину и механизм их образования.

Тема 7.

Новая глобальная тектоника

Со вр е м е н н ы е п р е д с та в ле н и я о вн утр е н н е м с тр ое н и и З е м ли .

Втечение первой половины ХХ века постепенно сложилось представление об оболочечном строении Земли, завершившееся открытием её твердого ядра и наиболее полно сформулированное австралийским ученым К. Булленом,

присвоившим отдельным оболочкам латинские литеры от А (кора) до J (ядро).

Эта схема, ставшая классической, предусматривала выделение коры, верхней и нижней мантии, внешнего и внутреннего ядра, В основном она сохранила свое значение и в настоящее время, но появившаяся в 80-е годы сейсмическая томография стала вносить в нее определенные коррективы. Верхняя и самая тонкая оболочка – земная кора. Её мощность изменяется от нуля (местами в океанах) до 70-75 км (под самыми высокими горными сооружениями), а состав характеризуется по сравнению с мантией обогащенностью кремнеземом,

щелочами, радиоактивными элементами. Её подошва обычно выделяется по

68

скачкообразному возрастанию сейсмических скоростей и выделяется в качестве поверхности Мохоровичича. Природа этой границы (М) достаточно дискуссионна. Верхняя мантия ограничивается сверху поверхностью М

(иногда просто дном океана), а снизу сейсмической границей на уровне

410 км, которая практически повсеместно четко просматривается по скачкообразному возрастанию скорости как продольных, так и поперечных сейсмических волн. Петрографически и петрохимически верхняя мантия отличается от коры по преобладанию ультрамафических пород, пониженному содержанию кремнезема, щелочей, радиоактивных и некоторых других элементов и повышенному – железа, магния, титана. Слой, заключенный между границами 410 км и 670 км, выделяется в качестве переходной зоны между верхней и нижней мантией и известен как слой Голицына. Данный слой по химическому составу не отличается от собственно верхней мантии, но отличается от нее минералогически, т.к. в пределах этой зоны происходит структурная перестройка наиболее характерного для верхней мантии минерала оливина в более плотную модификацию (вадслеит), важной особенностью этой зоны является заметное содержание в ней воды, содержащейся в основном в Mg-силикатах, в количестве 0,1 %. Это способствует высокой подвижности данной зоны. Область ниже границы 660-670 и вплоть до границы ядра на глубине 2900 км, охватывающая более половины объема Земли, обычно выделяется как нижняя мантия, по данным сейсмической томографии выделяется область между 850-900 км и 1700 км под названием средней мантии (рис. 6), кроме того, это подразделение имеет и минералогическое обоснование (переход пиропа в ромбический перовскит;

изменение характера межатомных связей (металлизация) вюстита FeO).

Переходная зона от мантии к ядру в схеме Буллена обозначается как D”.

Роль этой зоны во внутренней жизни Земли по-вилимому, значительна.

Внешнее, жидкое ядро Земли ограничено уровнями 2900 и 5146 км и состоит почти целиком из металлического железа с примесью никеля. Но сейсмические данные показывают, что истинная плотность внешнего ядра несколько меньше, чем, если бы оно имело чисто железо-никелевый состав, и

это заставляет допустить некоторое присутствие более легких элементов – Si,

69

O, S, и даже H. Что касается твердого внутреннего ядра, то вероятность его чисто железо-никелевого состава гораздо более высока, и в настоящее время существует предположение о продолжающемся формировании внутреннего ядра за счет внешнего

рис. 5 Модель строения Земли на основе анализа сейсмотомографических карт

[18, стр.15]

при удалении указанных выше легких примесей. Начало формирования внутреннего ядра не могло быть ранее 2,5 млрд. лет назад и позднее 1,0 млрд.

лет назад. В последние годы были обнаружены две неожиданные характеристики внутреннего ядра – его анизотропия и несколько большая скорость вращения по сравнению с Землей в целом.

Л и то с ф е р а и а с те н о с ф е р а . Одновременно с выделением в твердой Земле коры и мантии наметилось разделение её верхней части на литосферу и астеносферу. Если контраст между корой и мантией усматривается, прежде всего, в их химическом и петрологическом составе, а различия в сейсмических скоростях как отражение этих особенностей, то понятия литосферы и астеносферы с самого начала были основаны на отличиях их физико-

70