0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

споріднених наук. Причому не просто використовувати ці досягнення, а й прагнути знайти внутрішній взаємозв'язок і взаємозумовленість явищ, що вивчаються переліченими вище науками. Виникає природне протиріччя: використання даних різних конкретних наук вимагає залучення відповідних фахівців, а пошук взаємозв'язку і взаємозумовленості різнорідних явищ — залучення ерудованих фахівців, які працюють на «стиканні» цих наук. Мабуть, вихід з цього становища полягає у виконанні обох зазначених вимог.

Друга складність полягає в необхідності подолання традиційних уявлень. Особлива складність виникає в разі перенесення цих уявлень з однієї галузі наук про Землю в іншу. Ілюструванням такої складності можуть бути приклади використання уявлень про земну кору й астеносферу, описані в розд. 3.

Для створення оптимальної геотектонічної концепції, природно, дослідники повинні скористатися відомими сучасними геотектонічними гіпотезами, які часто взаємовиключають одна одну. Тому на шляху їхнього синтезу очікується ще одна складність — необхідність певного компромісу у поглядах дослідників. Мабуть, це найбільша складність. Проте такий компроміс, очевидно, необхідний.

Насамперед слід чітко сформулювати цільове призначення майбутньої геотектонічної гіпотези. Здається, що якщо обмежитись геологічним етапом розвитку Землі, за початок якого можна вважати епоху набуття нею оболонкової будови, то основним призначенням такої гіпотези слід прийняти можливість пояснення структуроутворення в тектоносфері і супутніх йому геологічних процесів, одним з яких є процес формування родовищ корисних копалин. Іншими словами, така гіпотеза повинна бути теоретичною основою планування, проведення та інтерпретації результатів будь-яких геологічних досліджень, кінцевою метою яких є прогнозування розміщення родовищ корисних копалин. Нижче пропонується перелік проблем, вирішення яких повинно сприяти створенню обговорюваної концепції, етапи і можливі форми "їхнього виконання. Зокрема, створенню сучасної геотектонічної концепції структуроутворення в тектоносфері повинно передувати створення комплексної фізико-геологічної моделі тектоносфери Землі, в якій знайшли б відображення головні особливості структуроутворення і супутні йому фізико-геологічні процеси. Така модель, з одного боку, могла б бути відправною точкою для розробляння основних положень геотектонічної концепції, а з іншого — використовуватись як своєрідний полігон для оціню-

269

вання ефективності створюваної концепції. Нестачі в таких часткових моделях нині немає, однак вони звичайно створюються на основі однорідних даних: сейсмічних, гравітаційних, магнітних тощо, а комплексування полягає у використанні параметрів одних моделей для визначення параметрів інших.

Завдання тут полягає в тому, щоб у комплексній моделі добитися узгодженості незалежно від особливостей часткових фізикогеологічних моделей. Розглянемо цю тезу на прикладах.

1.Якщо визнати відмінність сейсмічних параметрів земної кори на материках і в океанах за наслідок різного їхнього походження, то в комплексній моделі повинні знайти пояснення такі «парадокси» як однаковість теплових потоків на материках і в океанах у тепловій моделі, відсутність кореляції аномалій геоїда з положенням материків і океанів у щільнісній моделі тектоносфери. У щільнісній моделі простежується ще одна особливість. Судячи з поведінки аномалій висот геоїда, що відбивають неоднорідності в тектоносфері, ці неоднорідності розміщуються поблизу поверхні геоїда і мають розломно-блокову природу [201], однак вони не корелюються не лише з материками й океанами, а й з сучасним структурним планом частини тектоносфери біля її поверхні. На цю особливість указував ще К.Е.Буллен [28]. Якщо згадані вище особливості різних моделей не пощастить сумістити

водній комплексній, то, природно, постане питання про перегляд цих моделей.

2.З наведених у розд. З даних випливає, що потрібно вирішувати проблему існування астеносфери. Мабуть, найбільші можливості у цьому плані має суміщення сейсмогеологічної і геоелектричної моделей. Сумісний аналіз даних глибинного сейсмічного (ГСЗ), магнітотелуричного (МТЗ) та магнітоваріаційного (МВЗ) зондувань з урахуванням особливостей теплового поля повинен забезпечити вирішення цієї проблеми. Паралельно потрібно вирішити проблему сейсмічного розшарування тектоносфери, з'ясувати природу меж поділу і, насамперед, межі Мохоровичича М. Вирішення цієї проблеми доведеться шукати в суміщенні сейсмогеологічної, геоелектричної і петрологічної моделей з урахуванням даних вивчення фізичних властивостей гірських порід за високих термодинамічних параметрів.

3.Уявляється, що істотний внесок у створення комплексної моделі тектоносфери можуть зробити результати суміщення щільнісної і геомагнітної моделей. Зокрема, використавши в геомагнітній моделі тектоносфери введене О.С. Семеновим [174] поняття

270

про магнітну оболонку Землі з наростанням намагніченості з глибиною у сукупності з градієнтною щільнісною моделлю верхньої частини тектоносфери можна спробувати визначити не лише просторове положення, а й генезис магнітних і щільнісних неоднорідностей.

4. Свого часу суміщенням щільнісної і сейсмологічної моделей тектоносфери у межах Українського щита було доведено, що верхня частина тектоносфери, яка включає земну кору, надмірно порушена системами ієрархічно підпорядкованих субвертикальних розломів, що утворюють блоки, горизонтальні розміри яких несумірно малі порівняно з вертикальними [204]. Одним із наслідків цієї особливості тектоносфери є анізотропія її механічних властивостей. Причому потрібно розрізняти два види анізотропії: 1) загальну, зумовлену блокуванням, за якої горизонтальні розміри блоків значно менші за вертикальні; 2) часткову, зумовлену ієрархічною підпорядкованістю порядків розломів і блоків, які вони розділяють. Наслідком загальної анізотропії є непорівнювано краща можливість відносних переміщень у вертикальному напрямку порівняно з горизонтальними. Водночас ця можливість реалізується неоднаково на межах блоків різних порядків. Річ у тім, що механічний взаємозв'язок між блоками обернено пропорційний рангам розломів: чим більший розлом, тим більш ослаблений зв'язок між блоками [206].

Якщо цю особливість поширити на будь-які регіони Землі, то стає зрозумілим механізм припливоутворювальних деформувань у Землі. Проте водночас виникає парадокс: малі припливні деформування у «твердій» Землі (<1 м), зумовлені місячно-сонячним притяганням, відбуваються практично «миттєво», а аномалії висот геоїда, що характеризуються десятками метрів, зберігаються впродовж декількох геологічних епох. Вирішення цього парадокса

— одне із завдань під час конструювання механічної моделі тектоносфери. Анізотропію механічних властивостей верхньої частини тектоносфери обов'язково слід враховувати в разі визначення

їїв'язкості, коефіцієнтів Ламе та інших числових параметрів.

5.Близькою до описаної вище є проблема складчастості. Тут також виникає своєрідний парадокс, який полягає в тому, що утворення багатьох видів складок досі розглядається з позицій контракційної геотектонічної гіпотези. Як механізм складкоутворення використовуються поперечний і поздовжній згини. Незважаючи на загальновідому крихкість земної кори, багато дослідників продовжує її «згинати». Поняття «прогин» для них не анахронізм, а таке, що відповідає своєму змісту.

271

Водночас, однією із загальних особливостей будови метаморфічних товщ є взаємне накладання декількох складчастостей [121]. І якщо утворення однієї з них у первинно-осадовій товщі можна припустити внаслідок поздовжнього або поперечного згину в режимі стиснення, то навряд чи цей механізм можна застосувати для пояснення наступних етапів складкоутворення у консолідованій метаморфічній товщі. Закономірне просторове співвідношення між орієнтуванням систем розломів, площинних структур і елементами взаємопересічної складчастості свідчить про те, що найвірогіднішим механізмом складкоутворення є механізм складчастості сколювання [252]. Принаймні можна констатувати, що поки що немає загальновизнаних уявлень про механізм складкоутворення в тектоносфері. Без з'ясування цієї проблеми важко сподіватися на можливість створення повноцінної комплексної моделі тектоносфери.

6. Максимальну кількість фактичних геологічних даних і закономірностей отримано під час вивчення основних тектонічних структур, розміщених у верхній частині тектоносфери. Природно, ці дані слід найбільшою мірою враховувати під час створення комплексної моделі тектоносфери, зокрема варто врахувати: закономірності утворення материків і океанів; спільність і відміни формування таких структур, як геосинкліналі й орогени, авлакогени і рифти, глибоководні жолоби й острівні дуги. Однак, саме з цих питань видалено значні розбіжності в поглядах. Наприклад, автор переконаний, що всі ці структури формувалися за єдиною схемою, однак існують і протилежні погляди. Без узгодженого вирішення цих запитань комплексна фізико-геологічна модель тектоносфери, на якій повинна перевірятись майбутня оптимальна геотектонічна гіпотеза багато в чому буде знеціненою.

7. У комплексній фізико-геологічній моделі тектоносфери повинні бути чітко визначені роль і місце розломів. У цьому разі йдеться про механізм як розломоутворення, так і участі розломів у формуванні структурних планів верхньої частини тектоносфери, а також у формуванні фізичних полів, зокрема теплового. У сучасній практиці вивчення теплового поля тектоносфери вважають, що тепловий потік створюється переважно за рахунок кондуктивного способу передавання теплоти, внаслідок чого його конвективною частиною звичайно нехтують. Глибинні розломи у режимі розтягу є своєрідними тепловодами. У них конвективна частина теплового потоку переважає над кондуктивною. За цих умов стандартний підхід може зумовити невиправдані протиріччя. Наприклад, максимальний тепловий потік, що простежується над

272

серединно-океанічними хребтами, інтерпретують як результат винесення теплоти конвекцією мантійної речовини. Можлива альтернативна, простіша інтерпретація цього факту — підвищений тепловий потік зумовлений так званою проникаючою конвекцією теплоти в межах розломної структури. Наведений приклад свідчить про те, що за умов описаної вище порушеності тектоносфери системами ієрархічно підпорядкованих розломів потрібно створити її теплову модель, яка б враховувала обидві компоненти теплових потоків.

Розломи в геоелектричній і сейсмогеологічній моделях тектоносфери створюють певні труднощі під час інтерпретації результатів спостережень. Річ у тім, що традиційно з цією метою використовують горизонтально шаруваті моделі, які не враховують впливу розломів. Спотворення, викликані впливом розломів, можуть виявитись такими, що поминають межі припустимих. Детальніше це питання викладено в розд. 3. Якщо цю особливість геоелектричної моделі тектоносфери не врахувати у комплексній моделі тектоносфери, її вірогідність може виявитись сумнівною.

Описаний вище перелік суперечностей і нез'ясованих запитань, вирішення яких потрібно знайти в процесі створення комплексної фізико-геологічної і геохімічної моделей тектоносфери, можна було б значно продовжити, але це не є метою цього розділу. Він наведений для того, щоб продемонструвати певну складність і багатоплановість проблеми, що розглядається.

Створювана сучасна геотектонічна концепція повинна задовольняти, принаймні, таким умовам:

1)бути спроможною пояснити всі особливості описаної вище комплексної фізико-геологічної і геохімічної моделей тектоносфери;

2)відповідати усім п'яти критеріям, сформульованим у п. 7.1;

3)бути якомога суворішою, здатною пояснити насущні проблеми геології, тобто якісно новою особливістю створюваної геотектонічної концепції порівняно з існуючими повинно бути її відходження від примітивізму.

Розглянемо останню умову на прикладі реалізації першого критеріїв — наявності сил та енергії, що беруть участь у переміщеннях мас на Землі. У цьому разі виходитимемо з обов'язкового поєднання внутрішніх і зовніїиніх сил. Оскільки останнім, як правило, приділяється менша увага, розглянемо їх детальніше.

Одним із найвірогідніших результатів взаємодії нашої планети

зфізичними полями, що її оточують, є зміна ротаційного режиму Землі, яка зумовлює порушення її рівноважного стану. Тут виникає серія запитань, які потрібно з'ясувати, щоб створити оптимальну концепцію:

273

а) обчислити поле планетарних напруг, зумовлених варіаціями різних параметрів ротаційного режиму (зміна кутової швидкості, положення осі обертання, зміна ексцентриситету орбіти руху Землі тощо);

б) зіставити внески цих параметрів у поле планетарних напруг з метою вибору двох-трьох найістотніших;

в) знайти сумарне поле планетарних напруг у тектоносфері, зумовлене впливом варіацій основних параметрів ротаційного режиму Землі.

Обчислення поля напруг у Землі — надзвичайно складне завдання. Поки що воно вирішене у першому наближенні для випадку, коли ці напруги зумовлені зміною кутової швидкості обертання Землі [183]. Поле напруг, зумовлене переорієнтуванням осі обертання Землі, наскільки відомо автору, взагалі не обчислювалось. Отже, сумарне поле, зумовлене варіюванням обох цих параметрів, також невідоме, а воно необхідне для встановлення законів деформування в тектоносфері.

Природно, розрахунки доведеться робити на спрощених моделях Землі, прийнявши за такі:

а) однорідний пружний еліпсоїд обертання зі стисненням, що дорівнює стисненню Землі;

б) аналогічний пружно-в'язкий еліпсоїд.

Методику розрахунків можна прийняти аналогічною методиці, використаній свого часу М.В. Стовасом [183]. Припускається, що єдиний підхід до обчислення напруг дасть змогу оцінити співвідношення цих напруг, зумовлених зміною різних параметрів ротаційного режиму Землі. Крім цього, такий підхід забезпечить можливість вивчення сумарного поля напруг, необхідного для аналізу законів деформування порід, що складають тектоносферу.

У процесі виконання розрахунків і наступного прив'язування їх до геологічного часу потрібною буде траєкторія руху Північного полюса по поверхні Землі. Її можна відновити за палеомагнітними даними, скориставшись відомою теоремою про те, що середньому положенню палеомагнітних полюсів за 104 років відповідає середнє положення географічного полюса. Головна складність полягає в тому, що внаслідок досліджень отримуються положення палеомагнітних полюсів на сучасному геоїді, а їх потрібно віднести до геоїдів, що відповідають віку досліджуваних зразків порід. Однак, методом послідовних наближень це завдання можна розв'язати.

Результати обчислень полів напруг та їх тектонічна інтерпретація, безумовно, потребують перевірки. Її можна здійснити, принаймні, двома шляхами.

274

1.Фізичним моделюванням деформувань у верхніх оболонках Землі. З цією метою можна скористатися тими самими моделями, які прийняті для аналітичних обчислень. Бажано отримати поля напруг: при сталому положенні осі обертання і змінній кутовій швидкості обертання моделі; при сталій кутовій швидкості обертання моделі і змінному положенні осі обертання; при обох змінних параметрах.

2.Зіставлянням характерних особливостей полів напруг з положенням і просторовим орієнтуванням глобальних лінійних тектонічних структур відомого віку. Певний внесок у вирішення цієї проблеми зробив О.В. Долицький [63].

Крім цього, з такою метою можна скористатися даними про сучасні рухи земної поверхні, отриманими внаслідок рівнемірних спостережень, що проводились на узбережжях океанів, морів і деяких озер. Тривалість таких спостережень становить десятиліття, а в деяких пунктах -— понад сотню років. Цими спостереженнями встановлюється «перекошування» земної поверхні. Зіставляння їх з теоретичними, отриманими внаслідок проведення обчислень, також дасть змогу оцінити їх вірогідність. Головною перевагою такого способу оцінювання є використання кількісних даних про переміщення блоків земної кори відносно рівня Світового океану, який упродовж останнього століття можна вважати сталим. Часове прив'язування поля напруг можна здійснити за допомогою траєкторії руху Північного географічного полюса, побудованої за результатами астрономічних спостережень [59].

Крім розглянутих вище напруг, зумовлених зміною ротаційного режиму Землі, зовнішніми можуть бути сили (напруги) й іншої природи, наприклад напруги в тектоносфері, зумовлені впливом місячно-сонячних припливів, або пов'язані з впливом неоднорідностей, що виникли в періоди попередніх тектонічних активувань. Потрібні оцінка їхньої ролі і визначення місця в оптимальній геотектонічній концепції структуроутворення.

Стосовно оцінки ролі внутрішніх сил Землі зазначимо, що насамперед потрібно вирішити проблему існування конвекції в мантії. Причому цю проблему слід вирішувати з урахуванням різкої анізотропії механічних властивостей тектоносфери.

У першу вимогу правомірності геотектонічної концепції входить обов'язкова наявність джерела енергії, яке підтримує тектонічні сили. Додамо до цього, що для створення оптимальної геотектонічної концепції слід вирішити запитання про достатність джерела енергії. З цією метою потрібно ретельно проаналізувати баланс зовшшнього і внутрішнього джерел енергії. Зокрема, дже-

275

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Акасофу С.Н., Чепмен С. Солнечно-земная физика: В 2 ч. — М.: Мир, 1974. -

Ч. 1. - 384 с.

2.Алексеева Л.К. Роль геотектонических гипотез в становлений общей теории

Земли / / Вести. АН КазССР. - 1968. - № 9. - С. 17-20.

3.Андиева Т.А., Супруненко О.Н. Разломная тектоника Камчатки и сопредельньїх

акваторий / / Строение, история развития и проблеми нефгегазоносности акваторий. - Л„ 1975. -- С. 100-114.

4.Артемьев М.Е. Изостатические аномалии сильї тяжести и некоторьіе вопросьі

№ 6. - С. 86—99.

7.Балуховский Н.Ф. І'еологические цикли. — К.: Наук, думка, 1966. - 168 с.

8.Белевцев Я.Н. Геологая Криворожских железорудннх месторождений. — К.: Изд-во АН УССР, 1962. - 480 с.

9.Бепевцев Я.Н., Прусс А.К. Основнне зтапьі геологического развития Украин-

ского щита / / Геол. журн. АН УССР. - 1962. - Г. XII, внп. 5. - С. 3 - 18 .

10.Белоусов В.В. Общая геотектоника. - М.: Госгеолиздат, 1948. — 599 с.

11.Белоусов В.В. Основи геотектоники. - М.: Недра, 1975. - 262 с.

12. Белоусов В.В. Происхождение и развитие тектоносферн океанов / / Земная кора

и верхняя мантия океанов. — М.: Наука, 1968. - С. 190—226.

13.Бердичевский М.Н., Ваньян Л.Л. Злектропроводность земной корьі СССР / / IV

Всесоюз. сьезд по геомагнетизму: Тез. докл. - Владимир-Суздаль, 1991. - С. ПО.

14.Бернар ЗА. Закони физической палеоклиматологии и лоїическое значение па-

леоклиматических данннх / / Проблеми палеоклиматологии. - М.: Мир, 1968.

- С. 188-200.

15.Бланк М.Я., Пьянков В.Я. О некоторьіх текгонических особенностх позднеме-

лового осадконакопления северной окраинн Донбасса / / Геол. журн. — 1979. — Т. 39, № 5. - С. 113-122.

.16. Богданов В.И. Геофизические и геодинамические аспекти модели трещиноватой

18.Борисов А.А. Геофизическая характеристика платформенних территорий / / Гео-

тектоника. - 1965. — № 3. - С. 3—11.

19.Ботт М. Внутреннее строение Земли. - М.: Мир, 1974. - 374 с.

20. Брагинский С.И. Об основах теории гидромагнитного динамо Земли / / Гео-

магнетизм и азрономия. - 1968. — Т. 7, № 3. - С. 401—410.

21.Брагинский С.П. Геомагнитное динамо // Изв. АН СССР. Физика Земли. —

1978. - № 9. - С. 74—90.

22.Брайден Дж.С., Ирвинг Е. Спектри палеоширот осадочних палеоклиматиче-

25.Булин Н.К. К вопросу о границе Мохоровичича под океанами / / Геология и

геофизика. - 1979. № 2. - С. 54—64.

26.Булина Л.В. Приближенная оненка залегания нижней граници крутопадающих

намагниченних тел / / Разведочная геофизика. —М.: Недра, 1966. - Вші. 15. —

С.99-104.

27.Буллард Дж. Стандартизация измерений сильї тяжести / / Земная кора и верхняя

мантия. - М., 1972. - С. 240-250.

28.Буллен К.Е. Плогность Земли. - М.: Мир, 1978. - 448 с.

С. 662-675.

31.Бурлацкая С.П., Нечаева Т.Б., Петрова Г.Н. Реальность западного дрейфа гео-

32.Бурьянов В.Б., Гордиенко В.В., Патенкова Г.И. Комплексная геофизическая мо-

дель юга Европейской части СССР / / Гравитационная модель кори и верхней мантии Земли. - К.: Наук, думка, 1979. - С. 137—149.

33.Ваньян Л.Л. О моделях глубинной злектропроводности 11 Изв. АН СССР. Фи-

зика Земли. ~ 1981. - № 5. - С. 57-66.

34.Ващилов Ю.Я. Блоково-слоистая модель земной корьі и верхней мантии. - М.:

Недра, 1984. - 240 с.

35.Введенская Н.В., Спирин Л.Н. Планетарно тектоническая трещиноватость запад-

ной части территории СССР // Геология и полезнне ископаемне Пермского Прикамья. - Гіермь, 1973. - С. 90—100.

36. Вегенер А. Происхождение континентов и океанов: Пер. нем. - Л.: Наука, 1984.

-285 с.

37.Великанов В.А. О механизме процесса унаследования древних разривньїх струк-

39.Виноградов А.П. Происхождение оболочек Земли 11 Вестн. АН СССР. - 1962. -

№ 9. - С. 10-29.

40.Владимиров Н.П. Исследования на Балтийско-Скандинавском щите и Кокчетав-

ской глибе / / Исследования теплового и злекгромагнитного полей в СССР. — М.: Наука, 1975. - С. 56-57.

41. Впадимиров Н.П., Дмитриев В.И. Геозлектрический разрез земной корьі и верх-

ней мантии на территории Русской платформи / / Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1972. - № 6. - С. 100-103.

42.Волк В.З., Иванов С.С., Шимараев В.Н. Азромагнитние данние в исследовании

земной корн. - Л.: Недра, 1982. - 152 с.

43.Волорович М.П., Баюк Е.И., Шагинян Г.Ш. Исследование скорости и поглощения

продольнмх волн в гарних породах и минералах при давленнях до 15 кбар и

278