Методы восстановления тектонических движений прошлого

Тектонические движения являются одним из важнейших факторов в развитии геологических процессов, изменяющих лик Земли. Они приводят к преобразованию земной коры, изменяют фор­мы рельефа поверхности, очертания суши и моря, воздействуя тем самым на климат. Тектоничес­кие движения влияют на вулканизм, на процессы осадконакопления и определяют размещение по­лезных ископаемых в земной коре.

Тектонические движения выражаются в виде медленных поднятий и опусканий, приводящих к трансгрессиям и регрессиям моря в виде общего смятия земной коры с образованием высоких

горных массивов и глубоких впадин, образованием складок, а также в форме разрушительных землетрясений, которые сопровождаются возникновением трещин со значительным смещением блоков коры по вертикали и горизонтали.

В зависимости от направления напряжения тектонические движения подразделяют на верти­кальные (радиальные) и горизонтальные (тангенциальные). При анализе вертикальных движений различают восходящие (положительные) и нисходящие (отрицательные) движения. Этим движе­ниям чаще соответствуют медленные, плавные поднятия или опускания, охватывающие террито­рии континентов и океанических впадин или их частей. Это эпейрогенические движения (греч. "эпейрос" - материк).

Движения тангенциальные (по касательной к поверхности земной коры) связаны с опреде­ленными зонами и приводят к существенным деформациям земной коры. Это орогенические дви­жения (греч. "орос" - гора).

Тектонические движения и возникающие при этом структуры земной коры изучают геотекто­ника и структурная геология.

Для восстановления тектонических движений прошедших эпох используют специальные ме­тоды, позволяющие воссоздать общую картину тектонических движений для определенной эпохи.

О характере современных тектонических движений мы судим, наблюдая современные про­цессы, которые наглядно проявляются в областях активных землетрясений и вулканизма: 1) совре­менные вертикальные тектонические движения фиксируются путем повторного нивелирования; 2) новейшие движения, т.е. происходившие в неоген-четвертичное время, изучают с помощью гео­морфологических методов, анализируя рельеф поверхности Земли, морфологию речных долин, расположение морских террас, мощность четвертичных отложений.

я,'. Значительно труднее изучать тектонические движения прошлых геологических эпох. Метода­ми изучения этих движений являются: 1) анализ стратиграфического разреза; 2) анализ литолого-палеогеографических карт; 3) анализ мощностей; 4) анализ перерывов и несогласий; 5) структур-цый анализ; 6) палеомагнитный анализ; 7) формационный анализ.

1) Анализ стратиграфического разреза позволяет проследить тектонические движения не­
большого участка земной коры в течение длительного времени. Исходным материалом для анализа
является стратиграфический разрез (колонка), который необходимо исследовать с позиций измене­
ния обстановки накопления пород в их стратиграфической последовательности. Изучая веще­ственный состав, структурные и текстурные особенности пород, заключенные в них окаменелос­ти, удается выделить типы отложений, которые накапливаются на различных гипсометрических
уровнях относительно уреза воды морского бассейна и соответственно охарактеризовать обстанов­ку осадконакопления. Отрицательные тектонические движения в условиях стабильного выноса обломочного материала в бассейн приводят к углублению его дна и смене вверх по разрезу мелковод­ных отложений более глубоководными. Наоборот, положительные тектонические движения приводят к обмелению бассейна и смене по разрезу глубоководных отложений мелководными, наземными и далее размывом ранее накопившихся отложений. Отрицательные тектонические движения способствуют развитию морских трансгрессий, а положительные вызывают регрессию.

2) Литолого-палеогеографический анализ. Анализ литолого-палеогеографических карт позволяет судить о направленности движений и распределении прогибов и поднятий на площади. Обычно
области аккумуляции отложений соответствует отрицательная структура, области денудации - положи­
тельная. В связи с дифференцированностью движений на фоне крупной отрицательной структуры могут выделяться участки относительных поднятий с морскими мелководными отложениями среди более глубоководных. Такой участок представляет собой подводное поднятие - отмель и может соответ­ствовать растущей антиклинальной структуре. Участок распространения относительно глубоководных
отложений среди мелководных должен отвечать впадине на дне бассейна.

Обычно характер тектонических движений более отчетливо выявляется при анализе литолого-палеогеографических карт, составленных для нескольких последовательных отрезков времени.

3) Анализ мощностей. На участках ускоренного прогибания накапливаются осадки большей
мощности, на участках замедленного прогибания - меньшей мощности, в областях воздымания -
мощности равны нулю.

Данные о мощностях одновозрастных отложений наносят на карты; точки равных мощностей соединяют линиями - изопахитами (рис. 23). По картам с изопахитами можно судить о распреде­лении участков относительных прогибов и поднятий. Однако анализ мощностей необходимо совмещать с анализом фациаль-

Рис. 23. Карта равных мощностей одновозрастной песчано-глинистой толщи (изолинии мощностей намечают положение прогиба, формировавшегося во время осадконакопления): / - точка замера и мощность (в м); 2 - изолинии мощностей (изопахиты). (Заимствовано у Г.И.Немкова и др., 1986)

ной обстановки накопления осадка, т.к. он применим только для определенных условий осадконакопления, когда скорость про­гибания ложа компенсируется скоростью накопления на нем

осадков. В случае декомпенсированного разреза в течение огромных промежутков времени может

накопиться незначительный по мощности слой осадка.

4) Анализ перерывов и несогласий. Положительные тектонические движения в стратигра­фическом разрезе выражаются сменой относительно глубоководных отложений мелководными,
мелководных — прибрежными и континентальными. В таком случае, если эти движения привели к
подъему накопившихся осадков выше уровня моря, начинается их размыв. При последующем по­гружении новая серия осадков ложится на размытую поверхность, которая называется поверхнос­тью перерыва или поверхностью несогласия. Эти поверхности фиксируются выпадением из нор­мальной последовательности тех или иных стратиграфических подразделений, присутствующих
там, где положительные движения не проявлялись. Если отложения выше и ниже поверхности,
фиксирующей перерыв в осадконакоплении, залегают с одинаковыми углами наклона (стратиграфическое несогласие), можно говорить о медленных положительных движениях, охвативших
большие площади. Если наблюдаются резко отличные углы наклона (угловое несогласие), то ранее накопившиеся осадки к моменту нового погружения и осадконакопления испытали складкообразование, могли быть нарушены разрывами (рис. 24). Глубина размыва подстилающей толщи и
продолжительность перерыва в осадконакоплении свидетельствуют об амплитудах

Рис. 24. Стратиграфическое (а) и угловое (б) несогласия Последовательность событий: а - накопление осадков нижней пачки, поднятие, размыв кровли нижней пачки, погружение, накопление осадков верхней пачки; б - накопление осадков нижних пачек, поднятие, складкообразование и перемещение блоков по разлому, размыв, накопление осадков вевхней пачки (заимствовано у Г.И.Немкова и др., 1986)

тектонических движений, приведших к не­согласию между толщами пород. Толщи пород, отделенные от подстилающих и по­крывающих отложений поверхностями уг­ловых несогласий, называются структур­ными этажами. Каждый структурный этаж отвечает естественному историко-тектоническому этапу развития территории, кото­рый начался трансгрессией и осадконакоплением во время отрицательных движений и завершился подъемом территории и складчатостью. Каждый структурный этаж характеризуется специфичными формами залегания слоев.

5) Структурный анализ имеет важное значение при изучении горизонтальных движений,
так как позволяет качественно и количественно оценить величину горизонтальных движений во

 

Рис. 25. Слой, смятый при боковом сжатии д - длина крыла складки, ш - ширина складки, а -угол складки (заимствовано у Г.И.Немкова и др., 1986)

время деформации слоев. Если мысленно распрямить слой, смятый в складки, образовавшиеся при боковом сжатии, протяженность такого выпрямленного слоя будет соответствовать первона­чальной ширине прогиба до момента деформации слоя. Разность между суммой длины крыльев скла­док и суммой ширины тех же складок составит ве­личину горизонтального сжатия слоя (рис. 25). Пользуясь графическим способом или геометри­ческими формулами, можно оценить амплитуду го­ризонтальных движений, приведших к образова­нию складок. Например, по рис. 25 можно предста­вить, что, если средние углы складок равны 60°, горизонтальное сокращение поверхности было двукратным.

6) Палеомагнитный анализ. Способность горных пород намагничиваться во время своего
образования в соответствии с направлением геомагнитного поля и сохранять эту намагниченность
позволяет не только создать палеомагнитную геохронологическую шкалу, но и использовать дан­ные палеомагнитного анализа для выявления горизонтальных тектонических движений. Определив среднее направление намагниченности пород определенного возраста, взятых из какого-либо
пункта на поверхности Земли, можно рассчитать положение магнитного полюса того времени в

координатах. Исследуя породы в их стратиграфической последовательности, по координатам вычерчивается траек­тория относительного перемещения полюса за время, соот­ветствующее изученному интервалу стратиграфического разреза. Проделав такое же исследование по образцам, взя­тым из другого пункта, вычерчивается траектория переме­щения полюса относительно пункта за тот же период вре­мени.

Рис. 26. Траектория движения Северного полюса относительно Европы и Северной Америки за последние 400 млн. лет (заим­ствовано у Г.И.Немкова и др., 1986)

Если обе траектории совпадают по форме, то обе точ­ки сохранили постоянное положение относительно полю­сов. Если траектории не совпадают, то обе точки по-разно­му изменили свое положение относительно полюса. Так, например, траектории движения Северного полюса, рас­считанные для территории Северной Америки и для Евро­пы за последние 400 млн. лет, существенно отличны (рис. 26). Это позволяет сделать вывод о горизонтальных перемещениях континентов в указанное время.

7) Формационный анализ является методом исследования строения и истории развития
земной коры на основе изучения пространственных взаимоотношений ассоциаций горных пород -
геологических формаций.

Геологическая формация представляет вещественную категорию, занимающую определенное положение в иерархии вещества земной коры: химический элемент - минерал - горная порода -геологическая формация - формационный комплекс - оболочка земной коры, -к Под формациями понимается совокупность фаций, которые образовались на более или менее значительном участке земной поверхности при определенных тектонических и климатических ус­ловиях и отличаются от других особенностями состава и строения. Отдельные фации могут быть образованы на различных участках земной поверхности. Однако их устойчивые и длительные со­четания, которые позволяют сгруппировать их в формации, возникают только в строго определен­ных тектонических и климатических условиях. По другому определению, геологической формацией можно называть закономерные ассоциации горных пород, связанные единством вещественного состава и строения, обусловленные общностью их происхождения (или сонахождения).

Термин "формация" был введен известным немецким геологом А.Г.Вернером еще в XVIII в. Долгое время до начала XX в. его употребляли в качестве стратиграфической категории, как и предложил автор. До сих пор в США для обозначения стратиграфических единиц употребляется термин "формация". В нашей стране формационный анализ нашел широкое применение в связи с тектоническим районированием и прогнозом полезных ископаемых. Заслуга в его развитии при­надлежит многим русским ученым, в частности Н.С.Шатскому, Н.П.Хераскову, В.Е.Хаину, В.И.Попову, Н.Б.Вассоевичу, Л.Б.Рухину и другим исследователям.

Различают три типа формаций: осадочные, магматические и метаморфические. При изучения формаций выделяют главные (обязательные) и второстепенные (необязательные) члены ассоциа­ции. Главные члены ассоциации характеризуют определенную формацию, т.е. устойчивую ассоци­ацию, повторяющуюся в пространстве и во времени. По названию главных членов ассоциации да­ется название формации. Набор второстепенных членов подвержен существенным изменениям. В зависимости от вещественного состава типы формаций делятся на группы. Например, среди оса­дочных формаций можно выделить группы глинисто-сланцевых, известняковых, сульфатно-гало­генных, кремнистых, мелкообломочно-кварцевых, мелкообломочных полимиктовых и др.; среди вулканогенных - группы базальтово-диабазовых (трапповых), липарито-дацитовых, андезитовых формаций и др.

Главными факторами, определяющими формирование устойчивых ассоциаций осадочных горных пород, являются тектонический режим и климат, а магматических и метаморфических по­род - тектонический режим и термодинамическая обстановка.

Основными признаками осадочных формаций являются: 1) набор слагающих их ассоциаций главных горных пород, которые совместно отвечают фациям или генетическим типам; 2) характер переслаивания этих пород в вертикальном разрезе; ритмичное строение; 3) форма тела формации и его мощность; 4) наличие в ней каких-то характерных аутигенных минералов, своеобразных горных пород или руд; 5) преобладающая окраска, в той или иной степени несущая генетическую информацию; 6) степень диагенетических или метаморфических изменений.

Названия осадочным и осадочно-вулканогенным формациям обычно даются по преобладающим литологическим компонентам (песчано-глинистая, известняковая, доломитовая, эвапоритовая) с одно­временным указанием физико-географической обстановки образования (морская, континентальная, лимническая), нередко за многими формациями закрепились названия по присутствию акцессорных минералов (глауконитовая) или полезных ископаемых (угленосная, бокситоносная).

Главными факторами, определяющими облик осадочных формаций, являются следующие: 1) характер тектонического режима в областях размыва и накопления; 2) климатические условия; 3) интенсивность вулканизма. От многократного сочетания перечисленных условий и быстрой из­менчивости в пространстве и во времени создается чередование генетических типов пород, входя­щих в состав формаций. От этих же факторов зависит и общее распределение формаций на зем­ной поверхности.

В зависимости от тектонического режима выделяются три класса формаций: платформенный, геосинклинальный, орогенный. Большинство осадочных формаций могут служить надежны­
ми индикаторами тектонического режима. Например, формации мергелисто-меловые, каолиновых
глин, кварцевых песчаников, глинисто-опоковая свидетельствуют о платформенном режиме осад-
конакопления, а осадочные флишевые, кремнисто-карбонатные, кремнисто-сланцевые, яшмовые
формации являются индикаторами геосинклинального режима. Широкое развитие осадочных гру-
бообломочных формаций указывает на орогенный режим.

Еще более определенное заключение о тектонических режимах можно сделать на основе ана­лиза магматических формаций, если иметь в виду, что ряд пород: основные - средние - кислые ~

 

щелочные соответствуют последовательности развития магматических извержений при смене гео­синклинального режима орогенным и далее платформенным.

Площади распространения определенных формаций контролируются тектоническими струк­турами, развитием которых обусловлено пространственное ограничение формаций. Поэтому, изу­чая закономерности распространения формаций в пространстве, мы тем самым устанавливаем размещение тектонических структур во время образования формаций. Эволюция тектонического режима приводит к последовательной смене в разрезе геологических формаций. Располагая дан­ными об условиях формирования комплексов горных пород, сменяющихся по вертикали, можно сделать вывод об изменении тектонического режима.

Так, например, если мощная толща флишевых формаций с характерными тонкими, законо­мерно ритмично переслаивающимися пластами песчаников, алевролитов и аргиллитов, перекрыта толщей грубообломочных морских и континентальных отложений - молассами, делается вывод, что геосинклинальные условия сменились орогенными. Этот вывод основан на существующих представлениях о тектонических условиях накопления флишевых и молассовых формаций.

Анализ формаций дает возможность классифицировать тектонические структуры, выделяя, их особые типы, например, типы прогибов. Повторяемость типичных формаций в пространствен­но разобщенных структурах позволяет наметить общую этапность в истории тектонического раз­вития структур, сравнить наборы формаций близких по типу структур разного возраста и т.д.

Особое направление в изучении и классификации осадочных формаций составило направле­ние, основанное на учете содержания в них промышленных концентраций определенных видов полезных ископаемых. На этом основании выделяются угленосные, соленосные, фосфоритонос-ные, бокситоносные, железорудные, латеритные, нефтеносные и целый ряд других формаций.

Последовательность при изучении и выделении формаций следующая. Вначале в разрезе производится выделение толщ пород, отличающихся по литологическому составу, разделенных четко выраженными поверхностями напластования, границами перерывов или размывов (стратиг­рафический перерыв и несогласия). Затем проводится изучение группы пород (ассоциации), вхо­дящих в состав выделенного естественного комплекса, т.е. парагенетический анализ. Одновре­менно определяются и изучаются цикличность строения формации или иные структурно-текстур­ные признаки. Далее выясняются фациальная природа каждого входящего в состав формации типа пород и их сочетание в разрезе, т.е. осуществляется фациальный анализ. На этом основании определяется генетический тип отложений, устанавливается физико-географическая (ландшафт­ная) обстановка формирования формации. В заключительной фазе формационного анализа опре­деляются климатический и тектонический режимы времени и места формирования формаций. Та­ким образом проводятся палеоклиматический и формационно-тектонический анализы.

Теоретическое значение изучения осадочных и осадочно-вулканогенных формаций состоит в возможности восстановления по ним древней тектонической, климатической и ландшафтной зо­нальности. Практическое значение формационного анализа обусловливается приуроченностью к определенным формациям соответствующих видов полезных ископаемых.

Глава 2

ГЕОХРОНОЛОГИЯ. ШКАЛА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ

Геохронология преследует цель восстановления строгой временной последовательности гео­логических событий, происходивших в прошлом, путем установления хронологических взаимоот­ношений между накопившимися слоями горных пород, в которых эти события оказались запечат­ленными.

Историческая геология, как и любая другая наука, изучающая историю развития живой и не­живой природы, невозможна без хронологии. Однако хронология - это еще далеко не история, а лишь механическое расположение событий во времени. В прошлом происходило великое множе­ство различных событий, и для того, чтобы ориентироваться среди них, необходимо не только ус­тановить формальные временные соотношения между ними, но и найти внутренние связи между событиями и явлениями прошлого, определить их пространственные взаимоотношения и относи­тельное значение. При этом выявляются естественные временные группировки, разграниченные событиями более высоких рангов, и тем самым намечаются последовательные этапы историчес­кого развития. В таком случае речь идет о естественной периодизации геологической истории.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: