Методы восстановления

Методы восстановления тектонических движений прошлого. Главные структурные элементы земной коры и тектоника литосферных плит

Методы восстановления

Тектонические движения являются одним из важнейших факторов в развитии геологических процессов, изменяющих лик Земли. Они приводят кпреобразованию земной коры, изменяют формы рельефа ее поверхности, очертания суши и моря, воздействуя тем самым и на климат. Тектонические процессы 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 коробления земной коры с образованием высоких горных массивов и глубоких впадин, смятием слоев горных пород в складки, а также в форме разрушительных землетрясений, которые сопровождаются возникновением трещин со значительным смещением блоков коры по вертикали и горизонтали.

В зависимости от направления тектонические движения подразделяют на горизонтальные (тангенциальные) и вертикальные (радиальные).

Для реконструкции тектонических движений важно противопоставить движения медленные, плавные, охватывающие территории континентов и океанских впадин или отдельных их частей, и движения интенсивные, эпизодические, связанные с определенными зонами земной коры, проявляющиеся по-разному и приводящие к существенным деформациям земной коры. Указанным типам движений примерно отвечают давно используемые термины: эпейрогенические и орогенические движения.

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, прежде всего, наблюдая современные тектонические процессы, которые наиболее наглядно проявляются в областях активных землетрясений и вулканизма. Современные вертикальные тектонические движения можно оценить, анализируя повторные весьма точные нивелировки местности, горизонтальные движения - при анализе повторных триангуляций местности, когда выявляются изменения во взаиморасположении опорных пунктов триангуляционной сети. Новейшие движения, т. е. движения, происходившие в неоген -четвертичный этап геологической истории, обычно изучают с помощью геоморфологических мeтoдoв, анализируя рельеф поверхности Земли, морфологию речных долин, раcположение морских террас, и т. п.

Значительно сложнее изучать тектонические движения далёкого прошлого. Методами изучения этих движений являются: анализ стратиграфического разреза, фациалъно-палеогеографический анализ мощностей, анализ перерывов и несогласий, структурный анализ, палеомагнитный, формационный анализы. Они позволяют восстановить вертикальные движения. Для реконструкции горизонтальных движений важнейшими являются структурный, палеомагнитный и фациально-палеографический анализы.

Анализ стратиграфического разреза позволяет проследить тектонические движения небольшого участка земной коры в течение длительного времени. Исходным материалом для анализа движений является стратиграфический разрез (колонка), который необходимо исследовать с позиций изменения обстановки накопления пород в их стратиграфической последовательности. Изучая вещественный, состав, структурные и текстурные особенности пород, заключенные в них окаменелости, удается выделить типы отложений, которые накапливались на различных гипсометрических уровнях относительно уреза воды морского бассейна и, cooтвeтствeннo, охарактеризовать обстановку: гористой суши с высотами до первых километров, холмистой суши с высотами от 50 до 200м, заболоченной прибрежной равнины с высотами от О да + 50м, пляжа - около Ом, мелководного шельфа (сублиторали) глубиной да 200м, глубоководного шельфа (эпибатиали) глубиной до 500м, континентального склона (батиали) глубиной более 500м. Результаты изучения разреза изображают в виде графика - палеогеографической кривой. По оси абсцисс откладывают время в условных единицах (или в млн. лет), по оси ординат: выше нулевой линии - обстановки суши, ниже - батиметрические зоны моря, характерные для определенных моментов геологического времени (рис. 2.3).

Отрицательные тектонические движения в условиях стабильного выноса обломочного материала в бассейн приводят к углублению его дна и смене ввepx 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 регрессии.

Необходимо всегда учитывать, что изменение глубины бассейна может быть обусловлено не только изменением темпа тектонических движений, но и изменениями климатической обстановки. Например, при резкой аридизации климата уменьшается вынос обломочного материала с суши и происходит относительное углубление дна бассейна. Наоборот, интенсивный вынос обломочного материала может привести к резкому обмелению и даже осушению водоема. В связи с этим важным элементом анализа стратиграфического разреза является составление графика вертикальных тектонических движений (эпейрогенической кривой). На графике по оси абсцисс откладывается время (желательно, в млн. лет), по оси ординат - мощности стратиграфических подразделений.

Фациально-палеогеографический анализ. В основу этого метода положен принцип связи рельефа поверхности Земли и тектонических движений. Эта связь хорошо отражена в современном рельефе местности. Там, гдe активно проявляются тектонические движения положительного знака (Кавказ, Карпаты, Памир, Тянь-Шань и др.), образовались высокогорные области; площади, где преобладают движения отрицательного знака, заняты глубоководными морями и океанами. В областях ослабленных тектонических движений рельеф равнинный (Восточно-европейская и Североамериканская равнины). Здесь нередко находятся заболоченные низменности с чехлjм континентальных четвертичных накоплений.

Учитывая, что литолого-палеогеографические карты обычно составляют для непродолжительных отрезков геологичecкого времени, общий характер тектонических движений более отчетливо выявляется при анализе нескольких литолого-палеогеографических карт, составленных для последовательных отрезков времени.

Фациально-палеогеографический анализ широко используется и для доказательства горизонтальных движений. Нередко в складчатых областях по разрывным нарушениям соприкасаются одновозрастные толщи, которые по своим генетическим особенностям (литологический состав, комплексы ископаемых остатков) могли сформироваться в бассейне только на значительном горизонтальном удалении друг от друга (например, сублиторальные пески и абиссальные кремнисто-глинистые сланцы). В этом случае взаимоотношение этих толщ является вторичным в результате тектонического сближения разнофациальных зон. Если в соседних районах, не испытавших горизонтальных тектонических движений, можно установить первоначальное расстояние между фациальными зонами, это позволит оценить амплитуду горизонтальных перемещений. Фациально-палеогеографический анализ позволяет оценить амплитуды горизонтальных движений и при сдвиговых нарушениях.

Анализ мощностей. При его применении необходимо учитывать, что неровности рельефа, возникающие в результате неравномерного погружения отдельных участков площади осадконакопления, сглаживаются накапливающимися осадками. 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. 215). По картам с изопахитами можно судить о распределении участков относительных прогибов и поднятий.

Обычно карты фаций и мощностей сопровождаются специальными (фациальными) разрезами, на которые наносят данные о составе и мощностях отложений (рис. 26). При построении таких разрезов за нулевую линию принимают уровень моря для конца эпохи накопления толщи или кровлю одновозрастных отложений (т. е. поверхность морского дна на конец эпохи осадконакопления).

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. Если они резко отличаются по углам наклона (угловое несогласие), следовательно, ранее накопившиеся осадки к моменту нового погружения испытали складкообразование, могли быть нарушены разрывами (рис).

Толщи пород, отделенные от подстилающих и накрывающих толщ 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.

Структурный анализ имеет важное значение при изучении горизонтальных движений, так как позволяет качественно и количественно оценить величину горизонтальных движений во время деформации слоев.

Если мысленно «распрямить» слой, изогнутый в складки, образовавшиеся при боковом смятии, протяженность такого выпрямленного слоя будет соответствовать первоначальной ширине прогиба до момента деформации слоя.

Горизонтальные движения выявляются на основе анализа пологих надвиговых структур - шарьяжей, а также сдвиговых структур. Если удается точно установить горизонтальную амплитуду шарьяжа (рис. 31), можно с уверенностью говорить о сокращении первоначальной поверхности нa величину этой амплитуды.

Показателем горизонтальных тектонических движений могут служить зоны разломов в земной коре с находящимися в них блоками пород основного и ультраосновного cocтaвa вперемежку с глинисто-кремнистыми и кремнисто-карбонатными сланцами (офиолитовые зоны). Такие зоны рассматриваются как рубцы на поверхности 3емли, возникшие на месте ранее существовавших океанов.

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 определённого возраста, взятых из какого-либо пункта «А» 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 завремя, соответствующее изученному интервалу стратиграфического разреза. Проделав тaкoe же исследование по образцам, взятым из другого пункта «B», вычерчивается траектория перемещения полюса относителъно пункта «В» за тот же период времени.

Если обе траектории совпадают по форме, следовательно, обе точки сохраняли постоянное положение относительно полюсов. Если совпадения в траекториях не наблюдается, есть все основания предполагать, что обе точки по-разному изменили свое положение относительно полюса.

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

Геологическая формация представляет собой вещественную категорию, занимающую определенное положение в иерархии вещества земной коры: химический элемент - минерал - горная порода - геологическая формация - формационный комплекс - оболочка земнойкоры.

В пространственном размещении горных пород, слагающих земную кору, существует определенная упорядоченность, выраженная в том, что горные породы развиты не изолированно, а образуют закономерные сочетания (ассоциации, сообщества), обусловленные единством условий их образования. Это единство условий образования выражено в единстве состава смежных пород и характере их чередования. Закономерные ассоциации горных пород, связанные единством вещественного состава и строения, обусловленным общностью их происхождения (или сонахождения) получили название геологических формаций.

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

Различают осадочные (включая вулканогенно-осадочные), магматические (интрузивные и эффузивные) и метаморфические формации. При изучении формаций выделяют главные (обязательные) и второстепенные (необязательные) члены ассоциации. Главные члены ассоциации характеризуют определенный формационный тип – устойчивую ассоциацию, повторяющуюся в пространстве и во времени. По названию главных членов ассоциации дается название всей ассоциации. Набор второстепенных членов подвержен существенным изменениям. Каждая формация как геологическое тело характеризуется определенным типом внутреннего строения (характер чередования и мощности слоев, степень их выдержанности на площади и пр.).

В зависимости от вещественного состава формации делятся на группы. Например, среди осадочных формаций можно выделить группы глинисто-сланцевых, известняковых, сульфатно-галогенных, кремнистых, мелкообломочных кварцевых, мелкообломочных полимиктовых формаций и др.; среди вулканогенных - группы базальто-диабазовых (трапповых), липарито-дацитовых, андезитовых формаций и др.

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

В зависимости от тектонической обстановки выделяются три класса формаций: платформенный, морской, орогенный. Большинство осадочных формаций могут служить надежными индикаторами тектонического режима. Например, формации мергельно-меловые, каолиновых глин, кварцевых песчаников, глинисто-опоковая свидетельствуют о платформенном режиме осадконакопления, а группа флишевых формаций, кремнисто-карбонатные, кремнисто-сланцевые, яшмовые формации являются индикаторами морского режима. Широкое развитие грубообломочных формаций свидетельствует об орогенном режиме.

Площади распространения определенных формаций контролируются тектоническими структурами, развитием которых обусловлено их пространственное обособление. Поэтому, изучая закономерности распространения формаций в пространстве, мы, тем самым, устанавливаем размещение типов тектонических структур во время образования формаций.

Важное значение имеет формационный анализ для прогноза и поисков полезных ископаемых, так как каждому типу формаций свойственен свой набор ископаемых. Так, например, месторождения талька, асбеста, платины связаны с формациями, в которых основное место занимают ультраосновные породы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: