учебники / Гаврилов В.П. «Общая и историческая геология и геология СССР»
.pdfВ.Л.ГАВРИЛОВ
ОБЩАЯ
ИИСТОРИЧЕСКАЯ
ГЕОЛОГИЯ
ИГЕОЛОГИЯ
СССР
Допущено Государственным комитетом СССР
по народному образованию в качестве учебника
для студентов геофизических специальностей вузов
МОСКВА "НЕДРА,. 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
Геология (греч.- учение о Земле) -наука о строении Земли,
ее происхождении и развитии, о формировании и размещении на Земле месторождений полезных ископаемых. Термин «гео логия» был введен в 1657 г. норвежским ученым М. П. Эшоль
том.
Геология как наука возникла сравнительно недавно, более двух веков назад. Долгое время она рассматривалась как часть философии. Лишь в XVIII в., благодаря обобщающим и фун даментальным трудам Н. Стено (в Италии), М. В. Ломоносова
(в России), А. Вернера (в Германии), Ж. Бюффона, Ж. Кювье
и А. Броньяра (во Франции), Д. Геттона (в Шотландии),
У. Смита (в Англии), геология сформировалась как самостоя
тельная отрасль науки. В настоящее время геологияэто об ширная область человеческих знаний, призванная не только расширять и углублять наше понимание о Земле, но и пра вильно направлять поиск месторождений различиото минераль ного сырья. В Основных направлениях экономического и соци
ального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до
2000 года, утвержденных XXVII съездом КПСС, перед совет скими геологами поставлены задачи по обеспечению дальней
шего укрепления и расширения минерально-сырьевой базы
страны, повышению уровня научного обоснования прогнозов и
геолого-экономической оценки месторождений полезных иско
паемых. Таким образом, геплогия становится материальной си лой, создающей сырьевую оrнову промышленпой индустрии Со ветского государства. В этом видится главное значение геоло
гии на современном этапе нашего развития.
В основу настоящего учебника положены материалы ка федры геологии Московского института нефти и газа им. И. М. Губкина, где автор в течение многих лет читал одно именный курс лекций. Использованы также личные наблюде ния, разработки и материалы автора.
При подготовке работы использовались ранее изданные
учебн.ики, прежде всего М. М. Чарыгина и Ю. М. Васильева;
Г. А. Горшкова и А. Ф. Якушевой; В. С. Мильничука и
М. С. Арабаджи; Г. И. Немкова, М. В. Муратова, И. А. Гре чишникова и др., а также зарубежных авторов- А. Аллнеона
и |
Д. Палмера; Дж. Ферхугена, Ф. Тернера, Л. Вейга и др.; |
|
Д. Тёркота и Дж. Шуберта. |
|
|
|
Предметом нашего рассмотрения будут три самостоятель |
|
ные части геологии: общая |
геология, историческая геология |
|
с |
элементами палеонтологии |
и региональная геология СССР. |
•• |
3 |
Общая (динамическая) геология исследует процессы, проте
кающие на поверхности Земли и в ее недрах. Историческая гео
логия изучает историю и закономерности развития Земли с мо
мента ее возникновения как планеты до современного состоя
ния. Региональная геология СССР анализирует внутреннее
строение крупных структурных элементов, слагающих земную
кору в пределах государственных границ СССР, их развитие и размещение месторождений полезных ископаемых. Все три ча сти образуют системный комплекс знаний об общегеологиче ских процессах и эволюции нашей планеты.
При написании книги использованы последние достижения геологической теории и практики. Учтены новые отечественные и зарубежные данные по геологии Мирового океана, сравни
тельной планетологии, изучению строения земных недр из кос
моса, бурению сверхглубоких скважин. В качестве геологи
ческого фактора рассмотрена производственная деятельность человека, показавы ее последствия и методы борьбы за сохра нение окружающей среды. В основу объяснения глобальных геологических событий автор положил концепцию тектоники литосферных плит. Это дало возможность предложить новые, нетрадиционные подходы к эволюции литосферы, к переосмыс лению ряда фундаментальных положений в геологии, в част
ности классического учения о геосинклиналях. С новых пози
ций освещены проблемы происхождения Земли, ее ранние
стадии развития. Увязана в логическую систему с развитием
органического мира геодинамическая эволюция планеты.
При изложении материала мы г.остарались учесть особен
ности нефтяных специальностей: акцентировать внимание на геологических факторах, способствующих формированию ме сторождений нефти и газа; осветить более подробно углево дородные ресурсы за рубежом и в нашей стране; да1ь харак
теристику крупных структурных элементов в пределах терри
тории СССР, перспективных на нефть и газ.
ВВЕДЕНИЕ
Первый, начальный этап в развитии геологии приходится на XVIII в. Для него характерны накопление и первичная систе
матизация геологических данных.
Второй, фундаментальный этап развития геологии прихо дится на XIX в. В это время закладываются фундаменталь
ные основы науки. Благодаря трудам У. Смита, Ж. Кювье и
А. Броньяра появляется возможность сопоставления одновоз
растных геологических пород и, следовательно, проведения
исторического анализа.
В начале XIX в. Ж. Кювье формулирует теорию катастроф,
согласно которой развитие животного и растительного мира на
Земле происходит через мировые катастрофы (катаклизмы),
выражающиеся в вымирании прежних представителей и появ
лении новых особей. Эта теория определила направление в есте
ствознании, получившее название катастрофизма. Последова
тели Ж. Кювье распространили его идеи и на геологию, счи
тая, что в периоды мировых катастроф происходила не только
смена животного и растительного мира, но и существенные из
менения в геологическом строении Земли.
В середине XIX в. идеи катастрофизма были подвергнуты
критике со стороны английского ученого Ч. Дарвина, заложив
шего основы нового направления в естествознанииэволю
ционизма. Развитие органического мира и течение геологиче
ских процессов представлялись как медленно развивавшиеся явления, характеризующиеся постепенным переходом от одних
форм к другим.
Несколько ранее (1830-1833 гг.) другой английский уче
ный- Ч. Лайель в капитальном труде «Основы геологии» вы
сказал идею, что геологические процессы, наблюдаемые в на
стоящее время, раньше протекали по тем же законам, что и
в давно прошедшие эпохи. Следовательно, изучая современные
геологические яnления, можно восстановить геологическую ис
торию развития Земли. Возникшее направление получило на
звание униформизма, а новый метод познания геологической
истории минувших эпохпринципа актуализма.
Выдающееся событие фундаментального этапавозникно вение учения о геосинклиналях и платформах. Вначале амери канские, а позднее и европейские геологи обратили внимание
на существование горных (складчатых) зон, которые возникли на месте глубоких прогибов. Первым начал выделять их аме
риканский геолог Дж. Холл (1859 г.), nозднее его соотечест
венник Дж. Дэна (1873 г.) применял для обозначения таких
5
структур термин геосинклиналь. Русские геологи А. П. Карпин ский, А. П. Павлов, Н. А. Головинский, А. Д. Озерекий в про
тивовес геосинклиналям выделили платформыравнинные
территории со спокойным режимом тектонических движений.
Учение о геосинклиналях и платформах явилось краеугольным
камнем геологии, определившим дальнейшее развитие этой
науки.
Фундаментальный этап завершился выходом в свет трех
томного труда австрийского геолога Э. Зюсса «Лик Земли»
( 1883-1909 гг.). В этой классической |
монографии |
впервые |
|
был обобщен весь накопленный к |
тому |
времени геологический |
|
материал, намечены общие черты |
строения и развития |
Земли. |
Наблюдаемые геологические процессы Э. Зюсс объяснял с по
зиции контракционной гипотезы, основанной на Представлениях
И. Канта и П. Лапласа о первоначально огненно-жидком со
стоянии нашей планеты и постепенном ее остывании.
Первая полавина ХХ в. (до 50-х годов) характеризуется критикой фундаментальных основ геологии. Этот период в раз
витии геологии выделяют в качестве критическо-революцион
ного этапа.
В начале ХХ в. была доказана несостоятельность воззре
ний Канта-Лапласа на происхождение Земли. В 40-х годах появилась гипотеза О. Ю. Шмидта, окончательно подорвавшая
устои контракционизма. В 50-х годах началось широкое изу
чение дна Мирового океана. Запуск искусственных спутников Земли и орбитальных космических станций позволил получить
уникальный фактический материал по геологии нашей планеты
и других планет Солнечной системы. Все эти данные послу
жили основой для пересмотра традиционных представлений
вгеологии.
Сnомощью инструментальных методов б-ыли устаповлены
факты существенного горизонтального перемещения крупю;-IХ
глыб (пластин или плит) литосферы относительно друг друга.
Выявлено существование глобальной рифтовой системы, рассе
кающей дно Мирового океана, а в ряде случаев и континенты.
Вдоль побережий Тихого океана обнаружены зоны глубоNQ._фо
кусных землетрясений (зоны Вадати-Заварицкого-Беньоф)!.}.,
свидетельствующие о возможном «подтекании» океанической
коры под материки. Все эти факторы обусловили появление новой концепции, получившей название глобальной тектоники плит и внесшей революционные изменения в современную гео
логию.
Принципиальные сдвиги произошли и в наших Представле
ниях о происхождении Земли и планет Солнечной системы.
Развивая идеи О. Ю. Шмидта и используя новейший материал
по составу вещества Луны и метеоритов, А. П. Виноградов вы двинул и научно обосновал идею о формировании планет из
6
11ротопланетного облака космической пыли за счет аккреции
(собирания) вещества.
По образному выражению В. И. Вернадского, развитие
геологических наук в ХХ в., подобно взрыву, внезапно осветило дотоле мало освещенное пространство. Характеризуя этот «взрыв», В. И. Вернадский писал: «Мы переживаем не кри
зис, волнующий слабые души, а величайший перелом научной мысли человечества, совершающийся лишь раз в тысячелетие,
переживаем научные достижения, равных которым не видели
долгие поколения наших предков».
Критическо-революционный этап в развитии геологии обо
стрил дискуссию в различных областях геологических знаний,
что, в свою очередь, стимулировало дальнейшее продвижение
геологической мысли. Для доказательства тех или иных геоло
гических процессов стали шире применять физико-математиче
ский аппарат, что способствовало проникновению в геологию такого нового метода познания ка_к .математическое .моделиро вание. Существенно расширилась связь геологии с другими на уками: физикой, математикой, химией, астрономией, астрофи
зикой, биологией, которые обогащают геологию своими зна
ниями и методами познания.
Тенденции к усилению фундаментализадни геологии, с од ной стороны, и резкому повышению ее практической значимости
в жизни человеческого общества, с другой стороны,- вот наи
более отличительные черты совре.мен.н.ого этапа ее развития (последние 20-25 лет).
Часть 1
ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ
Раздел первый
СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕ
Глава 1
ПОЛОЖЕНИЕ ЗЕМЛИ В ПРОСТРАНСТВЕ,
ЕЕФИЗИЧЕСКИЕ СВОйСТВА
§1. ЗЕМЛЯ, ЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ,
ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ
Земляодна из девяти планет Солнечной системы, диаметр
которой (до орбиты Плутона) составляет 5,9 · 109 км. Планеты
Солнечной системы движутся по орбитам, наклон которых
очень близок друг другу. Именно поэтому |
планеты |
и боль |
шая часть их спутников обращаются вокруг |
Солнца |
практи |
чески в одной плоскости; в то же время они вращаются вокруг
собственных осей. Данное обстоятельство позволяет показать
на одной двухмерной схеме всю Солнечную систему (рис. 1).
Согласованность движения Солнца, планет и их спутников,
за редким исключением, указывает на их общее происхожде
ние из единого облака межзвездной материи.
Расстояние планет от Солнца измеряется в астрономиче
цсих единицах длины (а. е. или а. е. д.). Эта единица равна
среднему расстоянию Земли от Солнца. 1а. е.= 149,6 млн. км. Приближенно расстояние описывается правилом Титуса-Боде:
v=0,4+0,3·2n,
где '\'-удаление планеты от Солнца, а. е.; n- коэффициент, равный для Меркурияоо, Венеры- О, Земли- 1, Марса- 2,
пояса астероидов- 3, Юпитера- 4 и т. д. Таким образом рас
стояние от Меркурия до Солнца равно 0,39 а. е., от Венеры- 0,72, от Земли -1, от Марса- 1,52, от Юпитера- 5,2, от Са турна- 9,54, от Урана -19,9, от Нептуна- 30,1, от Плутона .__
39,7.
Среди планет Солнечной системы выделяют две группы:
внутренние планеты (от Меркурия до Марса) и внешние (от
Юпитера и далее). Внутренние планеты «земного» типа сраэ
нительно небольшие, их средние плотности соизмеримы со
8
Рис. 1. Строение
Солнечной си-
стемы.
Планеты обращаются
вокруг Солнца по
эллиптическим орби
там, которые распо
лагаются почти в од
ной и той же пло
скостц
средней плотностью Земли. Например, средняя плотность
Земли 5,52 · 10з кг;мз, Венеры 5,1· 103 , Марса 4,1· 10з и т. д.
Внешние планеты имеют значительно большую массу и раз
меры, но их средняя плотность намного уступает средней плот
ности внутренних планет (например, у Сатурна она равна
0,7 · 103 кг/м3). Исключением является Плутон, который по
своим параметрам близок к планетам «Земного» типа, хотя
приближенно и для него выполняется правило Титуса-Боде при n=7. В связи с этим Плутон рассматривают иногда как
отделившийся спутник одной из внешних гигантских планет
Солнечной системы.
Особое место в Солнечной системе занимает пояс астерои
довмалых твердых тел. Ученые считают, что, :возможно, это
остатки разрушившейся планеты Фаэтон или сообщество кос
мических фрагментов, агломерация которых не достигла стадии
образования планет. Пояс астероидов, в составе которого на
считывается свыше 50 тыс. тел, питает всю Солнечную систему
метеоритамитвердыми телами, двигающимися по орбитам
вокруг Солнца и смещенными со своих орбит в результате гра
витационного влияния других планет или столкновений. Ме
теориты подразделяют на два основных типа: «железные» и
«каменные». Железные метеориты состоят в основном из ме таллического железа с примесью Ni и других металлов; ка
менныеиз силикатов Mg и Fe с примесью металлов. Камен ные метеориты делятся в свою очередь на хондриты и ахон
дриты. Хондриты на 85 % состоят из мелких сферических зерен
силикатов Mg- хондр, образование которых связывают с кри сталлизацией расплавленных капелек. Встречаются также
углистые хондриты, состоящие из гидросиликатов, оливина,
карбонатов и сульфатов Mg и Са, оксидов Fe и углеродистых
соединений. Их происхождение не выяснено.
Центром Солнечной системы является Солнце, на долю ко торого приходится 99,8 % общей массы Солнечной системы.
Если учесть, что масса Юпитера, самой крупной планеты си стемы, составляет 0,1 %, то на долю остальных планет и асте роидов приходится .лишь О, 1 % массы Солнечной системы.
~
Рис. 2. Схема строения Галактики (а) и один из участков Млечного Пути,
содержащий зnезды и газапылевые облака (6):
1 - сферическая составляющая; 2 - диск; 3 - слой газоnылевых облаков; 4 - ядро; 5 -
Солнце; 6 - корона;
точками nоказаны шаровые скоnления; размеры условные
Поэтому Солнцецентр притяжения всего множества движу
щихся вокруг него планет, астероидов, метеоритов и комет,
составляющих вкупе с ним Солнечную систему.
Солнцецентр нашего мироздания. Этоодна из сотен миллиардов звезд, образующих нашу Галактику, известную
под названием Млечный Путь (от греч. galaktikos- млечный).
Любая галактика вообщеэто гигантское скопление миллиар
дов или триллионов звезд и связанной с ними рассеянной мате рии. Обычно галактики в плане имеют форму закрученной спи рали, а в профильдиска. Не представляет собой исключения и Млечный Путь, диаметр которого около 100 тыс. световых
лет 1, а толщинаоколо 20 тыс. световых лет. Поскольку Сол нечная система располагается внутри нашей Галактики, то зем
ному наблюдателю доступен лишь край из ее срединной обла сти, и Млечный Путь кажется нам не спиральным скоплением,
а полосой звездной материи, пересекающей небо.
Солнечная система располагается в пределах экваториаль ной плоскости галактического диска (рис. 2). Центр Галактики скрыт от наблюдателя скоплением межзвездной пыли. Счита ется, что он расположен за созвездием Стрельца. Его окру
жают около |
120 |
видимых шаровых скоплений звезд, каждое |
|||||||
из которых содержит от 10 тыс. до 1 млн звезд. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
1 световой |
год |
соответствует длине пути, |
который |
свет |
проходит за |
|||
1 год |
со скоростью |
-3 · 1()11 |
м/с, что равняется |
9,46 · 1012 |
км; |
3,263 |
свето |
||
вого года составляют |
1 парсек |
(сокращенно от параллакс и секунда); |
1 пк=о |
||||||
=3,086·1018 км, |
1000 пк= 1 кпк (килопарсек); 1 пк=206 265 а. е, |
|
|
||||||
1Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|