parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

Оглавление	1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.П. Парначёв

ОСНОВЫ

ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА

Допущено УМО по классическому университетскому образованию

в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 020300 Геология

2-е издание, переработанное и дополненное

ТОМСК «Издательство НТЛ»

2014

2	Оглавление

УДК 551.24 ББК 26.324 П 184

Парначёв В.П. Основы геодинамического анализа: учебное

П184 пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – Томск: Изд-во НТЛ, 2014.

–316 с.

ISBN 978-5-89503-539-9

Вучебном пособии изложены основы современной геодинамики – науки

осущности геологических процессов, обуславливающих движение и деформации литосферных плит. Характеризуется понятийная база, используемая в геодинамическом анализе, конкретные геодинамические обстановки, их минерагения и индикационные признаки. Даётся краткая характеристика существующих глобальных геотектонических гипотез. В заключении указывается на появление признаков новой научной революции в науках о Земле, базирующейся на представлениях о нелинейности реальных геологических процессов.

Пособие предназначено для студентов геологических и географических специальностей высших учебных заведений, аспирантов и работников геологических научно-исследовательских и производственных организаций.

УДК 551.24 ББК 26.324

Рецензенты: А.К. Мазуров – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой Томского политехнического университета

А.И. Чернышов – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой петрографии Томского государственного университета

ISBN 978-5-89503-539-9	©	В.П. Парначёв, 2014
	©	Оформление. Дизайн.
		ООО «Издательство НТЛ», 2014

Оглавление	3

	ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................		5
1.	Понятийная база..................................................................................	11
2.	История становления теории тектоники литосферных плит........	20
3.	Доказательства дрейфа континентов...............................................	43
	3.1. Признаки разделения континентов...............................................	43
	3.2. Признаки столкновения континентов ..........................................	52
	3.3. Методы расчета параметров относительного движения
	литосферных плит..........................................................................	53
	3.4. Определение скоростей движения литосферных плит...............	56
4.	Типы и строение земной коры...........................................................	65
	4.1. Континентальный тип земной коры.............................................	65
	4.2. Океанический тип земной коры....................................................	67
	4.3. Переходные типы земной коры.....................................................	68
5.	Основные черты строения континентов.........................................	70
	5.1. Платформы .....................................................................................	70
	5.2. Орогенные складчатые пояса континентов .................................	78
	5.3. Континентальные рифтовые зоны................................................	82
	5.4. Пострифтовые осадочные бассейны (чехол древних и мо-
	лодых платформ)..........................................................................	101
	5.5. Зоны внутриплитной активизации и внутриплитного маг-
	матизма..........................................................................................	102
6.	Основные черты строения океанического дна.............................	105
	6.1. Срединно-океанические хребты (СОХ) .....................................	106
	6.2. Трансформные разломы ..............................................................	125
	6.3. Вулканические островные дуги..................................................	136
	6.4. Асейсмические (регулярные) вулканические хребты...............	159
	6.5. Глубоководные океанические желоба........................................	166
	6.6. Зоны Беньоффа – Вадати – Заварицкого.....................................	171

4	Оглавление

	6.7. Абиссальные равнины..................................................................	174
	6.8. Микроконтиненты........................................................................	176
	6.9. Пул-апарт-бассейны.....................................................................	178
	6.10.Окраинные моря (задуговые и междуговые бассейны)............	180
7.	Межконтинентальные рифты.........................................................	195
8. Зонысочлененияконтинентальныхиокеанических структур....		203
	8.1. Пассивные континентальные окраины......................................	203
	8.2. Активные континентальные окраины........................................	211
	8.3. Трансформные окраины..............................................................	226
9. Зоны столкновения континентов (коллизионные зоны) ............		228
10. «Горячие точки» и мантийные плюмы........................................		238
11.	Террейны и террейновый анализ..................................................	246
12. Индикаторные (петрохимические и тектонические) кри-
	терии диагностики геодинамических обстановок......................	253
	12.1. Методы индикации палеогеодинамических обстановок.......	253
	12.2. Петрохимические тренды магматических пород различ-
	ных геодинамических обстановок...........................................	254
	12.4. Хаотические комплексы как индикаторы геодинамиче-
	ских обстановок.........................................................................	276
13.	Движущий механизм тектоники плит..........................................	287
14. Применение методов геодинамического анализа при гео-
	логическом картировании..............................................................	290
	14.1. Предполевой период. Подготовительные работы ..................	290
	14.2. Полевой этап. Методика сбора полевого материала..............	292
	14.3. Камеральный этап.....................................................................	293
15.	Глобальные геотектонические гипотезы.....................................	295
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................		311
ЛИТЕРАТУРА............................................................................................		314

Введение	5

ВВЕДЕНИЕ

Геодинамика – раздел наук о Земле, в котором делаются попытки объяснить наблюдаемые факты на нашей планете на основе динамических принципов механики, физики и химии. Цель науки «геодинамики» состоит в том, чтобы на основе известных законов физики и химии построить модель эволюции Земли. Геодинамика в последние годы выделилась в самостоятельную область знаний о Земле. Это наука о глубинных силах и процессах, возникших в результате эволюции Земли и обуславливающих движение вещества и энергии внутри Земли и в её верхних оболочках. Сами объекты исследования, то есть глубинные силы и процессы, недоступны непосредственному восприятию и о них удаётся судить лишь по косвенным признакам и теоретическим построениям. Такие косвенные данные поступают из различных источников и, главным образом, в виде результатов геофизических исследований.

Анализ результатов прохождения сейсмических волн позволил установить расслоенность нашей планеты, выявить присутствие ядра Земли, жидкое состояние внешнего ядра, наличие астеносферы, где вещество частично находится в расплавленном состоянии и способно к перетеканию (ползучести). Выше располагается литосфера – жёсткая упругая оболочка, включающая земную кору и верхнюю часть верхней мантии.

Геохимические и петрологические данные проливают свет на вероятный состав земных недр, а экспериментальные исследования поведения горных пород и минералов при высоких температурах и давлениях позволяют судить о возможном состоянии вещества на различных глубинах и его физических параметрах, например вязкости. Тем самым открывается путь для предположений о различных физических преобразованиях и химических реакциях, протекающих в глубинных оболочках.

Независимые сведения о физических свойствах вещества внутри Земли мы получаем из определения объёма и массы Земли путём расчетов, а также результатов экспериментов, что позволяет говорить о резком увеличении плотности вещества в ядре Земли.

6	Введение

Дополнительные сведения о вероятном первичном составе земного материала даёт изучение межпланетного вещества, которое попадает на Землю в виде метеоритов.

Геодинамика зиждется на ряде общих теоретических построений – концепций об образовании планет Солнечной системы. Можно сказать, что концепции эволюции Земли будут разными, если исходить из гипотезы первично горячей, но охлаждающейся Земли или гипотезы первично холодной, последовательно разогревающейся, а затем охлаждающейся Земли. Определение природы глубинных процессов возможно по конечным результатам их действия, то есть по их выражению в близповерхностных структурах земной коры и литосферы.

Термин «геодинамика» ввёл в 1911 г. англичанин А. Лява. Этим термином обозначалась взаимосвязь динамики Земли с космическими факторами (например, приливы в твёрдой Земле). В настоящее время представления о геодинамике значительно расширились и включают анализ всех динамических процессов, происходящих внутри и на поверхности Земли.

В соответствии с естественным структурным разделением системы «Земля» на геосферы, в составе геодинамики выделяются: динамика ядра, динамика мантии, динамика литосферы, динамика земной коры, динамика гидросферы, динамика атмосферы, динамика околоземного космического пространства. Динамика внутренних геосфер (ядра, мантии, литосферы, земной коры) объединяется во внутреннюю эндогенную геодинамику. Динамика внешних геосфер (гидросферы, атмосферы, околоземного космического пространства) составляет внешнюю экзо-

генную геодинамику.

Эндогенная геодинамика изучает процессы, порожденные действием внутриземных сил. Геодинамические теории в данном случае должны объяснить множество фактов: глобальное расположение континентов и океанов, механизм перемещения литосферных плит, образование орогенических поясов, срединно-океанических хребтов, сейсмичность и вулканизм, источник энергии для всех этих процессов.

Экзогенная геодинамика объясняет факты, касающиеся внешних морфологических особенностей Земли: формы рельефа, условия действия геоморфологических агентов (воды, льда, ветра), формирование склонов, речных бассейнов, берегов озёр, морей и океанов, дна океанов, нивальных и эоловых форм рельефа. Эндогенные и экзогенные процессы протекают в противоборстве друг с другом.

Введение	7

Внутренняя эндогенная геодинамика целиком относится к области динамической геологии. Внешняя геодинамика к динамической геологии относится только в той мере, в которой процессы, протекающие во внешних геосферах, воздействуют на литосферу или другие внутренние геосферы. При этом динамика гидросферы соответствует области интересов гидрологии, лимнологии и океанологии; динамика атмосферы – метеорологии; динамика околоземного космического пространства интенсивно исследуется в рамках космических программ.

Помимо перечисленных крупных разделов геодинамики в её составе может рассматриваться динамика любой более мелкой части системы «Земля», выделенной по какому-либо признаку: динамика биосферы, динамика рифтовых зон и т.д., а также динамика отдельных естественных процессов (динамика Ташкентского землетрясения, динамика Ключевского вулкана, динамика гидротермальных процессов Центрального месторождения и т.д.).

Нередко используются термины «общая геодинамика», «частная геодинамика», «региональная геодинамика». Общая геодинамика – гео-

динамика внутренних оболочек. Она имеет дело с познанием глубинных движений масс вещества во внутренних частях Земли и порождающих их процессах. Целью частной геодинамики является изучение поверхностных оболочек Земли, т.е. движение литосферных плит и связанных с ними тектонических и магматических явлений. Региональная геодинамика занимается исследованием конкретных ограниченных по площади территорий земной поверхности. Предметом изучения региональной геодинамики являются результаты взаимодействия литосферных плит, обусловленные этими взаимодействиями силы и процессы, происходящие в определенных участках земной коры и литосферы.

Тектонические деформации и проявления магматизма, формирование месторождений полезных ископаемых определяются глобальными перемещениями литосферных плит. Но местные особенности, такие, как тип и возраст земной коры, наличие или отсутствие предшествующих подвижных зон, а значит, относительная стабильность или мобильность данного региона – всё это накладывает отпечаток на конкретные проявления взаимодействия плит и создаёт специфические геодинамические обстановки, господствующие в пределах того или иного участка земной коры.

Для геолога, исследующего конкретный район, наибольший интерес представляет именно региональная геодинамика. Она объясняет образование сложного ансамбля осадочных комплексов, тектонических

8	Введение

структур и магматических проявлений, формирование месторождений и проявлений полезных ископаемых, которые далеко не всегда просто вписываются в картину глобального взаимодействия литосферных плит. В задачу региональной геодинамики входит также объяснение смены геодинамических обстановок, свойственных какому-либо региону, во времени и увязка этой эволюции с общим движением и взаимодействием литосферных плит.

В настоящее время широко используется термин «историческая геодинамика», или «палеогеодинамика», которая изучает геодинамику геологического прошлого. Её главным направлением являются плитотектонические, или палеогеодинамические, или просто геодинамические реконструкции. Основной задачей таких реконструкций является восстановление прежнего положения литосферных плит, выяснение их прошлой конфигурации, установление типа границ и определение характера взаимодействия литосферных плит между собой, в том числе расчёт направления и скорости движения литосферных плит. То есть одной из главных задач палеогеодинамики является выяснение кинематики литосферных плит в геологическом прошлом.

С достаточно большой точностью кинематические реконструкции могут быть выполнены для последних 160 – 180 млн лет. По мере движения в глубь геологической истории меняется значимость различных методов реконструкций, уменьшается их точность и достоверность.

Изучение кинематики прошлых движений и взаимодействий литосферных плит является основой для понимания геологической истории Земли, выяснения истории формирования континентов, складчатых поясов, раскрытия и закрытия океанических бассейнов. Всё это имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение для выяснения закономерностей образования и размещения месторождений полезных ископаемых.

Палеогеодинамические реконструкции имеют и более общее познавательное значение. Поскольку в движении литосферных плит так или иначе отражаются глубинные процессы (конвективные течения, подъём мантийных плюмов и др.), то по общей картине перемещения плит можно судить о движущем механизме тектонике плит, то есть о глубинной или общей геодинамике.

Конечной целью геодинамического анализа является создание модели строения и эволюции литосферы исследуемого региона, которая может быть выражена комплектом следующих графических приложений:

Введение	9

-геодинамическими картами масштаба 1:1 000 000 – 1:50 000 с легендой;

-геолого-геофизическими разрезами к картам, отражающими глубинное строение земной коры региона;

-эволюционными геодинамическими профилями по основным периодам и кульминациям тектогенеза;

-палинспастическими палеотектоническими схематическими картами для тех же временных отрезков, что и профили;

-схемами палеогеодинамического районирования региона. Обращает на себя внимание тот факт, что в отечественной научной

литературе термин «геодинамика» часто употребляется как синоним тектоники литосферных плит, т.е. в узком значении этого слова (например, «Геодинамическая программа…», «Геодинамическая карта», «Геодинамический полигон» и т.д.). В то же время, ряд авторов (Артюшков, 1979; Тёркот и Щуберт, 1985 и др.) при рассмотрении геодинамики главный акцент делают на выяснении природы глубинных сил и процессов, протекающих в недрах Земли.

Тектоника плит является более убедительной и доказательной концепцией, чем все предшествующие ей тектонические воззрения, так как она оказалась способной предсказывать факты, которые можно проверить наблюдениями. Связь с наблюдениями обеспечивают два количественных элемента этой теории: геометрическая точность и надёжное определение времени.

В современной теории литосферных плит широко используется актуалистический метод, основанный на сопоставлении условий формирования геологических комплексов прошлых эпох с современными геодинамическими обстановками. Это дало возможность установить, что складчатые пояса возникли на месте прежних океанических бассейнов, систем островных дуг, окраинных и средиземных морей, на месте активных и пассивных континентальных окраин.

Вместе с тем следует отметить, что актуалистический метод имеет ограниченную применимость к разным сторонам геологической жизни Земли. Он не применим к процессам, происходящим в глубинах Земли. Ограничено применение актуалистического метода в палеонтологии, так как развитие органического мира шло столь быстрыми темпами, а приспособляемость организмов к новым условиям столь велика, что сравнение современных и древних форм даёт мало достоверных данных для их познания.

10	Введение

Актуалистический метод оказался наиболее применимым и наиболее эффективным в осадочной геологии. Это объясняется тем, что процесс осадконакопления в современных условиях доступен для изучения с любой степенью детальности. С другой стороны, физико-химические условия на поверхности Земли меняются достаточно медленно и соответственно медленно меняются условия осадконакопления. При этом важным фактором, который необходимо учитывать, является появление жизни на поверхности Земли, оказывающей существенное влияние на процессы выветривания и переноса вещества в бассейны осадконакопления. С учетом вышеизложенного считается возможным с относительно небольшими поправками переносить представления, выработанные при изучении современного осадочного процесса, по крайней мере, на последние 300 – 400 млн лет.