parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

2. История становления теории тектоники литосферных плит	31

1.Тектогенез обеспечивается взаимодействием жёсткой и хрупкой литосферы мощностью 50 – 100 км и подстилающей её пластичной астеносферой.

2.Литосфера разделена подвижными сейсмическими поясами на несколько крупных плит, которые перемещаются на тысячи километров по астеносфере. В состав плит входят как материки, так и прилегающие океанические участки; при перемещении плиты деформируются только по краям.

3.Различаются перемещения трёх типов: раздвиги, поддвиги и сдвиги. Раздвиги плит происходят в осевых частях СОХ, а в промежутки

между ними поступают базальты, образуя новую кору. При этом по обе стороны СОХ создаётся система симметрично расположенных магматических полос с прямой и обратной линейной намагниченностью. Скорость раздвигания колеблется от 1 до 10 см/год. Этот процесс получил название «спрединга».

Поддвиги развиваются на противоположных относительно СОХ окраинах плит под глубоководными желобами. Здесь, в зонах Вадати – Беньофа океаническая литосфера со скоростью 6 – 9 см/год поддвигается (субдуцирует) под континентальную с последующим погружением в мантию. В этих зонах «уничтожаются» (компенсируются) избытки океанической коры (до 3 км3/год), образовавшиеся в СОХ. Предполагается, что радиус Земли при этом остаётся постоянным.

Сдвиги проявляются как результат растяжения-сжатия плит и происходят по разломам, получившим название «трансформных».

4. В качестве механизма горизонтального перемещения литосферных плит принимается тепловая конвекция в мантии Земли, Вертикальные восходящие потоки в зонах спрединга преобразуются в горизонтальные течения, которые переносят плиты к окраинам Мирового океана, где проявляются нисходящие потоки в зонах субдукции. Горизонтальные размеры таких конвективных ячей должны быть сопоставимы с шириной океана, а длина ячеи должна быть примерно в 10 раз больше её толщины.

Гипотеза литосферных плит, с одной стороны, была восторженно принята группой российских учёных (Л.П. Зоненшайн, А.Л. Книппер, М.И. Кузьмин, Н.Л. Добрецов, Ч.Б. Борукаев и др.), а с другой – встретила немало оппонентов, которые либо отвергали её целиком, либо отдельные ее положения. В России это были В.В. Белоусов, В.А. Магницкий, Е.В. Артюшков, Ю.А. Косыгин и др., а за рубежом – А. и Г. Мейерхоффы, С. Кэри, М. Гораи, Х. Оуэн и другие.

32	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

А.В. Пейве (1969) в своей статье «Океаническая кора геологического прошлого» сопоставил разрезы и показал сходство мезозойских эвгеосинклиналей Альпийско-Гималайского пояса и складчатых сооружений вокруг Тихого океана с разрезами дна океанов и сделал вывод, что «эвгеосинклинали всегда возникали на фундаменте из океанической коры». Он предположил, а затем и обосновал идею о том, что встречающиеся во многих горных поясах мира офиолитовые покровы представляют собой фрагменты древней океанической коры, надвинутые на континентальные окраины. В это же время Дж. Дьюи (1969) наметил контуры раннепалеозойского Протоатлантического океана, существовавшего на месте каледонского складчатого пояса северо-западной части Европы и Аппалач.

П.Н. Кропоткин (1958, 1961) на примере Азии и южных гондванских материков обосновал значительное (на многие тысячи километров) перемещение крупных блоков земной коры, а в 1971 г. предположил, что Евразия является составным континентом, возникшим за счёт соединения континентальных блоков при закрытии разделяющих их океанических бассейнов.

С.А.Ушаков и В.Е.Хаин (1965) на основе геологических данных по Антарктиде показали, что без привлечения гипотезы дрейфа континентов невозможно объяснить общность строения этого материка с соседними континентами.

А.Н.Храмов (1970, 1974) стал первым геофизиком-магнитологом, который использовал новые палеомагнитные данные для определения параметров движущихся континентов и подтвердил данные о крупных перемещениях материков в течение всего фанерозоя (Khramov, 1970).

Т. Масуда и С. Уеда (1971) стали рассматривать островные дуги как поверхностное отражение явлений субдукции. И островные дуги, и расположенные с их тыльной стороны окраинные моря характеризуются в качестве единых геодинамических систем. Механизм их образования связывается с отодвиганием дуги от материка и формированием в её тылу депрессии окраинного моря.

О.Г. Сорохтиным (1971) был рассчитан механизм образования континентальной коры за счёт дегидратации и переплавления океанической коры, а несколько позже количественно объяснена природа увеличения глубины океанического дна по мере удаления от СОХ (Сорохтин, 1973).

В 1972 г. японский геолог А. Миясиро изучил условия метаморфизма пород и осадков в зонах поддвига плит и обосновал существование парных метаморфических поясов, представляющих собой зоны высоко-

2. История становления теории тектоники литосферных плит	33

и низкобарического метаморфизма, протягивающиеся параллельно друг другу вдоль структуры островной дуги.

Для вулканических хребтов «гавайского типа» Дж. Уилсон (1963) и В. Морган (1972) предложили модель «горячих точек». Горизонтальную миграцию извержений на этих хребтах данные исследователи трактовали как результат перемещения над «горячими точками» литосферных плит, последовательно «прожигаемых» идущими вверх мантийными струями. Дж. Т.Уилсон(1965, 1974) выделил ещё один класс разломов в днище океанов, по которым происходят значительные горизонтальные сдвиги. Такие разломы заканчиваются на концах подвижных поясов, соединяясь с ними таким образом, что создают взаимосвязанную сеть, разделяющую поверхность Земли на серию жёстких плит. Эти разломы автор назвал трансформными. Кроме того, на океаническом дне были установлены надвиги и поверхности горизонтального срыва.

На основе данных бурения и датировок магнитных аномалий С.А Ушаковым и др. (1972) и А.П. Лисицыным (1974) были впервые построены карты возраста дна Мирового океана.

А.В. Пейве (1975, 1976) отметил наличие надвиговых структур и во внутренних частях океанов. Оценивая данные бурения Срединно-Атлан- тического хребта, он обратил внимание на то, что все типы пород офиолитовой ассоциации подверглись дроблению, катаклазу, милонитизации, сланцеватости, плойчатости. В них отмечаются зеркала скольжения, пластические деформации. Это позволило сделать вывод, что в геологической истории хребта был период сжатия и скучивания горных пород, во время которого возникло настоящее складчатое сооружение из океанической коры. Вместе с тем он подчеркнул, что рифтогенез и блоковую тектонику с излиянием базальтов в Атлантике следует считать проявлением послескладчатого орогенеза в растущем срединном хребте.

Л.И.Лобковским и О.Г.Сорохтиным (1976) был теоретически исследован механизм поддвига литосферных плит под островные дуги и рассчитаны условия затягивания осадков в зоны субдукции.

В 70-е гг. прошлого века А.А. Ковалёвым (1972, 1976), Л.П.Зоненшайном и др. (1976) с позиций плейттектоники обосновывается металлогеническая зональность Урало-Монголо-Охотского складчатого пояса, рассматриваются условия образования месторождений углеводородного сырья.

Анализ глобальной эволюции климата в истории Земли в связи с перемещением литосферных плит был выполнен А.С.Мониным и др. (1977, 1979), С.А.Ушаковым и Н.А.Ясомановым (1984).

34	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Ю.М. Пущаровский (1980) считал, что изменения в строении и мощности океанической коры можно объяснить явлениями механического скучивания тектонических пластин, происходящими на разных уровнях.

Впоследующем наличие подобных структур было подтверждено бурением в зонах трансформных разломов (Зелёного Мыса, Архангельского, Кларион-Клиппертон), в районе острова Барбадос и в других местах.

Рассматривая распределение очагов землетрясений в разломах океанической коры, Л.Р. Сайкс в 1960-х гг. пришёл к выводу, что мелкофокусные землетрясения на гребнях СОХ характеризуются в своих очагах преобладанием сбросовых подвижек. Одновременно с этим Б. Айзекс и Дж. Оливер (1974) привели первые доказательства поддвигания океанической коры под островные дуги (субдукция).

При изучении магнетизма океанского дна Р. Мэйсоном, А. Раффом, Дж. Хейрцлером, Ф. Вэйном и Д. Мэтьюзом были выявлены параллельные магнитные аномалии, располагающиеся симметрично с каждой стороны СОХ. Эти авторы предположили, что симметричное чередование полос положительных и отрицательных аномалий по бокам СОХ обусловлено разрастанием дна океана в сочетании с периодическими инверсиями магнитного поля Земли. Это позволило определить скорость разрастания океанического дна, которая периодически меняется от 0,5 до 19 см/год.

В80-е гг. началось обсуждение вопросов проявления тектоники плит в докембрии. Рифейские офиолиты были описаны на Южном Урале В.И. Ленных и В.П. Парначёвым (1985), в Забайкалье – Э.Г. Кониковым (1986), были установлены раннепротерозойские офиолиты в Индостане (Саркар, 1982), в Канаде (Хофман, 1985) и в других местах.

В.Е. Хаин (1988) высказался о специфичности архейской тектоники плит, связанной с высоким тепловым потоком, малой мощностью литосферы и вязкой реологией коры, назвав её эмбриональной тектоникой.

Враннепротерозойское время, по мнению автора, существовала тектоника малых плит, разграниченных густой сетью коротких осей спрединга.

Первые признаки субдукции в рифее были отмечены Д.И. Мусатовым с соавторами (1984), когда 1,4 млрд лет назад Западно-Сибирская океаническая плита субдуцировала под континентальную плиту Сибирской платформы. Енисейский кряж, Туруханская и Игарская зоны представляли собой островные дуги, а за ними образовался задуговой бассейн, преобразованный впоследствии в Бугарахтинский прогиб.

2. История становления теории тектоники литосферных плит	35

Проблема древних докембрийских и палеозойских океанов продолжает обсуждаться на различных российских и международных совещаниях.

В начале 80-х гг. прошлого столетия канадскими и американскими исследователями (Е.Р. Шермером, К. Фуитой, Дж. Нойберном, Б. Ватсоном и др.) были заложены основы террейнового анализа. На примере изучения складчатых зон окраин Тихого океана было показано, что они образовались путём прерывистой аккреции разнородных крупных блоков (suspect terranes) – островодужных, окраинно-морских, океанических, континентальных и др., перемещенных в процессе движения океанических плит на тысячи километров и сгруженных по периферии Тихоокеанского кольца. Террейновый анализ был широко использован Л.П. Зоненшайном, М.И. Кузьминым, А.А. Моссаковским для палеотектонических реконструкций, что было доложено в 1984 г. на 28-й сессии МГК в Москве (Тектонические процессы, 1989).

Вместе с тем ряд известных исследователей продолжает выступать с критикой новой теории.

По представлениям П.Н. Кропоткина (1980) современную теорию тектоники литосферных плит можно принимать лишь как первое, очень грубое приближение к реальной картине геодинамики.

В.А. Магницкий и Е.В. Артюшков (1978) считают далеко не очевидным главный постулат гипотезы о наличии обширных жёстких плит, поскольку в действительности они разбиты на множество блоков с очень сложным спектром автономных перемещений. Эти авторы отмечают несоответствие сейсмической активности зон погружения и поглощения плит, где сосредоточено 85 – 90 % всей сейсмической активности Земли, и зон разрастания СОХ, где сейсмическая энергия незначительна. По их представлениям существование тепловой конвекции в мантии крайне маловероятно, а если она и происходит, то величина создаваемых напряжений много меньше, чем предполагают авторы гипотезы литосферных плит. Вместе с тем, и В.А. Магницкий и Е.В. Артюшков признают, что крупномасштабные движения земной коры оказываются обусловленными дифференциацией по плотности на границе ядра и мантии и подъёмом в верхнюю мантию больших масс лёгкого нагретого материала, которые затем растекаются в стороны, увлекая за собой кору.

Ю.А. Косыгин (1983) также акцентирует внимание на отсутствие историзма в гипотезе литосферных плит и о предположительности допу-

36	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

щения конвективных течений в мантии. Он обращает внимание на неоднозначность границ между плитами, сомневается в правомерности доказательства спрединга по палеомагнитным данным, так как в некоторых районах магнитные аномалии не обладают линейностью, а образуют мозаичную структуру. Вместе с тем он констатирует, что гипотеза литосферных плит достойна внимания, но нуждается в проверке.

По мнению В.В. Белоусова (1984), «обобщения, сформулированные тектоникой плит, основываются не на чертах длительного развития коры, а на особенностях современных процессов в ней». И далее «…единственное независимое обоснование кинематики плит представляется палеомагнетизмом. Однако принятая в наши дни интерпретация палеомагнитных изменений является, по меньшей мере, спорной».

Сторонники гипотезы расширяющейся Земли полностью поддерживают идею спрединга, но отрицают возможность субдукции. М. Гораи (1984) и С. Кэри (1991) указывают на отсутствие поглощения океанической коры там, где этот процесс должен был бы происходить (Африка, Антарктида). Странным является наличие зон растяжения в Южных Андах, которые должны находиться в условиях интенсивного сжатия. Оба автора утверждают, что субдукция – это миф.

В 70-е гг. сотрудники Института океанологии АН СССР А.П. Лисицин, А.С. Монин, Л.П. Зоненшайн, О.Г. Сорохтин начали широко использовать идеи тектоники литосферных плит в решении различных вопросов региональной и прикладной геологии. Металлогеническая зональность и возможность прогноза поисков месторождений полезных ископаемых в последние годы рассматривается С.А. Ушаковым, А.А. Ковалевым, Л.П. Зоненшайном. Проводится регулярно «Школа морской геологии», различные конференции, совещания и семинары, посвященные геодинамическим проблемам. Плитотектоническая концепция, общепринятая в мировой науке, все больше завоевывает умы и наших геологов.

Л.П. Зоненшайн и А.М. Городницкий (1977) выполнили реконструкцию континентов и океанов для восьми эпох палеозоя (ранний кембрий, средний-поздний ордовик, ранний-средний девон, ранний-средний карбон, поздний карбон-ранняя пермь) и мезозоя (средний-поздний триас, поздняя юра, поздний мел). По их мнению, «развитие и формирование складчатых поясов Земли представляет собой … историю океанов от их раскрытия до закрытия за счёт расхождения и схождения континентов». Несколько позднее Л.П. Зоненшайном с соавторами (1984) были рас-

2. История становления теории тектоники литосферных плит	37

считаны положение полюсов вращения и углы поворота плит, вычислены параметры конечных перемещений континентов для времени 220, 280, 340, 400, 460 и 520 млн лет и показано не только широтное, но и долготное положение континентов, намечены пути их перемещения и конфигурация палеозойских океанов.

В настоящее время теория литосферных плит продолжает совершенствоваться и развиваться. Эволюция теории идёт по многим направлениям. Изменились представления о количествах и размерах плит, их жёсткости, механизмах и причинах крупномасштабных горизонтальных перемещений.

Количество и размеры плит. В 1968 г. К. Ле Пишоном было выделено 6 крупнейших плит – Тихоокеанская, Американская, Африканская, Европейская, Австралийская и Антарктическая, а затем ещё плиты Наска, Сомали, Филиппинская, Аравийская, Карибская, Кокосовая. Американская плита была разделена на Северную и Южную. Было подчёркнуто, что полученные результаты не согласуются с гипотезой расширяющейся Земли. Дж. Минстер в 1974 г. выделяет 11 плит, В. Морган – 20, К. Чейз, Ю.И. Галушкин и С.А. Ушаков в 1978 – 1979 гг. – 27 плит и, наконец, Р.М. Деменицкая (1975) – 100 плит. Позднее в качестве плит В.Е. Хаин рассматривал и террейны.

Классификация впадин окраинных морей (Геология окраинных бас-

сейнов, 1987; Т.И. Фролова (1997), Ю.А. Богданов (2001) и др. Считается, что одни из них образуются вдоль осей спрединга (Бискайский залив, Тасманово море), другие возникают на участках океанов, будучи отгороженными островными дугами (Южно-Китайское море, ЗападноФилиппинская впадина, Карибское море), третью группу составляют задуговые моря, сопряженные с зонами субдукции. Высказано соображение о синхронности развития кайнозойских задуговых бассейнов и вулканических дуг (Богатиков и др., 2009).

Жёсткость литосферных плит и новые мобилистские гипотезы.

Ранее литосферные плиты считались жёсткими образованиями, скользящими по поверхности астеносферы и деформирующимися только по краям. В дальнейшем было установлено, что и на континенте и в океане кора имеет слоистое строение, а границы между слоями являются тектоническими, с которыми совпадают зоны надвигов. На разных глубинных уровнях были выявлены «волноводы», то есть зоны резкого падения скоростей сейсмических волн, с которыми в ряде случаев совпадают очаги землетрясений. А.В. Пейве, Ю.М. Пущаровским и др. в 1980 –

38	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

1990 гг. была обоснована концепция тектонической расслоенности литосферы, которая учёными США была названа «деламинацией». В итоге было принято, что основными поверхностями срывов являются граница чехла и фундамента, поверхность Конрада (гранитогнейсовые аллохтоны), поверхность Мохо (офиолитовые аллохтоны), астеносферные слои (дунит-гарцбургитоые аллохтоны). Было признано, что тектонические движения охватывают по глубине всю литосферу, что обуславливает возможность перемещение литопластин на разных уровнях глубинности. Отсюда последовало заключение о непрерывной латеральной и глубинной смене в литосфере тектонодинамических ситуаций, о разнотипности движений в различных горизонтах и неравномерности деформаций. В.Е. Хаин (1988), оценивая концепцию тектонической расслоенности литосферы как весьма прогрессивную, отмечал, что нельзя согласиться с попытками объявить эту концепцию особым течением в мобилизме, способным конкурировать с тектоникой плит. Тектоническая расслоенность плит явление региональное, а не глобальное.

О.И. Лобковский (1988) считает, что классическая теория тектоники литосферных плит столкнулась с серьезными трудностями при рассмотрении геологических процессов регионального масштаба. Он предложил концепцию двухъярусной тектоники плит, включающую проявление литосферной и коровой тектоники. Глобальные горизонтальные движения поверхностной оболочки Земли размером в несколько тысяч километров объясняются геодинамикой нижнего литосферного яруса, а размером в сотни километров – геодинамикой верхнего корового яруса. Автор полагает, что верхний корово-плитный ярус в принципе работает аналогично нижнему, но вместо процесса субдукции при сближении коровых плит развивается явление обдукции. С этим связано утолщение земной коры, формирование горных хребтов и высоких плато, повышенный тепловой поток, миграция сейсмоактивности, механизм отторжения и аккреции чужеродных блоков (террейнов).

О. Кокс и Р. Харт (1989) в книге «Тектоника плит» полагают, что литосферные плиты являются и пассивными «пассажирами» и сами играют активную роль в конвективом процессе. Они не отрицают возможность двухмасштабной конвекции, при которой конвекция более крупного масштаба включает в себя плиты как активные элементы, а режим мелкомасштабной конвекции ограничен астеносферой.

В более поздних работах В.Е. Хаин (1989) развивает представление о концентрически-зональном оболочечном строении Земли. Оболочки

2. История становления теории тектоники литосферных плит	39

включают нижнюю, среднюю и верхнюю мантии, нижнюю и верхнюю континентальные коры. Каждая оболочка представляет собой автономную динамическую систему, перемещающуюся друг относительно друга. Он предполагает наличие подвижных границ между ядром и мантией, где окислы (или сульфиды) железа стекают в ядро, а разогретый силикатный материал всплывает и даёт начало конвективным течениям. На глубине около 670 км и выше этой границы мантия разделена сейсмофокальными зонами на два сектора – континентальный и океанический, которые испытывают пульсации (расширение-сжатие) через каждые 600 млн лет. На глубине 400 км по поверхности срыва континенты раздвигаются, создавая пространство для вторичных океанов. Между корой и верхней мантией (поверхность Мохо) при коллизии литосферных плит нижняя вязкопластичная часть коры скучивается, формируя орогены. По поверхности между осадочной оболочкой и консолидированной корой массы складчато-покровных зон перемещаются в сторону кратона. Внутри осадочной оболочки происходит нагнетание материала и диапиризм.

Несколько позже В.Е. Хаин и А.Т. Зверев (1990) на основе данных Д.Л. Андерсена и А.М. Дзевонского (1984) по сейсмической томографии высказали мнение о существовании в верхней части планеты двух глобальных разноглубинных и взаимосвязанных потоков перемещения вещества. Верхний поток включает кору и верхнюю мантию и направлен от рифтогенов к континентам. Он вызывает развитие в них деформаций и интенсивное скучивание сиалического материала. Нижний среднемантийный поток направлен от областей скучивания сиалического материала и рифтогенов с большими скоростями спрединга в сторону океанических плит и рифтогенов с малыми скоростями спрединга.

Ю.М. Пущаровский (1992, 1994 и др.) обратил внимание на неупорядочное проявление во времени и пространстве структурообразующих движений, что обусловлено нелинейной геодинамикой Земли. На это указывают нерегулярные и разномасштабные тепломассопотоки на разных уровнях, мантийные неоднородности и глубинная асимметрия, неожиданное возникновение или быстрое отмирание сейсмических, тектонических и магматических импульсов, часто наблюдаемые нерегулярности в структурном плане Земли, тектоническое скучивание литопластин в одних местах и рассредоточение масс в других. По мнению Ю.М. Пущаровского, путь дальнейшего развития геотектоники лежит через развитие нелинейной геодинамики.

40	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Геодинамику блоков земной коры (микроплит, микроблоков с поперечником в первые десятки километров), перемещающихся по внутрикоровым «астеносферам», Дж. Дьюи, и А. Сенгора назвали «шолевой тектоникой» (от немецкого Scholl –клочок земли), а сами блоки получили название «шоли».

Еще одно направление эволюции тектоники литосферных плит охва-

тывает поиск энергетических источников и механизмов глобальных движений литосферы.

О.Г. Сорохтин (1974, 1979 и др.) развитие тектоносферы и горизонтальное перемещение плит связывает с процессами, происходящими на границе мантии и ядра, а в качестве механизма принимает модель гравитационной конвекции – процесс плотностной дифференциации первичного вещества Земли, приводящий к выделению тяжелого ядра и расслоению Земли на железистое ядро и силикатную оболочку. На долю процесса выделения ядра приходится более 94 % энергии, остальные 6 % составляет радиогенная энергия. Всего вероятнее, конвективные движения в мантии происходят циклически с последовательными перестройками структуры конвективных ячеек. Каждому конвективному циклу в мантии соответствует тектонический цикл на поверхности Земли. Настоящий альпийский цикл является двадцатым в истории Земли. Подчёркивается, что скорость образования новой коры пропорциональна скорости движения литосферных плит.

Е.В. Артюшков (1979) также считает основным механизмом плотностную дифференциацию вещества на границе нижней мантии и ядра. Дифференциация вызывает подъём в верхнюю мантию крупных масс лёгкого нагретого материала, из которого выплавляется аномальная мантия. Последняя всплывает к литосфере и, взаимодействуя с ней, вызывает вертикальные и горизонтальные движения. После изостатического поднятия коры она вместе с аномальной мантией стремится растечься из области поднятия в стороны, что приводит к большим горизонтальным перемещениям литосферы. Глубоко залегающие подошвы континентальных платформ обтекаются лёгким нагретым материалом. Здесь базальт переходит в гранатовый гранулит, а затем и эклогит, отчего объём пород уменьшается на 10 – 12 %, плотность увеличивается, поверхность Земли погружается и возникают осадочные бассейны. Таким образом, вертикальные и горизонтальные перемещения порождены одним процессом, они могут проявляться одновременно и независимо друг от друга.