Внутриплатные зоны складчатых дислокаций

В 1975 г. В. М. Рыжовым и В. В. Соловьевым была опублико­вана карта морфоструктур центрального типа территории СССР в масштабе 1:10 000 000. Все указанные на карте кольцевые структуры (несколько сотен) разделены на купольные, кольцевые и купольно-кольцевые. В возрастном отношении они образуют две группы: домезозойскую и мезокайнозойскую. Наиболее крупные из структур, достигающие в поперечнике 1000 км, расположены в: районе Западно-Сибирской низменности, в Казахстане и на Северо-востоке России. В крупные структуры вписываются более мелкие .кольца, полукольца и полуовалы, диаметр самых мелких из которых составляет не более 50 км. Одна из самых .крупных коль­цевых структур, расположенная на Северо-востоке и имеющая в диаметре 900 км, состоит из сочетания 35 колец, овалов и полу­колец.

На основании изучения кольцевых структур среди них выде­ляют несколько генетических типов. Наиболее распространены структуры магматогенного происхождения (вулканогенные, вулканоплутонические, плутонические), метаморфогенные (гранитогнейсовые купола), структуры, связанные с диапиризмом соленосных и глинистых толщ, льда, с грязе- и гидровулканизмом, взрыв­ные структуры, структуры ударного (метеоритного) происхожде­ния, сводовые поднятия и погружения (связанные главным обра­зом с нарушением изостатического равновесия) и структуры,, имеющие гетерогенное происхождение, так или иначе отраженные: в расположении элементов рельефа земной поверхности.

Среди кольцевых структур присутствуют как положительные, так и отрицательные, однако этот признак не может быть основой их разделения, так как и те и другие могут возникнуть при одних и тех же процессах.

Учитывая, что многие из кольцевых структур охарактеризова­ны выше или ниже, здесь мы коснемся лишь метеоритных крате­ров и структур, установленных на аэро- и космофотоснимках.

Метеоритные кратеры и астроблемы. К метеоритным кратерам и астроблемам относят крупные понижения и котловины на по­верхности Земли, образование которых связано с кратковремен­ным воздействием мощных ударных волн, возбуждаемых падени­ем на земную поверхность сравнительно крупных космических, тел. Метеоритные кратеры и астроблемы известны на всех континентах. Всего их насчитывается более 150, из них 40 — на терри­тории Канады и 25 — на территории, входившей в СССР, но при­рода ряда из них спорна. Размеры метеоритных кратеров различ­ны: от 25 м до 100 км и более. К настоящему времени установ­лено около 20 крупных структур этого рода с диаметром более 20 км. Из них семь находятся на территории бывшего СССР, в том числе и самая большая из известных —Попигайская астроб­лема.

Обычно метеоритный кратер представляет собой округлую структуру, окруженную приподнятым валом, а иногда и внешней, опрокинутой от центра синклиналью. Кратеры заполнены ударной брекчией, лежащей на расколотых и трещиноватых породах. В середине кратеров часто присутствует центральное поднятие, сло­женное хаотической брекчией, состоящей из вынесенных наверх пород дна кратера. 'В астроблемах из-за позднейших разрушений, оползней, оплывин и эрозии некоторые из элементов строения кратеров могут быть выражены очень слабо или совсем отсутст­вовать. В связи с возникающими при ударе огромными давлением (до 100 ГПа) и температурой (до2000°С) в метеоритных кратерах обнаружены минералы высокобарических фаз кремнезема (коэсит, стиповерит) и высокобарические фазы других соединений (рингвудит и жадеит), а также горные породы особого сложения и структуры. Среди последних обычны следующие.

Однако далеко не все исследователи признают ударное метео­ритное происхождение многих описанных в качестве астроблем структур. Некоторые ученые, в частности П. Н. Кропоткин, при­писывают этим структурам эндогенное, взрывное происхождение. Основной довод сторонников эндогенной, взрывной природы не­которых структур, описываемых другими исследователями в ка­честве астроблем, — их приуроченность к крупным закартированным разломам земной коры и особенно к их пересечениям, а также связь с этими разломами структур заведомо эндогенного происхождения. Наиболее яркий пример — ситуация в южной Германии, в районе Швабского Альба. Здесь на прямолинейном разломе протяженностью около 100 км расположены, с одной стороны кратеры Рис и Штейнхейм, с другой стороны поле вул­канических взрывных трубок Урах.

Поэтому в спорных случаях достоверным доказательством именно импактного происхождения кратеров и их принадлежнос­ти к настоящим астроблемам служит обнаружение реликтов метео­ритного вещества, обогащенность иридием, металлами платино­вой группы, никелем, а также наличие шоковых минералов — пластинчатого кварца, коэсита, стишовита и других и конусов разрушения. Менее надежным признаком является распространение брекчий, трактуемых как ударные, но могущих иметь и взрыв­ной генезис.

Кольцевые структуры отраженные на аэро- и космоснимках. При дешифрировании аэрофотоснимков на основании изучения рисунка элементов рельефа, фототопа и других деталей изображе­ния довольно уверенно выделяются многочисленные округлые, овальные или полуовальные структуры. Как указывает С. В. Порошин, наиболее часто встречаются кольцевые структуры с диа­метрам 6—7, 12—16, 23—25, 30—32, 90, 120 и 480—500 км¹. Коль­цевые структуры диаметром до 90 км в большинстве своем име­ют, по-видимому, вулканоплутоническое происхождение. В отно­шении природы более крупных образований мнения различны.

Кольцевое строение вулканоплутонических структур обуслов­лено .прежде всего округлыми очертаниями самих вулканических построек и расположением многих элементов рельефа вокруг цент­ров извержений. В древних денудированных вулканах кольцевым строением обладают отпрепарированные экструзивные купола, некки, дугообразные и кольцевые дайки, радиальные и концент­рические разломы, гребни вложенных куэст, ориентированные вдоль границ обрушения. Как считают А. И. Яковлев и Н. В. Скублова, появление округлых изображений может быть также связа­но с тепловыми аномалиями, в центре которых располагаются кратеры молодых потухших или проявляющих себя вулканов. Кольцевые формы создают и близко расположенные к поверхнос­ти, но не вскрытые денудацией гранитные плутоны, а также очень древние, раннепалеозойские и позднепротерозойские, сильно раз­рушенные вулканические постройки. Следует отметить сходство вулканоплутонических кольцевых структур с подобными образованиями других планет и в первую очередь Луны.

Происхождение кольцевых структур диаметром более 90 км пика еще недостаточно ясно. Почти все исследователи склоняют­ся к мысли об их большой древности и зарождении на значитель­ной глубине. Многие из кольцевых структур, установленные па древних щитах, связаны со складчатыми овалами и гранито-гнейсовыми куполами, в понимании Л. И. Салопа. При образова­нии складчатых овалов происходило воздымание относительно легких сиалических ядер, в то время как в межовальных прост­ранствах сохранились зеленокаменные пояса. На более поздних стадиях развития земной коры, начиная с позднего докембрия, Поднимавшиеся легкие массы ремобилизованных под влиянием Высокого теплового потока пород фундамента внедрялись в осадочные толщи протоплатформенного и платформенного чехла и формировались гранитогнейсовые купола. В относительно неизменном виде эти структуры сохранились в областях, не затронутых позднейшей складчатостью: на Алданском, Балтийском, Ук­раинском и других щитах и массивах.

Не менее отчетливо на аэрофото- и космоснимках видны коль­цевые и овальные структуры в областях погружения консолиди­рованной земной коры. К ним относятся Трансильванская, Патагонская, Прикаспийская, Южно-Балхашская и другие впадины.

Высказаны и более общие соображения о природе крупных и гигантских кольцевых структур. Так, А. И. Яковлев и Н. В. Скублова видят в них отражение глубинных «энергетических центров», расположенных в астеносфере, а сами структуры, по их мнению, представляют собой места прорыва в земную кору расплавленных мантийных масс («горячие точки»). Еще дальше идет С В Порошин, полагая, что региональные кольцевые структуры являют­ся одной из форм, отражающей всплывание и прорыв вещества глубинных оболочек Земли в вышележащие толщи. При этом большое значение имеют конвекционные токи в мантии и возмож­ные перемещения подкорового материала. Появление овальных структур, по мнению С. В. Порошиыа, связано с последующим раздавливанием первичных кольцевых структур, максимальным в земной коре и затухающим с глубиной.

Как отмечалось в гл. 1, анализ фаций применим в двух ас­пектах — пространственном, когда изучается распределение фа­ций по площади для строго ограниченного стратиграфического ин­тервала, и временном, когда исследуется смена фаций во времени и пределах ограниченного района, часто даже точки, где распо­ложен обнаженный разрез или пробурена скважина. Большое течение для анализа фаций в последнее время приобрели данные (спемостратиграфии, по которым выявляются фациальные изме­нения как в латеральном, так и в вертикальном направлениях.

Анализ распределения фаций по площади проводится с по­мощью специальных карт. Карты эти составляются по данным и учения разрезов как в естественных обнажениях, так и в буровых скважинах и, как только что отмечалось, на сейсмостратиграфических профилях. Наиболее обычный стратиграфический интервал — ярус, подъярус, реже более мелкие (микропалеонтологи­ческая зона, горизонт, слой) или более крупные (отдел, система) Подразделения. Примером мелкомасштабных карт фаций (и мощностей) могут служить карты «Атласа литолого-палеогеографических карт СССР» масштаба 1:7 500 000, изданного в 1967—1969 гг. Карты эти названы литолого-палеогеографическими, ибо в них использованы две системы параллельных обозначений: литология показана штриховыми знаками, физико-географические условия — цветом. Подобные атласы изданы для США и Китая. На картах этих атласов еще не учитывались относительные горизонтальные перемещения, которые привели к совмещению фаций, ранее отло­женных на том или ином расстоянии друг от друга, а в других случаях — к разъединению фаций, накопившихся по соседству друг с другом. Поэтому подобные карты сохраняют свое значение лишь для континентальных платформ и бывших пассивных окраин континентов. Примером атласа литолого-палеогеографических карт, составленного уже с учетом таких перемещений, может слу­жить «Геологический атлас Центральной и Западной Европы», изданный П. А. Циглером в 1982 г. О методике построения подоб­ных карт речь пойдет ниже.

Интерпретация карт фаций включает прежде всего выделе­ние областей накопления осадков данного стратиграфического ин­тервала и их отсутствия. Естественно, что области накопления осадков, если только речь не идет о субаэральных образованиях, должны рассматриваться как области тектонического опускания — абсолютного, если речь идет о нормальных морских осадках, или, возможно, относительного, если речь идет о субаквальных осадках ненормальной солености или озерного и аллювиально-озерного происхождения. В областях отсутствия осадков требуется выяс­нить, является ли это отсутствие первичным, т. е. данная область была в это время областью сноса и, следовательно, тектоническо­го поднятия, или вторичным, результатом последующего размыва. Решить этот вопрос можно, анализируя фациальный состав осад­ков, обрамляющих область их отсутствия, и выясняя, есть ли в этом составе признаки сноса именно с этой области. Здесь в по­мощь таким макроскопическим признакам, как присутствие галь­ки или менее крупных обломков пород, сходных со слагающими эту область, может быть использовано присутствие характерных для нее минералов, в частности минералов метаморфических по­род.

Признаками, указывающими на положение области сноса, яв­ляются также ориентировка косых слойков, струйчатых гиероглифов — слепков борозд подводного размыва и течения и особенно наклона клиноформ, отчетливо выступающих на сейсмостратиграфических профилях. Очень ценные данные доставляет изучение олистолитов — крупных глыб в олистостромах — продуктах опол­зания и обрушения берегов. Естественно, что отсутствие подобных признаков свидетельствует в пользу допущения последующего раз­мыва.

Изучение состава (и мощности) осадков, обрамляющих об­ласть заведомого поднятия и размыва рассматриваемого геохро­нологического интервала, дает косвенные свидетельства интенсив­ности этого поднятия. Вполне очевидно, что чем грубее отложения, окаймляющие древнюю сушу, чем шире занимаемая ими полоса и чем больше мощность грубо- и крупнообломочных образований, тем интенсивнее были восходящие движения суши.

Анализ распределения фаций в области накопления осадков служит источником материала и для других выводов. В принципе, чем более глубоководны осадки, тем больше была интенсивность тектонического погружения. Но судить об этом по составу осад­ков, как показывают современные данные, надо, с большой осто­рожностью. Обычная схема изменения состава осадков от берега и глубь бассейна: галечник—>-гравий-песок>-алеврит->-глина->-—>-мергель—>-известняк->кремнистая порода — далеко не всегда выдерживается. У низких берегов грубообломочные осадки могут не отлагаться, и непосредственно у берега могут накапливаться пески, алевриты, глины и даже известняки-ракушечники; послед­нее характерно для областей аридного климата, например восточ­ного побережья Каспийского моря, или для побережий, сложен­ных известняками; в последнем случае отлагаются обломочные известняки.

Деятельность приливно-отливных или вдольбереговых течений обусловливает накопление песков, а иногда и галечников не не­посредственно у берега, а на определенном удалении от него, мо­ристее глинистых осадков. Мутьевые потоки выносят песчаный или гравийный материал на большие глубины, вплоть до ложа океа­нов; их отложения обладают характерной градационной текстурой и называются турбидитами. Присутствие турбидитов указывает на то, что бассейн имел значительную глубину, а его склоны отличались заметным укло­ном. Вдоль подножий континентальных склонов действуют кон­турные течения, которые разносят обломочный материал, дос­тавляемый мутьевыми потоками, в направлении, параллельном склону и берегу с образованием контуритов, также обладающих характерной тонкокосослойчатой текстурой. Вдоль североамери­канской окраины Атлантики контурными течениями созданы крупные песчаные тела.

Наиболее резкая фациальная дифференциация отмечается при блоковом расчленении подводных окраин континентов — на под­нятых блоках образуются рифовые массивы большой мощности, сопровождаемые по краям склоновыми брекчиями, в пределах опущенных блоков отлагаются глубоководные и маломощные слоистые известняки, мергели, глины, радиоляриты. Для участков дна бассейна, испытывающих отно­сительное поднятие, характерны еще горизонты конденсации осад­ков с накоплением галечников, концентрацией фосфоритовых конкреций и смешанной фауной нескольких смежных стратигра­фических горизонтов. Такие образования носят название, а их грубообломочные разности — апикальные конгломераты.

Рост складок влияет на распределение фаций и в континен­тальных или паралических бассейнах: в первых угли более ха­рактерны для синклиналей, во вторых — для антиклиналей.

Особые типы отложений характерны для флексурно-разломных зон. К ним относятся, в частности, барьерные рифы, приуроченные, как правило, к зонам перегиба от шельфа к континентальному склону, где возникают особенно благоприятные условия для их развития (удаленность от берега, обеспечивающая чистоту воды; малая глубина; относительно быстрое опускание). Так­же весьма примечательны олистостромы — подводно-оползневые или обвальные отложения с глыбами твердых пород — олистолитами или их пластинами — олистоплаками в глинисто-алеврито­вом заполнителе (матриксе). Они образуются в зонах активных разломов по периферии глубоководных бассейнов и во фронтальных частях движущихся шарьяжей.

О тектоническом режиме в областях древней суши позволяют судить ископаемые коры выветривания. Мощные коры могут воз­никнуть лишь в условиях длительного сохранения восходящих движений относительно небольшой интенсивности.

Различия в скорости погружения дна бассейна не только опре­деляют степень площадной дифференцированности, ширину от­дельных фациальных зон, но и отражаются на всем облике фор­мирующихся отложений, степени их диа- и катагенетических изменений. Быстрое погружение дна бассейна обеспечивает быстрое захоронение осадков при сравнительно недалеком переносе. Результатом является их слабая отсортированность, сохранение да­же малоустойчивых минеральных видов и, в итоге, аркозовый или граувакковый характер песчаных образований. Отложения обо­гащаются органическим веществом, не успевшим разложиться на поверхности дна и оказывающим восстановительное действие на железосодержащие минералы с образованием сульфидов и карбо­натов железа, придающих породам темную окраску. Длительное интенсивное погружение ведет в конечном счете к глубоким катагенетическим изменениям пород, вплоть до метагенеза с появле­нием хлорита и мусковита. Напротив, при медленном погружении дна бассейна осадки вследствие длительного перемыва оказыва­ются гранулометрически однородными, хорошо отсортированны­ми, лишенными малостойких минералов и обогащенными квар­цем, вплоть до образования чисто кварцевых песков и алевритов, а также наиболее устойчивыми тяжелыми минералами — цирко­ном, гранатами, рутилом, дистеном и др. Органическое вещество разрушается, а неустойчивые минералы подвергаются химическо­му изменению, в частности окислению, — образуются глауконит, закисные и окисные соединения железа, придающие породам зе­леный или красный цвет.

Карты фаций могут использоваться также для определения величины горизонтальных смещений по сдвигам. Эта величина соответствует расстоянию между однотипными (изопическими) фациальными зонами, ныне разобщенными данным сдвигом. Примером может служить определение смещения по Таласо-Ферганскому сдвигу в Тянь-Шане. В случае другого круп­ного сдвига - - Сан-Андреас в Калифорнии — для этой же цели использовано расположение миоценовых конгломератов и гра­нитного массива, служившего источником материала для их образования.

Анализ фаций помогает также определить амплитуду смеще­ний по крупным надвигам — шарьяжам. Так, зоной «корней» из­вестняковых покровов северного склона Восточных Альп считает­ся зона развития сходных фаций триаса — неокома к югу от Инсубрийского (Периадриатического) разлома, между которыми развиты существенно иные фации; соответственно амплитуда пе­ремещения этих шарьяжей оценивается минимум в 150 км.

Палинспастические реконструкции. В горных сооружениях шарьяжного строения, т. е. представляющих нагромождение над­винутых друг на друга тектонических пластин, для восстановле­ния первичного расположения осадков в бассейне необходимо построение карт специального типа, получивших название палинспастических. Принцип их заключается в раздвижении надвиговых пластин в направлении, обратном пере­мещению при надвигании, т. е. перпендикулярно простиранию надвигов, и их расположении рядом друг с другом. При этом желательно переместить пластины в область их «кор­ней», если последние известны, что бывает, однако, не часто. Желательно также произвести распрямление складок в пределах пластин, что может привести к увеличению их ширины до 20—25%, но это практически необходимо лишь при относительно крупно­масштабных реконструкциях (1:200 000 и крупнее). Затем состав­ляются карты фаций, участвующих в строении надвиговых плас­тин отложений.

Крупномасштабные горизонтальные перемещения могут быть установлены с помощью палеомагнетизма, но об этом подробнее будет сказано в конце данной главы.

Еще один аспект фациального анализа — анализ смены фаций по вертикали, т.е. во времени по разрезу, изученному в обнаже­ниях или скважинах. Считается, что изменение характера осадков от континентальных к мелководно- и глубоководноморским или наоборот свидетельствует об углублении или обмелении (осуше­нии) бассейна и тем самым об усилении или ослаблении прогиба­ния его дна. Однако последний вывод не может считаться обяза­тельным, ибо трансгрессии и регрессии являются в большинстве случаев следствием эвстатических колебаний уровня Мирового океана. Доказательством этого служит их проявление независимо от структурной дифференциации — расположения поднятий и прогибов. Лишь в случае их относительно локального проявления (регрессия на поднятиях, трансгрессии во впадинах) или в случае замкнутых, внутриматериковых бассейнов смену фаций можно интерпретировать как непосредственное отражение изменения знака и (или) скорости вертикальных движений.

Особую осторожность следует проявлять при интерпретации перерывов в осадконакоплении, ранее обычно рассматривавшихся как свидетельство поднятия данного участка выше уровня моря и его последующего опускания. В толще мелководных, шельфовых и склоновых осадков такие перерывы могут быть связаны со спол­занием пакетов осадков вниз по континентальному склону, а среди глубоководных осадков — действием течений или следствием неотложения в результате растворения карбонатного материала. Подобные явления отмечены в очень многих скважинах глубоко­водного бурения.

Цикличность осадконакопления. Характерной особенностью строения многих, если не всех осадочных толщ (формаций), слу­жит одинаковая повторяемость в их разрезе определенной после­довательности пород (фаций), получившая название цикличности или ритмичности. Ритмичность — более узкое понятие, чем цикличность, ибо предполагает равную длительность накопления одинаковых последовательностей пород. Но ость основания считать, что циклы действительно имеют равную продолжи­тельность.

Отдельные пачки пород, обнаруживающих такую последовательность, называются циклотемами, или циклитами; они обычно разделены следами перерыва в накоплении осадков и размыва подстилающих отложений, что обусловливает неполноту циклитов. Последние могут быть симметричными, если в их верхней половине последовательность слоев повторяется в обратном порядке, или асимметричными, если такого повторения не наблюдается. Соответственно в асимметричных циклитах мы наблюдаем только трансгрессивную последовательность осадков — от более мелководных или (и) более грубых к более глубоковод­ным или (и) более тонким, а в симметричных трансгрессивная последовательность плавно сменяется регрессивной.

Мощность и длительность циклов осадконакопления различны и разных формациях, например мелкая цикличность характерна для флиша, более крупная — или молассы. Но в одной и той же формации наряду с господствующим порядком цикличности обычно наблюда­ется более долгопериодическая цикличность, причем циклы меньшей длительности высту­пают в качестве составных элементов циклов большей длительности. Про­должительность перерывов между циклитами, а также степень выраженности несог­ласий на их границах пропорциональны порядку циклов. Имеет с тем чем крупнее циклиты, тем симметричнее они построены, т. е. в них полнее представлена регрессивная последовательность осадков.

Каковы же причины цик­личности разных порядков и какова среди них роль тектонического фактора? Проявлением наиболее короткопериодической цикличности служат ленточная слоистость озерных глин покровноледниковой формации и годичная слоис­тость соленосных толщ, обязанные своим возникновением смене времен года и дающие воз­можность определить абсолютную продолжительность накопле­ния соответствующих толщ. Можно полагать, что следующие 2—3 порядка цикличности с периодичностью в десятки и сотни лет связаны с климатическими изменениями, с циклами солнечной активности. Начиная с цикличности флишевых формаций перио­дичностью в тысячи лет в действие вступает тектонический фак­тор. Но колебания тектонической активности Земли могут нахо­диться в резонансной связи с периодичностью космических явле­ний. Флишевая цикличность связана с мутьевыми потоками, кото­рые могут быть обусловлены накоплением на шельфе «критичес­кого объема» обломочного материала, обусловливающим его пос­ледующий срыв и образование мутьевого потока. Определенную, а по мнению некоторых исследователей (Ф. Р. Лихт) решающую, роль могут играть эвстатические колебания уровня океана. Но скорее всего роль «спускового крючка» тут принадлежит земле­трясениям, в проявлении которых, как и вулканической деятель­ности, все больше обнаруживается эпизодичность.

Еще больше оснований связывать с периодическим оживлением и затуханием тектонической активности цикличность обломочных молассовых формаций, которой синхронно образование морских и речных террас. Но цикличность паралических угленосных фор­маций, накапливающихся на прибрежных аллювиально-озерных равнинах, периодически заливаемых морем, обязана, очевидно, эвстатическим колебаниям уровня моря. Последние, в свою оче­редь, могут быть обусловлены изменением емкости океанских впадин, имеющим тектоническую природу, а именно связанным с изменением скорости роста, рельефа и объема срединно-океанских хребтов. Наиболее долгопериодическая цикличность осадконакопления в десятки и сотни миллионов лет уже непосредственно увязывается с тектонической цикличностью, проявленной в разви­тии крупных структурных элементов земной коры — подвижных поясов, платформ и выраженной в повторении формационных рядов.

Таким образом, цикличность осадконакопления определяется периодическими изменениями климата, уровня Мирового океана, тектонической активности, воздействия физических полей около­земного космоса, но все они могут оказаться взаимосвязанными.