1. Предмет геотектоники. Основные разделы геотектоники

Геотектоника — наука о строении, движениях и деформациях литосферы и ее развитии в связи с развитием Земли в целом. Литосфера включает земную кору и самую верхнюю, наиболее упругую часть мантии. Под ее строением подразумевается неравномерное распределение горных пород различного состава, происхождения и условий залегания. Движения литосферы, выражаются в переме­щении отдельных ее участков в вертикальном (поднятия, опуска­ния) или горизонтальном направлении. Они могут сопровождаться изменениями в условиях залегания, а нередко и во внутренней структуре масс горных пород. Эти изменения называются текто­ническими деформациями, а конечный результат деформаций сос­тавляют новые формы залегания пород, называемые тектоничес­кими дислокациями, или нарушениями. Дислокации быват пликативные (складчатые), дизъюнктивные (разрывные) и инъективные.

Литосферу и астеносферу нередко объединяют в одно понятие тектоносферы (или тектосферы) как главной области проявления тектонических процессов. Основные источники тектонических движений и деформаций лежат очень глубоко, в них вовлечена вся мантия вплоть до пограничного слоя с жидким ядром Земли. Геотектоника является лишь разделом геологии, а собственно геологические методы (геологическое картирование и бурение) позволяют непосредственно изучать лишь земную кору и самую верхнюю часть мантии; более глубокое изучение Земли — дело геофизики.

В последние десятилетия возникла и получи­ла бурное развитие новая научная дисциплина — геодинамика. Ее задача ус­тановление и исследование сил, действие которых и порождает процессы, изменяющие состав и строение оболочек твердой Зем­ли, в том числе не только тектонические, но и сейсмические, маг­матические и метаморфические. Оснсвной метод этой науки — моделирование: ма­тематическое и физическое.

Геотектоника состоит из не­скольких разделов. Первый — морфологическая геотектоника, (структурная геология или просто тектоника). Она включает выделение основных типов тектониче­ских дислокаций мелкого и среднего масштаба размером до десят­ков — первых сотен километров, таких как антиклинали и синклинали, грабены и горсты, и т.п.

Второй раздел – региональная геотек­тоника. Она занимается выделением и характеризацией установяенных в структурной геологии типов тектонических структур на площади того или иного региона.

Третий раздел — историческая геотектоника. Ее задача состоит в выделении основных этапов и стадий развития структуры литосферы, как в глобальном, так и в региональном масштабе.

Особый подраздел исторической геотектоники – неотектоника, рассматривающая последний этап развития лито­сферы— олигоцен-четвертичный. Причиной такого обособления явилась специфичность, как самого этапа, так и методов его изу­чения. Актуотектоника – спецефическое направление, изучающее современные движения.

К собственно тектоническим методам относятся следующие 3 группы методов.

Другой аспект применения метода анализа перерывов и несо­гласий заключается в составлении палеогеологических карт до перерывных поверхностей. Такие карты обычно изображают структуру определен­ного региона, сложившуюся к началу нового этапа тектонического развития.

Помимо собственных методов геотектоника широко опирается на данные смежных наук о Земле и прежде всего на данные гео­физики, без которых невозможно получить объемное представле­ния о строении земной коры и литосферы, а тем более тектоносферы и планеты в целом. Ведущее положение среди геофизиче­ских методов с точки зрения геотектоники приобрели сейсмичес­кие методы; их значение стремительно возрастает. Но достаточно велика роль и других геофизических методов: магни­тометрии, гравиметрии, геотермии, магнитотеллурических зонди­рований.

Существенное значение для геотектоники приобрели и геохи­мические методы в широком их понимании, включая петрохимию, изотопную геохимию и др.

Тесные связи с геотектони­кой наук о веществе горных пород — петрологии магматических и метаморфических пород, седиментологии и литологии — полу­чили отражение в учении о формациях и литодинамических ком­плексах. Не менее тесны они и в отношении геоморфологии и па­леогеографии. Причем здесь всюду действует принцип обратных связей; с одной стороны, геотектоника использует фактический материал этих наук и, с другой стороны, помогает им в истолко­вании процессов и явлений, которые составляют область их инте­ресов. То же касается и наук, изучающих полезные ископаемые. Многие из них служат ценными показателями тектонических и геодинамических обстановок, например, алмазоносные кимберли­ты,, характерные для древних платформ, сульфидные руды поли­металлов — для вулканических островных дуг и т. п.

Практические аспекты геотектоники – 1) используется при поисках месторождений различных полезных ископаемых, поскольку тектонические условия и особенности тектонического развития являются одним из главных факторов, контролирующих размещение их залежей. При этом составляют тектонические карты (основа для анализа размещения уже обнаружен­ных скоплений полезных ископаемых и прогноза распространения еще не открытых залежей). Следовательно, текто­ническая картография также составляет важный раздел геотек­тоники.

2) данные изучения новейших и особенно современных движений и сейсмичности подлежат обязательному учету при строительстве крупных сооружений, в особенности атомных и гидроэлектростанций.

3) данные неотектоники и актуотектоники имеют пер­востепенное значение при оценке сейсмической опасности, при со­ставлении карт сейсмического районирования и прогноза земле­трясений. Исследованием связи сейсмичности с тектоническими структурами и движениями занимается — сейсмотектоники.

4. Основные этапы развития геотектоники.

Ггеотектоника — сравнительно молодая наука, поскольку она лишь во второй четверти XX в. обособилась в самостоятельную науч­ную и учебную дисциплину, являясь до этого лишь разделом ди­намической геологии. Однако становлению геотектоники предше­ствовала довольно длительная предыстория.

В 1669 г. итальянский ученый датского происхождения Н. Стено сформулировал положения, закладывающие основы тектоники: 1) осадочные породы первоначально накапливаются горизонтальными слоями; их наклонное или изогнутое залегание является результатом последующих нарушений; 2) если на нак­лонном слое залегает слой горизонтальный (или более слабонаклоненный), это значит, что наклон первого слоя произошел до от­ложения второго; 3) горы не представляют постоянной величины. Причину тектонических нарушений Н. Стено усматривал в оседа­нии и обрушении пластов над подземными пустотами.

Крупнейшие естествоиспытатели XVII в. Р. Декарт и Г. Лейб­ниц попытались впервые представить нашу планету как развива­ющуюся и имеющую продолжительную и сложную историю. Они полагали, что Земля первоначально была расплавленной, а затем стала остывать и покрылась твердой корой. Сгущение паров, оку­тывавших расплавленную Землю, создало Мировой океан (Г. Лейбниц), а уход вод в подземные пустоты, сохранившиеся под корой, привел к образованию суши, включая горы. Идеи Р. Декарта и Г. Лейбница были развиты в XVIII в. французским натуралистом Ж. Бюффоном, а более правильные представления о причинах движений и деформаций земной коры были высказа­ны англичанином Р. Гуком, итальянцем А. Л. Моро и Г. В, Рахманом — адъюнктом Петербургской академии наук; первый свя­зывал их с землетрясениями, два других — с деятельностью вул­канов; все трое, таким образом, являлись последователями древ­негреческих плутонистов.

Второй этап (вторая половина XVIII в. — первая четверть XIX в.). На этом этапе возникает научная геология. Один из ее основоположников немец А. Г. Вернер — еще стоял на позици­ях нептунизма, рассматривая наклонное залегание пластов либо как первичное, либо как связанное с провалом в подземные пус­тоты. Несмотря на эти серьезные заблуждения, некоторые нептунисты {русский академик П. С. Паллас, швейцарец Г. Б. де Соесюр) правильно подметили зональное строение горных сооружений, с залеганием гранитов в осевой части и наклоном осадочных толщ в обе стороны от оси, постепенно уменьшающимся к периферии.

Совершенно иные взгляды были высказаны М. В. Ломоносо­вым и затем шотландцем Дж. Хаттоном (Геттоном). М. В. Ломо­носов признавал ведущую роль в образовании гор за эндогенны­ми процессами, подчеркивал сопряженность поднятий и опусканий, сделал первую попытку выделить среди движений земной коры несколько типов, в частности более быст­рые и более медленные. Дж. Хаттон уже связывает с проявления­ми «подземного жара» вулканическую деятельность и магматизм вообще, считая главным типом движений земной коры вертикаль­ные движения. Взгляды М. В. Ломоносова и Дж. Хаттона получи­ли дальнейшее развитие в работах немецких ученых А. Гумбольд­та и Л. Буха и оформились в виде первой научной тектонической гипотезы — гипотезы поднятия, которая в первой четверти XIX в. вытеснила нептунистические взгляды А. Вернера и его последо­вателей. С развитием геологического картирования на основе био­стратиграфии во второй четверти XIX в. появляются систематики складчатых нарушений, описываются не только складки, но и над­виги. При этом складчатость объясняется оттеснением слоев со сводов поднятий поднимающейся магмой (Б. Штудер). Складко- и горообразование, а также тесно связанный с ними по гипотезе поднятия вулканизм считаются происходящими повсеместно од­новременно в виде катастроф всемирного значения. Эти катастрофистские воззрения были постепенно преодолены с появлением знаменитого труда Ч. Лайеля «Основы геологии» (1830).

Французский геолог Э. Ог (1900) противопоставил геосинкли­налям устойчивые континентальные площади, затем получившие название платформ. Но решающий вклад в развитие учения о платформах был внесен русскими геологами, начиная с А. П. Кар­пинского и А. П. Павлова. К этому же этапу относится возникно­вение учения об изостазии (англичане Дж. Эри и Дж. Пратт, американец К. Деттон — автор термина).

Естественным завершением данного этапа явилось создание австрийским ученым Э. Зюссом фундаментального труда «Лик Земли» (1885—1909), в котором впервые, причем на основе гипо­тезы контракции было дано описание тектонического строения всей поверхности земного шара. В эти же годы французский гео-лопМ. Бертран (1887) указал, что складчатые зоны континентов имеют разный возраст и принадлежат четырем основным эпохам горообразования — гуронской (докембрийской), .каледонской, гер-цинской и альпийской.

Четвертый этап (первая половина XX в.). Рубеж XIX и XX вв. отмечен в геотектонике кризисом контракционной гипотезы, подо­рванной в своих астрономических (замена «горячей» космогонии Канта—Лапласа «холодной»), физических (открытие естествен­ной радиоактивности с выводом о разогреве Земли) и геологиче­ских (открытие шарьяжей, требовавших очень значительного сок­ращения объема Земли за короткий срок) основах. Вместо кон­тракционной гипотезы в начале века был выдвинут ряд других — под-коровых течений (О. Ампферер, 1906), пульсирующей (В. Бу-

хер, 1933; М. А. Усов, 1939; В. А. Обручев, 194.0) и даже расширяю­щейся (Б. Линдеман, 1927; О. Хильгенберг, 1933; М. М. Тетяев, 1934) Земли. Наиболее радикально отличной от всех этих типо-тез явилась гипотеза перемещения материков (Ф. Тейлор, 1910; А. Вегенер, 1912), положившая начало новому направлению в гео­тектонике— мобилизму, допускающему крупные горизонтальные перемещения континентальных масс, в противоположность фик-сизму, принимающему их фиксированное положение относительно подстилающей мантии. Но наибольший успех в 30—50-е годы, вы­пал на долю концепций, возродивших представления сторонников гипотезы поднятия о ведущем значении вертикальных, особенно восходящих, движений в развитии земной коры и связавших эти движения с подъемом магмы, являющейся продуктом глубинной дифференциации вещества мантии Земли под влиянием разогрева радиогенным теплом ( В. В. Белоусов, 1944 и позднее; голланд­ский ученый Р. В. ван Беммелен, 1933 и позднее).

Одновременно на этом этапе продолжали разрабатываться бо­лее конкретные разделы геотектоники, в частности учение о гео­синклиналях и платформах, в чем активное участие приняли рус­ские геологи (А. Д. Архангельский, Н. С. Шатский, В. В. Белоу­сов, А. В. Пейве, А. Л. Яншин, А. А. Богданов, М. В. Муратов и др.), а из зарубежных —прежде всего Г. Штилле, Дж. М. Кэй, Ж. Обуэн. В России возникло учение о глубинных разломах (А. В. Пейве, 1945); обособились в виде отдельных самостоятель­ных направлений неотектоника (В. А. Обручев, 1948; Н. И. Нико­лаев, 1949; С. С. Шульц, 1948), сейсмотектоника (И. Е. Губин, 1950); широкое применение в геотектонике нашел формационный анализ (Н. С. Шатский, Н. П. Херасков, Н. Б. Вассоевич и др.); началось интенсивное изучение современных движений (Ю. А. Ме­щеряков и др.).

В 30—40-е годы появились первые учебные руководства, сна­чала по структурной геологии (Б. и Р. Уиллисы, Ч. Лизе, М. А. Усов), а затем по геотектонике (М. М. Тетяев, В. В. Белоу­сов). Преподавание курса геотектоники было начато в 30-е годы в Ленинградском горном (М. М. Тетяев) и Московском геолого­разведочном (Е. В. Милановский) институтах.

Пятый этап (с 60-х годов XX в.). К середине 50-х годов благо­даря успехам научно-технической революции на вооружение гео­логов, геофизиков и геохимиков поступили новые приборы, рас» ширившие возможности познания строения и развития земной ко­ры и тектоносферы в целом. Началось интенсивное изучение ложа океанов, приведшее к установлению коренных отличий океанской коры от континентальной, к открытию мировой системы срединно-океанских хребтов, .к обнаружению увеличения мощности осадков от хребтов к периферии океанов и др. Геофизики подтвердили су­ществование в верхней мантии ослабленного слоя — астеносферы, открыли явления остаточной намагниченности горных пород (.па­леомагнетизм), периодической инверсии магнитного поля Земли, линейные магнитные аномалии в океанах. Все эти и другие открытия показали недостаточность фиксистских концепций тектогене-за, особенно в части происхождения океанов, и обусловили нео­жиданный возврат к мобилизму в новой форме, получившей наз­вание тектоники литосферных плит (1962—1968). В итоге совре­менное развитие геотектоники, а также других наук о Земле про­ходит под знаком господства идей неомобилизма.

К этому же этапу относятся такие важные достижения, как успехи в радиометрическом датировании горных пород, позво­лившие распространить историческую геотектонику на докембрий и выявить общие тенденции в развитии земной коры и литосферы; все более широкое применение результатов съемок поверхности Земли из космоса, не только указавших на большую роль в строе­нии земной коры кольцевых структур разного масштаба и линеа-ментов, но подтвердивших также реальность взаимных горизон­тальных перемещений литосферных плит и уточнивших рельеф, а следовательно, и структуру ложа океанов; огромный прогресс сейсмических методов с применением сейсмической стратиграфии для освещения строения осадочного чехла континентов и океанов, сейсмики отраженных волн для выявления тонкой структуры ко­ры окладчато-покровных горных сооружений и фундамента плат­форм, глубинного сейсмического зондирования для определения строения земной коры и верхов мантии, сейсмической томографии для «просвечивания» мантийных глубин планеты вплоть до ее яд­ра; отметим далее не менее важные результаты глубоководного океанского и сверхглубинного континентального бурения и успе­хи геохимии изотопов, а также редких и рассеянных элементов, существенно способствующих решению ряда задач геодинамики и геотектоники.

Вместе со сменой фиксистской парадигмы мобилистской в форме тектоники плит все это позволяет говорить, что в развитии геотектоники, как и геологии в целом, в начале 60-х годов про­изошел настоящий революционный скачок. Он выразился и в рез­ком усилении научных исследований по новым направлениям науки.

Эти исследования, с одной стороны, подтвердили основные принципы и положения тектоники плит, показав, что ее можно с полным основанием считать первой в истории геотектоники науч­ной теорией, а не просто очередной гипотезой, но, с другой сторо­ны, указали на определенную ограниченность, чрезмерную упро­щенность, жесткость и недостаточность первоначально сформули­рованных постулатов этой теории. Поэтому, принимая в данной книге концепцию тектоники плит в ее классической форме и с ми­нимальными поправками за основу изложения всего материала, В заключительной главе мы стремились отразить современное ее состояние и отметить нерешенные ею вопросы.
5. Тектоносфера. Методы изучения тектоносферы. Общие представления о составе и строении тектоносферы.

В понятие тектоносферы вклю­чают литосферу и астеносферу, т. е. земную кору и верхнюю ман­тию (до некоторой глубины).В геологическом смысле по вещественному составу тектоносфера делится на земную кору и верхнюю мантию до глубины поряд­ка 400 км, а в физическом — на литосферу и астеносферу, причем границы между этими подраз­делениями, не совпадают и литосфера обычно вклю­чает кроме коры и какую-то часть верхней мантии.

Существуют две главные группы методов изучения состава и строения тектоносферы — геологические и геофи­зические. К геологическим относятся полевые наб­людения. Они дают возможность непосредственно познакомиться на суше с породами верхней мантии в немногих районах (Ка­надский и Западно-Австралийский щиты, Итальянские Альпы) и нижней континентальной коры. В океанах, где земная кора много тоньше, чем па континентах, вдоль разломов она нередко обнажается полностью и из-под нее выступают породы верхней мантии. Они здесь доступны для дра­гирования (взятия образцов драгами), а также для прямых наб­людений с подводных обитаемых аппаратов. На суше известны древние аналоги океанской коры и верхов мантии — офиолиты, выступающие на поверхность во внутренних зонах большинства складчатых систем. По ним мы можем судить об океанской коре геологического прошлого и частично о верхней мантии.

Научные сведения о составе и особенно физическом состоянии континентальной коры на больших глубинах дало бурение Коль­ской сверхглубокой скважины, достигшей глубины 12 261 м.

Строение и состав океанской коры были освещены бурением более 800 скважин в Мировом океане. Глубоководным бурением особенно подробно изучен осадочный чехол океанов; консо­лидированная часть коры вскрыта на ощутимую глубину лишь единичными скважинами и пока нигде не пройдена полностью; это составляет задачу дальнейших исследований по проекту глу­боководного бурения.

Очень большая роль в изучении тектоно­сферы принадлежит геофизическим и прежде всего сейсмическим методам. Строение осадочного чехла крупных впадин на конти­нентах и в морях успешно освещается сейсмостратиграфией. Для расшифровки строения коры в целом широкое применение нашло глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ), основанное на использовании корреляцион­ного метода преломленных волн. В дальнейшем был раз­работан и успешно применен для изучения тонкой структуры коры складчатых сооружений и фун­дамента платформ метод отраженных волн.Для установления поло­жения кровли астеносферы используется метод магнитотеллурических зондирований.

В настоящее время появилось новое направление — сейсмотомография, — заключающееся в компьютерном анализе прохождения сквозь всю толщу мантии сейсмических волн от многих тысяч зем­летрясений. Это позволило выявить в мантии, на разных ее глу­бинах, области повышенных и пониженных скоростей распростра­нения сейсмических волн, которым, очевидно, соответствуют обла­сти уплотнения и разуплотнения мантии, ее охлаждения и разог­рева.