Крупнейшие геологические структуры

Крупнейшие геологические структуры земной коры - континенты и океанические впадины). Между ними существуют серьезные различия в строении земной коры и подстилающей ее верхней мантии:

• под континентами толщина земной коры составляет 35-80 км, под океанским дном 5-10 км;

• в разрезе земной коры континентов выделяются "осадочный", "гранитный" и "базальтовый" слои; под океанами "гранитный" слой отсутствует;

• "астеносфера" - слой, в котором мантийное вещество находится пластичном состоянии, под материками залегает на глубине более 150 км, под океанами – 15-150 км.

Если выразить графически рельеф материков и дна океанов в качестве различных ступеней общего рельефа Земли, получится так называемая "гипсографическая кривая" (греч. "гипсос" - высота, "графо" – пишу) земного шара (рис.4.12).

Геологические структуры континентов: платформы, подвижные пояса (эпиплатформенные орогены складчатые пояса, рифты) глубинные разломы (рис. 4.13.). Из ее анализа следует, что поднятие континентов над уровнем моря невелико по сравнению с глубинами океанов. На суше высоты менее 1000 м составляют 75% площади; средняя высота континентов над уровнем моря +870 м.

Океаническая кора и по строению, и по составу, и по мощности, и по возрасту, а так же по закономерностям развития существенно отличается от материковой (Табл. 4.1. и 4.2.).

Таблица 4.1. Сравнительная характеристика земной коры континентального и океанического типов (составил Арешин А.В.)

Таблица 4.2. Сравнительная характеристика химического состава земной коры континентального и океанического типов (по С.В. Аплонову, 2001)

Рис. 4.13. Схема строения земной коры континентов и океанов

Платформы (фр. "плат" - плоский, "форм" - форма) характеризуются пологим рельефом и имеют двухъярусное строение (рис. 4.14.). Верхний структурный этаж - осадочный чехол перекрывает более древний, нижний структурный этаж - фундамент. Породы фундамента интенсивно метаморфизованы и смяты в складки. Платформы занимают огромные площади в миллионы квадратных километров и сложены континентальной корой мощностью 30 – 40 км. Литосфера в их пределах достигает мощности 150 – 200 км. Они характеризуются выровненным низменным или плоскогорным рельефом, небольшой скоростью тектонических движений, слабой сейсмичностью, пониженным тепловым потоком.

Рис 4.14. Основные элементы внутреннего строения платформы (по В. Е. Хаину). Где: 1. — фундамент, 2 — галечники (конгломераты), 3 — пески (песчаники), 4 — глины (аргилли­ты), 5 — карбонатные породы

Осадочный чехол залегает на породах фундамента почти горизонтально со значительным угловым несогласием. Породы чехла образуют крупные пологие поднятия и прогибы, осложненные антиклинальными и синклинальными складками. Области платформ, где складчатое основание относительно погружено и покрыто толщей (1—16 км) горизонтально залегающих или слабонарушенных осадочных пород называются плитами. Термин предложен Э. Зюссом в 1885. Они возникают на месте выровненных эрозией складчатых областей, погрузившихся под уровень моря. К плитам относится, в частности, Русская (до 16—18 км) и Туранская плиты. Последняя охватывает обширные территории Закаспия. В областях длительного пригибания земной коры, например в Прикаспийской низменности, мощность платформенного чехла достигает 20 км.

В течение геологической истории Земли платформы многократно покрывались сравнительно неглубокими морями. В периоды трансгрессий и регрессий в них создавались благоприятные условия для формирования месторождений фосфоритов, бокситов и других осадочных полезных ископаемых. В широко распространенных на платформах болотах и озерах накапливались бурые железные руды и угли. Там, где фундамент не погружался под уровень моря, осадочный чехол отсутствует, и породы фундамента в настоящее время выходят на земную поверхность. Такие участки платформ с одноярусным строением называются щитами. Возраст горных пород, слагающих щиты составляет от 1,5 до 4,0 млрд. лет. Эти породы возникли на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений. На большинстве платформ площадь плит значительно превышает площадь щитов.

В пределах платформ различают тектонические структуры более низкого порядка (антеклизы и синеклизы).

Антеклизы - это крупные пологие выпуклые тектонические структуры, осложненные сводами, впадинами, валами и прогибами.

Синеклизы - подобны антеклизам по внутреннему строению, но в целом являются вогнутыми структурами. Своды - округлые или овальные в плане приподнятые структурные элементы. Они разделяются подобными по морфологии впадинами. Своды нередко осложняются валами - узкими и длинными цепочками антиклинальных поднятий, разделенных прогибами.

Зоны перикратонного опускания (по Е.В. Поплавскому)* — широкие зоны длиной до 1000 км, расположенные по краям платформы. Они имеют большую мощность осадочного чехла, которая увеличивается по мере удаления от центра платформы, и глубокопогруженный фундамент.

*Зоны перикратонных опусканий и передовые прогибы – это разные типы тектонических структур. Они возникают на разных этапах тектонического развития, характеризуются разными типами отложений, разной зональностью и никогда не существуют одновременно на одном и том же участке земной коры.

В основании наиболее крупных синеклиз находятся авлакогены (греч. авлакон — борозда) — древние желеобразные тектонические впа­дины шириной от десятков до нескольких сотен километров, ограниченные субпараллельными глубинными разломами и протя­гивающиеся на многие сотни километров. Постоянное погруже­ние способствовало накоплению в них осадочных пород боль­шей мощности. Залегание пород сложное, нередко складчатое. Это зоны повышенной и длительной тектонической активности.

Часто склоны синеклиз и антеклиз осложнены структурами более низких порядков – валами, впадинами и т.д.

Массивы (выступы) — крутые платфор­менные структуры, перекрытые маломощным осадоч­ным чехлом. От щитов они отличаются значительно меньшими размерами и более развитым осадочным чехлом.

К более мелким структурам чехла отно­сятся гряды, своды, валы и зоны поднятий.

Гряды — представляют линейные структуры значительных раз­меров горстового типа, перекрытые маломощным чех­лом;

Своды — крупные округлые положительные структуры чехла, мощностью около 2 км;

Валы — значительные по раз­мерам, вытянутые структуры осадочного чехла, объе­диняющие несколько блоковых структур, меньших по протяженности (Окско-Цнинский вал и др.

Впадины представляют собой круп­ные изометрические платформенные структуры. Вытя­нутые аналоги впадин представляют собой прогибы. Среди структур меньших размеров различают монокли­нали, флексурно-разрывные зоны, уступы и др.

Одна из главных причин, вызываю­щих осложнения в осадочном чехле платформ — это долгоживущие глубинные разломы, рассекающие жесткий кристаллический фундамент. Крылья разломов испытывают разнонаправленные перемещения, которые сказывают­ся на перекрывающих их осадочных образованиях: возникают условия для формирования плит, антеклиз, синеклиз и других структур.

Платформы в большей части граничат со складча­тыми системами через передовые прогибы. На некото­рых территориях наблюдается надвиг складчатых струк­тур орогенов на передовые прогибы.

Передовые прогибы – это зоны глубоких опусканий фундамента на платформах вблизи со складчатыми горными сооружениями. Для них характерна значительная мощность преимущественно обломочных отложений, возникших в результате разрушения близлежащего горного сооружения на этапе его орогенного поднятия.

Табл. 4.2. Cравнительная характеристика платформ и складчатых поясов

(по Тарасову Б.Г. и Пирогову И.А. 2001. С изменениями)

Главными структурными элементами кристаллического фундамен­та являются гранит-зеленокаменные области, зеленокаменные и гранулито-гнейсовые пояса, гранитогнейсовые купола.

Зеленокаменные пояса представляют собой специфические ранне-докембрлйские структуры, сложенные относительно слабо метаморфизованными (не выше амфиболитовой фации), преимущественно вулка­ногенными толщами с преобладанием пород основного состава, превращенных в кристаллические сланцы и амфиболиты. Свое назва­ние эти структуры получили в связи с широким распространением в них зеленокаменно измененных вулканитов.

В настоящее время зеленокаменные пояса установлены на всех кон­тинентах. В плане они характеризуются линейными или более слож­ными, извилистыми очертаниями. В поперечном сечении большинство из них осложнено разломами и склад­ками, ориентированными в основном параллельно оси структур. Про­тяженность поясов составляет несколько десятков — тысячи километ­ров, а ширина — от нескольких километров до нескольких сотен километров. Мощность слагающих их осадочно-вулканогенных толщ может достигать 10-15 км.

Зеленокаменные пояса периодически зарождались на протяжении всего раннего докембрия, в течение которого сменилось несколько их генераций. В современной структуре фундамента древних платформ они занимают различное тектоническое положение.

Гранитогнейсовые купола представляют собой овальные или ок­руглые в плане тела 100-150 км в поперечнике, сложенные мигматизированными (mígmatos — смешение, смесь — результат частичного плавления) гранитами и гнейсами.

Общий структурный план гранит-зеленокаменных областей опре­деляется преобладанием гранитогнейсовых куполов, разделенных зеленокаменными поясами, которые, занимая межкупольное положение и структурно подчиняясь их контурам, отличаются сложной морфологией

Орогены (греч. "орос" - гора, "генезис" - происхождение) - горно-складчатые области, образующиеся при сравнительно слабом или косом сжатии, при котором формируются крупные сдвиги в сочетании с зонами локального растяжения. К орогенам приурочена большая часть вулканов. Здесь часты землетрясения. Горно-складчатые пояса имеют различный возраст. В течение длительного периода времени они разрушаются под воздействием выветривания и эрозии, и превращаются в молодые платформы.

Кольцевые структуры. При интерпретации космических снимков на континентах обнаружены кольцевые структуры, связанные с кальдерами, трубками взрыва и метеоритными кратерами (Рис. 4.15).

Рис. 4.15. Кольцевая структура.

Кальдера (исп. caldera, буквально — большой котёл), обширные овальные или круглые котловины вулканического происхождения с крутыми, часто ступенчатыми склонами могут достигать 10—20 км в поперечнике и нескольких сот м в глубину. Различают взрывные кальдеры, образующиеся при мощных взрывах газов, вырывающихся из жерла вулканов, и обрушения, возникающие при оседании по кольцевым разломам кровли подземного вулканического очага вследствие выброса из него материала при вулканических извержениях. Шире распространены К. второго типа; они же достигают и наибольших размеров.

Трубка взрыва – вертикальный, расширяющийся кверху трубообразный канал, диаметром до 1500 м, образующийся при взрывном внедрении эндогенного материала вынесенног с больших глубин, где под высоким давлением создавались алмаз и пироп. Размер этих трубок изменяется от нескольких м² до тысяч м². С глубиной сечение трубок уменьшается, и они переходят в маломощные дайки. Известно свыше 1500 тел трубок взрыва, из них только 8—10% алмазоносны.

Метеоритные кратеры (астроблемы) (греч. "астрон" - звезда, "блема" - рана) образовались в результате столкновения астероидов и их осколков с Землей (рис.4.15). На Земле известно более 200 астроблем. Треть из них находится в Северной Америке и четверть в Европе (Рис. 4.16.).

Рис. 4.16. Астроблемы России

При столкновении метеорита с Землей возникает ударная волна. Она дробит горные породы. Подсчитано, что при образовании кратера диаметром 30-80 км энергия метеоритного удара сопоставима с энергией катастрофических землетрясений. Но в отличие от них при ударе метеорита вся энергия выделяется мгновенно, за время в 10 тыс. раз более короткое. Согласно расчетам, в момент соударения с Землей возникает давление до 10 млн. атмосфер. Почти половина высвобождающейся энергии превращается в тепло. Температура в месте падения метеорита превышает 10 тыс.С.

Возникают новые минералы, которые не могут появиться на Земле при обычных условиях. В результате горные породы оплавляются и частично испаряются (рис. 4.17.).

Основные геологические структуры океанов. В середине ХХ в. с помощью эхолотов, автоматически измерявших глубину океанического дна, была составлена подробная карта его рельефа. На дне океанов выделяются:

• пологая материковая отмель (шельф англ. - отмель), - до глубин 200 м;

• крутой континентальный склон - до глубин 2500 м;

• океаническое ложе (ср. 4420 м);

• узкие глубоководные желоба;

• срединно-океанические хребты и

• островные дуги – цепи островов или подводных возвышенностей.

Рис. 4.17. Схема распространения реликтов покрова выбросов

Болтышской импактной структуры.

Шельф, материковая отмель, выровненная часть подводной окраины материка, примыкающая к суше и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Среди подводных окраин материков выделяют два типа: пассивный (атлантический) и активный (тихоокеанский).

Первый представляет собой как бы продолжение континента ниже уровня моря, и может распространяться без резких перепадов рельефа на сотни км от береговой линии. Второй характеризуется более сложным переходом от континента к океану с глубокими котловинами, островными дугами и глубоководными желобами, отличаются тектонической и вулканической активностью.

Континентальный склон располагается за внешней бровкой шельфа после резкого перегиба на глубине 100 – 200 м, и представляет собой неширокий крутой склон. Характерной чертой континентального склона являются подземные каньоны – V образные долины шириной от 1 до 10 - 15 км. Длина каньонов десятки и сотни км.

Ложе океанов представлено почти гладкими равнинами, занимающими около 76% площади Мирового океана. Они осложнены возвышенностями, валами и горными хребтами. Высота последних изменяется от первых сотен до нескольких тысяч метров.

Местами и над водной поверхностью океанов выступают островками отдельные конусообразные вершины или цепочки таких гор. Наиболее высокими из них являются Азорские острова в Северной Атлантике. Высота их составляет 2,5 км относительно водной поверхности и около 9 км относительно дна океана.

Срединно-океанические хребты крупнейшие формы рельефа дна мирового океана, образующие единую систему горных сооружений протяжённостью свыше 60 тыс. км, с относительными высотами 2—3 тыс. м и шириной 250—450 км (на отдельных участках до 1000 км). Морфологически представляют собой линейно ориентированные поднятия земной коры, с сильно расчленёнными гребнями и склонами; в Тихом и Северном Ледовитом океанах срединно-океанические хребты расположены в краевых частях океанов, в Атлантическом — посередине.

С осевой зоной срединно-океанических хребтов связаны рифты (англ. "рифт" - расселина, ущелье), возникающие вследствие растяжения земной коры проходят через весь океан. В рифтах и зонах поперечных разломов обнажаются базальты, слагающие океаническую земную кору, а также ультраосновные породы (гарцбургиты, луниты, серпентиниты). С разломами связаны большая сейсмичность и повышенные значения идущего из недр Земли теплового потока; местами проявляется вулканизм и гидротермальные образования (черные и белые курильщики).

Глубоководный желоб - глубокое понижение дна океана в переходной зоне между материком и океаном: вытянутое на несколько тысяч километров при ширине до нескольких десятков километров, с крутыми склонами и (обычно) плоским и узким дном.

Обычно глубоководные желоба расположены с океанической стороны островной дуги, повторяя ее изгиб; или вдоль подводного подножия горных цепей, идущих параллельно берегу. Вблизи глубоководных желобов наблюдается высокая сейсмичность. Наибольшую глубину имеет Марианский желоб в Тихом океане.

Островные дуги - молодые горные цепи, свойственные геосинклиналям близ окраин материков. Островные дуги частично выступают над уровнем океана в виде гористых островов и вулканов. Для островных дуг характерны вулканизм и высокая сейсмичность. В плане островные дуги имеют характерную форму гирлянд и отделяют котловины окраинных морей от окаймляющих их глубоководных желобов.