ГЕОТЕКТОНИКА

Тема 1

Современные представления о внутреннем строении Земли

Современные представления о внутреннем строении нашей планеты получены на основе комплекса данных. Они включают результаты геофизических исследований, изучения вещественного состава метеоритов, материалы дистанционного зондирования Земли из космоса, данные изучения геохимических особенностей магматических пород, а также результаты геологического картирования и полевых геологических наблюдений. Строение Земли описывается моделями, в которых выделяются, с одной стороны, концентрические оболочки — геосферы, а с другой — латеральные неоднородности внутри геосфер. Разделение геосфер может проводиться двояко — по вещественному (минералого-петрографическому) составу и по реологическим (деформационным) свойствам вещества.

По вещественному составу выделяются земная кора, мантия и ядро Земли.

По реологическим свойствам различаются литосфера (хрупкая оболочка), астеносфера (пластичная оболочка), внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое) ядра.

Вместе с тем изменение реологических свойств может сопровождаться и изменением вещественного состава выделяемых подразделений. Такое изменение обусловлено фазовыми переходами под влиянием температуры и давления.

Земная кора и верхняя мантия

Земная кора — самая верхняя оболочка, в минералого-петрографическом отношении характеризуется наиболее сложным и разнообразным составом. Это и широкий спектр осадочных, вулканогенно-осадочных пород, и магматические образования кислого, среднего, основного и ультраосновного состава, представленные эффузивными, интрузивными, экструзивными породами. Мощность земной коры изменяется от 0 км на некоторых участках срединноокеанических хребтов и трансформных разломов до 75 км под высокими горными сооружениями Гималаев и Тибета. По латерали земная кора делится на два основных типа: кору океаническую и кору континентальную. Помимо этого выделяются переходные типы коры — субокеаническая и субконтинентальная.

Океаническая кора по площади занимает 56 % поверхности Земли. Ее мощность в среднем составляет 5—6 км, закономерно увеличиваясь к подножию континентов. В разрезе океанической коры выделяются три слоя (табл. 1.1).

Таблица 7.7

Принципиальный разрез коры океанического типа

Номер

слоя

Слой океанической коры

Мощ

ность

слоя

Скорость продольных сейсмических волн

1

Осадочный (разнообразные осадочные породы)

0—15 км

2—5 км/с

Базальтовый (пиллоу-лавы с прослоями осадочных пород)

1,5—2 км

4,5—5,5 км/с

Базальтовый (базальты с дайками долеритов)

3

Габбровый (габбро с прослоями и линзами гипербазитов в основании)

5 км

6—7,5 км/с

Граница Мохоровича (Мохо, М)

7,5—8,2 км/с

Верхняя мантия

400 км

Самый верхний — осадочный слой (1) характеризуется мощностью до 1 км в центральных областях океанов. Он отсутствует в осевых частях срединно-океанических хребтов, а у подножий континентов увеличивается до 10—15 км и более. Слой состоит из глубоководных глинистых, кремнистых и карбонатных осадков. Карбонатные отложения распространяются лишь до определенного предела глубины, ниже которого они растворяются под влиянием большого гидростатического давления. В основании осадочного слоя океанов встречаются металлоносные образования. У континентальных подножий резко возрастает роль терригенного материала, особенно в приустьевых частях крупных рек. Возраст пород осадочного слоя закономерно увеличивается от осевых частей срединно-океанических хребтов в сторону глубоководных котловин. Его предельное значение для современных океанов не превышает 170 млн лет. Скорость продольных сейсмических волн в осадочном слое океанов изменяется от 2 до 5 км/с.

Второй слой — это базальтовый слой (2). В своей верхней части (2А) он представлен базальтами с подушечной отдельностью (пиллоу-лавы) с редкими тонкими прослоями пелагических осадков. В нижней части слоя (2В) сосредоточены параллельные дайки долеритов, отражающие подводящие каналы базальтовой магмы.

Мощность второго слоя составляет 1,5—2 км. Скорость продольных сейсмических волн в его пределах составляет 4,5—5,5 км/с.

Третий слой — габбровый (3). Он состоит из массивных габбро, а в самых нижних частях из габбро с участием ультраосновных пород — «полосчатый комплекс». Комплекс представляет расслоенные при магматической дифференциации образования. Мощность третьего слоя — около 5 км. Скорость продольных сейсмических волн в нем увеличивается до 6—7,5 км/с.

Континентальная кора занимает 41 % площади земной поверхности. Ее средняя мощность — 35—40 км. Мощность коры уменьшается к окраинам континентов и возрастает под горными сооружениями до 70—75 км (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Принципиальный разрез коры континентального типа

Но

мер

слоя

Слой океанической коры

Мощ

ность

слоя

Скорость продольных сейсмических волн

1

Осадочный (разнообразные осадочные породы)

0—20 км

2—5 км/с

2

Гранитогнейсовый (гранитно-метаморфический) (гракниты, гнейсы, кристаллические сланцы)

15—25 км

5,5—6,5 км/с

Граница Конрада (К)

3

Гранулит-базитовый (кислые грану- литы с межпластовыми внедрениями основных пород)

25—50 км

6—7,5 км/с

Граница Мохоровича (Мохо, М)

7,5—8,2 км/с

Верхняя мантия

370 км

Осадочный слой континентальной коры расположен в ее верхней части и характеризуется весьма изменчивой мощностью: от 0 км (на щитах платформ и в осевых частях складчатых сооружений) до 10—20 км (во впадинах платформ, в передовых и межгорных прогибах складчатых поясов). Вещественный состав осадочного слоя образован континентальными и относительно мелководными морскими образованиями: известняками, доломитами, мергелями, глинами, песками и песчаниками, алевритами и алевролитами, галечниками и конгломератами, гипсами, ангидритами и другими породами. Помимо осадочных пород в разрезе осадочного чехла могут участвовать магматические трапповые образования основного состава. Скорость продольных сейсмических волн в осадочном слое — 2—5 км/с, возраст пород достигает 1,7 млрд лет.

Консолидированная кора в верхней части разреза представлена верхнекоровымгранитогнейсовым (гранитно-метаморфическим) слоем, мощность которого составляет 15—20 км на платформах и 25—30 км в горных сооружениях. Скорость продольных сейсмических волн в пределах верхнекорового слоя изменяется от 5,5 до 6,5 км/с. Нижняя часть разреза консолидированной коры (нижнекоровыйгранулит-базитовый слой) представлена кислыми гранулитами с пластовыми внедрениями основных пород. Они выражены многочисленными отражающими площадками (рефлекторами). Скорость продольных волн в нижней части коры — 6,4—7,7 км/с. Переход от верхнекорового к нижнекоровому слою выражен границей Конрада (К) — резким изменением скорости продольных сейсмических волн. Иногда выделяются две границы Конрада (Кх и К2). В последнее время специалисты склонны рассматривать разделение нижней и верхней коры не только по вещественному составу, но и по реологическим свойствам, считая нижнюю кору пластичным слоем, а верхнюю — хрупким.

Субокеаническая кора распространена вдоль континентальных окраин. Она представляет собой утоненную до 15 км, пронизанную дайками магматических пород континентальную кору. Эти ее особенности обусловлены растяжением коры на стадии континентального рифтогенеза.

Субконтиненталъная кора — это кора энсиматических островных дуг, которые формируются на конвергентных границах океанических сегментов литосферных плит, где более древняя океаническая кора погружается под более молодую океаническую кору. Мощность субконтинентальной коры менее 25 км, а степень ее консолидации более низкая, чем у континентальной коры, что отражается в снижении скоростей продольных сейсмических волн — не более 5—5,5 км/с.

Поверхность Мохоровичича (Мохо, М) представляет подошву земной коры и выражена скачком скорости продольных сейсмических волн от 7,5—7,7 до 7,9—8,2 км/с. В океанах она в некоторых местах доступна непосредственному наблюдению и представлена переходом «полосчатого комплекса» третьего слоя к сплошным сер- пентинизированным перидотитам. Вдоль поверхности Мохо в океанах отмечены значительные смещения по горизонтальным срывам и сильная тектонизация пород. На континентах поверхность Мохоровичича недоступна непосредственному наблюдению. Здесь переход от коры к мантии носит более сложный характер. В некоторых районах выделяются несколько границ Мохо.

Верхняя мантия по сравнению с земной корой обладает менее разнообразным составом. Верхняя часть разреза мантии в океанах на отдельных участках (троги трансформных разломов, рифто- вые зоны) доступна непосредственному изучению. Она образована перидотитами, в основном гарцбургитами. Гарцбургиты — это разновидность перидотита, состоящая из оливина ((Fe, Mg)Si04) и ромбического пироксена — энстатита (Mg2[Si206]). По результатам изучения включений в лавах и кимберлитах из трубок взрыва на континентах верхи мантии также образованы в основном перидотитами. Как под континентами, так и под океанами в верхней части разреза — это шпинелевые перидотиты (гарцбургиты и лерцолиты со шпинелью — (Mg, Fe)Al204), отражающие уровень деплетиро- ванности мантии. А ниже — гранатовые перидотиты, обогащенные гранатами пироп-альмандиновой группы — (Mg, Fe)3Al2[Si04]3.

В континентальной мантии, кроме перидотитов, иногда присутствуют эклогиты (глубоко метаморфизованные основные породы — реликты океанической коры, вовлеченные в процессе субдукции). Верхняя часть мантии вторично обеднена кремнеземом, щелочами, ураном, торием, редкоземельными и другими некогерентными элементами — элементами с ионными радиусами и зарядами, не позволяющими входить в породообразующие минералы. Это результат выплавления из мантийного вещества базальтовой компоненты, формирующей земную кору. Такая «истощенная» («деплетиро- ванная») мантия на глубине сменяется «неистощенной» мантией. Предполагается, что первичный состав мантии должен быть близок к гипотетической смеси перидотита и базальта в пропорции 3 : 1, названной австралийцем А. Е. Рингвудом пиролитом. Верхняя мантия прослеживается до глубины около 410 км. Сейсмическая граница в ее подошве объясняется фазовым переходом оливина в более плотную модификацию — бета-оливин с выделением тепла.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >