Этапы развития геосинклиналей и платформ.

До недавнего времени в геотектонике сосуществовали два направления, основанные на различных оценках роли вертикальных и горизонтальных тектонических движений.

Первое направление исходило из предположения о доминирующей роли вертикальных тектонических движений. Геологи, придерживающиеся этого направления, считают горизонтальные движения следствием вертикальных и не допускают возможности крупномасштабных горизонтальных перемещений блоков земной коры. Из-за постулата о практически постоянном положении развивающихся тектонических структур это направление получило название фиксизма.

Второе направление в геотектонике связывает эволюцию литосферы с крупномасштабным горизонтальным перемещением блоков, включающих громадные сегменты внешней твердой оболочки Земли. Движения вертикального направления, хотя и играют значительную роль, являются при этом второстепенными, обусловленными режимом астеносферы или взаимным движением литосферных плит. Это направление, считающее горизонтальные движения доминирующими, получило название мобилизма. Хотя дальнейшее развитие тектоники литосферных плит показало, что горизонтальные движения литосферных плит в определенных местах переходят в вертикальные.

Рис.2.7.16. Стадии геосинклинального этапа по фиксистким представлениям: а – раннегеосинклинальная – заложение геосинклинального прогиба; б – позднегеосинклинальная – заложение интрагеоантиклинали.

 

Несмотря на принципиальные различия в толковании движущих сил и механизма геотектонических процессов, сторонники обоих направлений выделяют в процессе развития земной коры три этапа: геосинклинальный (прогибание, накопление осадков, магматизм), орогенный (складкообразование, горообразование) и платформенный (стабильные малоамплитудные колебания); этапы, в свою очередь, состоят из отдельных стадий. Эти три главных этапа развития земной коры составляют тектонический цикл.

Более века назад геологами было подмечено, что большинство крупных горных сооружений земного шара сосредоточено в поясах шириной в несколько сот и длиной в сотни и тысячи километров.

Для них характерна интенсивная складчатость, разрывы разного типа и проявления регионального метаморфизма, связанного с батолитовым интрузивным магматизмом. Возникающие таким образом складчатые системы состоят в общем случае из хребтов, сложенных "вывернутыми" из глубины к поверхности устойчивыми осадочными породами, метаморфическими породами и гранитами; благодаря эрозии они приобретают рельефную форму горных сооружений.

Складчатые системы, находящиеся на разных стадиях эрозионного разрушения имеются на всех континентах. Уральские горы, хребты Кавказа, Гималаи, Анды - примеры тому. В 1857 г. геолог Джеймс Холл на примере Аппалачей подметил, что в складчатых областях мощность осадочной толщи в 4-5 раз больше, чем мощность осадочной толщи того же возраста во внутренних частях континента. Породы, деформированные во время аппалачской складчатости, представляют собой необычайно мощную толщу осадочных пород, протягивающуюся вдоль всей складчатой зоны Апалачей.

Удлиненная область мощных осадков, которая позднее превращается в горную систему, получила название геосинклинали. Почти все складчатые системы расположены на месте бывших геосинклиналей, в которых накопились тысячи метров отложений. Расположены они обычно на краях или вблизи краев древних (или современных их заложению) континентов.

В геосинклинальных осадках обычно обнаруживаются следы их мелководного происхождения по всему разрезу их толщи (остатки мелководных морских организмов, знаки ряби и др.). Имеются иногда и указания на локальные глубоководные условия (турбидиты, глубоководные радиоляриевые осадки). Т.е. места заложения геосинклиналей напоминают области современных глубоководных желобов, полностью заполненных осадками.

Имеется определенная последовательность в развитии складчатых систем. Вначале территория размером более 1000 км в длину и 200-300 км в поперечнике погружается в море и на ней происходит накопление отложений мощностью от 6000 до 20000 м. Максимальные мощности наблюдаются в эвгеосинклиналях, расположенных на океанической стороне геосинклинальных систем. Они характеризуются хемогенными осадками (известняки, кремни, обломочные породы). Меньшие мощности наблюдаются в расположенных ближе к континентам частям геосинклиналей, называемых миогеосинклиналями. Сюда осадки попадают преимущественно с разрушающихся массивов пород на континентах. Стадия осадконакопления может длиться сотни миллионов лет.

В следующую орогеническую стадию происходит раздавливание и деформация геосинклиналей.

 

Фиксистская модель. В современной форме модель в значительной мере разработана советскими тектонистами В. В. Белоусовьм и Н. С. Шатским. В соответствии с этой моделью в составе геосинклинального этапа выделяются две стадии.

Первая стадия геосинклинального этапа (рис.2.7.16.) — раннегеосинклинальная — характеризуется заложением геосинклинального прогиба, испытывающего интенсивное опускание. При этом происходит накопление мощных толщ терригенных осадков. Прогибание может достигать глубины 20— 30 км; в этих условиях начинаются дробление коры, многочис­ленные внедрения магмы и подводные излияния лав основного состава. Высокие давления, температуры, магматизм приводят к метаморфизму накопленных терригенных осадков. В течение этапа преобладают вертикальные нисходящие тектонические движения.

Вторая стадия — позднегеосинклинальная — характеризуется проявлением местной (частной) инверсии (сменой знака вертикальных тектонических движений) в центральной части геосинклинали. Контрастные вертикальные движения разного знака приводят к образованию центрального поднятия — интрагеоантиклинали, окруженной двумя вытянутыми впадинами — интрагеосинклиналям и cтадия характеризуется общим расширением бассейна, активным подводным вулканизмом, накоплением карбонатных и флишевых толщ.

Рис.2.7.17. Стадии платформенного этапа по фиксистским представлениям: а – ранненеплатформенная – малоамплитудные вертикальные движения, временная трансгрессия моря; позднеплатформенная: б – слабые восходящие движения, регрессия моря, в – возраждения тектонических движений и новое горообразование.

 

В составе, платформенного этапа (рис.2.7.17.) также выделяются две стадии.

Раннеплатформенная стадия характеризуется полным прекращением вулканизма. Происходит интенсивная денудация, выравнивание рельефа, разрушение горной системы. Слабое проявление нисходящих вертикальных движений приводит к временной трансгрессии моря я накоплению практически горизонтально залегающих осадков на выровненном орогенном основании.

Завершающая, позднеплатформенная стадия эволюционного развития земной коры характеризуется стабилизацией тектонических движений, регрессией моря. Режим поверхности континентальный, с хорошо развитой речной сетью, системой озер и т. д.

На этой стадии, однако, может начаться возрождение тектонических движений. Тогда воздымание отдельных блоков приведет к образованию новых систем складок, заложению новых разломов и возрождению древних. Стадия завершится образованием новой горной страны складчато-глыбовой структуры, интенсивным ее разрушением и накоплением грубообломочных пород.

Как видно из приведенной схемы формирования и развития земной коры, на всех ее стадиях и этапах значительную роль играют существенно вертикальные тектонические движения. В соответствии с фиксистской концепцией горизонтальные движения хотя и играют некоторую роль, но имеют явно второстепенное значение.

Таким образом, совокупность тектонических движений определяет характеристику областей земной коры, находящихся на разных стадиях эволюционного развития. Каждый участок земной коры отличается характером эндогенных процессов, проявление и интенсивность которых целиком зависят от тектонических движений.

Комплекс эндогенных процессов, обладающих спецификой проявления на разных стадиях развития коры, определяет тектонический режим ее развития. В соответствии с этапами развития коры выделяют геосинклинальный, орогенный и платформенный режимы.

Орогененный этап развития по фикситской модели. Более сложный характер имеет орогенный этап (рис.2.7.18.), в составе которого также выделяются две стадии. Во время раннеорогенной стадии происходит превращение геосинклиналей в складчатое сооружение. Развитие горообразования приводит к частичной или полной изоляции части морского бассейна и образованию лагун на месте закладываемых передовых (краевых) прогибов. Интенсивная складчатость обусловлена широким развитием горизонтальных, подвижек. Появляются интрузии магмы кислого состава, зарождается наземный вулканизм. В окружающих бассейнах формируются морские и лагунные осадки.

Рис.2.7.18. Стадии орогенного этапа по фиксистким представлениям а – раннеорогенная – горообразование, заложение передовых прогибов; б – позднеорогенная – кульминация восходящих движений, оьразование мегантиклинолия, начало разрушения гор, вкладчато-глыбовые подвижники.

 

Позднеорогенная, заключительная стадия орогенного этапа развития земной коры является кульминацией восходящих движений. В результате их образуется горная складчатая система. Рельеф высокогорный, на периферии, в зоне передовых прогибов, появляются озера, морские заливы и лагуны. Широко развита разломная тектоника, приводящая к образованию складчато-глыбовой структуры. Продолжается магматизм в виде кислых интрузии и наземного вулканизма. На этой стадии господствуют горизонтальные тектонические движения, начинается интенсивное разрушение гор, в краевых прогибах и межгорных впадинах накапливается мощная толща главным образом грубообломочных пород, называемая молассой.

 

Рис.2.7.19. Стадии геосинклинального этапа по мобилистским представлениям: а – предгеосинклинальная; б – раннегеосинклинальная; в – позднегеосинклинальная. 1 – континентальная кора; 2 – океаническая кора; 3 – верхняя мантия; 4 – астеносфера; 5 – формирование гранитных плутонов; 6 – действующие вулканы; 7 – направление тектонических диформаций литосферных блоков; 8 – направление перемещения плит. I – спрединг; II – субдукция.

Мобилистская модель. Современные представления мобилизма созданы в 60-х годах XX века работами Г. Хесса, Р. Дица и др.

В соответствии с мобилистскими представлениями в составе геосинклинального этапа (рис.2.7.19.) выделяются три стадии. На предгеосинклинальной стадии происходит растяжение континентальной коры с заложением прогиба, появлением глубинных разрывов, образующих региональную грабенообразную структуру, называемую рифтом. Растяжения доминируют и на следующей, раннегеосинклинальной стадии, на которой под действием поднимающегося из мантии разогретого астеносферного вещества происходит раздвигание блоков литосферы с образованием молодой океанической литосферы; этот процесс получил название спрединга. Одновременно происходит компенсация — погружение новообразованной океанической литосферы под одну из континентальных окраин. Погружаемая в астеносферу океаническая литосфера плавится, в результате чего легкие алюмосиликатные расплавы поднимаются вверх, образуя интрузии и действующие вулканы. Такой компенсационный процесс называется субдукцией.

Позднегеосинклинальная стадия характеризуется общим сжатием и интенсивной субдукцией, способствующей наращиванию континентальной коры.

Эти же процессы господствуют и на следующем, платформенном этапе развития коры, близком к описанному в фиксистской модели. Мобилисты допускают возможность вертикальных перемещений континентальных блоков (в составе литосферных плит) и их дробления в эпохи тектонической активизации.

В составе платформенного этапа выделяются три стадии. На стадии кратонизации завершаются процессы консолидации новообразованной континентальной коры и денудации поверхности платформы. Вторая стадия, авлакогенная, характеризуется заложением протяженных систем глубинных разломов, по которым осуществляются сбросовые перемещения блоков с образованием крупных грабенообразных структур — авлакогенов. На следующей, плитной стадии происходит обособление структур различного порядка и накопление пологозалегающих толщ осадочных пород – осадочного чехла.

Орогенный этап развития по мобилистской модели.

Рис.2.7.20. Стадии орогенного этапа по мобилистским представлениям: а – раннеорогенная; б – позднеорогенная; в – тафрогенная. I – аккреция осадков; II – осадки; III – коллизия; остальные условные обозначения см. на рис. 6.

 

Орогенный этап (рис.2.7.20.), как и геосинклинальный, также содержит три стадии. На раннеорогенной стадии продолжается региональное сжатие. В результате субдукции континентальные плиты сближаются; при этом с поверхности океанического дна соскабливается часть осадков, образующая аккреционную призму.

Позднеорогенная стадия завершается полной регрессией моря, горообразованием в результате столкновения (коллизии) континентов и образованием чешуй наползания одних блоков на другие.

Завершается орогенный этап тафрогенной стадией, на которой деформации сжатия сменяются региональными растяжениями блоков литосферы; при этом отдельные участки континентальных плит утоняются, здесь закладывается прогиб — возможный предвестник будущего рифта. Вулканизм прекращается, на поверхности коры господствуют континентальные условия с интенсивными процессами денудации и выравнивания рельефа.

 

Геосинклинальные и платформенные области земной коры.

Анализ развития земной коры показывает, что различные ее участки переживали различные этапы тектонического развития в разное время.

В настоящее время выделяются подвижные зоны интенсивной субдукции, накопления осадков, проявления магматизма (Западно-Тихоокеанская зона, протягивающаяся от Курильских островов до Новой Зеландии), горообразования (Гималаи, Кавказ), развивающиеся в геосинклинальном и орогенном режимах.

Такие активные зоны с интенсивными тектоническими движениями, проявлением магматических процессов, глубоким метаморфизмом, развитием складчатых, разрывных движений, горообразованием называются геосинклинальными подвижными поясами. Таким образом, к геосинклинальным поясам относятся участки коры на геосинклинальном или орогенном этапах развития.

Наряду с активными участками на нашей планете выделяются стабильные области, развивающиеся в платформенном режиме. Примерами таких областей могут служить большая часть европейской территории России, территория Западной Сибири и др. Зоны со спокойным рельефом, малыми амплитудами колебательных движений, практически горизонтальным залеганием маломощных осадочных пород, отсутствием проявлений метаморфизма и вулканизма называются платформами.

Геосинклинальные подвижные пояса и платформы являются основными структурными областями земной коры.

Завершение тектонического цикла и переход от геосинклинального режима к платформенному в разных участках осуществлялись в разное время. Стабилизация участков коры и переход от геосинклинального режима к платформенному называется консолидацией. Так как смена режимов в разных участках коры происходила в разное время, различают области древней и молодой консолидации; время консолидации уточняют по наиболее молодым породам, отлагавшимся на доплатформенных стадиях.

Этапы эволюционного развития земной коры отражаются в разрезе платформ. Здесь выделяются два комплекса пород, различающихся по происхождению и характеру дислокаций (рис.2.7.21.). Соответственно разрез платформ подразделяется на два структурных этажа. Нижний этаж сформирован еще на геосинклинальном этапе, поэтому он сложен метаморфическими и магматическими породами, смятыми в складки, разбитыми многочисленными разломами. Поверхность пород этого этажа носит следы глубокой денудации и выравнивания рельефа. Мощность пород фундамента очень велика и часто измеряется десятками километров. Нижний структурный этаж платформы называется складчатым основанием, или фундаментом.

Рис.2.7.21. Структурные этажи платформ. Породы платформенного чехла: а – пески и конгломераты, б – глины, в – известняки; породы фундамента: г – интрузии магматических пород, д – интенсивно дислоцированные метаморфические породы. 1 – платформенный (осадочный) чехол; 2 – складчатое основание (фундамент); 2 – поверхность размыва.

 

Возраст фундамента соответствует времени завершения активных процессов складкообразования и горообразования на геосинклинальной и орогенной стадиях

Верхний структурный этаж платформ сложен полого залегающими слоями осадочных пород обычно небольшой мощности. Характерными дислокациями являются слабые пликативные изгибы слоев, углы наклона которых часто измеряются долями градуса. Эти породы формируются на платформенной стадии развития и называются платформенным, или осадочным чехлом.

Интенсивные восходящие движения и горообразование в пределах геосинклинального пояса часто приводят к заложению вдоль края стабильной платформы зоны глубинных разломов, называемой краевым швом (рис.2.7.22., а).

В других геологических условиях вдоль края платформы образуется краевой (передовой) прогиб. Образование его связано с дроблением края платформы и появлением здесь активных разломов. При горообразовании краевые блоки платформы и внутреннее крыло геосинклинали опускаются, компенсируя орогенез (рис.2.7.22, б). Особенности строения платформ и складчатых поясов обусловливают разнообразие структурных форм, характерных для этих структурных областей. В пределах складчатых поясов крупнейшие структурные элементы имеют большую протяженность, измеряемую тысячами километров. Они состоят из большого числа самостоятельных антиклиналей и синклиналей разных размеров, имеющих единое или близкое простирание. Такие крупные положительные структуры называются антиклинориями, а отрицательные синклинориями

Рис.2.7.22 Схема сочленения платформы с орогенной областью: а – посредством краевого шва; б – посредством передового прогиба. Породы, накопленные: 1 – до горообразования, 2 – после горообразования, 3 – до орогенеза, 4 – во время орогенеза; 6 – краевой шов.

 

(рис.2.7.23., а).

На платформах и в осадочном чехле образуются спокойные платформенные структуры в виде антеклиз и синеклиз (впадин, прогибов). Они обычно приурочены к блокам фундамента, занимающим разное гипсометрическое положение, и генетически связаны с ними (рис.2.7.23., б). В целом участки платформы двухэтажного строения называют плитами. Блоки фундамента, выходящие на поверхность, не покрытые осадочным чехлом называются кристаллическими щитами.

Рис.2.7.23. Основные структуры геосинклиналей (а) и платформ (б). 1 – антиклинории; 2 – антиклинали; 3 – синклинали; 4 – синклинорий; 5 – щит; 6 – синеклиза; 7 – антеклиза.