Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Платформы и складчатые области.
Структуры платформ

Глубинными тектоническими структурами, структурными элементами первого порядка являются континенты и океаны. Оставляя в стороне структуры океанического дна, обратимся к континентам. В пределах континентов наиболее крупными тектоническими элементами – структурными элементами второго порядка – являются подвижные пояса и устойчивые глыбы (платформы). Различия подвижных поясов и платформ впервые обратили на себя внимание в середине XIX века. Было установлено, что первые характеризуются на начальных стадиях своего развития значительным погружением, отраженным в больших мощностях осадков. На заключительных стадиях это погружение сменяется поднятием – горообразованием и складкообразованием, в результате чего на месте подвижных поясов образуются орогенные пояса. Платформы, напротив, отличаются малой амплитудой погружений и поднятий, малыми мощностями осадков, слабым проявлением складкообразования и плоским рельефом. Впоследствии эта характеристика складчатых областей и платформ была существенно уточнена, кроме того, было установлено существование особого типа подвижных орогенных поясов, которые возникли на месте территорий, довольно долго перед этим развивавшихся в платформенном режиме (эпиплатформенные орогенные пояса). Для платформ характерен плоский рельеф, со средним уровнем порядка +0,5 км. Подвижные пояса, наоборот, характеризуются своей линейностью; они тесно связаны с чрезвычайно протяженными глубинными разломами того же направления, что и общее простирание пояса. На платформах разломы проявляются менее отчетливо, особенно в осадочном чехле; разломы различных направлений примерно равноправны. Рельеф подвижных поясов обнаруживает резкие отклонения от приведенного выше платформенного уровня – до +9 км.

Складчатые области, их очертания и положение по отношению к платформам

В пределах складчатых поясов выделяют складчатые системы (например, Большой Кавказ, Малый Кавказ, Южный Тянь-Шань, Сихотэ-Алинь, Восточный Саян) и срединные массивы (например, Закавказский, Колымский), а в орогенных поясах – соответственно складчатые системы, межгорные и передовые (краевые) прогибы. Складчатые системы состоят из антиклинориев и синклинориев. Платформы составляют основной элемент структуры материков. По всем своим особенностям платформы – относительно устойчивые, стабильные, консолидированные складчатостью, метаморфизмом и интрузиями крупные (многие тысячи километров в поперечнике) глыбы литосферы – противоположны подвижным поясам, в результате отмирания которых они возникали.

Строение платформ

По своим очертаниям платформы представляют неправильные многоугольники, стороны которых образованы краевыми разломами (краевыми швами) смежных складчатых поясов. Таким образом, площади платформ – это по существу площади, не затронутые раздроблением, с которым было связано заложение и развитие окружающих подвижных поясов. Очертания платформ и подвижных поясов определяются заново в начале каждого очередного тектонического цикла в результате их активного взаимодействия. Системы тесно расположенных параллельных глубинных разломов порождают окружающие платформы подвижные пояса, но отдельные из этих разломов проникают глубоко в тело платформы, нередко пересекая ее целиком. Вдоль таких разломов могут возникать внутриплатформенные зоны повышенной подвижности, получившие название «авлакогенов». Они будут рассмотрены несколько позднее. Другие разломы определяют границы крупных положительных и отрицательных структур платформы. Разломы, пересекающие тело платформы, параллельны господствующим системам разломов смежных подвижных поясов, а в целом образуют сетку пересекающихся линий нескольких направлений, чем и определяется отсутствие у внутриплатформенных структур какой-либо ориентировки. Несмотря на то, что в своей основе контуры платформ определяются глубинными разломами, переход от платформ к смежным складчатым поясам на некоторых участках может быть довольно постепенным. Объясняется это тем, что платформы нередко окаймляются не одиночными разломами, а зонами параллельных разломов, вдоль которых происходит ступенчатое погружение фундамента. Кроме того, в разные эпохи то одни, то другие разломы играют роль главных краевых разломов платформы.

Все платформы возникли на месте более древних подвижных поясов. Породы, образовавшиеся в течение складчатой предыстории платформ, составляют фундамент, или складчатое основание (цоколь). Как правило, они интенсивно складчаты и более или менее метаморфизованы; значительное участие в их строении принимают магматические образования, как эффузивные, так и интрузивные (особенно характерны граниты). В случае преобладания в фундаменте гранитов и высокометаморфизованных пород – гнейсов, кристаллических сланцев – фундамент называют кристаллическим. Фундамент перекрывается неметаморфизованными и, как правило, очень слабо нарушенными, на значительных пространствах залегающими практически горизонтально, осадочными и местами вулканическими породами. Эти породы составляют осадочный чехол платформ, отвечающий платформенному этапу развития данной территории. Обычно осадочный чехол отделяется от фундамента резко выраженным региональным несогласием – структурным несогласием. Окончание образования пород фундамента отделено от начала накопления осадочного чехла значительным интервалом времени – десятками или даже сотнями миллионов лет. Однако это относится в полной мере лишь к древним платформам с докембрийским фундаментом. Возраст платформы определяется по возрастным соотношениям фундамента и осадочного чехла, указывающим на время окончания складчатого развития и установления платформенного режима. Платформы, по предложению Н.С. Шатского, называют с приставкой "эпи" ("после" – греч.), добавляемой к названию складчатости, сформировавшей фундамент. Платформы, сложившиеся уже к середине протерозоя (эпикарельские) называют древними. Эпибайкальские и более поздние – молодыми.

Структурное расчленение платформ.

В качестве наиболее крупных структурных элементов платформ выделяются щиты и плиты.

Щитами называются обширные части платформ, лишенные осадочного чехла, где на поверхности обнажаются породы фундамента. Щиты длительное время испытывали преобладающее поднятие, вследствие чего являлись областями размыва. В поперечнике они достигают 1000-1500 км. Таковы Балтийский щит Восточно-Европейской платформы, Алданский щит Сибирской платформы, Канадский щит Северо-Американской платформы и другие.

Плиты представляют собой те обширные области платформ, где фундамент повсеместно или почти повсеместно скрыт под осадочным чехлом. В пределах плит складчатый фундамент иногда обнажен на отдельных поднятиях при достаточной глубине современного эрозионного среза. Такие ограниченные участки выходов на поверхность, или неглубокого (десятки и первые сотни метров от поверхности) залегания фундамента называются массивами (кристаллическими массивами) и выступами. Примерами могут служить Воронежский выступ Восточно-Европейской платформы, Анабарский массив Сибирской платформы. В противоположность щитам, плиты являются областями относительного опускания с накоплением и сохранением на них осадочного чехла. Осадочные толщи плит около щитов и массивов в направлении к ним фациально изменяют свой состав, уменьшаются в мощности и выклиниваются. Примером плит может служить Русская плита Восточно-Европейской платформы.

Плиты осложняются подчиненными им изгибами различных очертаний (платформенными структурами второго порядка) – синеклизами и антеклизами (рис. 1).

Рис. 1. Схематический разрез Восточно-Европейской платформы: 1 - фундамент (архей - нижний протерозой) 2-7 - чехол: 2 - доплитный комплекс (рифей), 3-7 - плитный комплекс (3 - венд-силур, 4 - девон, 5 - карбон, 6 - нижняя пермь, 7 - верхняя пермь)

Синеклизы представляют собой весьма плоские прогибы, имеющие синклинальное строение с едва заметным падением слоев на крыльях (обычно не превышающим 1°). Крылья синеклиз часто осложняются рядами флексур, прослеживающихся на большое расстояние параллельно общему простиранию крыльев. Мощность осадочного чехла в синеклизах превышает 3-4 км. Среди отложений больше осадков открытого моря. Стратиграфические перерывы на них не характерны. Примеры – Московская и Мезенская синеклизы на Русской плите

Антеклизы являются пологими поднятиями, разделяющими синеклизы. Мощность чехла на них уменьшается до 1,5—1 км и менее, иногда до нуля. Тогда в центральных частях антеклиз наблюдаются массивы или выступы (примеры – Воронежский выступ на Воронежской антеклизе, Анабарский массив на Анабарской антеклизе). Для осадочных образований характерны значительные перерывы, преобладание континентальных и прибрежных фаций.

Синеклизы и антеклизы устойчиво развиваются в течение, по крайней мере, одного тектонического цикла, а нередко и нескольких тектонических циклов. При переходе от одного цикла к другому план их расположения может испытывать значительные изменения. Синеклизы и антеклизы в поперечнике в среднем имеют около 500 км, по простиранию протягиваясь в среднем на 1000-1500 км.

Н.С. Шатским были выделены узкие линейные впадины на платформах – авлакогены (в переводе с греческого авлакоген – «рожденный бороздой»), ограниченные крупными разломами и сопровождающиеся опусканиями в фундаменте и глубокими прогибами в платформенном чехле. Эти структуры протягиваются на сотни километров при ширине от десятков до первых сотен километров (Пачелмский, Днепровско-Донецкий авлакогены на Русской плите).

Складки осадочного чехла платформ

Структуры платформенного чехла существенно отличаются от складчатости подвижных областей, в том числе и от структуры фундамента.
В платформенном чехле складки развиты участками, в виде одиночных структур или отдельных групп. Они не охватывают всего пространства, занятого чехлом, а разделяются большими интервалами весьма пологого, почти горизонтального, залегания пород. Таким образом, складчатость платформ имеет прерывистый, а не сплошной характер. В расположении складок отсутствует определенная ориентировка осей в одном направлении, но в групповом расположении складок обычно устанавливается вытянутость их в определенных направлениях, что позволяет объединить их в цепочки, составляющие валы. Широко развиты антиклинальные диапировые складки, а, также куполовидные и брахиантиклинальные формы. На различных горизонтальных уровнях (срезах) складки могут иметь различную форму.

Так как платформенные структуры характеризуются, как правило, очень малыми углами падения слоев, их часто называют структурами пологих изгибов. Особенность этих структур состоит еще и в том, что они очень плохо распознаются на обычных геологических картах – ведь при пологих залеганиях и очень слабо расчлененном равнинном или холмистом рельефе геологические границы образуют сложный, прихотливый рисунок. Поэтому для показа таких структур используют структурные карты – изображение поверхности какого-либо характерного пласта (опорного горизонта) с помощью стратоизогипс. Часто структурные карты совмещают с геологическими, что позволяет одновременно видеть и выходы пород на поверхность, и подземный рельеф поверхности опорного горизонта.

По конфигурации стратотзогипс и, соответственно, по направлению изгибов различают однокрылые, незамкнутые, замкнутые и сочленяющие структуры.

У однокрылых структур направление падения существенно не изменяется, то есть стратоизогипсы не делают значительных изгибов (относительно прямолинейны). К ним относятся моноклинали, флексуры, структурные террасы.

Моноклиналь – участок наклонного, обычно пологого, залегания пород при относительно неизменном направлении и угле падения. На структурной карте моноклиналь выражена серией параллельных, относительно прямолинейных стратоизогипс с постоянным заложением (рис. 2а).

Флексура – осложнение горизонтального или моноклинального залегания пород в виде участка более крутого падения. На структурной карте флексура выражена серией сближенных (с меньшим заложением) стратоизогипс между разреженными стратоизогипсами. У флексуры различают приподнятое, опущенное и смыкающее крылья (рис. 2б).

Структурная терраса – осложнение моноклинали в виде участка пологого или горизонтального залегания. На структурной карте структурная терраса выражена рядом разреженных (с бóльшим заложением) стратоизогипс между изогипсами с меньшим заложением (рис. 2в).

Незамкнутые и замкнутые структуры разделяют на положительные (выпуклостью вверх) и отрицательные (выпуклостью вниз).

Незамкнутые положительные структурыструктурные носы – на структурных картах вырисовываются изгибом стратоизогипс в виде мыса (рис. 2г).

Незамкнутые отрицательные структурыструктурные заливы – на структурных картах вырисовываются изгибом стратоизогипс в виде залива (рис. 2д).

Замкнутые структуры на структурных картах изображаются стратоизогипсами, образующими замкнутые контуры, причем у положительных структур отметки изогипс к центру увеличиваются, у отрицательных – уменьшаются. По очертаниям в плане они подразделяются на округлые (изометричные) и удлиненые (вытянутые). Примерами округлых положительных замкнутых структур являются своды и купола (рис.2е), округлых отрицательныхвпадины, мульды (рис.2ж). Среди вытянутых положительных структур можно назвать валы, брахиантиклинали; к вытянутым отрицательным относятся прогибы, брахисинклинали.

Сочленяющие (смыкающие) структуры назывются так потому, что они приурочены к стыкам положительных структур. Они характеризуются двойным изгибом – отрицательным по длинной оси и положительным – в поперечном направлении, то есть, они по форме напоминают кавалерийское седло. Поэтому такие структуры часто называют седловинами (рис. 2з).

Рис. 2. Схематические структурные карты: а - моноклинали; б - флексуры в - структурной террасы; г - структурного носа; д - структурного залива; е - купола; ж - мульды; з - седловины

Классификация платформенных структур (по Н.Г. Чочиа, 1977)
Характеристика по размеру площади Округлые, изометричные Вытянутые, линейные Незамкнутые Однокрылые Сочленя-
ющие
Положи-
тельные
Отрица-
тельные
Положи-
тельные
Отрица-
тельные
Региональные Щиты Плиты Кряжи Перикратоны - - -
Крупнейшие
(надпорядковые), более 60 тыс. км 2
Антеклизы Синеклизы Гряды Желоба, авлакогены Гемиантеклизы, гемисинеклизы Моноклинали, уступы, ступени Седловины
Крупные
(I порядка) от 60 тыс. до 6000 км 2
Своды Впадины Мегавалы, сложные валы Прогибы, авлакогены Выступы, понижения Перемычки
Средние
(II порядка), от 6000 до 300 км 2
Куполовидные и горстообразные поднятия Котловины и грабено-
образные котловины
Валы и дизъюнктивные валы Синклинальные зоны Структурные носы (мысы) и заливы
Мелкие
(III порядка), от 600 до 20 км 2
Купола Мульды Брахианти-
клинали
Брахисин-
клинали
Пережимы
Локальные
(IV порядка), менее 20 км 2
Вершины, опускания
Термины свободного пользования (широкого понимания) Структура, складка, дислокация, поднятие, вершина (свода, брахиантиклинали, купола и т.д.), грабен, горст, флексура, соляной купол, желоб

 

Прерывистые складки обнаруживают большое морфологическое разнообразие. Так, например, широкое развитие имеют купола круглой, овальной или неправильной формы. Углы падения на крыльях колеблются от ничтожных до 30°. Диаметр куполов различен – от нескольких десятков метров до десятков километров. В связи с этим весьма различна и амплитуда поднятия слоев в куполах. На некоторых куполах слои в малой степени нарушены разрывами и изогнуты плавно. В других случаях купола сильно разбиты разрывными нарушениями, по которым отдельные участки купола подняты или опущены.
Среди прерывистых складок распространены отдельные поднятия коробчатой, или сундучной формы. Они могут быть разделены на одно- и двусторонние. Примером односторонних асимметричных поднятий являются Жигули (рис. 3). В качестве двусторонних поднятий может быть указан Доно-Медведицкий вал. В указанных случаях имеют место большие массивные поднятия брахиантиклинальной формы. В длину они измеряются десятками километров, амплитуда поднятия составляет сотни метров, а иногда и больше километра. Свод поднятия широкий и плоский, усложненный пологими куполами второго порядка. Плоской вершине противопоставлены крутые крылья, имеющие характер флексур. Иногда флексуру образует одно крыло, а другое опускается полого. Характерно усложнение крыльев ступенчатыми флексурами, а если крылья достаточно круты – разрывами.

Рис. 3. Разрез Жигулевской складки (В.В. Белоусов, 1954, с добавлениями)

Магматизм платформ

Магматическая деятельность в пределах платформ проявляется в значительно более слабой степени, чем в подвижных областях. Особенно это относится к интрузивной деятельности. Интрузии кислого и щелочного состава, известные на платформах, имеют незначительные размеры (интрузивные залежи, кольцевые интрузии) и приурочены главным образом к их окраинам. Некоторые из них предварялись эффузивными излияниями.

Несравненно большим распространением на платформах отличаются магматические явления, обусловившие формирование основных пород трапповой формации. Отмечается приуроченность их к древним платформам, что связывается с широким развитием в фундаменте этих платформ разломов.

Выводы

  1. В пределах континентов наиболее крупными тектоническими элементами являются подвижные пояса и устойчивые глыбы (платформы).
  2. Платформы отличаются малой амплитудой погружений и поднятий, малыми мощностями осадков, слабым проявлением складкообразования и плоским рельефом.
  3. Породы, образовавшиеся в течение складчатой предыстории платформ, составляют фундамент, или складчатое основание.
  4. Фундамент перекрывается неметаморфизованными и очень слабо нарушенными, на значительных пространствах залегающими практически горизонтально, осадочными и местами вулканическими породами. Эти породы составляют чехол платформ.
  5. В качестве наиболее крупных структурных элементов платформ выделяются щиты и плиты.
  6. Плиты осложняются крупными структурами более или менее изометричных очертаний – синеклизами и антеклизами.
  7. Для платформ характерны авлакогены – узкие линейные впадины, ограниченные крупными разломами в фундаменте.
  8. Платформенные структуры характеризуются, как правило, очень малыми углами падения слоев, их называют структурами пологих изгибов.
  9. Для показа таких структур используют структурные карты – изображение поверхности какого-либо характерного пласта (опорного горизонта) с помощью стратоизогипс.

Вопросы для самопроверки

  1. В чем заключается различие между платформенными и складчатыми областями?
  2. Что понимают под фундаментом и чехлом платформы?
  3. Что называется щитом?
  4. Что называется плитой?
  5. Как называются крупнейшие структуры платформенного чехла?
  6. Что такое авлакоген?
  7. Почему складки платформенного чехла называют структурами полгих изгибов?
  8. Как изображают структуры пологих изгибов на карте?
  9. Что называют моноклиналью, флексурой, структурной террасой?
  10. В чем различие между замкнутыми и незамкнутыми структурами?