книги / Общая геология

322 Ф изическая, и л и д инам ическая, геология

рикп, горы Южной Ирландии, горы Корнуэлля на юге Англии, горы Бретани, Центральное французское плато, Севенны, Шварц­ вальд, Вогезы, Судеты, Богемский лес, Тюрингенский лес, горы центральной ласти Пиренейского полуострова в Западной Европе, Южно-Атласские горы, горы Южно-Капской области Африки, "Уральские горы, Тянь-Шань, Куэнь-Лунь, Нань-Шань, Хинганские горы в Азии и Австралийские Кордильеры.

Примерами современных впадин в пределах былых складчатых герцинских горных сооружений являются долина Рейна между Шварцвальдом и Вогезами, Польско-Германская впадина, Ан­ гло-Парижский бассейн в Западной Европе, Аральское море, озера Балхаш, Иссык-Куль, Ала-Куль, Куку-Нор и другие в Азии. .

Известные нам протерозойские платформы (докембрийские), увеличенные в своих размерах каледонским орогенезом, в резуль­ тате герцинского орогенеза приобрели значительно большие, чем раньше, размеры. Это прекрасно видно из схематической тек­ тонической карты мира. Как видно из карты, верхнепалеозой­ ские платформы причленились к увеличенным каледонским оро­

громадная Евразийская платформа. Кроме того, соединились между собой Канадская платформа и маленькая платформа в районе плато Колорадо.

Значительно увеличенные в размерах в результате каледон­ ского и герцинского орогенезов докембрийские платформы в те­ чение мезозоя окружались мезозойскими геосинклиналями.

Многие участки мезозойских геосинклиналей в разные мо­ менты мезозойской эры испытали процессы мезозойского орогенеза*и превращения в мезозойские складчатые горные сооружения (мезозоиды), а затем в мезозойские платформы. От большей части складчатых мезозоид сохранились лишь их корни. Однако впо­ следствии многие участки мезозоид, а затем мезозойских плат­ форм претерпели омоложение и превратились в глыбовые (эро­ зионные) горы и впадины.

Примерами «унаследованных» мезозоид могут служить горы Аляски, Скалистые горы, Сьерра-Невада и Сьерра-Мадре Север­ ной Америки, горы Патагонии Южной Америки и Фольклендских островов, горы Б. Балхана, Верхоянские, горы Чукотки, Сихотэ-Алинь, горы Южного и Восточного Китая, Индо-Китая, Малакского полуострова и западной части острова Борнео

вАзин.

Врезультате мезозойского орогенеза сильно увеличились размеры былых платформ, что хорошо видно из приведенной выше схематической тектонической карты мира.

324Физическая, или динамическая, геология

Впределах всех этих геосинклиналей возникли складчатые горные сооружения, превращавшиеся потом в платформы, причленявшиеся к более старым платформам. Переход геосинкли­

дится констатировать, что на некоторых геосинклиналях про­ цессы орогенеза происходили не один, а два и более раз. Например, в пределах Кавказа происходил каледонский, герцинский и аль­ пийский орогенез. После каждого орогенеза на месте Кавказа возникали горы (каледониды, герциниды, альпиды).

Каледониды были превращены в пенеплен. Образовавшийся пенеплен в дальнейшем вновь приобретал тенденцию к погруже­ нию и тем самым после некоторого непродолжительного (в гео­ логическом смысле слова) периода вновь продолжал геосинклинальную стадию развития Кавказа.

Образовавшиеся после герцинского орогенеза герциниды раз­ рушались. Кавказ вновь приобретал характер пенеплена. После некоторого перерыва пенеплен вновь погружался и накапливал на себе мощные толщи осадочных пород, т. е. приобретал свой­ ства геосинклинали. Затем в пределах этой геосинклинали воз­ никли современные Кавказские горы (альпиды).

Суммарные мощности осадочных горных пород на Кавказе следующие: ■

В пределах многих участков верхнепалеозойских платформ до герцинского орогенеза происходил каледонский орогенез. Однако возникшие каледониды не превратили соответствующие участки геосинклиналей в устойчивые платформы. Это произошло лишь после герцинского орогенеза.

В пределах многих участков мезозойских платформ в прошлом возникали каледониды, а затем герциниды. Однако те и другие окончательно не превратили эти участки геосинклиналей в плат­ формы. Это произошло лишь в результате мезозойского орогенеза.

Таким образом, геосинклинальная стадия развития того или другого участка земной коры может заключать в себе два или

движения в течение времени ABCD. . .N. Линия АВС. . .N в то же время отображает первоначальный уровень какой-либо площадки этого участка земной коры. Движения, какие совершает данная площадка во времени, повторяются и всеми другими площадками рассматриваемого участка земной коры. За время А В площадка,

Вертикальные движения вемной коры, геосинклинали и платформы 325

а отсюда и весь рассматриваемый участок земной коры имеют тенденцию к погружению. В течение времени ВС происходит горообразование. В течение времени CD происходит временная стабилизация нашего участка земной коры. Он приобретает на короткий период времени свойства платформы. Затем во время DE участок земной коры вновь испытывает погружение, т. е. приобретает типичные свойства геосинклинали, а во время EF происходит второй этап горообразования, после которого в тече­ ние FK наступает новая стабилизация. Свойства участка стано­ вятся аналогичными свойствами платформенных участков. После этого в течение времени K L вновь происходит погружение, ко­ торое в течение времени L M сменяется горообразованием. После

Рис. 130. Схема колебательных движений участка земной коры, пережившего несколько этапов горообразования (складкообразования).

этого данный участок земной коры (после разрушения возникших на нем гор) уже окончательно становится платформой. Послед­

существовали местами каледониды, но затем они были уничто­ жены и образовавшийся на их месте пенеплен вновь приобрел геосинклпнальные свойства, т. е. способность к дальнейшему погружению и накоплению мощных толщ осадков. Только герцинский орогенез окончательно превратил эти места в платформу.

Нам необходимо еще остановиться на докембрийских плат­ формах. Они отличаются в большинстве случаев крупными раз­ мерами. Нет никаких сомнений в том, что они возникли из ряд» отдельных платформ, которые причленялись друг к другу или соединялись друг с другом в результате герцинского орогенеза, подобно Русской, Сибирской и Таримской платформам.

История развития протерозойских платформ пока изучена слабо. Однако совершенно очевидно, что в их пределах происхо­ дило не менее трех крупных орогенезов, подобных каледонскому и герцинскому. Известно, например, что в пределах Русской; платформы происходили три крупных орогенеза: с а а м с к и й —

326 Физическая, или динамическая, геология

Каждый из указанных крупных орогенезов давал складчатые

в рядом расположенные герцпнские геосинклинали, продукты разрушения герцинид — в мезозойские геосинклинали, продукты разрушения мезозоид — в альпийские геосинклинали.

В настоящее время продукты разрушения алытад сносятся в сохранившиеся части альпийских геосинклиналей, о которых было сказано выше. Кроме того, продукты разрушения альпид сносятся в геосинклинали, ныне формирующиеся рядом с совре­ менными альпидами. Эти геосинклинали, по-видимому, протяги­ ваются по восточной окраине Тихого океана параллельно запад­ ным берегам Северной и Южной Америки. Кроме того, они про­ тягиваются по западной окраине Тихого океана параллельно Корякскому хребту, Камчатке, параллельно и к востоку от дени Курильских, Японских и Филиппинских островов, Новой Гви­ неи и Новой Зеландии.

Исходя из отмеченной выше закономерности расположения горных сооружений и геосинклиналей, можно говорить о том, что самое прогибание геосинклиналей происходит одновременно с накоплением продуктов разрушения гор, протягивающихся параллельно им. Чем интенсивнее разрушаются горы, тем сильнее происходят накопление осадков в соседних геосинклиналях и их прогибание.

Весь фактический материал исторической геологии свидетель­ ствует о том, что развитие участков земной коры начинается^ с геосинклинальной стадии. В дальнейшем на них возникают горные сооружения. Последние затем, обычно превращаясь в пе­ неплен, становятся платформами.

В некоторых случаях, о чем говорилось выше, геосннклинальная стадия развития участков земной коры протекает в несколько этапов, отделяющихся один от другого отдельными фазами оро­ генеза. Вследствие этого нижний этаж некоторых платформ за­ ключает в себе резкие несогласия в залегании крупных комплек­ сов горных пород.

Если мы имеем дело с нижним этажом, например эпигерцинской платформы, то в нем на некоторых участках земной коры можно видеть несогласие в залегании верхнего палеозоя на ниж­ нем, что говорит о том, что рассматриваемые участки пережили, кроме герцинского, каледонский орогенез. В этих случаях ка­ ледонский орогенез не превратил окончательно рассматривае­ мые участки земной коры в платформенные. Это произошло лишь после герцинского орогенеза.

Известны мезозойские платформы, у которых в нижнем этаже наблюдаются несогласия между верхним и нижним палеозоем

(каледонский орогенез), между мезозоем и верхним палеозоем (герцинский орогенез).

Эти участки земной коры окончательно превратились в плат­ формы лишь после третьего, т. е. мезозойского, орогенеза.

Г л а в а XXII

МЕТАМОРФИЗМ

М е т а м о р ф и з м о м называется изменение горных пород (структуры, минералогического, а иногда и химического состава) под влиянием значительного давления, повышенных температур и химически активных веществ.

Земная кора в пределах геосинклинальных участков испыты­ вала и испытывает глубокие опускания. Горные породы, попадая на все большие и большие глубины, изменяются и превращаются в метаморфические. Последние могут образовываться из осадоч­ ных и магматических, а также и из более древних метаморфиче­ ских пород.

Так как средняя плотность вещества сиалической оболочки равна 2,7 и нормальная средняя геотермическая ступень соста­ вляет 33 м, на различных глубинах надо предполагать суще­

Выдающийся советский петрограф Ф. Ю. Левинсон-Лессинг показал, что в горных породах перекристаллизация минералов может происходить без перехода их в расплавленное состояние. Очень многие вещества и в том числе минералы обладают тем свойством, что при повышении давления температура их плавле­ ния повышается и растворимость их в воде увеличивается.

В глубинных зонах земной коры вода находится в перегретом состоянии. В перегретой воде растворены различные газы. Водя­

ные пары и газы способствуют интенсивному и быстрому течению различных химических реакций. Кроме того, в перегретой воде могут растворяться такие минералы, как кварц, слюда, тальк

идругие, которые очень стойки в обычных условиях температуры

идавления.

Впределах земной коры свободная вода может находиться только до глубины существования критической температуры. Критическая температура химически чистой воды 374,6° С. Эта температура должна быть на глубине около 10 —12 км. Давление здесь равно 2700—3200 am. В этой зоне возникают такие мине­ ралы, как серицит, хлорит, тальк й другие, содержащие гидро­ ксильную группу ОН. Горные породы этой зоны с глубиной при­ обретают сланцеватую текстуру. Здесь образуются такие мета­ морфические породы, как глинистые сланцы, филлиты, сери-

и водяных паров нет. Роль воды здесь переходит к окиси кремния SiCh. При существующих здесь температурах и давлениях окись кремния становится очень активным химическим реагентом. Кар­ бонаты здесь, реагируя с SiCb, превращаются в силикаты с выде­ лением СОг. В качестве примера можно указать на кальцит, из которого образуется волластонит, согласно реакции

CaC03-fS i02==CaSi0 a-f-C0 2.

Эту зону нередко нызывают зоной а н а м о р ф и з м а . Здесь, как правило, образуются новые минералы, занимающие меньший объем, чем исходные. Самое изменение пород в этой зоне носит наименование а н а м о р ф и з м а .

В зоне анаморфизма образуются ортоклаз, альбит, биотит, мусковит, амфиболы, гранаты и др. Здесь возникают следующие метаморфические породы: слюдяные сланцы, гранатово-слюдистые, роговообманковые сланцы, кварциты, мраморы и графиты.

Ниже зоны анаморфизма, где температуры значительнее и давление приобретает характер гидростатического, вещество ста­ новится близким к состоянию текучести; трещин здесь нет. Это зона образования разнообразных полевых шпатов, кварца, пироксенов, оливина, гранатов и других минералов; это область воз­ никновения кристаллических сланцев, гнейсов, гранито-гнейсов, кварцитов, мраморов и графитов. В породы этой зоны земной коры широко проникают инъекции магмы.

Различают следующие виды метаморфизма: д и н а м о м е т а ­ м о р ф и з м и п и р о м е т а м о р ф и з м . При динамомета­ морфизме изменение горных пород происходит преимущественно под влиянием давления; при пирометаморфизме изменение про­

играет вода. В этой зоне нередко, особенно в верхних ее частях, в результате горообразовательных процессов возникает односто­ роннее боковое давление. Здесь очень часто горные породы раз­ дробляются и превращаются в брекчии, если обломки пород круп­ ные, или в милониты (перетертые и уплотненные породы), если обломки очень мелкие. Несколько глубже в результате динамо­ метаморфизма возникает в т о р и ч н а я с л а н ц е в а т о с т ь , или к л и в а ж .

К л и в а ж — это расслаивание горных пород, вызванное тан­ генциальным (боковым) давлением и ориентированное перпенди­ кулярно ему. Этой сланцеватостью нередко секутся слои пород различного петрографического состава.

Ш Ш 1

Рис. 131. Схема образования кливажа.

1 — кливаж; 2 — естественная слоистость; 3 — на­ правление давления.

В толщах однородных пород иногда бывает трудно отличать вторичную сланцеватость от первичной сланцеватости, обусло­ вленной естественной слоистостью накопившихся когда-то осад­ ков. Согласно вторичной сланцеватости ориентируются трещины, получившие наименование т р е щ и н к л и в а ж а . Последние хорошо можно наблюдать в каменноугольных и антрацитовых пластах. Работники угольной промышленности прекрасно исполь­ зуют эти трещины кливажа при отбойке угля в шахтах.

Того же примерно происхождения трещины диаклаза и параклаза, которыми бывают пронизаны осадочные горные породы. Эти трещины ориентированы перпендикулярно естественной сло­ истости пород.

На рис. 131 схематично показано образование кливажа. Под влиянием динамометаморфизма твердые части организ­

мов нередко оказываются раздавленными, сплющенными. Результатом динамометаморфизма можно считать явления раз­

дробления, сжатия, скручивания, утонения, выжимания пород, образование в них зеркал скольжения, а также образование брекчий в различных диапировых складках, флексурах, в уто­ ненных крыльях складок и т. д.

Под влиянием динамометаморфизма происходят ве только указанные выше изменения горных пород. Оказывается, что повы­

330 Физическая,, или динамическая, геология

шенное давление даже при отсутствии значительных температур способствует течению ряда химических реакций. Ведь известно, что при больших давлениях металлы могут спаиваться. В этом случае происходит взаимная диффузия одного металла в другой. То же нередко наблюдается и в минералах, входящих в состав горных пород, подвергшихся значительным давлениям.

Такая горная порода, как габбро, под влиянием динамомета­ морфизма переходит в роговообманковый сланец или амфиболит.

Мы знаем, что габбро состоит из обогащенных кальцием пла­ гиоклазов и авгита. При обычных условиях давления авгит весьма устойчивый минерал. При повышенных давлениях он переходит в роговые обманки.

Плагиоклазы, богатые кальцием, при указанных условиях разлагаются на альбит и алюмосиликаты кальция: эпидот и цоизит. Образующиеся минералы закономерно ориентируются со­ гласно направленному давлению.

Так, из габбро возникает метаморфическая сланцеватая порода, состоящая из роговой обманки, эпидота, цоизита и альбита. Эта порода и есть роговообманковый сланец, или амфиболит. Таким же примерно путем дуниты, оливиновые габбро превра­ щаются в змеевики и серпентины.

П и р о м е т а м о р ф и з м проявляется преимущественно в тех зонах земной коры, где нет воды, т. е. на глубинах ниже 10—12 км. Как уже было указано, давление здесь имеет характер гидростатического. В этих зонах с глубиной исчезают трещины; вещество приобретает свойства текучести. Пирометаморфизм, кроме того, проявляется и в верхней зоне земной коры (глубины до 10—12 км) в тех случаях, когда сюда внедряются магма и обра­ зуются интрузивные тела типа батолитов, лакколитов, штоков, жил.

Естественно, при проявлениях пирометаморфизма некоторое значение имеет и давление. Разновидностями пирометаморфизма являются контактовый, пневматолитический и инъекционный

горных пород у контакта магматической породы с породами земной коры, вмещающими ее. В результате контактового мета­ морфизма глинистые сланцы преобразуются в роговики, изве­

называется изменение вмещающих пород под влиянием раска­ ленных газов, выделяющихся из остывающей магмы. Этот вид метаморфизма наблюдается на довольно значительных расстоя­ ниях от контакта.

В результате метаморфизма этого вида образуются минералы, содержащие В, F, Cl, Р, Ti и многие другие элементы. К числу

минералов, образующихся при пневматолитическом метамор­ физме, относятся мусковит, литиевая слюда, флюорит, топаз, тур­ малин, апатит, касситерит (оловянный камень), молибденит и др.

в тонкосланцеватые осадочные породы. Вследствие этого возни­ кает порода, напоминающая слоеный пирог, состоящий из тонко чередующейся метаморфизованной осадочной породы и изменен­ ной магматической породы.

Под влиянием пирометаморфизма, главным образом контакто­ вого и пневматолптического, возникают разнообразные рудные месторождения.

Различают еще метаморфизм региональный и местный.

Р е г и о н а л ь н ы м метаморфизмом называют метаморфизм,

Региональным метаморфизмом обычно охвачены значительные участки геосинклиналей. Примерами местного метаморфизма могут служить контактовый, инъекционный, пневматолптический мета­ морфизм и отдельные местные проявления дннамометаморфизма.

В настоящее время метаморфические породы (гнейсы, гранитогнейсы, кристаллические сланцы и др.) развиты на поверхности Земли в центральных частях ряда горных сооружений (например, Урала).

Особенно широкое развитие метаморфические породы имеют в докембрийских платформах, на тех их участках, где фундамент обнажается. Выступы кристаллического фундамента на поверх­

чают Фенно-Скандинавский, или Балтийский щит, Азово-Подоль­ ский и Воронежский массивы: на Сибирской платформе — Анабарский и Алданский массивы.

Нахождение метаморфических пород на поверхности земли можно объяснить лишь значительными эпейрогеническими под­ нятиями в областях былых геосинклиналей, в результате которых возникают горные сооружения. По мере подъема горных соору­ жений последние подвергаются денудации. Этим самым на поверх­ ности земли вскрываются все более и более глубокие зоны бьщых геосинклиналей.