Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Принципы выделения структурных элементов в связи с тектоническим картированием

Принципы выделения структурных элементов в связи с тектоническим картированием

12.10.2017

Одним из важнейших практических приложений методологии изучения геологических границ, тел и структур является тектоническое картирование, учение о котором можно назвать тектонической картографией, в основании которой лежат выделение и описание геологических границ, простых и сложных геологических тел, элементаризация геологического пространства, ранги и иерархии. Тектонические карты нужны для разработки тектонических критериев поисков минерального сырья. Это достигается путем прослеживания связи геологических границ, тел разных рангов и т. д. с размещением месторождения минерального сырья их признаков, а также сопутствующих явлений (например, проявления тяжелых углеводородных газов при поисках нефти, нахождение минералов-спутников, гелиевые аномалии и многие другие). Так как тектонические карты служат задачам поисков, они могут быть специализированы в соответствии с поставленными задачами (принцип целесообразности): тектонические карты, связанные с решением нефтепоисковых задач, и тектонические карты металлогенического назначения могут быть построены по разным методикам и с разными легендами. Масштабы карт и даже типы выбранных географических основ (проекций) могут быть приняты с учетом поставленных при составлении этих тектонических карт теоретических и практических задач.
Тектоническая картография слагается из тектонического районирования (элементаризация пространства) и последующего, более детального изображения выделенных структурных элементов (описание тел).
Тектоническое картирование представляет собой частный случай элементаризации геологического пространства. В этом смысле процедура тектонического районирования сходна с процедурой стратиграфического расчленения разреза. Однако, если при расчленении разреза мы оперируем с одномерным пространством, то при тектоническом районировании — с трехмерным или, по крайней мере, с двумерным. Расчленение разреза основывается, как правило, на распределении значений свойств, измеряемых в формальных точках, а тектоническое районирование производится на основании значений свойств, определяемых на телах. Расчленение разрезов можно провести на основании, например, замеров (или определений) петрографического состава, электрического сопротивления или свойств иной специализации, для тектонического же районирования большое значение имеет не только петрографический состав, но и размеры тел данного состава, последовательность этих тел (например, ряды формаций), их форма, характер нарушений границ (дислокации), т. е. структурно-вещественные признаки.
В приведенном сравнении имелся в виду лишь один, правда, наиболее широко используемый способ тектонического районирования по структурно-вещественным признакам.
Существуют и другие способы тектонического районирования. Можно проводить районирование, абстрагируясь от вещественного состава пород, определяемого в какой-либо специализации, а основываясь только на форме геологических тел и границ. Возможно тектоническое районирование по динамическим (интенсивность современных движений, сейсмичность), по реконструированным ретроспективным характеристикам.
Однако каким бы способом ни проводилось тектоническое районирование, для него могут быть указаны некоторые общие принципы. При изложении этих принципов будем опираться в основном на опыт составления карт по структурно-вещественным признакам, поскольку такие карты наиболее распространены и наиболее отвечают решению важнейшего вопроса практической геологии — поискам минерального сырья.
В результате тектонического районирования выделяются структурные элементы гипергенной оболочки Земли (в отдельных случаях — земной коры) для картируемых территорий. Такими структурными элементами являются, например, области докембрийской, байкальской, каледонской и других складчатостей, показанные на картах обычно различным цветом. В качестве структурных элементов могут выделяться также платформенные и геосинклинальные области и их подразделения, континентальные, океанические, промежуточные типы коры, блоки и рифтовые системы.
Выделенные структурные элементы могут быть охарактеризованы более детально, т. е. описаны. На тектонических картах эта задача осуществляется изображением некоторых дополнительных данных, характеризующих состав и структуру (контуры или направления осей тектонических форм, формационные характеристики, включения массивов магматических пород и каменной соли, стратоизогипсы, характеризующие внутреннюю структуру чехлов, и т. д.). Например, на «Международной тектонической карте Европы» (1964 г.) для описания структурных элементов использованы условные обозначения восьми типов формаций и тринадцать систем стратоизогипс (чехол Восточно-Европейской платформы).
При формулировке общих принципов тектонической картографии следует иметь в виду, что она сводится к элементаризации геологического пространства и описанию геологических тел (выделенных структурных элементов). Можно наметить следующие общие принципы тектонической картографии.
Принцип специализации, охарактеризованный выше, является руководящим при тектоническом районировании. В применении к тектоническим картам он означает, что все границы между структурными элементами должны иметь одну и ту же геологическую природу, т. е. определяться по фиксированному списку свойств (признаков). Если границы (элементаризация пространства) проводятся по каким-либо определенным, например, структурно-вещественным признакам, то при их проведении могут быть использованы в качестве подсобных несобственные признаки (например, геофизические) при условии установления их корреляционных соотношений с основными признаками и их интерпретации на языке этих признаков. Таким путем иногда проводятся границы между различными складчатыми комплексами (каледониды, герциниды и т. д.) под чехлами молодых платформ, а также границы структурных элементов в пределах шельфов.
Несоблюдение принципа специализации при составлении тектонических карт ведет к выделению на одной и той же карте несравнимых структурных элементов различной геологической природы. Это имеет место на ряде карт, охватывающих континентальные и океанические области. Иногда на таких картах районирование континентальных пространств проводится по структурно-вещественным признакам или по возрасту «главной» складчатости, а районирование океанов — по геоморфологическим признакам. В данном случае мы имеем не единые карты — модели для континентов и океанов, не карты, которые позволили бы проводить общий сравнительный анализ структурных элементов гипергенной оболочки Земли, а «стыкованные» карты, основанные на различных признаках и не создающие основу для совместного анализа континентальных и океанических структурных форм.
Принцип соразмерности является также руководящим при тектоническом районировании и выделении структурных элементов гипергенной оболочки. При рассмотрении вопроса о геологической структуре уже отмечалось, что структурные элементы сложного геологического тела или части геологического пространства должны выделяться в определенном диапазоне размеров (например, в пределах одного или двух порядков или иначе выбранной градации). Более мелкие тела, выходящие за пределы этого диапазона, должны рассматриваться в качестве включений. В соответствии с принципом соразмерности при тектоническом районировании должны выделяться только структурные элементы, отвечающие этому требованию. Диапазон размеров (градация) при этом должен быть определен так, чтобы геологические тела, выделяемые в качестве структурных элементов, обладали бы особенностями состава и строения, отличающими их от геологических тел больших или малых размеров. Представления о геологическом развитии структурных элементов (ретроспективные конструкты) всегда основываются на исследовании состава и строения (базисные данные). Поэтому реконструированное происхождение и развитие структурных элементов данной градации будет также отличаться от происхождения и развития геологических тел больших и малых размеров. Например, геосинклинали, геоантиклинали и т. д., принимаемые как структурные элементы, определенные по вещественному составу, слагаются из геологических формаций, при изучении соотношений которых выявляются особенности формирования этих структурных элементов, такие как эволюция проявлений магматизма, смена основных морфологических типов земной поверхности и т. д., т. е. событий, играющих важную роль в формировании гипергенной оболочки в целом.
Геологические формации, рассматриваемые как структурные элементы, принадлежат к иной градации (рангу) геологических тел по размерам. При исследовании соотношения слоев, пачек и массивов, слагающих формацию; выясняются особенности развития формации, связанные, например, с изменением палеогеографической обстановки, изменением рельефа в пределах данного основного морфологического типа, эволюцией магматических очагов и т. д. Изучение отдельных, небольших по сравнению с размерами формаций, слоев и массивов, образующих следующую градацию, позволяет выяснять более частные закономерности, связанные, например, с формированием данного слоя (роль течений, особенности диагенеза, рассортировка терригенного материала и т. д.) или массива.
Выделение при тектоническом районировании структурных элементов, принадлежащих к различным градациям (рангам), и сопоставление их непосредственно друг с другом может привести к смешению понятий и путанице в раскрытии закономерностей, поэтому, по-видимому, необходимо при тектоническом районировании придерживаться определенного порядка: вначале выделять структурные элементы одного ранга, затем представлять эти структурные элементы как сложные тела, выделяя в их пределах структурные элементы следующего ранга, и т. д. Таким образом, тектоническое районирование должно быть как бы многоступенчатым, причем в каждом ранге перед ним должны ставиться самостоятельные задачи.
На обзорных тектонических картах обычно выделяются в качестве структурных элементов первого ранга области разновозрастных складчатостей, показанные различными цветами, а в качестве структурных элементов второго ранга — структурные этажи в складчатых областях, чехол и фундамент на платформах. Например, геосинклинальные области — геосинклинальные системы — геосинклинали. Таким образом, на тектонических картах находит отражение иерархия структурных элементов.
Принцип целесообразности в отличие от двух приведенных выше принципов касается не только районирования (элементаризация пространства, выделение геологических тел), но также и описания структурных элементов.
Принцип целесообразности при тектоническом районировании заключается в требовании выбора такого делящего признака (или списка признаков), который обеспечил бы тектоническое районирование, наиболее отвечающее задачам исследования.
При геологическом районировании могут ставиться те или иные частные задачи. Например, для определения особенностей и стоимости строительства сооружений районирование проводится с выделением районов различной балльности землетрясений. Для изучения глубинного строения районирование можно проводить по типам строения земной коры, по соотношениям мощностей «гранитного» и «базальтового» слоев и земной коры в целом, для изучения распространения складчатостей — по типам складчатости, для решения ряда гидрогеологических и инженерно-геологических вопросов — по типам и интенсивности трещиноватости.
Исходя из соображений целесообразности и многочисленных способов тектонического районирования (по типам складчатости, по ориентировке линейных элементов структуры, по способности к дальнейшим деформациям и т. д.), мы видим, что районирование по формационному составу оказывается наиболее важным.
Проведение тектонического районирования и выделение структурных элементов гипергенной оболочки именно по формационному составу обусловливается тем, что главной задачей геолога являются поиски полезных ископаемых, установление закономерностей их размещения и решение различных (стратиграфических, литологических, структурных и т. д.) вопросов, помогающих определить эти закономерности.
Принцип целесообразности применительно к описанию заключается в выборе таких структурных и вещественных признаков, которые наиболее существенны для характеристики структурных элементов в соответствии с принятыми целями исследования. Например, если данные тектонической карты являются основой для поисков и прогнозов нефтяных и газовых месторождений, то на ней полезно показать распространение и контуры локальных поднятий и стратоизогипсы горизонтов, наиболее перспективных с точки зрения поисков нефти (структурные признака), а также типы и распространение коллекторов и толщ, богатых органическим веществом (вещественные признаки). Если карта представляет собой основу для поисков рудных месторождений, то важно показать местонахождение массивов изверженных пород различного формационного типа и рудной специализации, расположение глубинных разломов, древние эруптивные аппараты, рудные и рудоносные формации и т. д.
Принцип однородности описания. В идеале на тектонической карте все структурные элементы должны быть описаны однородно, т. е. для каждого элемента должны быть охарактеризованы одни и те же структурные и вещественные свойства с равной точностью и степенью детальности. Однородное описание позволяет сравнивать структурные элементы, классифицировать, прослеживать их связи. Различная изученность охватываемых картой районов делает эту задачу трудноосуществимой. Поэтому можно ограничиться требованием, чтобы, по крайней мере, некоторые элементы были бы описаны однородно. Тогда сравнение и классификацию можно проводить если не для всей карты, то хотя бы для отдельных групп выделенных на ней структурных элементов. Примером несоблюдения принципа однородности описания является изображение древних платформ на одной из ранее изданных тектонических карт России, когда на Восточно-Европейской платформе чехол был выделен как трехмерное тело, охарактеризована его мощность (точнее, глубины залегания фундамента) и несколькими системами стратоизогипс показана структура; для Сибирской платформы показан план эрозионного среза чехла, т. е. упрощенная геологическая карта. На карте не содержится данных для сравнения этих двух структурных элементов. Тектонические карты Восточно-Европейской и Сибирской платформ в данном случае являются не частями единой карты, а различными несравнимыми картами, нанесенными на одно полотно.
Соблюдение принципа однородности описания является необходимой предпосылкой возможности осуществления сравнительного анализа структурных элементов, выделенных на карте.
Тектоническое районирование может проводиться по статическим, динамическим и ретроспективным характеристикам. Обычные тектонические карты представляют собой модели квазистатических систем. Среди них можно различать карты, на которых районирование проводилось по структурным (геометрическим) признакам, и карты, построенные по структурно-вещественным (формационным) признакам. На картах этих двух типов в качестве делящего часто применяется признак «возраста складчатости» или «возраста основной геосинклинальной складчатости». Поскольку возраст может рассматриваться как результат некоторой ретроспективной реконструкции, казалось бы, и карты с районированием по возрасту складчатости должны отражать ретроспективные системы. Однако это не совсем так. Дело в том, что термином «возраст складчатости» по существу кодируется некоторая ситуация в квазистатическом геологическом пространстве, охарактеризованном структурными или структурно-вещественными признаками.
Действительно, если под областями байкальской, каледонской, герцинской и т. д. складчатостей понимают складчатые комплексы, ограниченные сверху изохронными поверхностями, то легко видеть, что эти поверхности не являются подлинно изохронными, а лишь представляют собой границы тел биостратиграфической природы (системы, отделы, ярусы), выделенные в квазистатическом геологическом пространстве. Термин «возраст складчатости» представляет лишь индекс, принятый для обозначения такой ситуации.
Составление тектонических карт крупных территорий с учетом распространения различных геологических формаций показывает, что понятие «возраст складчатости» в его отражаемом на картах смысле является скользящим не только относительно «подлинных» изохрон (которые крайне трудно или вообще невозможно реконструировать), но и относительно биостратиграфических границ. Скольжение это может быть весьма значительным. Так, поверхность складчатых комплексов, относимых к герцинским, в Западной Европе отвечает границе между нижним и средним отделами каменноугольной системы, а на Урале — границе между нижним и средним отделами триасовой системы.
Тектоническое районирование гипергенной оболочки может сводиться к выделению крупных тектонических форм по структурным (геометрическим) признакам, например к выделению прогибов, поднятий (сводов), областей с горизонтальным залеганием слоев, крупных грабенов и горстов и т. д. У Э. Oгa и его предшественников Д. Холла и Д. Дэна явно преобладают геометрические критерии при пространственном выделении геосинклиналей и геоантиклиналей, которые, таким образом, выступают в качестве тектонических (структурных) форм. «В противоположность геосинклиналям выпуклый изгиб земной коры Дэна называют геоантиклиналью..., геосинклиналь и геоантиклиналь не всегда представляют простую складку...., каждая из них может состоять из неопределенного числа антиклиналей и синклиналей, вся совокупность которых представляет или синклинальный или антиклинальный выгиб». Согласно Э. Огу, главным отличием «континентальных площадей» от геосинклиналей, где напластования сильно смяты в складки, является сохранение ими горизонтального положения при наличии незначительной волнистости.
Геометрический признак доминировал также при выделении М.М. Тетяевым складчатых зон и платформ.
В практике тектонического картографирования последних десятилетий стали доминировать структурно-вещественные признаки, в частности, при выделении и характеристике платформенных и геосинклинальных областей.
Геосинклинали и платформы, определявшиеся вначале в основном как геометрически охарактеризованные тектонические формы, выступают теперь как геологические тела, охарактеризованные своим вещественным составом и обладающие определенной структурой. Следует отметить, что не всегда геосинклинальным и платформенным областям, понимаемым как определенные вещественные ассоциации, свойственны именно те структурные формы, которые им традиционно приписывались. Так, например, обычно считалось, что глубокие прогибания (до 8—10 км) свойственны исключительно геосинклинальным областям. У Ю.М. Шейнманна, характеризующего докембрийские образования Южной Африки, находим высказывание, что огромная мощность (до 10 км) не вызывает сомнений в их геосинклинальном характере. Однако известны факты накопления весьма больших мощностей не только в геосинклиналях, но и на платформах. Например, по данным сейсморазведки, мощности пермских и мезо-кайнозойских отложений Прикаспийской впадины Восточно-Европейской платформы превышают 10 км. В связи с этим А. Л. Яншин справедливо отмечает, что большие мощности осадков нельзя считать одним из критериев геосинклинального режима. He только глубина прогибания, но и интенсивность складчатости не представляет надежного критерия для разграничивания платформенных и геосинклинальных областей, охарактеризованных определенными вещественными ассоциациями. Так, в пределах платформ существуют складчатые зоны с протяженностью и шириной, измеряемыми сотнями километров, и с углами наклона крыльев складок, измеряемыми несколькими десятками градусов (складчатые системы Юрских гор, Ангаро-Ленской зоны на Сибирской платформе и ряда районов Южно-Китайской платформы).
Таким образом, для выделения геосинклинальных и платформенных областей, понимаемых как комплексы формаций, вещественный признак следует считать определяющим, а структурный — сопутствующим. Это, конечно, не означает, что гипергенную оболочку нельзя районировать по структурному признаку (по «плотности» складчатости, средним углам наклона слоев и т. Д.), однако районирование по структурно-вещественным признакам имеет ряд преимуществ. Так, формационный метод не только позволяет выделять структурные элементы гипергенной оболочки, но и создает принципиальную возможность ее объемного районирования, при котором в качестве структурных элементов выступают трехмерные геологические тела, образованные определенными ассоциациями геологических формаций. Такими элементами могут быть выделяемые по формационному (структурно-вещественному) признаку структурные этажи или складчатые и покровные комплексы, образующие в гипергенной оболочке систему крупных линзовидных или плоских геологических тел, изучение состава и пространственных взаимоотношений которых позволяет выяснять особенности ее геологического развития на различных участках и уровнях.
Если у М.М. Тетяева понятие «возраст складчатости» связано только с геометрическими характеристиками структуры гипергенной оболочки, то при рассмотрении тектоники России А.Д. Архангельского и Н.С. Шатского 1933 г. вновь введенное понятие «возраст основной складчатости» уже тесно связано с вещественным (формационным) составом, поскольку поверхность основной складчатости соответствует поверхности (верхней границе) распространения геосинклинальных формаций, обладаюших определенными вещественными и структурными характеристиками, отличающими их от формаций чехлов. На тектонических картах России, Европы, Евразии и других картах при выделении структурных элементов роль структурно-вещественных признаков становится все более и более доминирующей.
К тектоническим картам, основанным на динамических характеристиках, следует отнести карты современных движений земной коры — вековых, сейсмогенных, вулканогенных, техногенных и т. д. Такие карты являются, как правило, векторными и отражают распределения значений скоростей движений и их направления. Если изображается только вертикальная компонента движения, то на карте проекции векторов имеют вид точек, а длина векторов (скорости) и их знак обозначены цифрой (например, + 0,4 мм/год, — 1,1 мм/год). На основании распределения по площади значений интенсивности и знака тектонических движений могут быть проведены изолинии, разделяющие области с различными значениями интенсивности, с различным знаком движений, т. е. условные геологические тела первого класса с определенными динамическими характеристиками. Разделение картируемого пространства на условные тела представляет построение полноопределенного пространства (модели). Эта процедура относится к описанию пространства. Ее можно рассматривать как вид тектонического районирования, поскольку каждое условное тело представляет собой район, отличающийся по значениям картируемых свойств от смежных районов. Вместе с тем здесь не может идти речи о выделении структурных элементов, обладающих всегда резкостными границами, полностью определяемыми распределением свойств веществ в пространстве.
Если на карте находит отражение не только вертикальная, но и горизонтальная составляющая скорости движения (или величина перемещения за некоторый постоянный для всей карты интервал времени), то возможности тектонического районирования весьма расширяются. Изолинии можно проводить или по величине вертикальной компоненты, скорости и знаку, или по величине горизонтальной компоненты, или даже по величинам долготной и широтной компонент. Районирование можно проводить также по направлению горизонтальной компоненты, выделив районы, характеризующиеся различными румбами. Во всех этих случаях структурные элементы не выделяются, сравнительный же анализ условных тел первого класса не имеет смысла, поскольку положение их границ может меняться в зависимости от применяемых процедур.
Тектоническое районирование (в рамках динамических систем) может проводиться по градиентам скоростей, т. е. быстроте изменения по латерали вертикальной компоненты тектонических движений.
К картам, основанным на динамических характеристиках, относятся также карты, отражающие быстрые сейсмогенные тектонические явления (карты балльности, карты смещения точек поверхности Земли в результате землетрясения).
К тектоническим картам, основанным на ретроспективных реконструкциях, относятся палеотектонические карты, которые важны для реконструкции процессов формирования гипергенной оболочки и ее отдельных структурных элементов. При составлении палеотектонических карт снимаются не только все более поздние осадочные формации, но и все более поздние проявления магматизма и результаты дислокационных процессов. Сравнением палеотектонической карты с тектонической могут быть проиллюстрированы представления о сохранении или изменении границ структурных элементов, их объединении (слиянии) или раздроблении, существовании старых и появлении новых глубинных разломов, появлении новых осадочных и магматических формаций и т. д. Такое сравнение помогает реконструировать черты унаследованности тектонического развития.
Серии палеотектонических карт являются ретроспективными моделями, иллюстрирующими тектоническое развитие той или иной части гипергенной оболочки или того или иного ее структурного элемента. Рассматривая такие модели, можно, в частности, высказать предположение о миграции, разрастании или вырождении геосинклиналей, раздроблении платформ и т. д. Все представления об изменяющихся во времени структурных элементах (мигрирующих, разрастающихся и распадающихся) являются ретроспективными конструктами и производными от базисных моделей квазистатического геологического пространства гипергенной оболочки и ее структурных элементов, представляющих собой ассоциации геологических формаций.
Большой интерес представляет тектоническое районирование, проводимое на палинспастической топооснове. Палинспастические карты воссоздают взаимное расположение на некотором хронологическом уровне геологических тел, претерпевших впоследствии значительное горизонтальное смещение. Такого рода построения особенно эффективны для областей сдвиговой тектоники и чешуйчатого строения. Методика построений разработана еще недостаточно. Построения эти в значительной мере зависят от общей теоретической позиции исследователя и несут на себе отпечаток субъективного подхода. Однако в принципе сопоставление палинспастических карт для разных хронологических уровней открывает новые возможности палеотектонических реконструкций.