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
         » » Петрографический аспект проблемы низов земной коры и верхней мантии

Петрографический аспект проблемы низов земной коры и верхней мантии

15.10.2017

Очень часто геологи — специалисты по горным породам — относятся к системе сейсмологических слоев и границ как к чему-то заранее данному и «навешивают» на них свои петрографические и петрологические конструкции. Однако некоторые из таких геологов относятся к сейсмологическому материалу по существу и истолковывают сейсмологическую структуру с позиций своих научных подходов. В первом случае имеет место как бы «перескакивание» петрографии на сейсмологию, во втором случае — научное петрографическое осмысливание сейсмологических данных.
Одной из важнейших особенностей геотектонических взглядов Г.Д. Афанасьева было то, что он шел от петрографии к геофизике. Будучи петрографом, тонко разбираясь в составе, структуре и генезисе горных пород, он не мог на основании одного единственного свойства горной породы перейти к выделению крупнейших геологических формирований, таких как «гранитный» и «базальтовый» слои. На пути своих построений он встречал большие трудности и сложности, которые не позволяли ему подойти к этому вопросу с такой наивной простотой, которая, как казалось, сразу все проясняла и, как оказывалось, все безнадежно запутывала. Речь идет о совершенно не оправдавших себя «точных» горнопородных определениях сейсмических слоев и границ. He счесть заблуждений в геотектонических построениях, возникших именно на основе этой «точности». И даже сейчас, когда все как будто бы стало более ясно, от сейсмически определенной границы (зоны) Мохоровичича в представлениях некоторых геологов отрываются петрографически определенные офиолитовые пластины; с этими представлениями связаны некоторые идеи о геологическом (горнопородном, геосинклинальном) развитии всей земной коры в целом, о геологических соотношениях континента и океана и т. д.; пишут о тонущих в мантии глыбах эклогита, о растяжении, утонении и раскалывании коры.
В содружестве с физиками и геофизиками Г.Д. Афанасьев провел ряд оригинальных исследований физико-механических свойств горных пород различного происхождения, при различных давлениях и температурах. Результаты исследований позволили ему сформулировать очень важное положение о том, что геофизические («скоростные») границы разделов в литосфере обусловлены не сменой составов горных пород по вертикали, а главным образом изменением их физико-химических свойств и появлением новых фазовых состояний.
Рассмотрим пять высказываний Г.Д. Афанасьева по этому вопросу.
1. Геофизический материал о скоростях имеет лишь косвенный минералогопетрографический смысл. Земная кора и верхняя мантия состоит из мозаики интрузивных, метаморфических, осадочных и вулканогенных пород. Маловероятны представления о том, что разрыву в физических свойствах, например в скоростях, соответствует разрыв химического состава. Поэтому нельзя названия «гранитный», «базальтовый», «перидотитовый» понимать в буквальном смысле (Б. Гутенберг и Ф. Берг еще в 1954 г. указывали, что к интерпретации поверхности M как к границе разрыва химических свойств пород следует относиться осторожно). Всем сейсмическим границам в низах земной коры и верхней мантии, в том числе и разделу Мохо, отвечает скачок не в химических свойствах, а скачок в физических свойствах, связанный с ликвидацией поровых и ультрапоровых пустот и трещин, а также с фазовыми переходами в режиме высоких давлений и больших температур. Скорость распространения упругих волн в широком классе метаморфических пород одинакова со скоростями в базальтах. Сравнимы и их плотности. Поэтому нет особых оснований низы земной коры океанов, характеризующиеся скоростями 6,4—7,6 км/с, считать сплошь состоящими из базальтов или других пород основного состава. Вряд ли горизонтальные или субгоризонтальные сейсмические разделы, прослеживаемые в земной коре и верхней мантии, можно рассматривать как стратифицированные границы, вероятнее всегo, они соответствуют, как указывалось, постепенному или более-менее резкому изменению физического состояния глубинного вещества.
Сейчас практически никто упоминавшимся выше сейсмическим слоям не придает прямого минералого-петрографического смысла. Для большинства исследователей в настоящее время очевидно, что термины «гранитный», «базальтовый», «перидотитовый» слои являются ни более ни менее как символами типа буквенных (А, В, С, D), или цифровых (I, II, III ... ), используемых для обозначения слоев в мантии Земли при интерпретации сейсмологических материалов. Широко распространено сейчас также мнение о том, что литосфера, по-видимому, состоит в основном из метаморфических пород, в которых горизонтальные границы раздела в геологическом понимании отсутствуют, а сейсмические границы отражают постепенное или скачкообразное изменение физических свойств с глубиной. Такая среда благоприятна для формирования рефрагированных сейсмических волн, интерпретация которых как головных приводит к получению субгоризонтальных сейсмических слоев.
Термином «земная кора» Г.Д. Афанасьев обозначал область активных экзогенных процессов, мозаичную по строению и в основном состоящую из силикатных пород, простирающихся до глубин не менее 60—70 км, обозначенную нами как «гипергенная оболочка». Ее нижняя граница нигде не определена и, по-видимому, никак не связана с поверхностью М.
2. Об учете различных петрографических и петрофизических свойств при интепретации геофизических данных. Известно, что значения скоростей сейсмических волн зависят от петрографического состава горных пород, степени их уплотнения и метаморфизма в условиях высоких давлений и температур. Зачастую весьма узкому диапазону сейсмических скоростей соответствует широкий ряд горных пород. Например, скорости в доломитах и известняках мало отличаются от скоростей в габбро. Известно также, что скорость распространения упругих волн сильно различается по простиранию и вкрест простирания структур, зависит также от ориентировки минералов в горных породах и кристаллов в минералах. Величины скоростей сейсмических волн зависят от состояния поровых пустот в горных породах, их трещиноватости. Если массив горных пород длительное время находится под воздействием высоких давлений и напряжений, то поровые пространства и трещиноватость в них уменьшаются и скорости распространения упругих волн увеличиваются.
Большое значение для правильной интерпретации сейсмических материалов имеют лабораторные данные о скоростях распространения сейсмических волн, измеренных при высоких давлениях, близких к тем, в которых залегают горные породы.
3. О возможности разделения земной коры на континентальный и океанический типы. Земная кора делится на два типа: континентальный и океанический, отличающихся принципиальными различиями в их строении, что неправомерно или, во всяком случае, не доказано. С этим можно соглашаться или не соглашаться, но следует отметить, что эта проблема не потеряла своего значения до настоящего времени, и сейчас, по-видимому, находится в стадии решения. Существуют типично «континентальные» породы гранито-гнейсового ряда на островах, расположенных в глубоководных частях океана, таких как Сейшельские, Гуам, Баунти, Фиджи, Тасмания. Возраст этих пород на Сейшельских островах определен как рифейский (650 млн.лет). Метаморфические диабазовые и кератофировые эффузивы Карлсбадского и Срединно-Атлантического хребтов, а также кислые образования перечисленных выше островов свидетельствуют об участии в их строении достаточно древних, значительно метаморфизованных формаций геосинклинального типа. Щелочные базальтоиды плиоценового или еще более молодого возраста известны в Приморье (Советский Дальний Восток), плиоценовые субщелочные базальтоиды выявлены на оз. Балатон в Венгрии и на Северном Кавказе.
Кора континентов и океанов не имеет принципиальных различий по своему вещественному составу, и нет специально океанических и специально континентальных типов горных пород. Отсюда следует вывод о единстве земной коры материков и океанов. В связи с этим необходимо пересмотреть многие гипотетические представления современной геологии.
Некоторые из важнейших данных по геологии северо-западной части Тихого океана согласуются с его. представлениями об однотипности земной коры континентов и океанов. На возвышенности Обручева, вале Зенкевича, к востоку от зоны сочленения Курило-Камчатского и Японского глубоководных желобов, т. е. в пределах типично океанических структур, Б.И. Васильевым при драгировании была собрана обильная коллекция пород «континентального» облика, таких как гнейсы, гранитоиды, эвгеосинклинальные кремнисто-вулканогенно-осадочные образования, субаэральные кислые эффузивы и их туфы, наземные вулканогенно-осадочные породы широкого возрастного диапазона.
А.М. Смирнов, рассмотревший обширный материал по Тихому океану, указывал, что породы «континентального» облика встречаются в пределах ложа океана и на некоторых его островах. К ним относятся гранитоиды и метаморфические породы, типичные для фундаментов древних платформ, интрузивные и эффузивные породы среднего, кислого и основного состава с высоким содержанием калия.
Н.К. Булин считает, что широко распространенное мнение о тонкой океанической коре является ошибочным, так как оно основано на не детальных наблюдениях. На самом деле ее толщина достаточно велика и в ряде пунктов приближается к мощности коры континентального типа.
Известно также, что глубоководным бурением в ряде пунктов Мирового океана, например к востоку от северной оконечности о-ва Хонсю, вскрыты мелководные и наземные образования.
4. О сомнительности описания «выходов» верхней мантии в океанах. Интерпретировать как выходы, хотя и аномальной, но верхней мантии (может быть, измененной вторичными процессами) участки океанического дна или срединных океанических хребтов, характеризуемых скоростями продольных волн (Vр) порядка 7,3 и даже 7,2 км/с, в строении которых участвуют серпентиниты, нет никаких оснований. Если поступать таким образом, то за выходы мантии или за породы, принесенные из мантии, следует считать все разновозрастные серпентинитовые массивы Кавказа, Урала и других складчатых областей. Такая постановка вопроса в принципе не исключена. Ни один геолог или геофизик не держал в руках породу, добытую ниже современного раздела Мохоровичича ни в пределах континентов, ни из океанического сегмента Земли. С сожалением приходится констатировать, что попытки принимать все находки ультраосновных пород за выходы мантии, в том числе и за «следы» палеозон Беньофа, продолжаются и до настоящего времени. То же самое следует сказать об эклогитах, которые также нередко принимают за породы мантии. Эклогиты — это метаморфические породы, образовавшиеся главным образом из ультрабазитов, габброидов или карбонатных пород при воздействии на них регионального метаморфизма или активного влияния интрузий натриевых гранитов.
5. О возможных смещениях поверхности M вверх и вниз в разрезе литосферы. Существует много геологических фактов о кайнозойском или даже четвертичном опускании под дно морей пограничных с последними участков континентов с превращением геофизических характеристик коры этих участков в характеристики, близкие к океаническим. Этот процесс направлен в сторону резкого уменьшения мощности коры за счет резкого сокращения толщины «осадочного» и «базальтового» слоев и исчезновения «гранитного». В то же время многие острова, расположенные в глубоководных частях океанов, как указывалось выше, сложены типично сиалическими породами, включая кристаллические сланцы и граниты. Очевидно, эти породы являются останцами некогда широко распространенной в пределах современных океанов коры континентального типа.
В пределах древних структур с возрастом 3 млрд. лет и более и горно-складчатых областей земная кора в течение всей истории их геологического развития вряд ли оставалась стабильной по мощности и равной современной, т. е. 35—60 км. Она, вероятно, варьировала в зависимости от характера физико-химических процессов, происходящих в недрах в те или иные интервалы геологической истории.