Методы геотектоники

Как и любая другая самостоятельная научная дисциплина, геотектоника использует свои особые методы исследования и наряду с этим общенаучные методы и методы, заимствованные из смежных наук. К собственно тектоническим методам относятся следующие.

Структурный анализ заключается в изучении взаимного расположения в трехмерном пространстве тектонических нарушений: складок, разрывов со смещением, трещин, внедрений магматических или пластичных осадочных (соли, глины) пород, а также ориентировки минералов в метаморфических породах. Соответствующие данные получают в процессе геологического картирования, бурения, проведения горных выработок, шахт, штолен и др. Они наносятся на карты и используются для построения профилей, блок-диаграмм и других графических документов, например роз-диаграмм трещиноватости, ориентировки зерен минералов и т. п. Это дает возможность восстановить поля напряжений, вызвавших образование тех или иных форм тектонических нарушений, и (или) выяснить последовательность образования последних.

Структурный анализ может выполняться в различном масштабе — от изучения ориентировки минералов, в частности кварца, в шлифах горных пород с нанесением полученных замеров на специальные стереографические сетки и их статистической обработкой (микро- или петроструктурный анализ) до детального структурного анализа отдельных участков, в частности рудных полей, регионального структурного анализа и вплоть до глобального структурного анализа в масштабе всей планеты. Большое значение при региональном и глобальном структурном анализах приобрело использование снимков земной поверхности, сделанных из космоса, — космоснимков. На них, в частности, проявляются типы тектонических структур, обычно пропускаемые при геологической съемке, — кольцевые структуры и линеаменты.

Метод сравнительной тектоники представляет разновидность общенаучного сравнительно-исторического метода и применяется в двух аспектах. В первом из них проводится сравнение параметров и других характеристик однотипных или родственных структур в целях выявления наиболее общих для них показателей, а также различий, по которым отдельные типы могут быть разделены на подтипы, например платформы на древние и молодые. Во втором аспекте проводится сравнение родственных типов структур в целях установления их эволюционной последовательности, например океаны — геосинклинали — орогены — платформы. К данному методу примыкает метод аналогий, позволяющим прогнозировать особенности малоизученного представителя того или иного типа структур по лучше изученным структурам того же типа.

Геодезические методы используются для изучения современных движений и деформаций. В них все тире применяется лазерная техника. Особенно следует подчеркнуть огромное принципиальное значение методов космической геодезии для выявления перемещения литосферных плит в современную эпоху, а также структурно-геоморфологических элементов ложа океанов.

Геоморфологические методы применяются при исследовании новейших движений, деформаций и порожденных ими структур. Они находят непосредственное отражение в современном рельефе, который в основном создан новейшими движениями и деформациями и обычно не полностью изменен процессами денудации и аккумуляции. Последнее относится в особенности к структурам океанского ложа, что и позволило применить к ним наименования, взятые из геоморфологии, — хребты, котловины, желоба и др.

Анализ фаций и мощностей осадочных и вулканогенно-осадочных отложений — один из основных методов палеотектонического анализа. Анализ фаций применяется в двух измерениях — по площади и по разрезу. В первом случае составляются карты фации для определения интервалов стратиграфического разреза или моментов геологического времени. Эти карты по распространению осадков данного возраста позволяют судить о расположении областей размыва и поднятия, с одной стороны, и накопления осадков, т.е. погружения, — с другой. Распределение осадков различного типа, например крупно- и тонкообломочных, позволяет установить направление увеличения глубин бассейна, т.е. нарастания погружения. Смещение в плане полос развития одинаковых (изопических) фаций, разделенных линиями сдвигов или надвигов, дает возможность определить амплитуды горизонтальных смещений вдоль этих разрывов.

Анализ фаций применяется также в аспекте сравнения фаций, сменяющих друг друга в стратиграфическом разрезе какого-либо района, например в разрезе скважины. Такая смена фаций по вертикали обычно интерпретируется как отражение колебаний глубины бассейна, но подобная интерпретация нередко оказывается упрощенной или даже неверной (см. гл. 9).

Анализ мощностей, их изменения по площади дают количественное представление о размере тектонического прогибания в областях накопления осадков и подводных вулканитов, в случае мелководных образований достаточно точное. Совместный анализ фаций и мощностей гарантирует от ошибок при интерпретации зон больших и малых мощностей, а также при необходимости отличать области первичного неотложения осадков от областей их, вторичного размыва.

Объемный метод представляет развитие предыдущего и основан на измерении по картам фаций и мощностей объемов осадков и вулканитов разных типов. Это позволяет дать количественную оценку погружениям и косвенно поднятиям, оценить изменения в интенсивности вулканизма и полнее охарактеризовать развитие этих процессов во времени.

Анализ формаций имеет существенное значение для тектонического районирования, для определения тектонического режима, т. е. характера тектонических движений в данном районе и в определенное время, поскольку формации — крупные комплексы горных пород, образованные в определенных тектонических условиях, В последнее время понятие формации в этом смысле вытесняется понятием литодинамических (или литогеодинамических) комплексов, под которыми понимаются комплексы горных пород, характерные для определенных геодинамических обстановок, например гранитные батолиты для орогенов или глауконитовые пески для платформ.

Анализ перерывов и несогласий — старейший метод палеотектонического анализа, существенно развитый в дальнейшем. Изучение перерывов и несогласий в разрезе конкретного региона позволяет расшифровать последовательность проявления в его пределах погружений и поднятий, а также тектонических деформаций, в частности складкообразования. Однако, как мы увидим дальше, ранее общепринятая трактовка этих явлений (перерыв — поднятие и осушение, угловое несогласие — фаза сжатия) оказалась упрощенной и поэтому нередко ошибочной.

Другой аспект применения метода анализа перерывов и несогласий заключается в составлении палеогеологических карт доперерывных поверхностей. Такие карты, впервые составленные в 40-е годы нашего века, обычно изображают структуру определенного региона, сложившуюся к началу нового этапа тектонического развития. Серия палеогеологических карт позволяет восстановить историю формирования наблюдаемой структуры данного региона.

Выяснению происхождения тектонических структур различного типа может способствовать кроме структурного анализа с восстановлением древних полей напряжения физическое и математическое моделирование. Начало физического моделирования, т. е. экспериментального воспроизведения уменьшенных моделей тектонических структур, восходит еще к началу прошлого века. Но на прочную научную основу этот метод стал лишь и середине XX в., когда моделирование начало ставиться с учетом критерия подобия, обязывающего использовать для эксперимента не горные породы, а другие материалы, обладающие такими физическими (реологическими, т. е. вязкостными) свойствами, чтобы они компенсировали краткость времени эксперимента и малые размеры моделей по сравнению с реальным временем формирования структур и их реальными размерами. Однако это не исключает эксперименты по изучению поведения реальных минералов и горных пород при высоких температурах и (или) давлениях. В нашей стране работы по экспериментальной тектонике успешно ведутся в Москве (МГУ, ИФЗ РАН), где они были организованы В. В. Белоусовым, Новосибирске (ИГ СО РАН), а за рубежом в Уппсале, Швеция (Г. Рамберг).

Таковы основные методы современной геотектоники. Первая группа методов - структурные - направлена на изучение современной структуры земной коры и литосферы в целом; к ним относятся структурный анализ и его разновидности. Вторая группа методов - исторические - занимается изучением истории тектонических движений и деформаций и общего развития земной коры; таковы геодезические и геоморфологические методы изучения современных и новейших движений — неотектонический анализ, методы анализа фаций, мощностей, объема отложений, формаций, литодинамических комплексов, перерывов и несогласий — палеотектонический анализ. Третья группа методов — методы сравнительной тектоники, физического (эксперимент) и математического моделирования, отчасти структурный — предназначена для раскрытия происхождения тектонических структур.

Следует особо подчеркнуть то значение, которое в последние десятилетия приобрело для геотектоники широкое применение метода актуализма, вернее актуалистического подхода, ранее оправдавшего себя в других отраслях геологии. До этого периода применение актуализма в геотектонике сдерживало то объективное обстоятельство, что структуры подвижных поясов зарождались и значительную часть истории своего развития проходили в морской и даже океанской обстановке. Между тем строение ложа океанов и морей оставалось крайне слабоизученным и не давало достаточного материала для сравнения с обстановками формирования и развития древних структур. Положение стало быстро меняться лишь начиная с 50—60-х годов нашего века, когда развернулись широкие исследования в области геологии и геофизики океанов и морей, и в настоящее время актуалистический подход занял в геотектонике ведущее место, что авторы и постарались отразить в самом построении данной книги, предпослав характеристике развития древних структур описание их современных аналогов.

Помимо собственных методов геотектоника широко опирается на данные смежных наук о Земле и прежде всего на данные геофизики, без которых невозможно получить объемное представление о строении земной коры и литосферы, а тем более тектоносферы и планеты в целом. Ведущее положение среди геофизических методов с точки зрения геотектоники приобрели сейсмические методы; их значение стремительно возрастает и уже стало сравнимым со значением собственно геологических методов. Но достаточно велика роль и других геофизических методов: магнитометрии, гравиметрии, геотермии, магнитотеллурических зондирований.

Существенное значение для геотектоники приобрели и геохимические методы в широком их понимании, включая петрохимию, изотопную геохимию и др. Так, состав магматических пород оказался ценнейшим индикатором геодинамических и, в частности, тектонических обстановок и режимов. Тесные связи с геотектоникой наук о веществе горных пород — петрологии магматических и метаморфических пород, седиментологии и литологии — получили отражение в учении о формациях и литодинамических комплексах. Не менее тесны они и в отношении геоморфологии и палеогеографии. Причем здесь всюду действует принцип обратных связей: с одной стороны, геотектоника использует фактический материал этих наук и, с другой стороны, помогает им в истолковании процессов и явлений, которые составляют область их интересов. То же касается и наук, изучающих полезные ископаемые. Многие из них служат ценными показателями тектонических и геодинамических обстановок, например, алмазоносные кимберлиты, характерные для древних платформ, сульфидные руды полиметаллов типа Куроко — для вулканических островных дуг и т. п.