Методы изучения тектонических движений и деформаций геологического прошлого (палеотектонический анализ)

Анализ фаций может применяться, с одной стороны, для значительных площадей и относительно узких стратиграфических интервалов, а с другой – для изучения смены фациальных обстановок в разрезе (во времени) для конкретного района. При этом под фациями (литофациями) подразумевают определенные типы осадочных пород, которые сформировались в определенных физико-географических условиях. В палеотектоническом анализе анализ фаций обычно совмещается с анализом мощностей. Результаты фациального анализа находят свое отображение на фациальных (литолого-фациальных) картах и разрезах. Они позволяют составить палеотектонические карты, на которых выделяются области с различными амплитудами вертикальных движений (положительные и отрицательные структуры), а по смещению фаций и мощностей по латерали – результаты горизонтальных тектонических движений, в частности, амплитуд по сдвигам.

Палинспастические реконструкции используются для изучения тектоники сложноскладчатых и надвиговых регионов, которые представляют нагромождение смятых в складки, надвинутых друг на друга тектонических пластин. Для восстановления первичного расположения осадков необходимо составление палинспастических карт. Принцип их построения состоит в раздвижении надвиговых пластин в обратном направлении, т. е. перпендикулярно простиранию надвигов, в распрямлении складок в пределах пластин. Дополнением к этим построениям могут служить палинспастические профили.

Анализ цикличности осадконакопления направлен на изучение характера вертикальных тектонических движений во времени. Под цикличностью (ритмичностью) осадконакопления понимают определенную закономерную повторяемость последовательности пород в разрезе. Отдельные пачки пород, обнаруживающих такую последовательность называются циклотемами (циклитами). Они обычно разделяются следами перерывов, размывов подстилающих пород. Мощность циклитов и продолжительность их формирования могут быть различными, равно как и причины их создающие. Короткопериодическая цикличность в ленточной слоистости озерных глин покровно-ледниковой формации отвечает смене сезонов года, следующие 2-3 порядка цикличности с периодичностью в десятки и сотни лет связаны с климатическими изменениями, цикличность обусловленная астрономическими причинами имеет продолжительность от первых десятков до сотен тысяч лет (циклы М. Миланковича). Трансгрессивно-регрессивные циклы в разрезах шельфовых осадков, а также террасовые ряды речных долин на континентах отражают в основном эвстатические колебания уровня Мирового океана. Наиболее продолжительные циклы в десятки и сотни миллионов лет увязываются с собственно тектонической цикличностью, проявленной в развитии подвижных поясов.

Анализ мощностей осадочных образований проводится на основе составления карт изопахит (равных мощностей) и позволяет в определенной степени дать количественную оценку вертикальных тектонических движений в эпиконтинентальных морях и на шельфе материковых окраин, где мощность осадков является функцией величины прогибания дна бассейна. При анализе мощностей необходимо учитывать вторичные их изменения, связанные с уплотнением осадков, под влиянием литостатического давления, течением материала при складкообразовании, последующим размывом отложений.

Объемный метод изучения вертикальных тектонических движений разработан А. Б. Роновым (1949) в дополнение к анализу фаций и мощностей. Метод предусматривает подсчет суммарных объемов отложений с учетом их фациального состава по картам мощностей. Вычисление различных коэффициентов, позволяющих в конечном итоге получить величину средней скорости погружения или поднятия и устранить при этом влияние неравенства продолжительности различных геохронологических подразделений.

Анализ формаций позволяет определить тектонический режим в развитии той или иной территории. Формация (геоформация) – это закономерное и устойчивое сочетание (парагенез) определенных генетических типов горных пород, связанных общностью (близостью) условий образования и возникающих на определенных стадиях развития основных структурных элементов земной коры. Сочетание осадочных и вулканогенных, вулканогенных и плутонических пород называют литологическими ассоциациями. В составе формаций могут выделяться субформации, или градации. Формации, характерные для крупных геоструктурных зон, образуют по разрезу вертикальные формационные ряды, отвечающие последовательным стадиям их развития. Формационный ряд для подвижных поясов впервые был описан в конце девятнадцатого столетия французским геологом М. Бертраном, что позволило ему для разновозрастных орогенов выделить тектонические циклы (циклы Бертрана): гуронский (протерозой), каледонский (ранний палеозой), герцинский (поздний палеозой), альпийский (мезо-кайнозой). Кроме вертикальных рядов выделяются латеральные формационные ряды – отражающие смену одновозрастных геоструктурных зон на той или иной площади. Карты формаций отдельных геохронологических интервалов используются для построения палеотектонических карт.

С развитием идей мобилизма использование формаций в палеотектоническом анализе стало вытесняться использованием близких, но не тождественных понятий – литодинамических, или литогеодинамических, а также структурно-вещественных комплексов. Отличительной особенностью этих понятий является акцент на реконструкцию геодинамических обстановок формирования структурных зон и главных структурных элементов земной коры.

Анализ перерывов и несогласий используется при изучении фаз усиления движений, деформаций и перестроек структурного плана. Среди несогласий выделяются: параллельные (стратиграфические), краевые, географические (картографические), угловые, азимутальные, общие структурные, тектонические. Различные виды несогласий отражают различные типы тектонических движений и их сочетаний.

Параллельные несогласия представляют результат колебательных вертикальных движений или эвстатических изменений уровня Мирового океана. В этом случае слои, залегающие выше поверхности несогласия, параллельны слоям, залегающим ниже этой поверхности. Параллельные несогласия бывают ложными, если перерыв в осадконакоплении связан с подводным размывом или неотложением осадков. Одной из разновидностей параллельного несогласия является параллельное (ингрессивное) прилегание, или эрозионное несогла сие. Оно характеризуется неровной поверхностью с эрозионными понижениями, заполненными послеперерывными осадками. Другой разновидностью параллельного несогласия является плащеобразное облекание, при котором слои послеперерывных осадков обладают первичным наклоном, согласующимся с неровностями эрозионного рельефа.

Краевые несогласия возникают на границах зон региональных поднятий и погружений и являются следствием наложения эвстатических колебаний на вертикальные нисходящие (волновые) движения, нарастающие к центру бассейна. Проявляются они в утонении и выклинивании слоев к краю бассейна с налеганием более молодых отложений с перерывом и меньшим наклоном на более древние породы. Выделяются три разновидности краевых несогласий: трансгрессивное перекрытие, трансгрессивное и несогласное прилегание, регрессивное прилегание.

Трансгрессивное перекрытие выражено перекрытием к краю бассейна трансгрессивными слоями все более древних отложений. При этом поверхность несогласия последовательно срезает абрадированные пласты.

Трансгрессивное и несогласное прилегание образуется вблизи центральной части бассейна, когда отсутствует срезание склонов по краям бассейна.

Регрессивное прилегание выражено последовательным отступанием береговых линий более молодых морей к центру бассейна.

Географические и азимутальные несогласия отражают изменение плана расположения различных структурных элементов. Географические несогласия становятся заметными при анализе больших территорий на мелкомасштабных картах. Азимутальное несогласие отражается в различных элементах залегания слоев, разделенных поверхностью несогласия.

Угловые несогласия фиксируют складкообразование или рифтогенез. Угловые несогласия разделяются на региональные и местные. Региональные несогласия характерны для зон линейной складчатости, а местные – для зон прерывистой складчатости. При росте складок на фоне непрерывного погружения и осадконакопления вместо углового образуется рассеянное (конседиментационное) несогласие. Более древние слои имеют большие углы наклона.

Общие структурные несогласия приурочены к границам тектонических этапов (циклов). Для поверхностей общих структурных несогласий составляются палеогеологические карты, позволяющие полнее реконструировать геологическую историю региона. Особым типом палеогеологических карт являются карты перекрытий (карты трансгрессий), отражающие возраст базальных горизонтов послеперерывного комплекса.

Тектонические несогласия – это границы блоков пород, разделенных и смещенных зонами разломов.

Палеомагнитные методы основаны на изучении остаточной намагниченности горных пород. В результате таких исследований получают характеристику магнитного поля Земли на момент образования изучаемых горных пород. Используя два параметра палеомагнитного поля – направление на полюс (по магнитному склонению) и палеошироту (по магнитному наклонению) можно установить былое положение магнитного полюса. По массиву данных из разных по возрасту пород одной и той же территории можно проследить изменение положения палеомагнитных полюсов и использовать эти данные для реконструкции движения литосферных плит или их частей.

Другой палеомагнитный метод основан на изучении линейных магнитных аномалий, развитых в океанах и обязанных своим происхождением спредингу в условиях периодических инверсий геомагнитного поля. Эти аномалии могут рассматриваться как изохронны, симметрично расположенные относительно оси срединно-океанических хребтов. Совмещая одновозрастные полосы аномалий можно восстановить историю спрединга океанического дна и перемещения континентов в продолжение последних 170 млн. лет.

Трековая термохронология – это метод геохронологических и геотермических исследований. Он основан на подсчете плотности треков (следов) прохождения осколков спонтанного деления ядер урана, накапливающихся в минерале в ходе геологической истории. Трековый возраст отражает время остывания минерала ниже определенного порога или температуры закрытия. Трековые возрасты соответствуют возрасту извержения вулканических пород или отражают время остывания пород, медленно поднимающихся с глубин в результате эксгумации.

Литература к разделу 2: [1, 2, 4, 5, 8]