Общая_геология_ч_1-3. Н. Г. Чернышевского Дистанционное сопровождение лекционного курса по дисциплине Общая геология Для студентов заочников обучающихся по направлению 05. 03. 01 Геология Эндогенные процессы Лекция
 Скачать 3.67 Mb.
|
|
Геологический факультет Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского Дистанционное сопровождение лекционного курса по дисциплине «Общая геология» Для студентов заочников обучающихся по направлению 05.03.01 «Геология» Эндогенные процессы Лекция 3 Часть I Составил доц. Сельцер В.Б. Метаморфизм Сформировавшиеся магматические и осадочные породы могут оказаться в специфичных условиях, когда растет давление окружающих толщ, растет температура, но при этом она не достигает точки плавления и кроме того, непрерывно действуют потоки летучих флюидов. С течением времени порода начинает перекристаллизовываться, и в ней начинают происходить изменения минерального состава, внешнего вида и свойств. Такой процесс преобразования называется метаморфизм. Не меньшее значение имеет боковое давление. При влиянии глубинных флюидов, первичная порода испытывает стресс. Она перерождается с новыми свойствами – это метаморфическая порода. Таким образом, главными факторами метаморфизма являются температура, флюиды, давление зависящее от глубины. Метаморфические породы весьма разнообразны. Из одних и тех же первичных пород разные факторы и условия приводят к образованию не одинаковых толщ. Однако одинаковые условия в которых они оказались формируют метаморфические фации. По мере перехода из одной фации в другую (ступени метаморфизма) процессы преобразования продолжаются. Например глины на начальной стадии переходят в глинистые сланцы. При дальнейшем нарастании давления и температуры превращаются в филлиты (фация зеленых сланцев), глубже образуются двуслюдяные сланцы (амфиболитовая фация). Дальнейшее погружение приводит к образованию тонких гнейсов (гранулитовая фация). Распределение метаморфических фаций по глубине представлено на диаграмме. С ростом глубины и давления фации переходят одна в другую. Жирные черные линии это переходные ассоциации, так как четких границ фаций в природе нет. Кривые показывают как растет температура с глубиной в разных зонах. В каких зонах развивается метаморфизм? Прежде всего в зонах субдукции и в зонах активного вулканизма. Красная кривая показывает как растет температура в зонах активного вулканизма. Рост температуры с глубиной происходит быстро и уже на небольших глубинах развивается метаморфизм. Оранжевая кривая показывает рост температур в зонах субдукции. Температура растет с глубиной медленно. Однако быстро нарастает давление. Метаморфизм субдукционных зон называют метаморфизмом высокого давления. Метаморфизм * - пренит-пумпелитовая фация Метаморфизм На рисунке показана позиция (зеленый цвет), где активно развивается метаморфизм. Кроме субдукционных зон и зон активного вулканизма метаморфизм происходит при коллизионных столкновениях. По масштабам этого процесса выделяют типы метаморфизма. Региональный (наиболее распространен) проявляется на площадях сотни и тысячи км 2 . Наблюдается на древних щитах и платформах, где метаморфизованы даже древние магматические породы. Например граниты превратились в гранито-гнейсы. Локальный метаморфизм ограничен по площади. Различают контактовый и динамометаморфизм. Контактовый развивается на границе интрузивных массивов, когда на окружающие толщи пород влияют температура и поток флюидов исходящих из интрузива. Так в частности известняки окружающие гранитную интрузию преобразуются в скарны с богатым содержанием минералов железа, меди, свинца и цинка. Динамометаморфизм связан с крупными разломами, в основном с надвигами и сдвигами при образовании которых всегда возникает стресс – напряжение сжатия ориентированное в одном направлении. На глубинах породы приобретают пластическое течение, напоминающее раздавливание пластилина. Динамометаморфизм проявляется в сравнительно узких зонах протягивающихся вдоль контактных границ разломов или надвигов. Ударный метаморфизм – возникает при падении на поверхность суши крупных космических тел. Процесс метаморфизма развивается при соударении падающего объекта и образовании на поверхности ударного кратера. Большинство кратеров соответствует скорости сближения с Землей 3 – 4 км/с. Кроме того, важна траектория полета и массы метеорита. Атмосфера нашей планеты выполняет роль тормоза и способствует потере начальной массы за счет испарения во время полета. Большие обломки достигая поверхности Земли вызывают удар при котором выделяется огромная энергия. Происходит мгновенное сжатие, дробление и плавление поверхностных толщ. При таком воздействии образуются породы импактиты. Ударный кратер в штате Аризона Метаморфизм Тектонические движения и деформации горных пород Земная кора с геологической точки зрения не является статичной оболочкой нашей планеты. Она постоянно испытывает разнонаправленные движения. В подавляющем большинстве это движения медленные. Они ярко проявляются при очень длительных временных отрезков. Однако наблюдаются быстрые скачкообразные движения наблюдаемые при землетрясениях. Направленность и периодичность движений различна. Известны примеры горизонтальных движений (вспомните сдвиги океанической коры вдоль трансформных разломов). Известны вертикальные движения, а также колебательные движения. Наиболее заметны такие процессы если сопоставлять уровни моря на побережьях в разные временные отрезки. Правда следует оговориться что граница береговой лини зависит также от уровня моря, которое может подниматься или опускаться. К примеру в ледниковые эпохи огромное количество водной массы консервировали льды. Уровень мирового океана понизился. Обнажив огромные участки суши. Однако если учитывать наличие вертикальных движений, то наблюдаемое смещение береговой линии становиться еще более контрастным. Причиной тектонических движений различны. Это и процессы глубинной динамики литосферы уменьшение и/или увеличение статической нагрузки, и многие другие. К примеру таяние ледникового покрова Европы, привело к проявлению положительных вертикальных движений (Скандинавия). При этом отдельные участки испытывают наоборот опускание (район Голландии). Тектонические движения и деформации горных пород Разнонаправленные движения возможны благодаря наличию глубинных разломов, или как говорят наличию разломов фундамента крупных тектонических блоков - платформ, щитов, плит и т. д. Различают: современные тектонические движения, которые проявились в историческое время и продолжаются поныне; новейшие тектонические движения (неотектонические) проявившихся за последние 25 – 40 млн. лет; тектонические движения прошлых геологических эпох. Примером современных движений являются причалы построенные поморами на Новой Земле в XVIII веке. Сейчас они находятся выше уровня моря и далеко от берега. На Коринфском перешейке соединяющий Грецию с полуостровом Пелопоннес, храм, выстроенный в I веке н.э. на суше, ныне покрыт водами моря. Результатом неотектонических движений является воздымание крупных горно-складчатых областей – Тянь-Шань, Алтай, Кавказ, частично Гималаи, которые возникли на месте равнин или морей. Тектонические движения и деформации горных пород Тектонические движения прошлых геологических эпох выявляются на анализе мощностей и в последовательностях смены толщ разных осадочных пород – анализ фаций, изучении комплексов ископаемых организмов, выявления стратиграфических перерывов, изучении древних кор выветривания и т.д. В качестве примера можно упомянуть Донецкий угольный бассейн, где угленосная толща среднего и позднего карбона, достигает мощности около 10 км. Причем эта огромная толща состоит из ритмично чередующихся известняков, аргиллитов, песчаников и углей (см. рисунок). Эти породы формировались в разной обстановки от нормально морской – известняки и глины до прибрежно-морской песчаники и заболоченные низины в которых накопились залежи угля. Таким образом, на протяжении среднего и позднего карбона нынешняя территория Донбасса испытывала разнонаправленные вертикальные движения. Морской бассейн постоянно менял занимаемые участки суши. Такие условия способствовали не только накоплению углей, но и их «консервации» от последующих процессов выветривания. Направленность тектонических движений в карбоне в Донбассе Тектонические движения и деформации горных пород Деформации горных пород особенно заметны на примере осадочных толщ, когда отчетливо заметна их деформация, а нередко и разрывы, как будто они разрезаны гигантским ножом. Первоначально осадочные породы лежали горизонтально как результат осадконакопления. Под действием сил возникающих в земной коре, в результате тектонических движений, первоначально лежащие толщи деформируются. Деформации бывают упругими и пластическими. Толщи горных пород, как каменный материал, под действием сил и в течение геологического масштаба времени проявляют некоторую вязкость и даже пластичность. Толщи приобретают наклонное залегание, изгибаются или сминаются в складки. Нередко могут залегать даже вертикально (см рис.). Складчатость охватывает как правило большие территории, где деформации пород приводят к возникновению гор или горно-складчатых областей, разделенных прогибами. Складчатость нередко наблюдается и на более стабильных территориях - на платформах. Масштабы складчатости различны от мелких складок до гигантских горных сооружений. Тектонические движения и деформации горных пород Складчатость горных хребтов Лежачая складка в горной местности Мелкая складчатость метаморфических пород Тектонические движения и деформации горных пород Кроме того, известно наклонное или моноклинальное залегание моноклиналь (а) и коленообразный изгиб – флексура (б). Отметим, что моноклиналь, по сути, может быть крылом антиклинали. В ядрах антиклиналей породы всегда древнее (они ниже всех остальных) чем на крыльях, а у синклиналей наоборот, ядро всегда моложе чем крылья. Оно выше всех остальных (см. рисунок) Выделяют два типа складок антиклинали (1) и синклинали (2) Тектонические движения и деформации горных пород Сплошность горизонтально лежащих пластов и складчатых территорий может быть нарушена разрывами. Они возникают при сильном тектоническом напряжении, когда пластичная деформация толщ уже невозможна. Толщи разрываются вдоль некоторой плоскости. Образуется разрывное нарушение или разлом при котором происходит смещение одного пласта относительно другого. В любом случае, всегда присутствует поверхность разрыва вдоль которой происходит смещение блоков пород. Существует несколько типов разрывов – сдвиг, сброс, взброс (см рис.) Сброс обнажившийся вдоль дороги Тектонические движения и деформации горных пород Сброс это нарушение в котором висячее крыло залегает ниже лежачего. Взброс это нарушение, в котором висячее крыло залегает выше лежачего. В любом разрыве всегда присутствует поверхность разрыва (или смеситель ). Сместитель это плоскость по которой происходит разрыв сплошности горных пород. Крылья – блоки горных пород, примыкающие к смесителю. Висячее крыло – крыло, располагающееся над поверхностью сместителя. Лежачее крыло – крыло располагающееся под поверхностью сместителя. Амплитуда смещения – величина перемещения крыльев друг относительно друга по сместителю. Существуют более сложные сочетания например ступенчатые сбросы (1), грабены (2) и горсты (3). Сочетания горстов и грабенов характерно для сечения сложных рифтовых долин (4). 1 2 3 4 Тектонические движения и деформации горных пород Панорама на рифтовую долину в Африке (Кения). В случаях когда углы наклона сместителя малы (менее 60 о ), а смещения толщ вдоль сместителя значительны, то образуются надвиги и покровы. При надвигах нередко наблюдаются деформации толщ Надвиг древних палеозойских толщ на более молодые кайнозойские Тектонические движения и деформации горных пород Масштабы разрывных нарушений различны, от не крупных разломов до протяженных, на сотни километров. Многие разломы перекрыты вышележащими толщами. Тогда перемещения блоков по разломам приводит к деформациям вышележащих толщ. Например образование флексур и поднятий на платформах. Крупные тектонические разломы наблюдаются вдоль границ литосферных плит. Как правило это территории, где наблюдаются частые землетрясения. Например разлом Сан-Андреас в Калифорнии. Аэрофотоснимок участка разлома Сан-Андреас Тектонические движения и деформации горных пород Землетрясения Основная масса землетрясений являются внутренними эндогенными или тектоническими. Толщи горных пород подвергшихся нарастающему давлению разрушаются, когда преодолевается прочность породного массива. Возникают разрывы распространяющиеся со скоростью 2 - 5 км/с. Процесс разрушения охватывает некоторый объем пород, носящий название очага землетрясения. Зачастую разрывы имеют сдвиговую природу распространяясь вдоль тектонических разломов. Поэтому после скачкообразного преодоления прочности пород и высвобождения энергии наблюдаются смещение одних толщ относительно других. Смещение может иметь как горизонтальный так и вертикальный вектор. Гипоцентром называют центральную область очага, принимая его условно за точеный источник. Эпицентр – это вертикальная проекция от гипоцентра на земную поверхность. Она может находиться как на суше так и на поверхности дна морского бассейна. Для человеческого общества землетрясения стоят в ряду наиболее опасных природных катастроф. Наука изучающая природу землетрясений называется сейсмология Землетрясения По глубине гипоцентров (фокусов) землетрясения подразделяются на три группы: (1) мелкофокусные глубина очага 0 - 60 км. (2) среднефокусные с глубиной 60 - 150 км, (2) (3) глубокофокусные глубина 150 – 700 км. Наиболее частые землетрясения имеют глубину очагов 10-30 км, то есть они расположены в верхней части земной коры. Землетрясения Как мы уже отмечали в начале нашего курса в твердых породах возникают упругие колебания. Распространяются продольные (Р) - скоростные и поперечные (S) – менее скоростные. Кроме того известные еще так называемые L и R – волны. Сейсмические волны регистрируются приборами сейсмографами записывающих вид, амплитуду и время колебаний. Интенсивность землетрясений или их сила оценивается, как в баллах меры наблюдаемых разрушений, так и высвобожденной энергией оцениваемых понятием магнитуда В России наиболее часто используется 12- бальная шкала интенсивности MSK-64. Название дано по первым буквам фамилий авторов Медведевым С.В., Шпонхойером В. и Карником В. Принятая градация степени разрушения несколько субъективна но она проста в использовании, так как оценка проводится по наблюдаемым разрушениям. Землетрясения 1- 3 балла - слабое, 4-5 баллов - ощутимое, 6-7 баллов сильное (разрушены ветхие постройки), 8 баллов разрушительное (разрушаются прочные здания, заводские трубы), 9 опустошительное (разрушается большинство зданий), 10 уничтожающее (разрушаются почти все здания, наблюдаются обвалы и оползни), 11 катастрофическое (разрушены все постройки, меняется ландшафт), 12 баллов губительная катастрофа (полное разрушение и контрастное изменение рельефа). Количественная оценка проводится по шкале магнитуд (М) разработанной профессором Калифорнийского технологического института Ч.Ф.Рихтером (Шкала Рихтера). Магнитуду оценивает смещение частиц при прохождении колебаний в точке находящейся на определенном расстоянии от эпицентра. Шкала магнитуд 9 бальная. При положении эпицентра на дне морского бассейна, при вертикальных колебаниях морского дна, возникает волна ( Цунами ) расходящаяся по радиусу от эпицентра. Землетрясения В открытом море она практически не заметна, однако по мере приближения к берегу ее высота растет в силу того, что вся масса воды участвует в колебательном процессе. У берега, с уменьшением глубины, это особенно заметно. Перед приходом цунами вода в начале резко уходит от берега, а за тем с моря, накатывается огромный водяной вал вызывающий тотальные разрушения. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!! |