0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

нашої планети — «гарячого» або «холодного». У першому випадку початкові деформації могли мати місце лише під час виникнення твердих пружних оболонок внаслідок охолодження розплавленої порівняно однорідної речовини Землі, яке повинно було зумовити утворення гомогенних оболонок. У разі виникнення планети з «холодного» матеріалу з наступним його розігріванням про закономірності деформації може йтися також лише з моменту утворення пружних оболонок за рахунок диференціювання речовини, що утворює Землю. Ця деформація за законами механіки повинна призводити до формування гомогенних оболонок, близьких до сферичних, які б мали мінімальну внутрішню енергію.

4. Закони деформації і пов 'язані з ними процеси формування структур у тектоносфері протягом усієї геологічної історії були подібними; можливо змінювалась лише інтенсивність тектонічних процесів.

Цей постулат, по-перше, безпосередньо випливає з уявлень про зовнішнє джерело сил тектогенезу, яке навряд чи могло принципово змінюватись упродовж геологічної історії. По-друге, визнання визначальної ролі у структуроутворенні потужної оболонки мантії (а не верхів земної кори) також не дає підстав для висновку про можливість якихось принципових змін її пружних властивостей упродовж геологічної історії.

5. Варіації будь-яких елементів ротаційного режиму Землі

(кутової швидкості, положення осі обертання, прецесії і нутації,

осі обертання Землі.

Як уже зазначалось, вибір цього елемента як основного зроблений, виходячи з досить доброго збігання результатів вивчення тектонічних структур з теоретичними уявленнями про вплив зміни положення осі на утворення цих структур.

Природно, бажаний аналітичний розрахунок впливів кожного з перелічених вище елементів на створення поля планетарних напруг з метою вибору з них одного-двох, внесок яких найбільший. Мабуть, це завдання найближчого майбутнього.

4 9-38

Розділ 6

ОСНОВНІ НАСЛІДКИ З НОВОЇ РОТАЦІЙНОЇ ГІПОТЕЗИ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ

6.1. Системи розломів тектоносфери. Блоки

Одним із найважливіших наслідків, що випливає з Нової ротаційної гіпотези структуроутворення є планетарна закономірність розміщення систем розломів, схематично зображена на рис. 64. Нижче розглянуто деякі її особливості.

Ієрархія розломів у системах. Аналіз виникнення напруг у тектоносфері за рахунок переміщення осі обертання (див. рис. 61) дає змогу зробити висновок, що нагромадження цих напруг відбувається б е з п е р е р в н о , а розряджання — д и с к р е т н о . Наслідком дискретного розряджання напруг є наявність у кожному квадранті Землі однієї або двох ділянок, у межах яких після досягнення критичних напруг розпочинається утворення розломів тектоносфери. Оскільки ці ділянки відповідають максимальному нагромадженню напруг, що триває і після етапу їхнього розряджання, то відповідні їм розломи повинні бути найбільшими. Мабуть, це ті розломи, які в режимі розтягу є основою для формування геосинкліналей, а в режимі стиснення — для утворення орогенів. Вони розподіляють ділянки тектоносфери з менш активним тектонічним режимом, які звичайно називають платформами. Як один із прикладів таких розломних структур можна назвати розлом, на основі якого сформована Уральська структурнофаціальна зона [147]. Його, безумовно, можна віднести до розломів першого порядку.

Виникнення такого роду розломів, як уже зазначалось, частково зменшує напруги у сусідніх ділянках тектоносфери, але не усуває їх цілком. Триваюче нагромадження напруг і їхнє наступне розряджання, що охоплює єдину епоху активування, зумовлює утворення системи розломів різних порядків (рангів). Заслуговують на увагу висновки В. Немеця та Р. Квета [129] про просторове взаємовідношення розломів різних порядків, що належать до однієї системи (рис. 73, а). На осі абсцис цифрами показано ранги розломів, а величина ординати відповідає інтенсивності їхнього виявлення. На рис. 73, б зображено схему взаємовідношень роз-

210

4 _ Ш 4 _ 1 _ Ц _ [ ~ и

а

Рис. 73. Взаємовідношення розломів різних порядків однієї системи (о) та ієрархія утворених ними блоків (6)

ломів різних рангів однієї системи на поверхні Землі, інтенсивність їхнього виявлення відображено товщиною ліній.

Досвід автора щодо вивчення Українського щита [203] свідчить про те, що кожна система розломів подана взаємноортогональними розломами різних рангів. Встановлено, що найбільші з них (назвемо їх умовно розломами першого порядку для даного регіону) віддалені один від одного на відстані (140 ± 10) км. Між ними простежуються паралельні до них розломи на відстанях, що

дорівнюють У2, У^ і т. д. відстані між розломами першого порядку. Назвемо їх розломами відповідно другого, третього і наступних порядків. Більші розломи відрізняються від розломів вищих порядків чіткішими виявленнями у фізичних полях і особливостями геологічної будови ділянок верхньої частини тектоносфери, які вони розділяють, більшими шириною зони виявлення і, мабуть, глибиною проникнення в тектоносферу. На жаль, формалізовані критерії ранжування розломів назвати поки що неможливо. У межах Українського щита досить чітко фіксуються шість систем розломів з азимутами простягання: 0 і 270°, 17 і 287°, 35 і 305°, 45 і 315°, 62 і 332°, 77 і 347°. На рис. 74 наведено приклад виявлення розломів першого і другого порядків у одній з них в лінійних елементах фізичних полів земної поверхні і рельєфу кристалічного фундаменту.

Досить важливі дані стосовно цього питання отримано внаслідок вивчення планетарної шпаруватості [132, 239, 240 та ін.].

211

Ниявляється, що породи різких речовинного складу і віку, що \творюють верхню частину тектоносфери, п о в с ю д н о розбиті системами взаємноортогональних шпар на блоки різних порядків розмірами від декількох десятків сантиметрів до декількох десятків і навіть сотень кілометрів. Добрими індикаторами планетарної шпаруватості можуть бути поля порід лайкового комплексу, що утворюються в режимі розтягу і використовують підготовлені системи шпар (див., наприклад, рис. 43). Дослідники планетарної шпаруватості (С.С.Шульц, І.П Гамкрелідзе) дійшли важливих висновків.

По-перше, планетарна шпаруватість охоплює як платформені, гак і складчасті ділянки, зберігаючи характерні загальні простягання у просторі і тривале існування в часі [45]. По-друге, кожна система планетарних шпар є певною закономірною їх сукупністю, починаючи від найдрібніших шпар до глибинних розломів включно [239, 240]. Зокрема, цей висновок підтверджується результатами вивчення планетарної шпаруватості Українського і Балтійського щитів [132].

Узагальнюючи наведені вище дані, констатуємо таке. Внаслідок кожного тектонічного активування, зумовленого розряджанням планетарних напруг, що виникають за рахунок зміни ротаційного режиму Землі, тектоносфера виявляється порушеною системою розломів різних рангів, починаючи від мікроні пар і закінчуючи глибинними розломами, що беруть участь у формуванні структур типу геосинкліналей і орогенів. Для практичних цілей дуже важливі закономірності відношень розломів різних рангів між собою та з іншими виявленнями планетарної шпаруватості. На жаль, цілеспрямовані дослідження цієї проблеми, за дуже рідкісними винятками, поки що не проводяться.

Додатково до сказаного вище на рис. 75 зображено виявлення глобальних систем розломів у полі висот геоїда [201]. Елементарні розрахунки свідчать про те, що це найглибші розломи, які проникають у тектоносферу на глибину в декілька сотень кілометрів. Наведений приклад виявлення найглибших розломів тектоносфери цікавий для теоретичної тектоніки і заслуговує ретельного вивчення. Тут обмежимось лише двома зауваженнями.

1. Відсутність чіткого корелювання систем розломів із сучасним структурним планом тектоносфери не випадкова і пояснюється тим, що в полі геоїда виявляються не результати останнього тектонічного активування, а сумарний ефект усіх попередніх.

213

Рис. 75. Схема розміщення індикаторів глобальних систем розломів, що встановлюються за аномаліями висот геоїда:

1 — уступи в рівнях геоїда; 2 — лінійні зони порушенім регулярної поведінки ізоліній висот геоїда

2. Особливо цікавим є збігання виявлення надглибоких розломів з положенням відомих світових алмазо- і золотоносних провінцій. Йдеться про Південну Африку, Індію, Східний Сибір, Австралію, Південну Америку (Бразилію) та деякі інші. Ця закономірність цікава практично для вивчення напрямків пошуків нових алмазо- і золотоносних провінцій.

Взаємне накладання систем розломів. Природним наслідком виникнення систем розломів у кожну епоху тектонічного активування є блокування тектоносфери. Взаємний перетин розломів різних порядків утворює системи блоків відповідних порядків (див. рис. 73, б). Важливо обговорити деякі особливості формування блоків тектоносфери у разі послідовного накладання різних систем розломів (див. рис. 64, а). Для спрощення вважатимемо,

214

що досліджувані системи представлені розломами одного порядку. Під блоками звичайно розуміють ділянки тектоносфери, обмежені розломами, які характеризуються певною спільністю геологічної будови, зумовленою єдиною історією формування.

На рис. 76, а подано схему формування блоків земної кори в разі двох послідовних тектонічних активувань. Внаслідок кожного з них утворюється своя система блоків. Отже, блок характеризується не лише просторовим положенням, а й часом утворення. Можна вважати, що блоки, утворені системами розломів, які виникли в процесі першого тектонічного активування, повністю задовольняють наведеному вище визначенню. Формування блоків під час другого і наступних тектонічних активувань відбувається на різнорідних ділянках тектоносфери. У межі нових блоків потрапляють окремі частини раніше сформованих блоків зі своїми геологічними особливостями. Поряд із спільністю, зумовленою єдиним актом формування блоків, у ньому виявляються і відмінності, пов'язані з передісторією ділянки тектоносфери, в межах якої він утворився.

У процесі послідовного формування блокових структур у тектоносфері можуть простежуватися ділянки з практично однаковою або дуже подібною геологічною обстановкою (на рис. 76, а — ділянка кб2в1г1). Ці ділянки обмежені розломами, які належать до різних систем і мають форму неправильних багатокутників. Вони характеризуються найбільшою спільністю геологічної будови й одноманітним виявленням у фізичних полях. їх і приймають нині за блоки, що є результатом сумарного впливу усіх минулих активувань. Виділення такого роду блоків найпростіше, достатньо об'єктивне і тому, мабуть, отримало найбільше поширення. Однак, якщо врахувати, що кінцевою метою будь-яких геологічних досліджень є прогнозування родовищ корисних копалин, яке без відтворення історії формування геологічних структур неможливе, то виникає проблема вивчення передісторії утворення такого роду блоків. Іншими словами, найцікавішими в геологічному плані є не сучасні блоки, а так звані «палеоблоки», або, точніше, системи розломів, вертикальними переміщеннями вздовж яких вони формувались.

Це дуже не проста проблема. Для оцінювання її складності нагадаємо, що на рис. 76, а зображена дуже спрощена схема взаємного накладання однорангових розломів і всього лише двох систем. Можна собі уявити ускладнення проблеми відновлення структурного плану за умови взаємного накладання не двох, а, принаймні, шести послідовних блокувань тектоносфери. У цьому

215

Рис. 76. Схеми формування блоків земної кори розломами різних систем одного

(а) і різних (б) порядків:

1, 2 — розломи відповідно першого і другого активування

разі блоки, що беруть участь у формуванні структурних планів, утворені не одноранговими розломами, а серією ієрархічно підпорядкованих розломів різних рангів. Деяке далеко не повне уявлення про описану вище ситуацію можна отримати зі схеми, наведеної на рис. 76, б, де подано накладання лише двох систем блоків, що складаються, в свою чергу, із серії блоків трьох рангів. Однак можливість відтворення систем розломів, що беруть участь у блокуванні тектоносфери, цілком реальна. Технологія відтворення систем розломів і відповідних їм блоків докембрійського фундаменту досить детатьно описана в [200].

Цікаве виявлення наступних розряджань полів планетарних напруг у зонах раніше виниклих розломів і за їхніми межами. Зони розломів і розділювані ними блоки, що існують на момент чергового тектонічного активування, повинні мати різні фізичні параметри, а, отже, повинні по-різному реагувати на розряджання напруг. Розглянемо це на прикладі однієї з ділянок Українського щита в районі Південного Приінгулля. На рис. 77, а наведено систему широтних розломів (Розанівського І і Устинівського II), установлених Ю.Д. Шковирою [235] за геолого-географічними даними і матеріалами дешифрування аерознімків. Привертає увагу їхнє досить специфічне виявлення у докембрійському фундаменті. Широтні зони розломів представлені серією розривів пі- внічно-західного простягання. Розриви, подібні до зображених на рис. 77, а (за наявності поздовжніх), прийнято називати о п е - р я ю ч и м и . Специфічність наведених на рисунку широтних зон

216

X

X\ /X

[ Ж ! 1 І З ] ^ ^ з Е З 4

Рис. 77. Приклад виявлення широтних розломів у Південному Приінгуллі (а) і схема утворення розломів земної хори на фоні попередньою її блокування (б):

І — розривні порушення північно-західного простягання в зонах широтних розломів; 2 — межі

бучацьких депресій; З — північні межі поширення понтійських (п) і сарматсько (с) відкладів; 4

— осьові лінії широтних розломів; 5 - система раніше виниклих ромомів; 6— розлом, що

формується заново

розломів полягає в тому, що «оперяючі» розриви є, а «оперюваних»

— немає. Це не поодинокий випадок. Відомі подібні ситуації, що виражаються специфічним виявленням порід дайкового комплексу. Наприклад, дайки, що не збігаються за напрямком з осьовою юною розлому, фіксуються лише в самій зоні, а за її межами вони відсутні.

Наведені приклади дають змогу зробити важливі висновки.

1. Розряджання поля планетарних напруг у верхній частині тектоносфери виявляється по-різному в зоні розлому, що існував раніше, і за його межами. У зонах розломів наступні розриви виявляються і фіксуються сучасними методами досліджень, як правило, чіткіше порівняно з ділянками блоків, які вони розділяють.

2 1 7

2. Поширене в літературі уявлення про одночасне виникнення поздовжніх і «оперяючих» розривів, мабуть, не завжди відповідає дійсності. Наведені вище приклади свідчать про самостійне (рівноправне) виникнення систем розломів (планетарної шпаруватості) різної орієнтації.

І, нарешті, зупинимось на двох важливих властивостях розломів тектоносфери: їхніх прямолінійності і фрагментарності.

П р я м о л і н і й н і с т ь осьових ліній розломних структур у тектоносфері є прямим наслідком їхнього виникнення під дією регулярного поля планетарних напруг, на яке реагує, принаймні, вся тектоносфера.

Ф р а г м е н т а р н і с т ь розломів, схематично зображена на рис. 77, б, нині є загальновідомим фактом. Вона пов'язана з багатоактністю тектонічних активувань. Розглянемо найпростіший випадок утворення нової системи розломів на фоні попереднього блокування тектоносфери (на рис. 77, б показано один з них — АІ). Геологічні характеристики фрагментів розломів і їх виявлення у фізичних полях в межах різних блоків (АБ, БВ, ВГ та ін.), приро - дно, будуть відрізнятися. Ці відміни зумовлені неоднаковою передісторією формування блоків. Деякі фрагменти (ГД, ЗІ) можуть взагалі не виявлятися геологічними особливостями. За цих умов основним критерієм, що об'єднує різнорідні фрагменти розлому, буде витриманість напрямку його осьової лінії.

Досвід досліджень автора свідчить про те, описана картина відображає лише принциповий бік явища. Насправді спостерігається низка ускладнень. Одне з них — описана вище трансформність розломів. Вона призводить до того, що окремі фрагменти розломів, зміщуючись по поперечних розломах, залишаються паралельними їхнім осьовим лініям. Це досить наочно зображено на рис. 74.

Другим ускладненням, що порушує найпростіші уявлення про витриманість простягань осьових ліній одновікових розломів, є їхня складна будова, що визначається специфічним законом успадкованого активування фрагментів розломів систем, що виникли раніше [196]. Його буде розглянуто в п. 6.3.

6.2. Взаємозв'язок формування розломних структур з осадонагромадженням

і складчастістю

Денудація і тісно пов'язаний з нею процес осадонагромадження можливий лише за наявності різниці позначок у різних

218