Файл: Косыгин, Ю. А. Основы тектоники.pdf

164

процессы минералообразования) являются процессами физико-хи­ мическими и могли бы рассматриваться как таковые, а не в ряду геологических процессов. Однако минералы представляют основные «кирпичики» земной постройки, и многие геологические процессы более высокого ранга включают минералообразование в качестве необ­ ходимого компонента. Различные же минералы образуются, сохра­ няются и разрушаются в определенных термодинамических и физикохимических условиях, свойственных тому или иному участку по­ верхности или недр Земли. В силу этого процессы минералообразо­ вания являются не только составной частью геологических процес­ сов более высоких рангов, но и важным индикатором условий их протекания.

Во вторую группу включаются процессы, связанные с образова­ нием и разрушением геологических тел более высоких рангов, чем минералы, а именно различные слоистые и массивные толщи и геоло­ гические формации, а также некоторые горные породы. Учитывая

иногда же преимущественно второму главному уровню организации вещества. Ко второй группе-относятся процессы выветривания, пере­ носа, отложения и диагенеза осадков, процессы образования распла­ вов, вулканизма, отложения и кристаллизации вулканогенного ма­ териала, а также процессы метаморфизма.

Экспериментальные исследования геологических процессов

В результате геологических экспериментов могут быть получены модели природных процессов (Дэ), строящиеся по аналогии экспери­ ментальных данных с природными процессами. В данном случае речь идет о безусловной аналогии, поскольку установлены и известны связи между некоторым признаком природного процесса соответ­ ствующего ему экспериментального процесса, а также между некото­ рыми признаками процесса.

В каждом природном геологическом процессе можно различать: во-первых, вещество (минерал), из которого состоит геологическое тело (или тела), участвующее в процессе, и, во-вторых, условия, в которых происходит формирование (перемещение, изменение, распад) этого геологического тела.

Любое природное вещество обладает весьма большим количест­ вом свойств (плотность, цвет, электропроводность, химический состав, содержание того или иного изотопа и т. п.); любые природные усло­ вия также могут быть охарактеризованы в очень многих отношениях (давление, температура, концентрация химических элементов, влаж­ ность, климат, состав среды, существование и интенсивность механи­ ческих напряжений и т. д.).

Природные условия в эксперименте всегда замещаются эквива­ лентными условиями, т. е. условиями, отвечающими природным,

166

Современные движения земной коры

В качестве примеров динамических систем рассмотрим современные движения земной поверхности. Эти процессы сами по себе не вклю­ чают никаких превращений вещества и полностью могут быть охарак­ теризованы кинематически. Они являются глобальными, т. е. повсе­ местными, поскольку речь идет о поверхности Земли, и непрерыв­ ными по времени. Природа связана с тем, что массы земной коры стре­ мятся к равновесию в соответствии с фигурой гидростатического рав­ новесия Земли, однако равновесие этих масс постоянно нарушается за счет внутриземных процессов и внешних влияний. Движения масс земной коры выражаются в движении поверхности Земли. Эти движе­ ния имеют различные знаки (вверх, вниз), различные скорости (от десятых миллиметра в год до очень больших при землетрясениях), различные направления (от вертикальных до горизонтальных) и весьма широкий спектр, выражающийся в размерах площадей земной поверхности, охватываемых одновременно движениями одного знака и близкой интенсивности (от нескольких до миллионов квадратных километров).

Изменения положения земной поверхности могут, впрочем, иметь двоякую природу. Во-первых, эти изменения могут насту­ пать в результате размывов и осадконакопления, ведущих соот­ ветственно к понижениям и повышениям положений земной поверх­ ности. В таком случае эти изменения связываются с разрушением или наращиванием осадочной оболочки; земная же поверхность в каждый момент своего перемещения будет изменять свой веществен­ ный состав, т. е. будет представлена различными системами веще­ ственных частиц. Во-вторых, изменения положения земной поверх­ ности могут происходить при ее фиксированном вещественном составе, причем в процессе ее размещения не будет происходить ни нарушения, ни наращивания осадочной оболочки. Именно дви­ жения этой второй природы, соответствующие движениям земной коры, отражают перемещения масс некоторого слоя, который может отвечать части земной коры, может ей соответствовать, а может захватывать, кроме того, и верхнюю мантию.

Все методы измерения движений земной коры заключаются или в измерении движений земной поверхности относительно уровня моря (поверхности геоида), или в измерении относительного гори­ зонтального смещения точек земной поверхности. Среди движений земной коры различаются охватывающие крупные территории вплоть до целых континентов — медленные —вековые движения, на общем фоне которых проявляются охватывающие сравнительно небольшие площади — локальные движения, а также «упругие» движения, вызывающие лишь обратимые (упругие) дефор­ мации земной поверхности. Различают также «квазиупру­ ги е» движения, заключающиеся, например, в устойчивом поднятии участков земной поверхности после снятия с них леднико­ вого покрова (Фенноскандия). К «квазиупругим» движениям можно,

------------------------------------------------------------------------------------------- I67

вероятно, отнести прогибания поверхности Земли под тяжестью город­ ских и портовых сооружений, установленные в Риге, Бремене, Токио и других, городах и достигающие сантиметров и десятков сан­ тиметров в год (в Токио 40—56 см за 2—4 года); прогибания эти свя­ заны со сжатием поверхностных грунтов в слое 20—30 м.

Движения земной коры с кинематической стороны могут быть охарактеризованы траекториями и скоростями. Траектории пред­ ставляются сложными, хотя они совершенно недостаточно изучены. Многочисленные данные о скоростях относятся в основном к верти­ кальной компоненте, устанавливаемой повторными нивелировками поверхности Земли. Вробще, когда идет речь о скоростях современ­ ных движений, имеется в виду их вертикальная компонента, опреде­ ляемая для интервала времени измерений. В районах, где проводи­ лись повторные триангуляции, устанавливается, что горизонталь­ ная компонента иногда значительно превышает вертикальную. Вертикальная компонента вековых движений обычно измеряется долями или первыми миллиметрами в год, горизонтальные же сме­ щения триангуляционных пунктов в Баварии составляют до 18 мм в год; смещения эти не случайны, а отражают горизонтальные пере­ кашивания крупных (до 100 км в поперечнике) участков земной по­ верхности. Траектории движения частиц, слагающих поверхность Земли, можно представить как геометрическую сумму (вектор) вертикальной и горизонтальной компонент для интервала между двумя точками измерения. В действительности эти траектории могут обладать очень сложной формой. Для вековых движений не было получено данных для изображения траектории по многим точкам измерения, быстрые же движения поверхности Земли (при земле­ трясениях) характеризуются известной моделью Монтессю де Баллора, изображающей путь, пройденный точкой земной поверхности во время землетрясения в Токио 15 января 1887 г.

Как показывают повторные нивелировки и измерения другими методами, вековые движения земной коры являются повсеместными и непрерывными. Они, однако, обладают разными знаками и скоро­ стями, меняющимися в пространстве и времени. Таким образом, в смысле распределения скоростей и знаков движений земной коры поверхность Земли представляется неоднородной: одни ее участки имеют тенденцию устойчивого поднятия, другие—устойчивого прогибания.

Локальные движения часто пространственно приурочиваются к определенным тектоническим дислокациям. В этом случае локаль­ ные движения земной поверхности связываются с движениями масс,

в первом или во втором столетии нашей эры ирригационным каналом. Установлено, что ложе канала за 1700 лет поднялось на 18 м на участке протяженностью 4 км, соответствующем своду антиклинали. Следовательно, средняя скорость поднятия земной поверхности над антиклиналью 10 мм/год; этот замер может быть отнесен к скорости

168

роста антиклинали. Повторными нивелировками в районе оз. Баскун­ чак были установлены современные поднятия земной поверхности над ядром инъективной дислокации— соляным массивом горы Б. Богдо на 4 мм за 7 лет (нивелировки производились в 1951 и 1958 гг.) и опускания над смежной с этим ядром, располагающейся в районе озера, синклиналью на 8 мм за 7 лет. Эти движения земной поверх­ ности можно связать с подъемом соляного массива и опусканием смежной с ним синклинали.

Непосредственными измерениями в ряде районов констатируется перемещение точек земной поверхности, расположенных по разные стороны разлома (дизъюнктивные дислокации). Так, установлена скорость относительного горизонтального перемещения блоков, раз­ деленных известным разломом Сан-Андреас в Калифорнии, со ско­ ростью 50 мм в год.

Локальные опускания поверхности Земли бывают пространственно приурочены к районам подземных разработок полезных ископаемых. На Апшеронском полуострове за время разработки нефтяных залежей с 1912 по 1928 г. происходило опускание Романинской и Сабунчинской нефтеносных площадей (средняя скорость соответственно 16,7 и 11,5 мм в год). Зафиксировано опускание поверхности Земли на территориях больших городов на участках с усиленной эксплуата­ цией водоносных горизонтов, сопровождавшейся значительным сни­ жением их напора. В Москве на таких участках земная поверхность осела на 350 мм с 1901 по 1958 г. В г. Мехико опускание к 1957 г. достигло 6—7 м, что привело к разрушению ряда зданий. В районе р. Сан-Джоакин (Калифорния), где усиленно эксплуатировались подземные воды, отмечается оседание земной поверхности на 2250 мм с 1947 по 1955 г. Известны случаи прогибания поверхности Земли под тяжестью водных масс искусственных водохранилищ (например, искусственное оз. Мид на р. Колорадо в Неваде). Локальные опуска­ ния. поверхности Земли также фиксируются в районах действующих вулканов. Например, после извержения вулкана Сакура-Озима в 1941 г. нивелировкой установлены размеры концентрического про­ седания, достигающие 89,4 см.

Наряду с медленными перемещениями масс, участвующих в тек­ тонических дислокациях, наблюдаются очень быстрые перемещения таких масс и очень быстрые образования новых дислокаций. Так, по свидетельству В. П. Солоненко [147], во время Гоби-Алтайского землетрясения 1957 г. в течение не более трех минут в плейстосейстовой области образовались дизъюнктивные дислокации, принадле­ жащие почти ко всем типам, известным в структурной геологии. Основные перемещения произошли по крупному широтному раз­ лому на протяжении 240—250 км, причем размер горизонтальных