big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Некоторые вопросы образования геосинклиналей

В истории развития и формирования рельефа земной поверхности суши огромная роль принадлежит особым ее участкам, получившим название геосинклиналей. Они представляют собой, как правило, длинные и относительно узкие полосы, которые длительное время погружаются, о чем свидетельствуют их мощные многокилометровые накопления осадочных пород. Они же являются теми участками суши, где затем происходят процессы горообразования. В горных цепях, сложенных осадочными породами, остатки фауны и флоры свидетельствуют о том, что накопление их проходило преимущественно на морском дне.

К настоящему времени нет единой точки зрения ни на причины прогибания, ни на причины восходящих движений, превращающих геосинклиналь в горную местность. И те и другие движения участков земной коры происходят в явное нарушение законов механики и не находят объяснения ни в общем развитии, ни в частностях. Одни исследователи считают, что причиной прогибания участков суши является накопление осадков, которые своим весом, якобы, заставляют прогибаться прочную кору суши, сложенную в глубине значительно более плотными кристаллическими породами. Однако, если учесть, что уровень дневной поверхности осадочных накоплений все время находится почти на уровне океана, о чем свидетельствуют многочисленные слои морского и терригенного происхождения, то станет совершенно непонятным, как вес легких пород заставляет, при наличии отрицательных аномалий силы тяжести, прогибаться или раздвигаться более плотные и значительно более прочные слои кристаллического основания. Другие, наоборот, принимают за причины накопления осадочной толщи геосинклиналей сам процесс прогибания. Но длительное прогибание, не вызываемое даже недостаточным весом осадков, еще менее обусловлено. Такое прогибание не становится обоснованным и от того, что оно рассматривается в качестве первичной причины накопления осадков. Еще менее понятны причины следующей стадии развития геосинклиналей — преобразование их в горные цепи, хотя общепризнано, что горные области образуются на местах прежних геосинклиналей. Э. Ог в качестве классического примера такого образования гор рассматривал Аппалачскую горную цепь, в складках которой, по вычислениям американских геологов, мощность палеозойских осадков достигает 40 000 футов (13 км).

Подъем легких осадочных толщ на большую высоту не противоречит законам механики и прежде всего законам изостазии, но он делает тем более непонятным длительное предшествующее погружение геосинклиналей. В соответствии с гипотезой остывающей и уменьшающейся в объеме Земли прежде удавалось объяснить прогибание и горообразование, но гипотеза Канта — Лапласа потеряла свою убедительность. Для объяснения явлений крупного масштаба, охватывающих материки и океаны, в настоящее время уже предложены многочисленные гипотезы (изостазия, тепловое и другое расширение земного шара, дрейф континентов и т. п.), но для объяснения причин образования таких весьма активных и относительно небольших участков земной коры, какими являются геосинклинали, гипотез, получивших признание, еще нет. Геосинклинали занимают относительно небольшие участки суши. Эти участки и на стадии прогибания и на стадии преобразования их в горные кряжи окружены со всех или почти со всех сторон земной корой, не затронутой ни сжатием, ни другими проявлениями тектонической активности, которые интенсивно проявились на участке геосинклинали. Такой характер взаимного расположения измененных и не затронутых тектоникой участков исключает роль сжатия в процессах преобразования геосинклинальных осадочных накоплений в горную область.

Аналогичная картина взаимоотношений затронутых и не затронутых тектогенезом областей уже рассматривалась тектонистами. В. В. Белоусов, анализируя альпийскую складчатость, показанную на рис. 15, отмечает, что она может быть представлена так: «Имеется жесткая, не способная к смятию земная кора, и в ней как бы вырезаны овальные углубления, заполненные пластичным, смятым в складки, материалом». Он считает, что такие соотношения смятых и несмятых областей, особенно на участках, где горные дуги «заканчиваются слепыми концами, на которых крайние овалы оказываются окруженными жесткими участками коры, если не со всех, то с трех сторон. . . категорически противоречат идее внешних тангенциальных сил».

Другие гипотезы связывают увеличение объема пород в геосинклиналях и, следовательно, восходящие движения с изменением химического строения и химического состава пород, заполняющих геосинклиналь, за счет присоединения к ним воды, например, за счет процессов серпентинизации. Однако этими процессами, протекающими в самой толще геосинклинали, нельзя объяснить «обращение» геосинклинали, когда вся толща осадочных пород вместе со своим основанием поднимается вверх. Процесс преобразования геосинклинали в горную область — в горный кряж не ограничивается подъемом или вспучиванием только тех осадочных пород, которые накопились в геосинклинали на стадии ее прогибания. Этот процесс затрагивает, а вернее сказать, возникает в горизонтах, подстилающих осадочные породы геосинклинали, т. е. в горизонтах верхней мантии.

Для объяснения явления «выпучивания» всей массы осадочных накоплений геосинклиналей выдвинута гипотеза изменения объема вещества, слагающего верхние слои мантии. Это вещество по такой гипотезе изменяет свое молекулярное или кристаллическое строение с изменением плотности и соответствующим изменением объема. Восходящие движения блоков земной коры происходят, согласно такой точке зрения, в связи с увеличением объема пород, лежащих на такой глубине, где, при господствующих там давлениях и температуре, происходит перестройка кристаллической структуры или молекулярного строения пород, приводящая к увеличению их объема. Под влиянием эрозии или других причин в верхних слоях мантии вещество, испытывая уменьшенное эрозией давление или в результате нагрева, якобы, увеличивается в объеме и этим вызывает

Взаиморасположение областей, затронутых и не затронутых альпийской складчатостью

восходящие движения земной коры и ее дневной поверхности. Нисходящее движение — процесс прогибания геосинклинали, по таким гипотезам, также пытаются объяснить изменением объема вещества мантии под участком, на котором формируется геосинклиналь. Но в этом случае предполагается уплотнение вещества с уменьшением объема. Рассматривая такие представления, П. Н. Кропоткин отметил, что «Попытки объяснить механизм пологих деформаций земной коры сводятся, по существу, к предположению, что они возникают в результате местного изменения объема вещества подкоровых слоев, т. е. расширения объема под выступами и сжатия, уплотнения вещества под впадинами. Но при таком предположении, — отмечает Кропоткин, — сразу же встают следующие три препятствия.

Во-первых, невозможно указать физико-химические процессы, которые встречались бы всегда совместно, протекали бы рядом, в смежных зонах и в сходных условиях давления и температуры, и тем не менее приводили бы к прямо противоположному результату — расширению под зоной поднятия и сжатию под зоной опускания.

Во-вторых, непонятна синхронность подобных процессов на площадях целых материков, включающих не одну, а несколько областей одновременного поднятия, разделенных областями опускания.

В-третьих, над областями сжатия, т. е. во впадинах, после накопления дополнительных масс осадков (достигающих 6000 — 10 000 м в передовых прогибах Альпийской зоны) должны были бы возникнуть огромные положительные аномалии силы тяжести в изостатической редукции. Мы видим, напротив, крупные отрицательные аномалии в молодых впадинах, заполненных небольшой толщей осадков, и слабые отрицательные или близкие к ним аномалии — в прогибах, заполненных мощными осадками (Индо-Гангская низменность и др.).

Наряду с геосинклиналями, постепенное и длительное прогибание которых иногда вовсе не учитывается, а накопление мощной толщи осадочных пород, находящихся в них, объясняется тем, что геосинклинали, якобы, образуются в результате заполнения глубинных впадин, на суше существует большое число геосинклинальных месторождений горючих ископаемых.

Несмотря на относительно небольшие размеры таких месторождений они имеют много общего с геосинклиналями и объяснение процессов образования их может иметь общее значение. Поскольку накопление органического вещества угольных бассейнов не оставляет сомнений в том, что оно происходило на дневной поверхности, постольку не остается места для сомнений в том, что многопластовое геосинклинальное угольное месторождение образовалось в результате длительного прогибания бассейна.

Причины погружения геосинклиналей. Длительное погружение небольшого участка земной коры, на котором образуется геосинклинальное месторождение горючих ископаемых, рассматривают либо причиной, либо следствием накопления осадочных пород. Известно, что при образовании многих угольных месторождений имеет место прогибание основания бассейнов, состоящего из кристаллических пород, на глубину до 10—15 км и более.

Это свидетельствует о длительном прогибании участков суши, на которых образовались угольные бассейны. Длительное прогибание, однако, является не простым прогибанием, — оно имеет своеобразный прерывисто-неравномерный характер — нисходящее движение часто сменяется восходящим. Такие движения приводят к характерному многопластовому строению продуктивной толщи. Количество угольных пластов, например, в Верхне-Силезском бассейне 477, в Саарском — 350, в Донбассе — 200.

Угольные пласты отделены друг от друга пластами минеральных пород различной мощности, различного состава и происхождения.

Все это говорит о том, что область, на которой образовалось угольное месторождение, имела весьма сложную историю. Главное движение, которое определило накопление продуктивной толщи, состояло в прогибании на огромную, сравнительно с рельефом земной поверхности, глубину, намного превосходящую даже наибольшие глубины, встречающиеся в океанах.

Свою попытку объяснения процессов образования месторождений нефти недавно сделал Э. Б. Чекалюк, который, рассматривая вопросы преобразования органического вещества в физико-химических условиях, господствующих в нижних горизонтах земной коры и в верхней мантии, не мог не обратить внимания на то, что процессы преобразования органического вещества и пород месторождения взаимосвязаны. Он считает, что при «Процессах глубинного синтеза нефти происходит уменьшение объема вещества мантии и возникают благоприятные условия для прогибания земной коры и образования глубоких впадин, размеры которых соответствуют масштабам и размерам зоны нефтеобразования». Э. Б. Чекалюк видит и причину последующего воздымания месторождения во взаимодействии углеводородов и пород, правда, он не освещает тех конкретных процессов, которыми углеводороды вызывают «разуплотнение, деструкцию и значительное увеличение объема пород земной коры». Он лишь утверждает, что «Трудно найти другое вещество мантии, столь гибкое и удобное для объяснения геотектонических процессов, как именно глубинная нефть».

Убедительного объяснения причин прогибания как геосинклиналей, так и геосинклинальных месторождений не предложено. Представление о наличии дренажной оболочки и о постоянном проникновении воды сквозь толщу коры может быть полезным для понимания процессов прогибания отдельных участков земной коры. Геологическое значение проникновения воды различно для разных участков, поскольку различно как само проникновение воды в недра, так и взаимодействие воды с веществами пород, слагающих те или иные участки земной коры по всей ее толще. При этом интенсивность проникновения воды сквозь одинаковые поверхности суши зависит от ряда факторов.

Количество уносимого вещества, в свою очередь, определяется количеством воды, проходящей в единицу времени через единицу поверхности образующегося бассейна, и растворяющей способностью проникающих растворов. Растворяющая способность растворов зависит от присутствия в них таких веществ, как СО2 и других кислот — продуктов распада органического вещества, а количество проникающих растворов зависит от проницаемости пород и напора.

Относительно проницаемости пород можно высказать лишь предположение, что она временами увеличивается под влиянием постоянного выщелачивания глубинными водами, но временами может и резко уменьшаться при неизбежных опусканиях вышележащих пород.

Относительно же напора могут быть высказаны более определенные суждения. В величине напора вод одной из главных составляющих является вес столба воды, находящейся над уровнем океана. Чем выше над уровнем моря находится, например, угольное месторождение, через толщу которого проникают воды на большую глубину, тем больший напор будут иметь воды и, при прочих равных условиях, тем большие количества воды будут проходить через единицу поверхности данного участка земной поверхности. Наоборот, чем ниже над уровнем моря находится этот участок, тем меньше напор и тем меньше количество вод, проникающих в недра.

Следовательно, в интенсивности проникновения глубинных вод и интенсивности выщелачивания пород, приводящей, в конце концов, к уменьшению высоты данного места, существует «саморегулирование» — вымывание происходит в большей мере там, где большая высота места, и в меньшей — там, где меньше высота.

Так как величина напора зависит не только от высоты уровня участка суши, на котором образуется месторождение горючих ископаемых, но и от различия в весе растворов, заполняющих породы, находящиеся под месторождением и под океаном, то уровень, на котором происходит «саморегулирование» дневной поверхности месторождения, может лежать не только на уровне океана, но и ниже его.

Известно, что средняя скорость погружения крупных геосинклинальных областей равна 0,05—0,1 мм в год. Для обеспечения такой скорости погружения достаточно, чтобы растворы, проходящие ежегодно через толщу осадочных накоплений, выщелачивали и уносили всего 100—200 г вещества из столба пород, находящихся под 1 м2 поверхности геосинклинали.

Если принять, что концентрация солей в глубинных водных растворах, проникающих через толщу геосинклинали и уходящих из-под нее, равна 3—5%, то необходимое годовое количество растворов для выноса солей составит всего 3—4 кг. Учитывая, что ежегодно на 1 м2 поверхности суши выпадает в среднем 1000 кг атмосферных осадков, можно видеть, что необходимое и достаточное количество воды, участвующей в таком круговороте, составляет небольшую долю в общем балансе атмосферных осадков.

Сами растворы, находясь в медленном нисходящем движении, длительно взаимодействуя с окружающими минералами, также изменяются и в соответствии с физико-химической средой приобретают тот или иной химический состав. По мере опускания растворы становятся все более насыщенными, что увеличивает вес гидростатического столба и способствует нисходящему движению растворов.

К факторам, периодически нарушающим состояние равновесия, которое устанавливается во всей толще между растворами и минералами пород, относятся процессы изменения органического вещества, заключенного в осадочной толще как в виде пластов ископаемых горючих, так и в виде рассеянного органического вещества. Органическое вещество накопляется в отложениях геосинклиналей не равномерно во времени, а периодически — при определенных условиях. Кроме того, само превращение органического вещества происходит также не непрерывно, а идет через ряд стадий, на которых из него в окружающее пространство выделяется то двуокись углерода, то метан, и при этом в разных количествах.

Учет роли водных растворов, обогащенных продуктами распада органического вещества, как агентов, постоянно проникающих через всю толщу месторождений и постоянно растворяющих и выщелачивающих часть неорганического вещества, слагающего породы месторождений, дает основания для понимания различных явлений, имеющих место в месторождениях горючих ископаемых, например для понимания процессов их накопления в виде пластов особенно большой мощности, или в виде пластов углей с весьма низким содержанием минеральных примесей (золы), или в виде пластов углей, залегающих на породах, которые не могли служить ложем торфяника, или перекрытых породами, непосредственный контакт которых с угольными пластами труднообъясним.

В некоторых месторождениях наблюдаются пласты углей мощностью в десятки метров и даже более 100 м. Накопление таких пластов при рассмотрении явления накопления как однократного акта требует допущения не наблюдаемых в природе особых условий, при которых должна была существовать на протяжении весьма длительного времени неизменная возможность непрерывного накопления одинакового органического вещества.

Если же учитывать влияние длительного выщелачивания минералов водными растворами с повышенной растворяющей способностью от присутствия в них продуктов распада органического вещества, то образование особо мощных пластов угля можно представить как процесс вымывания минеральных веществ и, следовательно, концентрации органических включений, находившихся в осадочной толще, в виде нескольких пластов или даже в виде рассеянного органического вещества.

Накопление таких пластов, при объяснении с общепринятых позиций, предполагает существование в период накопления исходных материнских веществ особых условий, обеспечивающих соответствующую концентрацию весьма малозольного вещества, часто менее зольного, чем сама растительность. Встречаются разновидности каменных углей и антрацитов с зольностью менее 1 % , тогда как растительное вещество с такой зольностью встречается редко.

Если же допустить, что обеззоливание углей является следствием выщелачивания из угольного вещества минеральных примесей водными растворами, то низкое содержание минеральных примесей в углях не будет представляться чем-то исключительным; наоборот, оно будет вполне естественным. Более того, можно предполагать, что должно существовать общее правило снижения содержания минеральных примесей в углях по мере метаморфизма их органической массы.

Весьма часто в угольных месторождениях пласты угля перекрываются пластами пород, имеющих явно морское происхождение. Так, например, в Донбассе на ряде угольных пластов лежат известняки. В большинстве таких случаев известняк непосредственно ложится на угольный пласт; иногда между угольными и известняковыми пластами лежит тонкий глинистый прослой.

В угольных месторождениях встречаются случаи, когда пласт угля ложится на подошву из пород, малопригодных для образования на них мощных торфяников.

Обычно для объяснения таких случаев допускают, что накоплению исходного вещества углей предшествовали особые условия, которые обеспечили резкий контакт морских и континентальных отложений. Однако известны случаи, когда породы подошвы одного и того же угольного пласта меняются без всякой видимой связи со свойствами пласта от резко континентальных к явно морским. Так, в Донецком бассейне пласты угля лежат главным образом на глинистых и песчанистых сланцах, однако, хотя и редко, в почве пласта встречается известняк (пласт m4 в районе Кадиевки подстилается непосредственно известняком М4; пласт к8 в некоторых участках Лисичанского района имеет в почве прослой известняка мощностью до 0,3м). Почвой пластов угля в Подмосковном бассейне также иногда служат известняки.

Обычное объяснение таких фактов требует допущения, чтобы под каждым данным участком одного и того же угольного пласта в момент его образования существовали резко различные условия, что явно невозможно.

Как же все-таки можно объяснить случай непосредственного налегания известняков или других чисто морских отложений на угольные пласты или даже отложение их в угольные пласты в виде прослоя в той или иной местности?

Объяснение этих случаев, по-видимому, состоит в том, что торфяники уходят под уровень моря в состоянии, исключающем их всплывание, т. е. в состоянии, когда органическое вещество покрыто достаточно мощными осадочными накоплениями. В таком виде торфяник поверх осадочных накоплений покрывается известняковыми отложениями; затем он вновь выходит на дневную поверхность, где покрывается терригенными накоплениями. Образующийся таким образом комплекс слоев из терригенных и морских отложений затем претерпевает изменения, которые состоят в том, что некоторые промежуточные слои, лежавшие между углем и известняком, вымываются, и известняк ложится непосредственно на уголь.

С таким представлением о последующем вымывании растворами, проникающими сквозь толщу, заключавшую угольные пласты, хорошо согласуется описание взаимоотношений кровли и угольных пластов: «Среди угольных пластов Алмазно-Марьевского района имеются 33 случая, когда в почве угольных пластов лежит сланец, а в кровле — известняк. Причем в 9 случаях известняковая кровля лежит всюду или на значительном пространстве. Непосредственный контакт известняка и угля отличается резкостью. Помимо плавно неровной нижней поверхности известняка встречаются впадины в угле, заполненные известняком кровли, имеющие довольно правильную форму широкого конуса с вершиной, обращенной к почве пласта, указывающие на какие-то воронкообразные углубления, производившиеся водой. Кроме того, на нижней поверхности известняка наблюдается обилие близко расположенных мелких выпуклостей, имеющих вид сосков».

По-видимому, в литературе о строении угленосных толщ трудно найти более выразительную мысль, подтверждающую огромную роль процессов вымывания под влиянием растворов, проникающих сквозь угленосные толщи, сквозь кровлю пласта, а значит, и сквозь угольные пласты.

На основании изложенного можно считать совершенно необходимым учет наличия небольшой (по количеству воды), но существенно важной по своей роли ветви воды в круговороте — глубинных растворов. Наиболее существенной особенностью этой ветви вод мы считаем ее геохимическую роль. Водные растворы, содержащие продукты распада органического вещества, переносят эти вещества на большие глубины, где вызывают не только выщелачивание пород, но и производят глубокие изменения химического состава и физических свойств пород, слагающих земную кору. Растворы поступают в дренажную оболочку, но они не находятся там в покое, а под влиянием избыточного давления уходят в области разгрузки. С тех мест дренажной оболочки, куда больше поступает воды, больше же и уходит растворов. Поэтому следует полагать, что в дренажной оболочке возникают направленные к океанам пути в виде относительно узких и длинных полос, по которым в то или иное геологическое время происходит преимущественное движение водных растворов от горных мест к океанам. Такие направленные потоки, напоминающие глубинные реки, существуют так долго, как долго существуют горные области, поставляющие по трещинам и разломам относительно большие количества воды в дренажную оболочку. Длительное, хотя и весьма медленное, течение растворов, в том числе надкритических, постепенно увеличивает проницаемость таких подземных путей, которые, как и русла рек, не могут быть вследствие экранирующего влияния земных слоев прямыми. Они должны быть узкими и длинными, аналогичными тем, которые обнаружены и изучены гидрогеологами в верхних слоях земной коры. Конечно, «реки» в дренажной оболочке отличаются от подземных прежде всего тем, что по ним перемещаются горячие водные, в том числе надкритические, растворы, а не вода.

Постепенное растворение компонентов пород в перемещающемся потоке водных растворов, естественно, все более и более увеличивает проницаемость тех участков дренажной оболочки, по которым происходит направленное движение водных потоков. Так как ширина потоков не может быть небольшой, то по мере выщелачивания растворимых компонентов и по мере увеличения пустот должно происходить опускание толщи пород, перекрывающих «подземную реку». Вследствие большой прочности коры мощностью 30—40 км такое опускание толщи пород коры не является равномерным, а должно иметь характер многочисленных «проседаний». Каждое такое «проседание» может сказаться на проницаемости «канала», уменьшая ее и вызывая какое-то отклонение в направлении движения подземных водных растворов. Однако проседания увеличивают и количество поступающих вод, поскольку каждое опускание толщи вызывает как образование новых, открытых трещин, разломов, так и увеличение существующих трещин, пористости и проницаемости слоев пород над подземным потоком. Возникновение прогиба создает условия для ускорения дальнейшего развития его в геосинклиналь, так как прогиб заполняется терригенными и морскими накоплениями, содержащими органическое вещество, продукты распада которого, растворяясь в воде, увеличивают агрессивность взаимодействия ее с минералами пород, сквозь которые проникают водные растворы.

В результате длительного выноса растворимых компонентов толща пород, перекрывающих геосинклиналь, становится более легкой и приобретает отрицательные аномалии силы тяжести. Как известно, именно эти особенности являются характерными для геосинклиналей. Например, Вейнинг-Мейнес приводит данные о том, что «При определении поля силы тяжести, в Индонезии была обнаружена длинная и узкая полоса с большими отрицательными аномалиями силы тяжести, которые на больших расстояниях превышают 130 мел, а на Целебесском море даже превышают 200 мел. Ширина полосы с отрицательными аномалиями составляет 150 — 200 км». Аналогичные данные о наличии отрицательных аномалий силы тяжести известны и для других геосинклинальных областей.

Предположение о роли подземных потоков удовлетворительно объясняет особенности геосинклинальных областей в стадии их погружения. Оно объясняет и линейность геосинклиналей, наличие в них больших отрицательных аномалий силы тяжести, слоистость толщ, связанную с многократными проседаниями участка суши.

Причины воздымания геосинклиналей. В сложном развитии геосинклиналей наблюдается два отличных друг от друга вида восходящих движений. Во-первых, это относительно мелкие восходящие движения, которые, сменяя погружение, поднимают поверхность геосинклинали со дна моря, превращая ее в сушу. В такие периоды накапливаются осадки терригенного происхождения, в том числе горючие ископаемые в геосинклинальных месторождениях. Такие небольшие по амплитуде и частые в масштабах геологического времени подъемы, сменяемые погружениями, создают пеструю и одновременно закономерную систему осадочных пород. Важным отличием этого вида восходящих движений является то, что они, несмотря на их частоту, не прерывают основного хода развития геосинклинали — ее погружения с увеличением мощности осадочных накоплений. Во-вторых, в истории развития геосинклинали наблюдается следующая стадия, когда мощное восходящее движение прекращает развитие геосинклинали как таковой, превращая ее в горную цепь. После такого подъема, который, как правило, сопровождается мощным складкообразованием, импрегнированием осадочных пород лавовыми излияниями, высокотемпературным метаморфизмом пород и другими необратимыми воздействиями, геосинклиналь уже больше не погружается. Она существует как горная местность, постепенно эродируемая и постепенно воздымающаяся.

Необходимо объяснить причины обоих видов восходящих движений этих участков земной коры, на которых образуются и развиваются геосинклинали.

Представляется, что влиянием водных растворов, обогащенных продуктами распада органического вещества, можно объяснить не только преобладающее опускание толщи осадков месторождений горючих и, следовательно, длительное накопление мощной осадочной толщи, но и частые изменения направления движения поверхности с нисходящего на восходящее. Чтобы представить возможность появления этих прямо противоположных явлений от, казалось бы, одной и той же причины — взаимодействия растворов, содержащих продукты распада органических веществ, и пород, надо проследить за характером изменений, происходящих у обеих взаимодействующих сторон в процессе образования месторождения горючих ископаемых. Прежде всего при таком рассмотрении надо учитывать, что неодинаков химический характер веществ, освобождающихся на начальных и конечных стадиях превращения органического вещества в горючие ископаемые. На начальных стадиях процесса отщепляется главным образом вода, затем преимущественно двуокись углерода и под конец выделяется метан. Таков порядок выделения этих веществ как при термической обработке топлив, так и при других экспериментах по искусственному обуглероживанию органического вещества. Таким же представляется порядок выделения этих веществ и в естественном процессе образования горючих ископаемых.

Надо отметить, что по мере продвижения процесса преобразования вещества горючих ископаемых меняются физико-химические и физические условия взаимодействия органического и неорганического веществ: вначале органическое вещество превращается на дневной поверхности в торф, затем на некоторой, обычно небольшой, глубине в бурые угли и в дальнейшем на еще большей глубине — в каменные угли и антрациты. Соответственно с глубиной растут давление и температура, при которых происходит взаимодействие растворов и пород. Кроме того, в результате самого процесса взаимодействия изменяется химический состав пород и минералов, остающихся в месторождении.

На основании изложенного можно полагать, что взаимодействие растворов, с одной стороны, приводит к разложению сложных минералов (что связано с переходом части их компонентов в хорошо растворимое состояние, чем обеспечивается уменьшение массы и объема твердых пород), проседанию осадочных накоплений и последующему дальнейшему накоплению осадков на прогнувшейся поверхности, с другой, приводит к росту количества и объема твердого вещества в месторождении, что и вызывает восходящие движения толщи. Рассмотрим эти процессы.

Органическое вещество, взаимодействуя с минеральными веществами, ведет к изменению состава последних как в химическом отношении, так и в отношении физических свойств.

Наиболее существенно значение, с этой точки зрения, можно видеть в реакциях, которые протекают под воздействием на породы месторождений продуктов разложения растительного вещества — воды, двуокиси углерода, метана и др. Они идут, как правило, с выделением тепла и со значительным увеличением массы и объема твердых пород. Например, превращение силиката кальция в углекислый кальций под воздействием двуокиси углерода по уравнению

происходит с выделением 20 ккал/молъ и увеличением массы и объема твердых пород в полтора раза по сравнению с объемом CaSiO3. Это происходит потому, что вода и СО2, занимавшие до реакции объем пор и трещин в твердых породах, после реакции превращаются в твердые породы. Эти реакции идут с уменьшением общего объема реагирующих веществ, так как газообразная СО2, входя в состав твердых пород, значительно уменьшается в объеме.

В табл. 31 приведены данные по изменению объема твердых продуктов при некоторых возможных реакциях, идущих с присоединением воды или двуокиси углерода.

Из приведенных примеров видно, что объем твердых пород увеличивается от присоединения каждой грамм-молекулы СО2 примерно на 20 см3/молъ, а от присоединения грамм-молекулы Н2О примерно на 15 см3/молъ. Присоединение воды происходит также с уменьшением общего объема реагирующих тел, в частности объем грамм-молекулы воды уменьшается с 18 до 15 см3, т. е. на 15%, однако объем твердых пород в результате гидратации сильно возрастает.

Главное значение реакций, протекающих под влиянием продуктов, выделяющихся из органического вещества при его превращении в горючие ископаемые, состоит, по-видимому, в том, что сложные породы и минералы превращаются в менее сложные и чистые. А. Е. Ферсман по этому поводу писал: «Скопления чистых соединений мы знаем только в поверхностных гипергенных процессах, где после многократной перекристаллизации вырабатываются наиболее дифференцированные и наиболее чистые химические осадки».

Чистым же веществам, образующимся из сложных пород, более свойственно кристаллизоваться с присоединением кристаллизационной воды, чем веществам, из которых состоят сложные горные породы. В этих случаях происходит дальнейшее увеличение объема твердой фазы. Например, образование таумасита по уравнению

происходит с увеличением объема твердых продуктов реакции на 212,4 см3, или в 2,7 раза. На каждую молекулу присоединенной воды приходится 212,4 : 15 = 14,1 мл. Таумасит содержит 43,5% кристаллизационной воды. В табл. 32 приведены некоторые данные о содержании кристаллизационной воды в минералах, не являющихся редкими

Вопрос о причинах, процессах и энергетических источниках инверсии геосинклинали в антиклиналь относится к числу наиболее неясных и наименее разработанных. Но если этот вопрос рассматривать в свете уже изложенного представления о причинах прогибания геосинклинали, а также роли дренажной оболочки земной коры в процессах преобразования вещества мантии в вещество коры материков, то можно найти объяснение и второй фазы существования геосинклиналей. Прогибание участка суши, в том числе прогибание узкой и длинной полосы геосинклинали, обязательно сопровождается накоплением мощных толщ осадков, которые, заполнив прогиб, оказывают давление на нижележащие толщи земной коры и этим активно участвуют в дальнейшем прогибании образующейся геосинклинали. Чем больше мощность толщи осадочных накоплений, тем большими становятся отрицательные аномалии силы тяжести (дефект массы) и тем, следовательно, сильнее должно быть давление вещества мантии, которое как под действием центробежной силы, так и под действием давления окружающих участков суши на мантию, т. е. под действием изостатических сил, должно, в конце концов, поднять облегченный участок суши — в данном случае превратить геосинклинальную область в горную.

Для того чтобы произошло такое восходящее движение, необходимо и достаточно наличия отрицательных аномалий, соответствующих по создаваемому ими подъемному усилию величине сопротивления подъему участка в тех стесненных условиях, в которых находится облегченный участок суши.

К условиям, способствующим восходящему движению геосинклинали, следует отнести ее специфическую особенность, которая отличает геосинклиналь от горного участка суши, претерпевающего подъем также по причине наличия отрицательных аномалий силы тяжести, возникающих вследствие эрозии — смыва горной области в результате выветривания и речного стока. Особенность эта заключается в том, что при длительном погружении геосинклинали происходит накопление мощных осадочных толщ, которые замещают более прочные толщи кристаллических пород. Поэтому восходящее движение геосинклинальной полосы земной коры должно испытывать значительно меньшее сопротивление, чем восходящее движение такой же полосы горной местности. Это зависит от того, что подъем горного участка может произойти только тогда, когда по всей его периферии образуются в слоях кристаллического основания трещины глубиной от дневной поверхности до поверхности Мохоровичича, тогда как подъем геосинклинальной полосы связан с образованием трещин только в той толще кристаллического основания, которая еще не замещена толщей осадочных накоплений. При мощности осадочных пород, достигающей 15—20 км, на долю прочных кристаллических пород остается менее 15 км. Таким образом, подъем горного участка связан с образованием трещин и разломов на глубину 35 км и более, тогда как подъем геосинклинального участка — с образованием разломов и трещин в кристаллических породах мощностью 10—15 км, что, конечно, может быть вызвано меньшими усилиями. Можно обратить внимание еще и на то, что осадочные накопления, особенно отлагавшиеся в земной коре после появления растительности, обязательно содержали и содержат рассеянное органическое вещество. Как было показано, в процессе образования органического вещества освобождается огромное количество тепловой энергии, во много раз превосходящее количество радиогенного тепла, выделяющегося даже в породах материков. Так как глубина залегания поверхности Мохоровичича определяется тепловым балансом, то в случае выделения тепла в осадочной толще геосинклинали возможен подъем поверхности Мохоровичича под ней. Следовательно, под геосинклиналью может происходить уменьшение мощности земной коры, что, конечно, еще более уменьшает сопротивление, которое должно быть преодолено силами изостатического выравнивания при подъеме геосинклинали при ее обращении в горную цепь. Накопление осадочных отложений на большую глубину и малая мощность кристаллических пород над поверхностью Мохоровичича делают возможным проникновение горячих растворов из дренажной оболочки по трещинам в кристаллическом основании в слои осадочных накоплений геосинклинали. Поэтому в стадию подъема осадочной толщи она импрегнируется горячими растворами, под влиянием которых происходит превращение некоторых наиболее проницаемых слоев пород в метаморфизованные и «изверженные». Выпячивание осадочных накоплений геосинклинали под давлением восходящих масс мантии происходит в тех участках земной коры, где имелся дефект массы — отрицательные аномалии. Это и приводит к смятию слоев осадочных пород в складки и вызывает ту сложную переработку претерпевших высокотемпературный метаморфизм пород, которая характерна для горной цепи, образовавшейся на месте геосинклинали.

Учитывая изложенное выше, можно считать, что на суше существует три вида горных сооружений. Одни из них являются местными. Они возникают на месте геосинклинали в фазу ее инверсии и воздымания. При этом породами, слагающими горные сооружения, являются породы, накопившиеся в геосинклинали в фазу ее прогибания. Другие горные сооружения сложены породами, Принесенными издалека. Такие породы, как правило, со следами морского осадочного происхождения и следами высокотемпературного метаморфизма, перед тем как войти в состав горного сооружения, переместились из-под океана под материк. Перемещение происходило в пределах верхней мантии и, возможно, на большие расстояния. Основное отличие этих двух видов горных сооружений состоит в том, что в строении толщи местных горных сооружений породы залегают согласно — молодые накопления сверху, а древние снизу. В горных сооружениях второго вида осадочная толща пород при рассмотрении всего разреза в целом сложена несогласно — древние накопления .наверху, а молодые внизу и чем моложе, тем ниже. Правда, совсем молодые отложения в строении этих гор не могут участвовать, так как они длительное время находятся в пути в пределах верхней мантии. Третьим типом горных сооружений суши представляются те, которые могут возникать в результате дрейфа материков, когда горный кряж является следствием смятия коры на переднем крае движущегося материка.

Однако, независимо от того, каким образом возникло то или иное горное сооружение, оно становится длительно существующим, поскольку большая высота данного участка обеспечивает появление высокого гидростатического давления, под действием которого увеличивается проникновение водных растворов в дренажную оболочку. Это, в свою очередь, должно вести к отъему тепла и к опусканию изометрических поверхностей критического состояния воды, а значит, и к увеличению мощности коры в пределах мантии. Но мощные «корни» коры вызывают и более высокое возвышение находящегося над ними участка суши, т. е. вызывают появление горного хребта.

Наличие процессов, изменяющих химический состав и физические свойства вещества, участвующего в круговороте, устраняет необходимость искать в глубинах верхней мантии процессы, которыми часто объясняют горообразование, вулканизм и другие формы активности, наблюдаемой на поверхности земной коры и в ее недрах.

Длительные поиски причин горообразования пока не привели к созданию сколько-нибудь приемлемой для науки гипотезы горообразования. Безрезультатность поисков причин горообразования в недрах верхней мантии убедительно обрисовал П. Чедвик.

A. Е. Ферсман писал: «Найти можно только то, что ищешь, а искать нужно в данном районе только то, что при данном сочетании геологических и физико-химических условий может и должно в данном районе находиться».

B. И. Вернадский, рассматривая эти вопросы, писал: «... нет никаких данных, которые указывали бы, что сима не находится в состоянии химической индифферентности, полного и неизменного в течение всего геологического времени устойчивого равновесия.

Изостатическую поверхность ввиду этого удобно принять за нижнюю границу земной коры и за верхнюю границу симы. Она определяет очень важное свойство планеты: отделяет область изменений от области неизмененных устойчивых равновесий».

Он же рекомендовал искать причины развития земной коры в процессах взаимодействия воды и минералов, когда писал: «Вода определяет и создает основные черты механизма земной коры, вплоть до магматической оболочки по крайней мере».

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.