Геофизические методы исследования земной коры.

2.2.2. Аномальные геофизические поля в срединно-океанических хребтах.

Срединно-океанические хребты характеризуются резкими аномалиями физических полей. Наиболее интенсивны и закономерно проявляются здесь аномалии полного геомагнитного поля Земли, которые характеризуются следующими особенностями:

• Вдоль хребтов располагается система параллельных знакопеременных магнитных аномалий, хорошо коррелирующихся по простиранию на тысячи километров и имеющих ширину в первые сотни километров.
• На оси всех рифтов наблюдаются максимальные положительные аномалии, соответствующие намагниченности пород современным магнитным полем. Симметрично по обе стороны идет чередование отрицательных и положительных аномалий, что объясняется разным направлением намагничивающих полей. Подобная структура аномалий связана с имевшими место в истории Земли регулярными (более 30 раз) инверсиями (сменой знака) главного магнитного поля. Продолжительность прямой и обратной намагниченности в разные периоды истории Земли менялась от 1 до 40 млн. лет с преобладанием полей современного знака. Инверсия полей всегда проходила быстро ( < 10⁴ лет).
• Пространственный период колебаний геомагнитных аномалий увеличивается от центрального максимума над гребнем массива к склонам срединно-океанических хребтов и по мере удаления от них.
• Одинаковая структура аномалий геомагнитного поля во всех океанах свидетельствует о единой инверсионно-спрединговой природе формирования магнитоактивного слоя. Объяснить этот факт можно раздвижением (спредингом) литосферных плит в разные стороны от рифтовой зоны и привносом в образовавшиеся трещины расплавленного мантийного вещества. По мере остывания вещества ниже точки Кюри оно намагничивалось существовавшим геомагнитным полем, приобретая остаточную намагниченность. Новые более молодые порции мантийного вещества остывали при другом направлении геомагнитного поля вследствие его инверсии, поэтому рядом расположенные толщи приобретают намагниченность противоположного знака. В результате дальнейшего раздвижения плит магнитоактивный слой земной коры будет проявляться чередованием геологических структур, намагниченных отрицательно и положительно.

Региональные максимумы температурных полей в донных отложениях океанов также приурочены к рифтовым зонам. Чем моложе возраст дна океана, тем выше тепловые потоки.

К трансформным разломам срединно-океанических хребтов приурочены малоглубинные землетрясения с гипоцентрами на глубинах до 10 км. Однако интенсивность этих землетрясений невелика (магнитуды не превышают 5,5).

По данным сейсморазведки, срединно-океанические хребты характеризуются небольшой мощностью земной коры (до 5 км) и ее вертикально-субвертикальной раздробленностью на блоки, поперечные размеры которых составляют 8-10 км.

2.2.3. Аномалии геофизических полей в глубоководных котловинах и переходных зонах от океана к континенту.

Геофизические аномалии глубоководных котловин и переходных зон резко неоднородны по площади. Они лучше всего изучены гидромагнитными съемками.

Глубоководные впадины океанов характеризуются преимущественно линейными геомагнитными аномалиями, отражающими регулярное, т.е. закономерное, последовательное чередование положительных и отрицательных аномалий, параллельных рифтовым зонам. Это подтверждает инверсионно-спрединговую природу аномальных геомагнитных полей. Чем дальше от оси рифта, тем глубже под осадками располагаются образовавшиеся в рифтах магнитоактивные слои, т.е. на периферии располагаются породы, образовавшиеся в стадии активного рифтогенеза, но сейчас находящиеся в стабилизированном платформенном режиме. По мере удаления от осей рифтов на расстояния до 3000 км регулярность геомагнитных аномалий начинает нарушаться за счет зон разломов, перпендикулярных простиранию аномалий, появляются зонально-полосовые, скрыто-полосовые, а еще дальше располагаются мозаичные магнитные аномалии.

В переходных зонах от океана к континенту структура аномального геомагнитного поля перестает быть закономерной (нелинейной или линейной) и характеризует природу контакта между океанической и континентальной земной корой: пассивное соприкосновение или активное пододвигание океанической коры под континентальную.

Гравитационные аномалии глубоководных котловин характеризуются плавными структурами полей и максимальными положительными (до +400 мГал) аномалиями силы тяжести в редукции Буге. Переходные зоны от океана к континентам выделяются неоднородными гравитационными полями, в виде полосовых аномалий больших градиентов, а также высокими положительными значениями аномалий Буге вдоль глубоководных желобов.

Геотермическое поле на огромных пространствах океана, вдалеке от срединно-океанических хребтов достаточно однородно и спокойно. Повышенные тепловые потоки наблюдаются лишь вблизи подводных вулканов, а пониженные - в глубоководных впадинах. Активные окраины океанов отличаются контрастными тепловыми полями.

Глубоководные котловины и внутренние части океанов, удаленные от океанических хребтов и берегов на сотни километров, являются асейсмичными, в их пределах землетрясения не наблюдались. Переходные зоны от океана к материкам, наоборот, характеризуются самой высокой сейсмичностью. При этом свыше 80% всех землетрясений сосредоточены в пределах так называемого Тихоокеанского кольцевого пояса, включающего островные дуги и глубоководные желоба в океане и горные хребты на суше. Здесь находится стык океанических и платформенных литосферных плит и наблюдаются большие упругие деформации среды. Когда предел прочности литосферы становится меньше накопившихся напряжений, происходят землетрясения с глубиной эпицентров от 30 до 700 км. Балльность землетрясений переходных зон выше, чем в рифтовых областях.

По данным сейсмических исследований (МПВ, МОВ), в глубоководных котловинах земная кора имеет мощность около 10 км. Кора состоит из трех толщ линзо-блокового и блоково-слоистого строения и характеризуется отсутствием непрерывных отражающих границ длиной более 10 км, т.е. для нее типична вертикальная и горизонтальная раздробленность на блоки, размеры которых меняются от 1 до 10 км. Верхняя из этих толщ мощностью в несколько километров сложена осадочно-вулканогенными породами. Вторая и третья толщи примерно одинаковой мощности представлены соответственно породами преимущественно базальтового и габбрового типа. Подстилающий их слой Мохоровичича (слой М) сложен субгоризонтальными и наклонными породами, разбитыми на субвертикальные блоки размером порядка 10 км.

Высокая степень геолого-геофизической изученности Мирового океана и выявление структуроопределяющей роли срединно-океанических хребтов послужили основой для создания современной теории тектогенеза, сердцевиной которой является гипотеза тектоники литосферных плит.

2.3. Тектоника литосферных плит и дрейф континентов

2.3.1. Концепция тектоники литосферных плит.

Согласно концепции тектоники литосферных плит на Земле выделяют 6 крупных и 6 мелких плит (Евразийская, Африканская, Индо-Австралийская, Американская и др.). Их структура отличается наличием в центре каждой континентальной плиты ядра жесткой литосферы с большой общей мощностью (до 120 км), в том числе мощной (35-75 км) земной корой. На границах плит развиваются конвекционные потоки вещества из мантии: в восходящих потоках формируются зоны растяжения (их называют дивергентными межплитовыми границами), а в нисходящих потоках образуются зоны сжатия (их называют конвергентными межплитовыми границами).

Дивергентные (конструктивные) границы совпадают с рифтами на континентах (например, Байкальский рифт) и срединно-океаническими хребтами Мирового океана. Здесь происходит раздвижение плит с формированием молодой земной коры. Через тонкую океаническую литосферу в срединно-океанических хребтах расплавы магмы из астеносферы поднимаются в океан. В результате океаническая литосфера раздвигается в крест простиранию хребтов и продвигается к литосферным плитам материков, т.е. происходит спрединг морского дна.

В переходных зонах от океана к материкам наблюдаются сложные геодинамические процессы, изменения структуры земной коры и поверхностных образований. Если такая зона совпадает с конвергентной (деструктивной) межплитовой границей, то она называется активной. В ней геодинамические процессы оказываются максимальными. Океаническая литосфера может пододвигаться под континентальную (зона субдукции). Здесь наблюдаются интенсивные полосовые гравимагнитные и тепловые аномалии разного знака и располагаются районы максимальной сейсмичности. Характерно наличие единой фокальной плоскости землетрясений (поверхности Заварицкого-Беньоффа), которая начинается в глубоководном желобе океана и уходит под континент под углом 60-70 . Малоглубинные землетрясения (гипоцентры до 10 км) зарождаются в этом желобе, а самые глубокие очаги (600-700 км) уходят под континенты.

В ряде переходных зон геодинамические процессы менее активны или даже пассивны. Пассивные переходные зоны характеризуются наличием сбросов, обрушивающих или опускающих континентальные блоки, что приводит к разрастанию океана. Физические поля здесь спокойные, наблюдается несколько полосовых аномалий, окаймляющих континент, сейсмичность более низкая.

В целом срединно-океанические хребты и зоны перехода от океана к материкам являются областями интенсивного тектогенеза. Их развитие во времени и пространстве (спрединг океанического дна) под действием глубинных конвекционных потоков меняет облик суши и океанов. Особенностью тектоники литосферных плит является то, что она объясняет историю развития океанов и материков в прошлом и позволяет делать прогноз развития на будущее.

2.3.2. Теория дрейфа континентов.

Спрединговый механизм развития океанов явился убедительным подтверждением давно существовавшей красивой гипотезы о дрейфе континентов Земли. Сущность ее в том, что некогда существовавший единый материк с мощной земной корой раскололся на части. Эти части (будущие континенты) со скоростью 1-10 см/год дрейфовали в горизонтальном направлении, по-разному удаляясь друг от друга и поворачиваясь. В результате и получился современный облик суши и океанов Земли.

В течение сотен миллионов лет, наряду с горизонтальным движением, материки периодически претерпевали вертикальные колебательные движения: на месте геосинклинальных прогибов, заполнявшихся мощными толщами морских осадков, возникала суша, где накапливались континентальные отложения. Затем происходили мощные антиклинальные поднятия с процессами горообразования.

Гипотеза дрейфа континентов, благодаря концепции тектоники литосферных плит, а также палеонтологическим, палеоботаническим, палеогеографическим, палеомагнитным данным, находит подтверждение, становится одной из фундаментальных теорий наук о Земле, сочетающей гипотезы о горизонтальных и вертикальных движениях земной коры.

Назад| Вперед