Основные структурные элементы земной коры

 

Крупнейшие структурные элементы, земной коры. Крупней­шими структурными элементами земной коры являются ее участки, различающиеся типом строения коры: материковые глыбы и впадины океанов.

Материковые глыбы имеют так называемый материковый тип строения коры, включающий три геофизических слоя: оса­дочный, гранито-гнейсовый и базальтовый, общей мощностью 30—70км. Материковым типом коры обладает вся поверхность суши, а также шельфовые моря, обрамляющие России.

Кора океанического типа состоит из осадочного и базальтового слоев, общей мощностью 5—15 км, и ха­рактерна для глубоковод­ных впадин океанов близ берегов нашей страны, кот­ловин внутренних морей — Черного, южной части Кас­пийского, а также котловин внешних морей — Охотско­го, Японского, Берингова. Главнейшими структур­ными подразделениями ма­териков являются геосин­клинальные пояса и плат­формы.

 

Геосинклинальные пояса — это огромные, линейно вытянутые подвижные участки земной коры, возникающие по системам разломов среди массивов более древних пород и огра­ниченные глубинными разломами. В развитии геосинклинальных областей принято различать два этапа: 1) собственно геосинкли­нальный, или главный, 2) заключительный, или орогенный. На первом, главном этапе, преобладают интенсивные нисходящие движения и геосинклиналь представляет собой глубоководный морской бассейн. Погружение сопровождается активным магма­тизмом вдоль серии разломов и накоплением мощных толщ оса­дочных и вулканогенно-осадочных пород (до 15—20 км). На втором этапе проявляются сильные восходящие движения (оро-генические движения), море отступает. Развиваются складко-образовательные процессы, слои пород сминаются в складки, пронизываются гранитными интрузиями. На месте геосинкли­нали возникает горно-складчатая страна, тектоническая актив­ность которой со временем значительно ослабевает.

 

Платформы представляют собой устойчивые блоки земной коры, отличающиеся малой подвижностью, медленными колебательными движениями, слабым развитием разрывных дислокаций, своеобразным магматизмом и накоплением незна­чительных по мощности осадков.

Платформы формируются на месте орогенных структур после их активной денудации. Поэтому в строении платформ выделяют два комплекса пород или два структурных этажа, разли­чающихся по происхождению и характеру дислокаций (рис.55). Нижний структурный этаж — фундамент, или складча­тое основание, сформировался в геосинклинальных усло­виях и состоит из сильно метаморфизованных осадочных и вулканогенно-осадочных пород, смятых в складки и пронизанных гранитными интрузиями. Верхний структурный этаж — чехол сложен полого залегающими слоями осадочных пород, обычно небольшой мощности. Породы осадочного чехла, как правило, не метаморфизованы.

Магматизм играет подчиненную роль (щелочные ин­трузии, базальтовые лавы — трап­пы). Платформенный чехол обычно отделяется от фундамента крупным угловым несогласием.

Возраст платформы определя­ется возрастом ее фундамента. Раз­личают древние и молодые

Рис 55.

платформы. Фундамент древних платформ образован архей­скими и нижнепротерозойскими породами, чехол — верхнепро­терозойскими, палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими породами. Фундамент молодых платформ сформировался в послепротерозойское время на месте раннепалеозойских, позднепалеозойских и мезозойских складчатых областей. Эти платформы называют эпикаледонскими, эпигерцинскими и эпимезозойскими. Чехол молодых платформ первого типа сложен породами, начи­ная с позднего палеозоя до кайнозоя включительно, второго типа — с мезозоя по кайнозой и третьего—кайнозоя. Молодые платформы не образуют самостоятельных глыб материковой коры, а окаймляют древние платформы.

Структурными элементами геосинклинальных областей яв­ляются системы частных геосинклинальных прогибов, выраженных линейными зонами, нередко имеющими форму троговс глубоководным типом осадков. Положение геосинкли­нальных прогибов в пространстве связано и предопределено зо­нами глубинных разломов. Прогибы разделены приподнятыми линейными зонами — геоантиклиналями, выраженными в виде цепочек островных гряд и подводных возвышенностей. Заложение геосинклинальных прогибов на различных участках области происходит неодновременно. Наибольшую площадь гео­синклинальной области составляют жесткие нераздробленные блоки основания — срединные массивы, которые отвечают участкам относительно мелкого моря, частью суше. На протяже­нии геосинклинального этапа площадь, занятая срединным мас­сивом, сокращается за счет заложения на ней геосинклиналь­ных прогибов поздней генерации.

В ходе эволюции геосинклинальной области отдельные ее участки периодически испытывают сжатие, в результате кото­рого возникает складчатость слоев горных пород. Обычно склад­чатость сопровождается кислым магматизмом.

В результате процессов складчатости на месте систем гео­синклинальных прогибов и разделяющих их поднятий образу­ются синклинории и антиклинории — сложно построенные крупные синклинальные и антиклинальные структуры, состоящие в свою очередь из простых антиклиналей и синкли­налей.

 

 

Рис 56. Сочленение складчатой области с платформой.

1 — геосннклннальный комплекс складчатой области; 2 — основание (фундамент) плат­формы; 3 — чехол платформы; 4 — краевой прогиб

 

При превращении геосинклинальной области в складчатую крупные блоки земной коры перемещаются по разломам, кото­рые образуют в геосинклинальных областях густую сеть. Мно­гие из разломов относятся к категории глубинных, т. е. своими корнями проникают в мантийный слой.

В результате общего сводового поднятия на месте геосинкли­нальной области формируется орогенная область. С эпохой оро­генеза связано образование и внедрение больших порций гра­нитной магмы в верхние слои земной коры. Образуется мощный гранито-гнейсовый слой.

Положительным структурам орогенных (горно-складчатых) областей соответствуют горные массивы, представляющие крупные сводово-глыбовые поднятия земной коры. Поднятия разделены межгорными впадинами. Обычно с внешней стороны орогенной области по границе с платформой форми­руется цепочка впадин, составляющих предгорные (крае­вые) прогибы (рис. 56). Последние являются коллекторами для продуктов размыва, сносимых с воздымающихся горных массивов в предгорную равнину. Толщи обломочных, органоген­ных и хемогснных пород, заполняющих предгорные и межгор­ные прогибы, называют молассами. Возраст моласс свиде­тельствует о времени орогенических процессов.

Горные системы образуются не только в ходе развития гео­синклинальных областей. Многие горные системы (Тянь-Шань, Саяны, Алтай и др.) возникли на месте ранее существовавших типичных платформенных структур. Такие горные системы по­лучили название областей эпиплатформенного ороге­неза. Большая часть современных горных хребтов возникла в результате эпиплатформенного орогенеза в неоген-четвертич­ное время.

 

 

 

Рис 57. Схема строения платформенной области.

а — платформенный чехол; б — складчатый фундамент

 

Структурные элементы платформ. Платформы обычно харак­теризуются относительной устойчивостью, небольшими амплиту­дами вертикальных тектонических движений. Для платформ ти­пично широкое распространение кор выветривания, отсутствие метаморфизма пород чехла, выдержанные состав и мощности чехла, морские мелководные (шельфовые), лагунные и назем­ные осадки, крупные структурные формы с очень пологим зале­ганием слоев.

Участки выходов на поверхность кристаллического фунда­мента древних платформ называются щиты (рис. 57). Щиты на протяжении всей истории платформы испытывают восходя­щие движения. На молодых платформах в качестве структур, аналогичных щитам, выделяются выступы. Участки плат­форм, где фундамент опущен и перекрыт чехлом осадочных по­род, выделяются под названием плит. Фундамент плит состоит из блоков, которые в течение геологической истории испытали прогибание различной амплитуды. В результате глубина залега­ния фундамента на плитах изменяется от сотен метров до пер­вых километров. Участки с маломощным чехлом соответствуют положительным платформенным структурам — антеклизам, сводам. Отрицательные платформенные структуры называ­ются синеклизами, впадинами. Углы наклона слоев на крыльях платформенных структур измеряются минутами и пер­выми градусами.

Строение синеклиз и антеклиз бывает осложнено отдельными антиклиналями — платформенными поднятиями. Иногда анти­клинали группируются цепочками вдоль зон разломов в фунда­менте и образуют валы. В синеклизах, где в разрезе чехла раз­виты соленосные серии, часто формируются диапировые анти­клинальные складки — соляные купола.

Структуры платформенного чехла нередко осложнены разры­вами, на крыльях прогибов и поднятий развиваются флек­суры. Особой категорией структур, развитых на платформах, являются авлакогены — крупные грабенообразные прогибы с большими мощностями осадочного выполнения и крутыми углами наклона слоев вблизи бортов.

Развитие платформ и осадконакопление в их пределах тес­нейшим образом связаны с развитием смежных геосинклиналь­ных поясов.

 

10. Геология месторождений ископаемых углей

10.1 Условия образования ископаемых углей и угленосных отложений

 

Полезными ископаемыми называют природные минеральные обра­зования, которые могут быть непосредственно использованы или из которых могут быть извлечены металлы или минералы, применяе­мые в народном хозяйстве.

Среди полезных ископаемых выделяют следующие главнейшие группы: 1) металлические, или рудные, из которых извлекаются различные металлы; 2) неметаллические, или нерудные, используе­мые непосредственно (например, строительные камни, каменная соль, доломит, гипс и др.), или как сырье, из которого в процессе переработки выделяют входящие в их состав минералы или хими­ческие соединения. Таким образом, неметаллические полезные ископаемые не являются сырьем для получения металлов; 3) каустобиолиты, т. е. горючие полезные ископаемые. К этой группе отно­сятся ископаемые угли, горючие сланцы, нефть, горючие газы.

Ископаемые угли весьма широко используются как энергети­ческое топливо для получения металлургического кокса, как сырье для химической промышленности и даже как поделочный камень.

До 45% добываемых в России горючих сланцев используется для получения жидкого топлива, минеральных масел и пр., а также как сырье для химической промышленности и 55% как энергетическое топливо. Получающаяся при сжигании горючих сланцев зола может быть использована для изготовления строительных материалов, минеральных удобрений, а в ряде случаев для извлечения зо­лота, меди, молибдена, ванадия, никеля, свинца, урана, тория, цезия.

 

Процессы образования   углей и их генетическая классификация.

Предпосылки углеобразования

Для образования угольных пластов необходимо наличие опре­деленных благоприятных условий или, как говорят, предпосылок углеобразования. Важнейшими предпосылками являются; соответ­ствующее развитие растительности, а также геоморфологические, геотектонические и климатические условия.

Пышное развитие растительности — одна из основных предпосы­лок углеобразования. Без растительности ископаемые угли не могут образоваться.

Однако одного факта развития растительного покрова на той или иной территории в определенные этапы ее геологической истории еще недостаточно. Необходимо, чтобы существовали условия для превращения растительных остатков в ископаемый уголь. Ископа­емые угли образуются в результате разложения растительных остат­ков без свободного доступа воздуха. Этот процесс идет под водой в мелководных бассейнах. Отсюда вытекает та важная роль в обра­зовании углей, которая принадлежит геоморфологическим факто­рам. Из геоморфологических предпосылок, благоприятствующих образованию угольных пластов, следует отметить наличие более или менее значительных понижений рельефа. При соответствующих условиях в таких понижениях образуются мелководные бассейны, в которых идет процесс накопления растительных остатков и пре­вращение их в торф, а затем в ископаемый уголь.

Большую роль в формировании угольных пластов играют и геотектонические условия области угленакопления. Наиболее благоприятными для образования угольных пластов являются ус­ловия, при которых скорость погружения области, где идет процесс накопления растительных остатков, соответствует скорости их накоп­ления. При таких условиях образуются пласты большой мощности. Если же происходит резкое погружение области угленакопления, образование угольной залежи прекращается. При кратковременных перерывах процессов догружения образуются маломощные уголь­ные пласты. Если область, где шел процесс угленакопления, испыты­вает относительное поднятие, то угленакопление сменяется эрозией, в результате которой образовавшийся торфяник размывается.

Климатические условия также влияют на процесс угленакопле­ния. Влажный климат благоприятствует развитию растительности, сухой же, напротив, способствует развитию пустынь. Однако, если осадки выпадают в больших количествах и носят ливневый харак­тер, то они могут вызвать частичный размыв формирующегося тор­фяника и привнос обломочного материала. Колебание температур тоже влияет на развитие растительного покрова, а следовательно, и на процесс угленакопления. Понижение температуры вызывает замедление или даже прекращение этого процесса.

Таким образом, различные предпосылки углеобразования нахо­дятся в тесной взаимосвязи. На территориях, где в определенные периоды геологической истории они благоприятно сочетались, воз­никли угольные месторождения и бассейны.

Краткий обзор периодов массового угленакопления в истории Земли

П. И. Степанов, изучая геологическое строение и географиче­ское размещение угольных бассейнов и месторождений земного шара, пришел к выводу, что в определенные этапы геологического разви­тия Земли существовали периоды массового угленакопления, сме­нявшиеся периодами минимального угленакопления. Периоды мак­симального угленакопления называют эпохами угленакопления. На основании этого вывода П. И. Степановым разработано уче­ние о поясах, узлах и площадях с преобладающим угленакоплением.

Эпохи угленакопления связаны с поздним карбоном, Пермью, юрой, второй половиной позднего мела, третичным периодом (палео­ген и неоген). Это объясняется тем, что в указанные периоды на обширных территориях земной поверхности существовали благо­приятные условия для углеобразования. На этих территориях и сформировались угольные бассейны и месторождения различного возраста.

Минимумы угленакопления наблюдались в раннем карбоне, триасе, первой половине позднего мела.

Площадь, на которой преобладает угленакопление, происходив­шее в карбоне, охватывает восточную половину Северной Америки.

Европу и западную часть Азии. На долю углей каменноугольного возраста приходится 25,24% мировых запасов.

Площадь с преобладанием пермского и юрского угленакопления охватывает восточную часть Азии, Австралию, северные и полярные земли, юго-восточные части Африки и Южной Америки. Запасы углей пермского и юрского возраста составляют 20,17% мировых запасов.

Площадь с преобладанием позднемелового и третичного угле­накопления охватывает восточное побережье Азии и Австралии, архипелаг Океании, западные побережья Северной и Южной Аме­рики. Запасы углей позднемелового и третичного возраста соста­вляют 53,79%, из них главная масса принадлежит углям третичного возраста (около 53%).

Процессы образования углей

Главной составной частью растений является целлюлоза (клетчатка). Из нее состоят стенки клеток высших растений. При одревеснении стенки клеток пропитываются веществом, которое называется лиг­нином, а иногда — пробковым веществом, называемым суберином. Внутри клеток находится вещество, состоящее из белков, жиров и углеводов. Кроме того, в состав растений могут входить смолы, воски и некоторые другие вещества. Каждая растительная клетка содержит также то или иное количество минеральных веществ, дающих золу. Количественное соотношение между перечисленными составными частями различно у разных растений. В среднем лигнин и целлюлоза составляют 60—70%, белки до 15%, суберин, воск,

смола до 5%.

Химический состав растительного вещества приблизительно можно выразить следующими цифрами: углерода 50%, кислорода 43%, водорода 6%, азота и серы 1%.

Процесс углеобразования подразделяется на две стадии:

1) оторфование, 2) углефикация. В стадию оторфования обра­зуются торф и сапропель, а в стадию углефикации — ископаемые угли.

Торф образуется за счет разложения остатков высших растении в избыточно увлажненной среде, при ограниченном доступе кисло­рода. При свободном доступе воздуха происходит тление, т. е. про­цесс разложения растительных остатков путем полного окисления их составных частей, в результате чего они почти полностью пере­ходят в углекислый газ и воду и никаких горючих полезных ископа­емых при этом не образуется. Иное наблюдается, если доступ воздуха ограничен. Разложение составных частей растительного вещества в этом случае идет при господствующей роли микроорганизмов. В первую очередь разложению подвергаются наименее стойкие составные части растении — белки, целлюлоза, лигнин. Смолы, воски, суберин разложению поддаются плохо. В процессе разложе­ния целлюлозы и лигнина, являющихся основными составными частями растений, образуются гуминовие кислоты, представляющие собой углеводородные соединения, богатые углеродом и бедные водородом. Наряду с гуминовыми кислотами образуются углекислый газ, вода и метан. Таким образом, процентное содержание кислорода и водорода в растительных остатках уменьшается, содержание же углерода увеличивается.

Главным продуктом разложения растительных остатков без доступа воздуха являются гуминовые кислоты, поэтому этот про­цесс носит названия гумификации. В результате процессов гумифи­кации растительные остатки превращаются в торф — смесь, состо­ящую из гуминовых кислот и частей растений, не полностью подверг­шихся разложению.

В отличие от высших, низшие растения целлюлозы и лигнина содержат немного. Главными составными частями их являются жиры и белки. В процессе разложения остатков низших растений, амеб, личинок и тому подобных организмов жиры образуют жирные кис­лоты, называемые битумами. Этот процесс носит название битуми­низации. В результате битуминизации остатки низших растений превращаются в сапропель, представляющий собой студнеобразную, жирную массу желтого, коричневого или черного цвета. Главной составной частью органической массы сапропелей (в них имеются еще минеральные примеси) являются битумы, как и гуминовые кислоты, представляющие собой углеводородные соединения. В про­цессе битуминизации содержание кислорода в растительных остатках понижается, содержание же углерода и водорода остается почти неизменным. Это ведет к увеличению в продуктах разложения про­центного содержания углерода и водорода.

В процессе углефикации из торфа и сапропеля образуются иско­паемые угли. Стадия углефикации наступает после перекрытия за­лежи торфа или сапропеля породами. При этом торф и сапропель сначала превращаются в бурый, затем в каменный уголь и при бла­гоприятных условиях в антрацит. Процесс углефикации сопрово­ждается дальнейшим повышением содержания углерода в органиче­ской массе осадка за счет снижения количества водорода, кислорода и азота. Происходит уплотнение рыхлого органического вещества, в результате чего объем его уменьшается в 5—10 раз. Большая часть воды, входящей в состав торфа или сапропеля, теряется, жидкие вещества превращаются в твердые, например гуминовые кислоты превращаются в твердые гуминовые вещества (соли гуминовых кислот).

Процесс превращения торфа в бурый уголь протекает при темпе­ратурах, не превышающих 150—200° и невысоком давлении, обу­словленном нагрузкой вышележащих пород. При повышении тем­пературы (примерно до 300—325°) и давления бурый уголь превра­щается в каменный. При дальнейшем повышении давления и темпе­ратуры (до 350°) из каменных углей образуются антрациты.

Бурый, каменный уголь и антрацит отличаются друг от друга степенью углефикации, т. е. тем, насколько глубоко сказалось влияние процесса углефикации. Наибольшую степень углефикацин имеет "антрацит, наименьшую — бурый уголь. Сапропелевые угли, как и угли, образовавшиеся за счет торфа, могут находиться в раз­личных стадиях углефикации — от буроугольной до антрацитовой. Как указывалось, степень углефикации зависит от температуры и давления, господствующих в зоне залегания угольных пластов, т. е. от метаморфизма углей. Таким образом, угольные пласты, погрузившиеся на значительную глубину, будут иметь более высокую степень метаморфизма, а следовательно, и более высокую степень углефикации, чем вышележащие (если конечно, они не отличаются по составу растительного вещества). В некоторых месторождениях можно встретить угли всех стадий углефикации от бурых до антра­цитов (Донбасс, Кузбасс и др.).