Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина Факультет геологии и геофизики нефти и газа Кафедра общей и нефтегазопромысловой геологии Пояснительная записка к заданию № 1 по дисциплине «Геотектоника и геодинамика» на тему: «Тектоника литосферных плит». Задание выполнил студент группы ГР-18-02 Овчинникова А.Н. Задание проверил к.г.-м.н., доц. Маслов В.В. Москва, 2020 Содержание Введение ................................................................................................................... 3 Глава 1. Общие сведения о литосфере и литосферных плитах. ......................... 4 Глава 2. Понятие о «Тектонике литосферных плит». ......................................... 7 Глава 3. Типы границ литосферных плит и процессы, протекающие в их пределах. ................................................................................................................ 10 Глава 4. Геологические следствия тектоники литосферных плит. .................. 15 Заключение ............................................................................................................ 18 Литература ............................................................................................................. 19 2 Введение Основная цель выполнения лабораторной работы заключается в определении границ литосферных плит. В качестве исходных данных и материалов был предложен бланк для выполнения задания № 1 «Литосферные плиты», а также соответствующие методические материалы. Для выполнения данной лабораторной работы мною была сделана попытка решить следующие задачи: 1. Анализ исходных данных и ознакомление с методическими материалами. 2. Определение главных и малых плит на исходном бланке. 3. Нанесение на исходный бланк типов литосферных плит при помощи условных обозначений. 4. Определение и графическое выделение типов границ литосферных плит. 5. Подготовка и написание пояснительной записки к лабораторной работе. 3 Глава 1. Общие сведения о литосфере и литосферных плитах. Объектом изучения плитотектонической модели геодинамики литосферы являются литосферные плиты, находящиеся в непрерывном и закономерном движении в горизонтальном направлении. Под литосферой понимается внешняя жесткая оболочка земного шара, подошвой которой (границей между литосферой и астеносферой) служит изотерма начала плавления (кристаллизации) базальтовой компоненты верхней мантии. Под влиянием конвекционных движений мантийного вещества литосферная оболочка Земли оказалась расколотой на ряд плит, границы которых четко выделяются по зонам повышенной сейсмичности. Литосферные плиты – это блоки литосферы, вертикальные размеры которых (n∙10 ÷ n∙102 км) много меньше горизонтальных (n∙103 км). Движение литосферных плит сопровождается их деформацией, магматическими проявлениями и другими процессами, приводящими к формированию земной коры и связанных с ней полезных ископаемых. [1] Сейсмические пояса, являющиеся границами литосферных плит, включают не менее 95 % всех землетрясений, происходящих в мире. Всего выделяют девять главных литосферных плит, которые объединяют как континентальные, так и океанические пространства. К главным плитам относятся Евроазиатская, Североамериканская, Индийская, Тихоокеанская, Кокосовая, Наска, Южноамериканская, Антарктическая. Кроме главных плит существуют также одиннадцать второстепенных или малых плит. К ним относятся Охотоморская, Амурская, Тибетская, Иранская, Аравийская, Сомалийская, Китайская, Филиппинская, Хуан-де-Фука, Карибская, Скоша. Обычно малые плиты располагаются на границах больших плит (см. рис. 1). Литосферные плиты могут быть континентального, океанического и смешанного типа (см. рис. 2). Некоторые литосферные плиты характеризуются исключительно океанической земной корой – литосферные плиты океанического типа. Примером являются плиты: Тихоокеанская, 4 Кокосовая, Наска. В группу континентальных включают лишь малые плиты (например, Аравийская, Иранская), которые обладают корой материкового типа. Большинство же литосферных плит состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую – литосферные плиты смешанного типа: Евроазиатская, Африканская, Северо- и Южноамериканские и другие. Литосферные плиты медленно движутся относительно друг друга со средней скоростью 1−6 см в год. Снимки, сделанные с искусственных спутников Земли, позволяют предположить, что в будущем конфигурация материков и океанов будет отличаться от современной. 5 6 Глава 2. Понятие о «Тектонике литосферных плит». Концепция тектоники литосферных плит успешно объясняет планетарные закономерности строения и эволюции литосферы. В ее классической интерпретации литосферная оболочка рассматривается в виде нескольких жестких, недеформируемых плит, двигающихся в горизонтальном направлении по поверхности пластичной астеносферы. Таким образом, тектоника плит рассматривает движения и взаимодействия литосферных плит. Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила. Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движений плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках мобилистического направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967 – 1968 гг. группой американских геофизиков – У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом; в развитии более ранних идей (1961 – 1962 гг.) американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов. [4] Основные положения тектоники литосферных плит сводятся к следующему: 1. Литосфера – жесткая, упругая оболочка Земли – плавает на пластичной астеносфере. 2. Литосфера разделена на определенное количество крупных, средних и малых плит, границы которых определяются по зонам повышенной сейсмичности и магматизма. 3. Литосферные плиты по своему строению и составу делятся на океанические, континентальные и смешанные. Мощность литосферных плит 7 относительно невелика: у океанских от 7÷10 км до 80÷90 км, у континентальных до 250÷350 км. 4. Движущей силой литосферных плит является химико-плотностная и тепловая конвекция мантийного вещества. Движение плит направлено от областей, где к подошве литосферы подходит восходящий конвекционный поток, к тем районам, где конвекционный поток трансформируется в нисходящий конвекционный поток. 5. Скорость раздвижения (спрединга) литосферных плит в рифтовых долинах Мирового океана примерно совпадает со скоростью поглощения плит в зонах субдукции. 6. Движения литосферных плит по поверхности Земли носят закономерный характер и описываются теоремой Л. Эйлера. Из основных положений тектоники литосферных плит следует, что тектономагматическая активность концентрируется в основном на границах плит, а в пределах самих плит интенсивность магматических процессов существенно снижается. [1] 8 тектонических и 9 Глава 3. Типы границ литосферных плит и процессы, протекающие в их пределах. По характеру взаимодействия границы литосферных плит подразделяются на дивергентные, конвергентные и трансформные (см.рис.3). Дивергентным границам (границам наращивания) плит соответствует глобальная рифтовая система океанов, а иногда и континентов. Образование этих границ обусловлено восходящими мантийными конвекционными потоками и вызывается процессами спрединга. Спрединг – это процесс формирования океанической коры в рифтовых зонах. То есть, при расхождении двух смежных плит (см. рис. 4) мантийное горячее вещество поднимается и заполняет образующийся промежуток. С некоторого уровня поднимающееся из глубин мантийное вещество начинает плавиться. Поскольку базальтовая компонента мантии имеет сравнительно низкую температуру плавления, то из мантии, прежде всего, выплавится базальт, из которого и образуются впоследствии верхние слои океанической коры. Рисунок 4. Дивергентная граница литосферных плит при спрединге. [2] В океанических рифтах в результате спрединга формируется новая океаническая кора. Если же дивергентная граница образуется на континенте, то формируется континентальный рифт, который впоследствии превратиться в океанический бассейн с океаническим рифтом в центре. В настоящее время скорость спрединга в различных рифтовых зонах Мирового океана неодинакова. Например, 10 Австралия удаляется от Антарктиды со скоростью 7 см в год; Южная Америка от Африки – 4 см в год; Северная Америка от Европы – около 2 см в год. Конвергентные границы (границы поглощения) плит связаны с погружениями края одной литосферной плиты под другую или со столкновением Конвергентные мощных границы континентальных возникают над литосферных нисходящими плит. мантийными конвекционными течениями. Таким образом, образование этих границ обусловлено процессами субдукции, обдукции и коллизии. Субдукция – это процесс погружения океанической плиты под континентальную плиту или другую океаническую. То есть, если литосферные плиты, одна из которых имеет более мощную континентальную земную кору, а другая – менее мощную океаническую земную кору, сближаются, то океаническая плита подвигается под край континентальной плиты (см. рис. 5) с сопутствующими проявлениями складчатости, разрывов, метаморфизма и магматизма. Это объясняется тем, что океаническая плита имеет большую плотность, и как более тяжелая она опускается. В глубинных слоях мантии океаническая плита снова расплавляется, тем самым компенсируется ее появление в зонах спрединга. На дивергентных границах литосферных плит происходит не только разрушение океанических плит за счет их погружения в мантию и переплавления, но и создание нового типа коры – континентальной. Рисунок 5. Конвергентная граница литосферных плит при субдукции.[2] 11 При этом субдукция характеризуется образованием глубоководных желобов, а на суше – гор. К примеру, у берегов Южной Америки находятся глубоководные Перуанский и Чилийский желоба, а высокогорные районы Анд, протянувшиеся вдоль побережья, изобилуют действующими и потухшими вулканами. В случае надвигания океанической плиты на другую океаническую плиту край одной плиты несколько поднимается, образуя островную дугу, а другой погружается, формируя желоба. Причем, погружаться будет более древняя (то есть более остывшая и плотная) океаническая плита. Так, в Тихом океане образовались Алеутские острова и обрамляющий их желоб, Курильские острова и Курило-Камчатский желоб, Японские острова, Марианские острова и желоб. А в Атлантическом океане – Антильские острова и желоб Пуэрто-Рико. В более редких случаях происходит обдукция – процесс, в результате которого океаническая плита надвигается на континентальную. Подтверждением возможности такого процесса являются находки офиолитов (реликтов океанической коры) в разновозрастных складчатых поясах. Офиолиты состоят из ультраосновных магматических пород, в связи с чем их раньше считали магматическими внедрениями в осадочную толщу геосинклиналей. Но офиолиты имели холодные контакты с вмещающими осадочными породами без следов обжига, с явными признаками сдвиговых деформаций вдоль поверхностей контактов. То есть все это указывает на то, что офиолитовые покровы внедрились в континентальную кору в форме надвигов под действием мощных горизонтальных сил. [1] Благодаря процессам обдукции возникли офиолиты Кипра, Новой Каледонии, Омана и другие. Коллизия – это столкновение мощных континентальных литосферных плит. То есть, если в зону субдукции вместе с океанической плитой придвигается континент или крупные массивы подводных гор, которые из-за своей легкости не могут погрузиться в мантию на значительную глубину, то 12 дальнейшие процессы субдукции становятся невозможными. В силу того, что движения литосферных плит продолжаются, происходит их столкновение, результатом которого становится образование горноскладчатых сооружений (см. рис. 6). Рисунок 6. Конвергентная граница литосферных плит при коллизии. [2] Типичным примером современной коллизионной горноскладчатой области может служить современный Альпийско-Гималайский пояс. Он возник на месте обширного океана Тетис в результате закрытия океана и столкновения Евразийской плиты с Африканской и Индийской. Трансформные границы (границы скольжения) характеризуются сдвиговыми движениями литосферных плит друг относительно друга без существенного расхождения или схождения. На трансформных границах не происходит ни наращивания, ни поглощения литосферы, плиты просто скользят друг относительно друга, но обычно обнаруживается некая составляющая растяжения или сжатия. Как правило, такие границы соединяют границы других типов – чаще всего дивергентные (см. рис. 7), реже конвергентные или дивергентные с конвергентными. 13 Рисунок 7. Трансформная граница литосферных плит. К границам подобного типа относятся трансформные разломы океанов (Челленджер и Элтанин в Тихом океане; Атлантис, Романш, Гиббс в Атлантическом океане; Оуэн и Амстердам в Индийском океане) или крупные сдвиги на континентах (разлом Сан-Андреас в Северной Америке). 14 Глава 4. Геологические следствия тектоники литосферных плит. Тектоника литосферных плит открыла новый подход к выявлению основных закономерностей размещения полезных ископаемых на поверхности Земли – большинство эндогенных месторождений формируется по краям литосферных плит. Главная особенность крупных локальных скоплений в земной коре рудных и рассеянных элементов заключается в том, что их концентрация в мантии ничтожно мала, тогда как в месторождениях она возрастает в тысячи раз. Кроме того, вещество всей мантии за 4 млрд лет тектонической активности Земли оказалось хорошо перемешанным и однородным по составу. Здесь нет каких-либо локальных неоднородностей. Выяснилось, что основная масса эндогенных полезных ископаемых в континентальной коре могла формироваться только благодаря действию многоступенчатого процесса обогащения коры рудными элементами. Первая ступень обогащения земной коры рудными элементами происходит в рифтовых зонах на океаническом дне. В гидротермальных системах рифтовых зон в океаническую кору и гидросферу выносятся гигантские массы халькофильных рудных элементов и кремнезема, формируются сульфидные проявления цинка, меди свинца, многих рудных элементов, в том числе железа, цинка, марганца и рассеянных элементов. Вторая ступень обогащения континентальной земной коры литофильными и рудными элементами происходит в зонах субдукции за счет выноса элементов из океанической коры. Перенос элементов в континентальную кору происходит благодаря процессам дегидратации и переплавления затянутых в эти зоны терригенных осадков. При этом освобождается связанная в гидросиликатах вода и возникают мощнейшие горячие и минерализованные флюидные потоки, переносящие с собой в континентальную кору большое количество прежде рассеянных элементов. Теория тектоники литосферных плит подсказывает третий механизм обогащения месторождений эндогенных полезных ископаемых рудными 15 элементами. Известно, что экзогенные процессы выветривания и накопления осадков, часто протекающие с активным участием живых организмов и растений, чрезвычайно сильно влияют на перераспределение элементов в пределах самой земной коры. С течением времени эти осадки обогащаются рудными элементами, и в зависимости от их состава будут формироваться различные типы месторождений. [3] Таким образом, в различных генетических типах земной коры дивергентных и конвергентных зон рудное и рассеянное вещество проходит различные стадии обогащения. Тектоника литосферных плит внесла исключительно весомый вклад и в нефтяную геологию. Имеющийся опыт нефтегазопоисковых работ свидетельствует о том, что для формирования областей максимальных концентраций запасов нефти или газа наиболее благоприятны те области литосферы, которые в течение рассматриваемого геологического отрезка времени обладали сравнительно более высокими параметрами палеогеотермического градиента и повышенным тепловым потоком Земли. Наиболее энергетически активными для этого являются фаза морского рифта, проявляющаяся в начале раскрытия океанов и субдукционнообдукционная фаза, завершающая их развитие. Кроме высокой термической и сейсмической активности, что является определяющим фактором быстрой трансформации органического вещества в углеводородные соединения, эти фазы характеризуются накоплением значительных осадочных масс, обогащенных органикой, и максимальной раскрытостью недр, что создает благоприятные условия для взаимного обмена флюидами поверхностных и глубинных сфер. [1] Кроме всего прочего, активизация тектонических процессов по границам плит (землетрясения, вулканизм, цунами) очень сильно влияет на существование всей планеты. Они вызывают катастрофические экологические ситуации и, как правило, сопровождаются огромными потерями. 16 В мире известны два наиболее опасных сейсмических пояса: первый протягивается вдоль берегов Тихого океана, образуя тихоокеанское «огненное кольцо», второй простирается от Пиренейского полуострова до Малайского архипелага. Из-за высокой плотности населения именно на второй, так называемый Альпийско-Гималайский, пояс приходится до 75 % человеческих жертв от землетрясений за последние десятилетия. К экологическим последствиям активизации тектонических процессов можно отнести: массовую гибель и поражение людей и животных; нарушение устойчивости природных экосистем; разрушение и затопление населенных пунктов; резкое ухудшение санитарной обстановки и другое. 17 Заключение Данная лабораторная работа была направлена на более подробное изучение литосферы и литосферных плит, а также тектоники литосферных плит, которая рассматривает их движения и взаимодействия. В ходе лабораторной работы мы ознакомились с общими сведениями о литосфере и литосферных плитах, с понятием тектоники литосферных плит, определили различные типы литосферных плит (главные-малые, континентальные-океанические-смешанные), выделили существующие типы границ литосферных плит (дивергентные, конвергентные и трансформные). Также мы изучили и проанализировали, какие геологические следствия имеет тектоника литосферных плит. Таким образом, изучение эволюции тектоники литосферных плит исследуемого района может быть важным фактором при геологических и поисково-разведочных работах. С тектоникой литосферных плит связаны проблемы формирования месторождений полезных ископаемых, проблемы происхождения и образования нефти и газа, экологические проблемы, которые требуют поиска необходимых решений. 18 Литература 1. Гаврилов В. П. Геодинамика. М.: МАКС Пресс, 2007. – 346 с. 2. Глобальные черты рельефа Земли: материки и океаны // Образовательный проект URL: https://projecteducation.ru/explore/materiki-i(дата strany/item/126-globalnye-cherty-relefa-zemli-materiki-i-okeany обращения: 21.11.20). 3. Полезные ископаемые // URL: http://plate- tectonic.narod.ru/tectonic45photoalbum.html (дата обращения: 22.11.20). 4. Теория тектоники литосферных плит http://www.pegmatite.ru/My_Collection/mineralogy/6tr.htm 20.11.20). 19 (дата // URL: обращения:
