Геологические структуры на космических снимках, страница 2

КОЛЬЦЕВЫЕ СТРУКТУРЫ

Кольцевые структуры, иначе называемые изометричными, концентрическими, центрального типа, ринг-структурами, представляют собой геологические тела разного генезиса и возраста, у которых есть центр симметрии. Выявляются они различными методами: геологической съемкой, геоморфологическими, геофизическими. На КС эти структуры выражаются спектрометрическими аномалиями и рисунками изображения и подчеркиваются нередко системами концентрических и дуговых элементов. Кольцевые структуры известны давно, но с появлением КС они стали предметом особого внимания геологов. Большой интерес к ним вызван не только

тем, что благодаря КС кольцевые структуры стали устанавливаться повсеместно, а главным образом потому, что более чем к 70% из них оказались приурочены различные виды полезных ископаемых.

Размеры кольцевых структур – от десятков километров до многих сотен и первых тысяч километров в поперечнике. Происхождение их разнообразно, а распространение на континентах примерно равномерно. Однако кольцевые структуры различных генетических типов группируются в разных по геологическому строению и истории развития регионах. Расположение их отражает латеральные структурно-вещественные неоднородности разных глубинных уровней Земли.

Общепринятая генетическая классификация включает моногенные кольцевые структуры, образованные под влиянием одного ведущего геологического процесса, и сложные полигенные кольцевые образования. Среди моногенных различаются эндогенные, экзогенные и космогенные кольцевые структуры. Эндогенные структуры могут быть образованы тектоническими движениями (тектоногенные), магматической деятельностью (магматогенные) и разнообразными эндогенными процессами, которые сопровождаются изменениями ранее существовавших горных пород и образованием новых (метаморфогенные).

Эндогенные кольцевые структуры

Тектоногенные кольцевые структуры пользуются широким развитием на всех континентах в пределах плит древних и молодых платформ. Образование их связано в основном с вертикальными тектоническими движениями, поднятиями и опусканиями кристаллического фундамента. Положительные структуры представлены антеклизами – пологими крупными погребенными поднятиями фундамента, сводами, куполами. Некоторые из них обусловлены изостатическим всплыванием относительно легких гранитоидных массивов среди вмещающих пород субстрата и деформацией перекрывающих осадочных толщ, создающих дистанционный образ кольцевой структуры (Астраханский свод в Прикаспии, Бузачинский на Туранской плите, Вартовский, Ханты-Мансийский на Западно-Сибирской плите). Кольцевые структуры образуют также прорванные и невскрытые поднятия подсолевого ложа – соляные купола (Прикаспийский прогиб). Отрицательные кольцевые структуры соответствуют синеклизам – пологим, почти плоским крупным погребенным впадинам фундамента, прогибам и синклинальным складкам осадочного чехла. Статистическим анализом выявлено преобладание среди макроструктур (диаметром в первые сотни километров) отрицательных форм, среди министруктур (в первые десятки километров) – положительных и примерно равное количество положительных и отрицательных кольцевых мезоструктур диаметром от многих десятков до 150 км [2].

Еще малоизученными остаются ротационные тектонические структуры, образование которых связано с горизонтальным поворотом блоков.

Магматогенные структуры широко распространены как на платформах, так и в складчатых областях и составляют более половины всех выявленных на космических снимках кольцевых структур.

С мантийным магматизмом связано образование плутонических структур щелочно-ультраосновного состава (Бушвельдский в ЮАР, Хибинский и Ловозерские плутоны на Балтийском щите), а также малых интрузий, в том числе кимберлитовых, развитых на платформах (Сибирской, Африканской). Вулканические и вулканоплутонические структуры небольшого диаметра, приуроченные к зонам глубинных разломов, характерны для трапповых полей древних платформ, сложенных основными темными и плотными магматическими породами (Тунгусское на Сибирской платформе, Деканское в Индостане). В кайнозойских областях рифтогенеза и растяжения земной коры (Восточно-Африканская рифтовая зона) развиты крупные сводовые поднятия, обрамленные стратовулканами и щитовыми вулканами.

Плутонические структуры, связанные с коровым магматизмом, развиты в складчатых поясах различного возраста (Средиземноморский, Верхояно-Чукотский, Северо- и Южно-Американский). Реже они встречаются на платформах (Коростельский на Восточно-Европейской платформе, Ахаггар на Африканской). Эти структуры образованы гранитоидным плутонизмом и представлены крупными батолитами, имеющими большую вертикальную мощность, изометричными штоками, кольцевыми и коническими интрузиями. Границы их на КС могут полностью совпадать с контурами выхода плутона на поверхность или быть больше, включая породы рамы. Нередко встречаются кольцевые структуры, где интрузив совсем не вскрыт эрозией. Небольшие интрузивы обычно объединены в крупную кольцевую структуру, отражающую наличие на глубине единого магматического очага. Контрастность их на снимках зависит от глубины интрузии: чем ближе к поверхности, тем они более явно проявлены.

Вулканические и вулканоплутонические структуры, связанные с коровым магматизмом, распространены в континентальных вулканических поясах. Представлены они положительными обширными поднятиями фундамента поясов или чаще отрицательными структурами. Наиболее типичны среди них вулканические депрессии округлой или овальной формы. Внутренние части таких вулканоструктур испытывают пассивное проседание над опустошающимися магматическими очагами, а внешние

контуры их подчеркиваются системой радиальных сбросов.

Вулканотектонические структуры отличаются крупными размерами (до 400-600 км в диаметре) и являются длительно развивающимися тектоническими депрессиями, заполненными вулканическими и вулканогенно-осадочными породами.

Метаморфогенные кольцевые структуры разделяются на гнейсовые складчатые овалы и гранитогнейсовые купола [2].

Гнейсовые складчатые овалы образованы выступами сформировавшейся в архее (4-2,5 млрд лет назад) гранитно-метаморфической оболочки земной коры или фрагментами древних платформ. Они имеют большие размеры (сотни километров) и наиболее характерны для щитов древних платформ (Алданский, Балтийский, Украинский, Канадский), но во многих случаях обнаружены и под платформенным чехлом.

Гранитогнейсовые и мигматитовые купола (мигматит – сложная горная порода, образовавшаяся за счет инъекции и пронизывания магмой боковых горных пород или частичного их расплавления) связаны с процессами гранитизации и магматического диапиризма – внедрения путем механического раздвигания вмещающих пород магмой. Они обычно располагаются в виде сателлитов вокруг гнейсовых складчатых овалов.

Экзогенные кольцевые структуры

Физико-геологические процессы, протекающие на поверхности Земли, могут также приводить к образованию кольцевых структур, например: карстовых (при растворении и выщелачивании горных пород поверхностными и подземными водами), суффозионных (при выносе подземными водами тончайших частиц), термокарстовых (при вытаивании подземного льда) просадок и т.п. Они имеют обычно небольшие размеры, но нередко являются индикаторами развития структур тектонического генезиса.

Космогенные кольцевые структуры

На космических снимках выявляются кольцевые структуры и внеземного происхождения. Это импактные структуры, образованные метеоритами (рис. 4). При их падении на Землю выделяется большое количество энергии. С огромными давлениями (до 100 ГПа) и температурой (до 2000?С) в точке соприкосновения метеорита с поверхностью (в мишени) в результате воздействия ударной волны образуются минералы высокобарических фаз кремнезема и других соединений, шоковые (или планарные) структуры минералов, импактиты (ударные брекчии, состоящие из стекла, цементирующего обломки пород и минералов), раздробленные и брекчированные породы.

Космогенные структуры имеют характерные морфологические особенности: небольшую глубину по сравнению с диаметром, кольцевой, периферийный вал вокруг воронки и центральную горку. Размеры их варьируют от нескольких десятков метров до 100 км (преобладают 2-33 км), а возраст известных структур – от современности (Сихотэ-Алинь) до 2 млрд лет (Вредефорт в Южной Африке). Импактные структуры большого размера с возрастом более 10 млн лет в основном утратили морфологические очертания округлых впадин, окруженных валом выбросов. Космогенные структуры, представляющие собой глубокие части эродированных метеоритных кратеров, называются астроблемами (в переводе с греческого – звездная рана). В настоящее время известны около 200 метеоритных кратеров и астроблем, 40 из них расположены на территории Канады.

Ведущим признаком космогенного генезиса структур является наличие метеоритного вещества в значительных количествах и следов шок-метаморфизма в породах. Похожие структуры и слагающие их породы и минералы образуются при специфическом вулканизме, связанном с природными химическими газовыми взрывами. При развитии близповерхностного газонасыщенного магматического очага в ходе неоднократных резких колебаний температур и давлений, катастрофически быстрого отделения огромного объема газов и их взрывного окисления может возникнуть вся гамма эффектов ударного метаморфизма. Эндогенное происхождение таких криптовулканических структур доказывается длительностью и сложностью процессов их образования, закономерной локализацией,

присутствием пород с признаками ударного метаморфизма за пределами структур, аналогией с породами явно эндогенного происхождения [1].

Нуклеары

Особую группу среди кольцевых структур Земли занимают сложно построенные полигенные кольцевые системы – нуклеары (нуклеус – ядро). Возникновение их связывается с нуклеарной стадией геологического развития Земли, сменившей лунную 4 млрд лет назад. Предполагается, что первоначально это были громадные кольцевые бассейны типа лунных или марсианских морей, на месте которых в процессе сложного осадконакопления и последующей гранитизации и метаморфизма возникли первые ядра континентальной коры материков [2]. В настоящее время в пределах древних платформ выделено 33 нуклеара. Самый крупный из них – Северо-Американский имеет диаметр по максимальной оси 3800 км. Несколько уступают ему в размерах Западно-Африканский (3600 км) и Амазонский (3200 км). Размеры самых маленьких нуклеаров (Оленекский, Прибалтийский) – 500 км. Некоторые нуклеары оказались разорванными в процессе перемещения литосферных плит (например, Южно- и Центрально-Африканский, западные части которых расположены в Южной Америке). Нуклеарные структуры оказали влияние на формирование древних континентальных блоков на протяжении всего фанерозоя, а некоторые предопределяют современные границы платформ. Внутри нуклеаров расположены архейские и протерозойские метаморфические, магматические и вулканогенно-осадочные комплексы и более молодые отложения фанерозоя, а по периферии некоторые из них оконтурены протерозойскими мобильными поясами, иногда рифтовыми системами или крупными дуговыми разломами (например, Танзанийский нуклеар в Африке с запада оконтурен Восточно-Африканской рифтовой системой).

ПЛОЩАДНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Площадные объекты на космических снимках имеют сложные очертания и представлены складчатыми и блоковыми тектоническими деформациями, структурно-вещественными комплексами горных пород, генетическими типами рыхлых отложений.

На космических снимках прежде и лучше всего отражены основные формы современного рельефа, которые определены в основных своих чертах позднекайнозойской (неотектонической) структурой, сформированной эндогенными процессами за последние 35-40 млн лет. Поэтому на снимках континентального уровня генерализации выделяются крупные латеральные неоднородности земной коры и литосферы с различной интенсивностью и направленностью (поднятия / опускания) новейших тектонических движений, границы которых совпадают с линеаментами. В орогенических областях такие площадные объекты представлены антиклинальными и синклинальными мегаскладками основания и мезозойско-кайнозойскими складками чехла (рис. 5), горстами, грабенами, впадинами разной морфологии, выраженными в рельефе. В платформенных областях, где фундамент, за исключением щитов, перекрыт чехлом осадочных отложений, а амплитуды тектонических движений и деформаций на порядок ниже, геологические структуры устанавливаются по косвенным, ландшафтно-индикационным признакам. Основными индикаторами их являются рельеф (характер расчлененности), экзогенные процессы и растительность. Денудационному рельефу, как правило, в структуре фундамента соответствуют выступы, горсты, а пониженным участкам с аккумулятивным рельефом – впадины, грабены.

На космических снимках более крупного масштаба и пространственного разрешения дешифрируются геологические тела, образованные стратифицированными толщами относительно выдержанного вещественного состава и однотипного характера дислоцированности (вещественно-структурные комплексы). Детальность их расчленения зависит от геолого-структурных и ландшафтно-климатических особенностей района. Наиболее высокая она в геологически открытых районах с литоморфным рельефом, где на современный денудационный срез выведены коренные породы разного возраста, и с

различными противоденудационными свойствами, нашедшими отражение в рельефе: крепкие породы образуют гряды, а менее прочные – межгрядовые понижения (рис. 2 и 5). В геологически закрытых районах плит, где на поверхности на больших площадях распространены четвертичные отложения, возможно выделение генетических типов четвертичных отложений (флювиальных, ледниковых, делювиальных). Информативность космических снимков разная в регионах с различным геологическим и геоморфологическим строением.

КС нашли широкое применение при геологических исследованиях, прогнозировании и поисках месторождений полезных ископаемых, изучении сейсмоопасных зон и активности экзогенных процессов (эрозионных, абразионных, карстово-суффозионных, склоновых обвально-оползневых), инженерно-геологических изысканиях, структурно-геоморфологических и неотектонических исследованиях, изучении шельфа, мониторинге геологической среды, в геоэкологии. Применению космической информации в геологии посвящено много работ, в том числе [6, 7].

ЛИТЕРАТУРА

1. Ваганов В.И., Иванкин П.Ф., Кропоткин П.Н. и др. Взрывные кольцевые структуры щитов и платформ. М.: Наука, 1985. 200 с.