Тектоника литосферных плит

1. МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙУНИВЕРСИТЕТ»
ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА EG
Кафедра геологии месторождений нефти и газа
ГЕОЛОГИЯ
Направление 21.03.01
«Нефтегазовое дело»
(уровень бакалавриата)
Ст. преподаватель
кафедры ГНГ
Кирилл Александрович
Галинский
[email protected]
Форма обучения: Очная (4 года)
Курс: 1, Семестр: 1 (экзамен)
Аудиторные занятия: 51 час, из них
Лекционные занятия: 34 часов
Практические занятия: 17 часов
Тюмень-2018

2. Тектоника литосферных плит

ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Процессы внутренней динамики
Тектоника
литосферных плит

3.

Тектоника (англ. – tectonics)-это раздел
геологии, занимающийся изучением общего
строения верхней части земной корыизучением региональных структур или форм
деформации, их взаимоотношений,
происхождения и исторического развития.
Выделяют ТЕКТОНИКУ региональную,
историческую,
экспериментальную, внутриплитную, горячих
полей, плит, литосферных плит, малых плит,
плюмов и др.
(Национальный исследовательский Томский
государственный университет, Проф. Парначев В.П.,
Краткий словарь современных тектонических терминов)
3

4.

• Тектоническая активность Земли интенсивность
протекания
всей
совокупности геологических процессов,
приводящих к деформациям ее литосферной
оболочки и проявлениям любых форм
магматизма в пределах этой оболочки
• Эпохи
наиболее
интенсивного
и
синхронного проявления складчатости,
магматизма и метаморфизма на разных
континентах выделяются в качестве фаз
диастрофизма
4

5. Фазы диастрофизма (справочно) (по Салопу, 1982; Condie, 1998, 2000)

Этап
Фаза
Время, млрд., лет
4-й
Альпийская
0,05
Герцинская
0,26
Каледонская
0,42
Катангская
0,67
Гренвильская
1,05
Авзянская
1,25
Кибарская
1,4
Выборгская
1,6
Карельская
1,9
Селецкая
2,4
Кеноранская
2,7
3-й
Суперконтинент
Пангея
Мезогея
Мегагея (Пангея-I)
Моногея( Пангея-0)
5

6. Фазы диастрофизма (по Салопу, 1982; Condie, 1998, 2000)

Этап
Фаза
Время, млрд., лет
2-й
Барбетонская
3,0
Свазилендская
3,15
Белингвийская
3,4
Саамская
3,6
Готхобская
4,0
1-й
Суперконтинент
Оценкой средней тектонической активности Земли может
служить скорость относительного перемещения литосферных
плит, которая зависит от интенсивности мантийной конвекции
(определяется глобальной энергетикой Земли)
6

7. Этапы тектонического развития (Аплонов, 2001)

Этапы
тектонического
(Аплонов, 2001)
развития
1 - пассивный катархейский (4,6 - 4,0 млрд. лет назад)
2 - исключительно активный архейский (4,0 - 2,6 млрд.
лет назад)
3-умеренно активный (спокойный) протерозойско
фанерозойский (2,6 -0,26 млрд. лет назад)
4 - будущий этап тектонической смерти Земли
(семинарское занятие!)
7

8.

ОСНОВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ
ПОЗИЦИИ
• В античное время существовали свои
теории, но первое более или менее
научное объяснение связывают с
именами
М.В.
Ломоносова
и
шотландца Дж. Хаттона.
• Они
полагали,
что
поднятия
образуются в результате подъема
магмы и процессов вулканизма, в том
числе с поднимающейся магмой
связано и появление складчатых
дислокаций.
8

9.

Развитие
теории
тектоники плит
• Контракционная теория
• Теория геосинклиналей
• Теория дрейфа
материков
• Новейшая тектоника
литосферных плит
9

10. Контракционная гипотеза

Контракционная гипотеза (гипотеза
контракции) — гипотеза, объясняющая
процессы горообразования и образования
складчатости земной коры уменьшением
объёма Земли при её охлаждении. (Земля
остывает подобно испечённому яблоку, и на
ней появляются морщины в виде горных
хребтов)
В соответствии с гипотезой о происхождении СС
Земля на начальных стадиях своей эволюции
была раскалённым расплавленным шаром и
земная кора образовалась при охлаждении его
поверхности. При дальнейшем охлаждении
Земли, сопровождающимся уменьшением её
объёма, должна уменьшаться и площадь её
поверхности, что, в свою очередь, должно
первоначально вызывать появление
неровностей — «морщин» на её поверхности.
10

11. Теория геосинклиналей

Контракционная гипотеза
Принцип
изостазии
Согласно этой концепции Земля
состоит из гранитов (континенты)
и базальтов (океаны).
При сжатии Земли в океанахвпадинах возникают
тангенциальные силы, которые
давят на континенты. Последние
вздымаются в горные хребты, а
затем разрушаются.
Материал, который получается в
результате разрушения,
откладывается во впадинах.
11

12. Теория дрейфа материков

Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний
западного побережья Африки и восточного Южной Америки. Если эти
континенты сдвинуть, то они совпадают, как если бы образовались в
результате раскола одного праматерика.
Другим направлением доказательства теории стали палеоклиматические
реконструкции, палеонтологические и биогеографические аргументы.
Многие животные и растения имеют ограниченные ареалы, по обе
стороны Атлантического океана. Они очень схожи, но разделены
многокилометровым водным пространством, и трудно предположить, что
они пересекли океан.
12

13. Палеомагнетизм

К началу 1960-х годов была составлена
карта рельефа дна Мирового океана,
которая показала, что в центре океанов
расположены срединно-океанические
хребты, которые возвышаются на 1,5—
2 км над абиссальными равнинами,
покрытыми осадками. Эти данные
позволили выдвинуть
гипотезу спрединга. Согласно этой
гипотезе,
в мантии происходит конвекция со
скоростью около 1 см/год.
Восходящие ветви конвекционных ячеек
выносят под срединно-океаническими
хребтами мантийный материал, который
обновляет океаническое дно в осевой
части хребта каждые 300—400 лет.
Континенты не плывут по океанической
коре, а перемещаются по мантии, будучи
пассивно «впаяны» в литосферные плиты.
Согласно концепции спрединга,
океанические бассейны — структуры
непостоянные, неустойчивые, континенты
же — устойчивые.
13

14. Новейшая тектоника литосферных плит

Основная идея новой
теории базируется на
признании разделения
литосферы, т.е. верхней
оболочки Земли,
включающей земную кору и
верхнюю мантию до
астеносферы, на восемь
самостоятельно крупных
плит, не считая ряда
мелких.
Эти плиты в своих
центральных частях
лишены сейсмичности, они
тектонически стабильны,
а вот по краям плит
сейсмичность очень
высокая, там постоянно
происходят
землетрясения.
Следовательно, краевые
зоны плит испытывают
больше напряжения, т.к.
перемещаются
относительно друг друга.
14

15.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
ТЕКТОНИКИ ПЛИТ
15

16.

Конвекция в астеносфере —
главная причина движения
плит.
Конвекция магмы дифференциация
химического состава магмы в
результате снижения T и P,
обусловливающих отделение
основной фазы,
растворенной в магме.
Верхняя часть твёрдой Земли
делится на хрупкую
литосферу и пластичную
астеносферу.
16

17.

Современная литосфера делится на 8 крупных плит, десятки
средних плит и множество мелких. Мелкие плиты расположены в
поясах между крупными плитами. Сейсмическая, тектоническая и
магматическая активность сосредоточена на границах плит.
Крупнейшие литосферные плиты
Австралийская плита
Антарктическая плита
Аравийский субконтинент
Африканская плита
Евразийская плита
Индостанская плита
Плита Кокос
Плита Наска
Плита Хуан Де Фука
Тихоокеанская плита
Северо-Американская плита
Сомалийская плита
Южно-Американская плита
Филиппинская плита
17

18.

Литосферные плиты в
первом приближении
описываются как
твёрдые тела, и их
движение подчиняется
теореме вращения
Эйлера. (любое
движение на Земле есть вращение)
18

19. Литосферные плиты Земли и типы границ между ними

19

20.

Существует три
основных типа
относительных
перемещений плит:
• 1. расхождение (дивергенция),
выражено рифтингом и
спредингом;
• 2. схождение (конвергенция),
выраженное субдукцией и
коллизией;
• 3. сдвиговые перемещения по
трансформным геологическим
разломам.
20

21.

Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит.
Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального
растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных
линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют
рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединноокеанических хребтам в океанических бассейнах.
Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным
линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе
растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой
грабенообразные структуры. Закладываться рифты могут и на континентальной,
и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную
относительно оси геоида.
При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву
сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт
океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва
континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).
21

22. Рифтогенез на дивергентных границах

22

23.

Процесс раздвижения
плит в зонах океанских
рифтов (срединноокеанических хребтов)
сопровождается
образованием новой
океанической коры за
счёт магматических
базальтовых расплав
поступающих из
астеносферы.
Такой процесс
образования новой
океанической коры за
счёт поступления
мантийного вещества
называется спрединг
(от англ. spread –
расстилать,
развёртывать).
23

24. Строение срединно-океанического хребта (СОХ)

В ходе спрединга каждый импульс
растяжения сопровождается
поступлением новой порции мантийных
расплавов, которые, застывая,
наращивают края расходящихся от оси
СОХ плит. Именно в этих зонах
происходит формирование молодой
океанической коры.
1 – астеносфера,
2 – ультраосновные породы,
3 – основные породы
(габброиды),
4 – комплекс параллельных
даек,
5 – базальты океанического
дна,
6 – сегменты океанической
коры, образовавшие в разное
время (I-V по мере
удревнения),
7 – близповерхностный
магматический очаг (с
ультраосновной магмой в
нижней части и основной в
верхней),
8 – осадки океанического дна
(1-3 по мере накопления)
24

25.

Конвергентные границы
Конвергентные
границы – границы,
вдоль которых
происходит
столкновение плит.
Главных вариантов
взаимодействия при
столкновении
может быть три:
«океаническая –
океаническая»,
«океаническая –
континентальная» и
«континентальная континентальная»
литосфера.
В зависимости от
характера
сталкивающихся
плит, может
протекать
несколько различных
процессов.
25

26.

Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную
или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым
частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами
(являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы
приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.
При столкновении континентальной и океанической плит естественным
явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край
континентальной; при столкновении двух океанических погружается
более древняя (то есть более остывшая)
Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами
землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей
плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем
окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила
название зона Беньофа-Заварицкого. плотная) из них.
В зонах субдукции начинается процесс формирования новой
континентальной коры.
26

27.

Островные дуги — цепочки
вулканических островов
над зоной субдукции,
возникающие там, где одна
океаническая плита
погружается под другую.
В качестве типичных
современных островных дуг
можно
назвать Курильские, Алеутские
острова и многие другие
архипелаги.
27

28. Формирование залежей углеводородов в тылу островных дуг

Задуговой спрединг
сопровождается
гидротермальной
деятельностью и активными
тектоническими движениями в
трещиноватых и разломных
структурах, способствующими
формированию скоплений
углеводородов (УВ).
28

29.

Значительно более редким процессом
взаимодействия континентальной и океанской
плит служит процесс обдукции – надвигания
части океанической литосферы на край
континентальной плиты. Следует подчеркнуть,
что в ходе этого процесса происходит расслоение
океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя
часть – кора и несколько километров верхней
мантии.
29

30.

При столкновении континентальных плит, кора которых более
лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в
неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии
края сталкивающихся континентальных плит дробятся,
сминаются, формируются системы крупных надвигов, что
приводит к росту горных сооружений со сложным складчатонадвиговым строением.
Классическим примером такого процесса служит столкновение
Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом
грандиозных горных систем Гималаев и Тибета.
Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая
закрытие океанического бассейна.
30

31. Формирование залежей углеводородов в зоне коллизии литосферных плит

1. Строение литосферных плит под
океанами Атлантического типа;
2, 3. Начальная стадия закрытия
океана, образование островной
дуги на месте древней рифтовой
зоны;
4, 5. Столкновение островной дуги
с окраиной одного из континентов;
6, 7. Столкновение континентов и
возникновение краевых прогибов в
условиях конвергенции
литосферных плит.
1
2
3
4
5
6
7
31

32.

Трансформные границы –
границы, вдоль которых
происходят сдвиговые
смещения плит.
Сдвиг — смещение одних
блоков горных пород
относительно других
преимущественно в
горизонтальном
направлении по разлому
32

33. Трансформные разломы

Трансформные разломы – особый кинематический тип
разрывов со сдвиговым смещением, которые переносят,
трансформируют горизонтальное движение литосферы от
одной активной границы (дивергентной или конвергентной) к
другой.
33

34.

Сдвиговые границы плит на континентах
встречаются относительно редко. Пожалуй,
единственным ныне активным примером границы
такого типа является разлом Сан-Андреас,
отделяющий Северо-Американскую
плиту от Тихоокеанской.
800-мильный разлом Сан-Андреас — один из самых
сейсмоактивных районов планеты: в год плиты
смещаются относительно друг друга на 0,6 см,
землетрясения с магнитудой более 6 единиц
происходят в среднем раз в 22 года. Город СанФранциско и большая часть района бухты СанФранциско построены в непосредственной близости
от этого разлома.
34

35.

Объём поглощённой
в зонах субдукции
океанской коры
равен объёму коры,
возникающей в
зонах спрединга.
Это положении
подчёркивает
мнение о
постоянстве
объёма Земли.
Перемещение
литосферных плит
вызвано их
увлечением
конвективными
течениями в
астеносфере.
35

36. Недостатки тектоники литосферных плит

*Распределение более разогретых и менее разогретых
областей в мантии соответствует картине
распределения литосферных плит и континентов
и океанов лишь до глубин 300 — 400 км максимум,
ниже эта картина существенно другая. Это
означает, что названная глубина, отвечающая
границе верхней и средней мантии, является нижним
пределом действия тектоники плит.
*Тектоника литосферных плит до сих пор остаётся
кинематической теорией для глобальных процессов,
поскольку математическое моделирование с
расчётом сил производится только для отдельных
регионов.
*Полный набор признаков, свидетельствующих
о проявлении механизма тектоники плит, известен
лишь для последнего миллиарда лет, что
обуславливает ограниченность во времени.
36

37.

37

38.

38

39.

39

40.

40

41.

41

42.

42

43.

43

44.

44

45.

45

46.

46

47.

47

48.

48

49.

49

50.

50

51.

51

52.

52

53.

53

54.

54

55.

55

56.

56

57.

57

58.

58

59.

НЕКОТОРЫЕ ГЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ
ГИПОТЕЗЫ
59

60.

Гипотеза мобилизма (гипотеза дрейфа
материков) – создана немецким
геофизиком А. Вегенером в 1912 г.
Допускается возможность
горизонтального перемещения
материков.
По мнению А. Вегенера, в мезозое (Mz) все
материки были соединены в один
суперконтинент Пангею.
Он начал раскалываться в юре с
образованием современных материков. В
результате расхождения континентов
между ними образовались океаны.
60

61.

Геосинклинальная гипотеза (Дж. Холл, Д. Дэна).
• Горно-складчатые структуры возникли на
месте прогибов, ранее выполнявшихся
разнообразными морскими отложениями.
• За прошедшее столетие учение о
геосинклиналях сформировалось в стройную
концепцию, но страдало одним
существенным недостатком: оно не давало
геодинамической интерпретации
наблюдаемых конкретных закономерностей
развития отдельных геосинклиналей.
61

62.

• Смысл геосинклинальной идеи: в условиях
тектонического растяжения в земной
коре образуется прогиб.
• Процесс сопровождается подводными
вулканическими излияниями, накоплением
глубоководных терригенных и
кремнистых отложений.
• Затем возникают поднятия, структура
прогиба усложняется за счет размыва
поднятий. Распределение фаций
становится более сложным.
62

63.

• В дальнейшем поднятия разрастаются,
происходит инверсия прогибов,
внедряются гранитные интрузивы и все
отложения сминаются в складки. На
месте геосинклинали возникает горное
поднятие.
• Впоследствии горно-складчатое
сооружение размывается и ороген
превращается в пенепленизированную
равнину.
63

64.

• Гипотеза фиксизма. (В.В. Белоусов, 1942 г.,
Р.В. ван Беммелен)
• Основана на представлениях о существовании
только вертикальных движений, механизм
которых связан с дифференциацией вещества
мантии.
• В нижней мантии вещество плавится и в виде
огромных перевернутых капель – астенолитов
– поднимается к подошве литосферы и в
случае ее проницаемости частично изливается
на поверхности Земли в виде базальтов.
64

65.

• Утяжеленная земная кора при этом
прогибается, возникают геосинклинальные
прогибы.
• Затем литосфера остывает, проницаемость ее
уменьшается, а астенолиты, не находя выхода
на поверхность, вызывают вертикальные
перемещения отдельных блоков литосферы,
что приводит к образованию орогенов.
65

66. Классификация тектонических движений

I.
ПО НАПРАВЛЕНИЮ ДВИЖЕНИЯ:
1) Вертикальные
2) Горизонтальные
II. ПО ВРЕМЕНИ ПРОЯВЛЕНИЯ:
1) Современные (2 млн. лет)
2) Новейшие (2-20 млн. лет). Ими формируется современный
рельеф Земли.
III. ПО ОБЛАСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ:
1) Поверхностные. Охватывают осадочный слой. Вызываются
явлениями движения пластичных пород (соскальзывание
осадочных пород)
2) Коровые. Область проявления-земная кора. Обусловлены
процессами в астеносфере.
3) Глубинные. Охватывают мантию. Обусловлены процессами
в слое ДУБЛЬ-ПРИМ и в ядре.
4) Общепланетарные. Происходят по всему диаметру земного
шара.
66