Земная кора

Самая верхняя оболочка Земли — земная кора — существенно различается по составу и строению под континентами и океанами. Мощность континентальной коры варьирует от 25 до 75 км; в сред­нем она равна 35—40 км. Мощность твердой коры в океанических впадинах (без слоя воды) составляет всего 7—10 км (табл. 1.2).

Под континентами по скоростям распространения упругих волн в первом приближении выделяют три слоя: 1) осадочный, 2) гранит­но-метаморфический, или «гранитный», слагающие верхнюю ко­ру, 3) гранулито-базитовый, или «базальтовый» (нижняя кора). Как верхняя, так и нижняя кора образованы разнородными породами. Термины «осадочный», «гранитный» и «базальтовый» слои в боль­шей мере отражают интегральные физические характеристики этих слоев, нежели их реальный состав. Для осадочного слоя, который местами содержит большое количество вулканитов, характерно по­логое залегание пород и отсутствие высокоградного метаморфизма. Основание осадочного слоя четко фиксируется сейсмическими ме­тодами. Ниже располагается кристаллический фундамент, кото­рый представляет собой гра­нитно-метаморфический слой. Кроме гранитов и их метаморфических эквивален­тов — гнейсов, в строении этого слоя принимают учас­тие средние, основные и даже ультраосновные магматичес­кие породы, а также дисло­цированные и метаморфизо-ванные осадочные толщи. О составе и структуре верх­ней части коры до глубины 15—20 км можно судить по породам, выведенным на дневную поверхность.

Прямые данные о составе нижней коры отсутствуют. Физические характеристики и глубинные ксенолиты, вы­несенные вулканами, указы-

396			Таблица 1.2.Строение	земной коры
	Конти	нентальная кора			Океаническая кора
	Слои (цифры —	Скорость	Плотность,		Слои (цифры —	Скорость	Плотность,
	глубина, км)	продольных упругих волн, км/с	г/см3		глубина, км)	продольных упругих волн, км/с	г/см3
				Вода океана	1.5
					4.5
	Осадочный	2-5	2.5		I слой (рыхлые осадки) 5.0	1.6-2.5	2.1
	Гранитно-метамор­фический («гранитный») 15--20	5.5-6.5 к	2.7		IIслой (базальты) 7. 0-7. 5	4.0-6.0	2.8
	Гранулито-базито-вый («базальтовый»)	6.7-7.5	2.9		IIIслой (полно­кристаллические основные и ультраосновные породы)	6.4- 7.0	2.9
	35-40	М				М
	Перидотитовая верхняя мантия	8.0-8.4	3.3		Перидотитовая верхняя мантия	8.0-8.4	3.2

Примечание: К — поверхность Конрада, М — поверхность Мохоровичича

/. Глубинное строение Земли

вают на то, что в нижней коре преобладают метаморфизованные магматические породы основного и кислого составов. Первые пред­ставлены амфиболитами, пироксен-плагиоклазовыми и гранат-пи-роксен-плагиоклазовыми породами и кристаллическими сланцами (гранулитами), а вторые — плагиогнейсами тоналит-трондьемитово-го состава. Пропорции основных и кислых пород варьируют от ме­ста к месту, причем в основании нижней коры залегают преимуще­ственно метабазиты и ультрамафиты, а в верхней части нижней коры возрастает доля кислых пород. Например, верхние 5 км гранулито-базитового слоя, пересеченные Кольской сверхглубокой скважиной в интервале 6.8—12.6 км, сложены плагиогнейсами тоналит-трондь-емитового состава с прослоями амфиболитов.

Сейсмический раздел между «гранитным» и «базальтовым» сло­ями — граница Конрада, или поверхность К — прослежен в разных районах на неодинаковых глубинах и характеризуется разными гра­ничными скоростями, что указывает на неоднородность земной коры и условность деления ее на горизонтальные слои. В последние годы предложены более детальные геологические и геофизические модели континентальной земной коры, учитывающие специфику глубинного строения разных тектонических зон. Например, по дан­ным Н.И.Павленковой (1988 г.), для древних платформ характерна трехслойная земная кора с границами K₁ и К₂ на глубинах 12—15 и 25—30 км. Скорости распространения продольных упругих волн в верхнем слое равны 5.8—6.4, в среднем 6.4—6.7 и в нижнем — 6.8—7.4 км/с. Границу K₁ можно рассматривать как раздел между верхней и нижней корой, а поверхность К₂ — как верхнюю кромку насыщенной базитами и ультрамафитами зоны, расположенной вблизи основания континентальной коры.

Результаты глубокого и сверхглубокого бурения показывают, что многие сейсмические границы в земной коре отражают измене­ние не столько состава пород, сколько их напряженного состояния, пористости и проницаемости. Так, поверхность Конрада может фиксировать зоны разуплотнения в основании «гранитного» слоя, связанного с фильтрацией водных растворов, которые образуются при дегидратации водосодержащих минералов на начальной стадии регионального метаморфизма. В упомянутой выше Кольской сква­жине «гранитный» слой оказался сложенным протерозойскими вулканическими породами основного состава, а верхняя часть под­стилающего «гранулито-базитового» слоя — гранитоидными по­родами. В Саатлинской сверхглубокой скважине, пробуренной

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

в Куринской депрессии (Азербайджан), на уровне выступа «грану-лито-базитового» слоя, выделенного по геофизическим данным, были вскрыты юрские вулканические породы, более богатые крем­неземом, чем те, которые залегают выше и относятся к «гранитно­му» слою. В обеих скважинах распределение скоростей упругих волн по вертикали прежде всего контролируется механическими свойствами пород -— их пористостью, проницаемостью, степенью насыщения флюидной фазой. Эти данные подтверждают услов­ность деления земной коры на слои глобального распространения.

Верхняя и нижняя части континентальной коры различаются по механическим свойствам. Если в верхней коре преобладают хруп­кие разрывы, то в нижней коре возрастает значение пластических деформаций. Многие тектонические нарушения, достигая нижней коры, затухают или выполаживаются (листрические сбросы). Вну­три нижней коры прослежены пологие ослабленные зоны и срывы.

Нижняя кромка континентальной коры — граница Мохоровичи-ча, или поверхность М— фиксируется по резкому увеличению ско­рости распространения продольных упругих волн от 6.5—7.5 до 8.0—9.0 км/с, что соответствует смене основных пород нижней коры более плотными ультраосновными-ультрамафическими породами верхней мантии (см. табл. 1.2). Поверхность М наиболее уверенно прослеживается под древними кратонами. Под тектонически актив­ными зонами она нередко теряет определенность благодаря появле­нию горизонтов с промежуточными скоростями Vp=7.5-8.0 км/с. Та­кие скорости могут отражать зоны разуплотнения в самых верхах мантии, связанные с наличием относительно легких магматических масс, которые предполагаются, например, под современными риф­тами (Байкал, Рейнский грабен, рифты Восточной Африки). Скоро­сти продольных волн, равные 7.3—7.7 км/с, часто интерпретируют как «коромантийную смесь» — линзы тяжелого мантийного вещества среди более легкого материала коры. Такие линзы могут быть сложе­ны эклогитами, пироксенитами, горнблендитами.

Предложено несколько геохимических моделей, характеризую­щих средний состав верхней и нижней коры, а также континен­тальной коры в целом (табл. 1.3). Оценки среднего состава верхней коры, основанные на результатах изучения обнаженной ее части, во всех моделях оказываются сходными: верхняя кора имеет в сред­нем гранодиоритовый состав. Модельные составы нижней коры варьируют значительно шире. По А.А.Ярошевскому (1985 г.), гра-нулито-базитовый слой действительно имеет основной состав. Мо-

/. Глубинное строение Земли

Таблица 1.3. Средний химический состав континентальной земной

коры, мас.%

1 — А.А.Ярошевский, 1985 г., 2 — С.Р.Тейлор, С.М.МакЛеннан, 1988 г., 3 - К.Х.Ведеполь, 1991 г.

дель С.Р.Тейлора и С.М.МакЛеннана (1988 г.) предполагает, что, кроме базитов в нижней коре содержится некоторое количество кислых пород; в модели К.Х.Ведеполя (1991 г.) эти породы преоб­ладают. Средний состав континентальной коры в целом меняется от габбро-диорита (модель Ярошевского) до кварцевого диорита (модель Ведеполя). Следует подчеркнуть, что речь идет не о распро­страненности тех или иных пород, а о средних составах, представ­ляющих собой смеси основных и кислых магматических пород. В модели Ярошевского пропорция основных, кислых и средних пород принята равной 6:3:1, что соответствует относительным ко­личествам этих пород в докембрийских зеленокаменных поясах. Если считать, что средние породы — это смесь равных количеств бо­лее основных и более кислых пород, то соотношения между бази-тами и кислыми породами в континентальной земной коре равны 75:25. В модели К.Х.Ведеполя соотношения обратные: 23% основ­ных и 77% кислых пород. Как было отмечено С.Р.Тейлором и С.М.МакЛеннаном (1996 г.), модели, допускающие предельное обогащение основным или кислым компонентом, плохо согласуют­ся с современными оценками теплового потока, источником кото­рого служат теплотворные радиоактивные элементы: К, U, Th.

Модель К.Х.Ведеполя исходит из допущения, что базиты, сосре­доточенные в нижней части континентальной коры, были выплав­лены из материала верхней мантии, а кислые породы, преобладаю­щие в верхней части коры, зарождались вследствие частичного плавления нижней ее части. После перемещения кислых выплавок на меньшую глубину в нижней коре сохраняется большое количе-

Часть III.Магматические горные породы (петрология)

ство тугоплавкого остаточного материала (рестита). Граница меж­ду верхней и нижней корой совпадает с переходом от метаморфи­ческих пород амфиболитовой фации, распространенных выше этой границы, к породам гранулитовой фации, залегающим ниже.

Под океанами земная кора состоит из трех слоев, образованных рыхлыми осадками, базальтами и магматическими породами основ­ного-ультраосновного состава (см. табл. 1.2); граница Мохоровичи-ча расположена на глубине 12—15 км от поверхности океана. I и II слои океанической коры могут быть сопоставлены с осадочным слоем континентов, а IIIслой — с гранулито-базитовым слоем кон­тинентальной коры, имеющим, однако, значительно большую мощ­ность. Гранитно-метаморфического слоя под океанами нет. Мощ­ности слоев, приведенные в таблице 1.2, относятся к абиссальным океаническим впадинам. Глубинное строение подводных хребтов, плато и островов может быть существенно иным; мощность земной коры здесь значительно увеличивается. Несмотря на то, что в по­следние десятилетия океаны изучаются весьма интенсивно, сведе­ния о глубинном строении обширных акваторий с многокиломет­ровым слоем воды остаются пока фрагментарными. Самая глубокая скважина, пробуренная в Тихом океане к югу от Коста-Рики, пере­секла океанскую кору лишь до глубины 2.1 км.