Методи визначення вертикальних і горизонтальних тектонічних рухів

Вивчення тектонічних рухів є важливим завданням історичної геотектоніки. Їх вивчення дозволяє відновити історію розвитку Землі і правильно зрозуміти закономірності формування і просторового розподілу родовищ корисних копалин. В зв’язку з тим, що проявлення тектонічних рухів носить складний характер і не завжди достовірно можна визначити їх генетичний тип, переважно вивчають проявлення вертикальних або горизонтальних тектонічних рухів.

Методи визначення вертикальних рухів. Вони обгрунтовані більш достовірно, ніж методи дослідження горизонтальних рухів. Пояснюється це тим, що вертикальні рухи в більшій мірі контролюють процеси осадконакопичення, а тому краще проявляються у складі гірських порід. Крім того, тривалий час значна увага дослідників була спрямована на вивчення в основному вертикальних рухів, яким віддавалась перевага перед горизонтальними.

При вивченні давніх, новітніх і сучасних вертикальних рухів використовуються різні методи. Давні рухи вивчають за допомогою методів товщин, фацій, формацій, переривів в осадконакопиченні. При дослідженні новітніх рухів застосовують головним чином геоморфологічні і біогеографічні методи. Сучасні рухи аналізують за історичними методами водомірних спостережень, геодезичними, геоморфологічними і сейсмологічними методами.

Метод товщин застосовується для вивчення давніх і значно менше для новітніх висхідних вертикальних рухів. Базується він на представлені про компенсацію тектонічного прогинання процесами накопичення осадів. В цьому випадку товщина накопичених відкладів відповідає амплітуді прогинання певної ділянки земної кори. Найбільш виразно цей процес проявляється на платформах. Некомпенсоване прогинання - явище досить рідке і характерне для глибоководних океанічних западин, які відокремлені від континентів підводними підняттями або рифовими бар’єрами.

Для вивчення особливостей просторового розподілу товщин відкладів певного віку складають карту товщин або ізопахіт (лінії рівних товщин). Аналіз карти товщин дає можливість кількісно оцінити амплітуду прогинання різних ділянок в межах території, яка вивчається. Відносне порівняння їх дозволяє виділити палеозападини і палеопрогини, палеосклепіння і палеовали. На основі карт ізопахіт складають палеотектонічні карти, на яких зображують наявність і просторовий розподіл структурних елементів в минулу геологічну епоху. Серія карт товщин і палеотектонічних карт для різних стратиграфічних підрозділів осадового чохла дає можливість відновити історію розвитку основних структурних елементів даної території.

При обмеженні фактичного матеріалу, його нерівномірному розміщенні по площі замість палеоструктурних карт складають палеотектонічні профілі.

Для одержання уявлень про швидкість тектонічного прогинання якого-небудь району земної кори складають карти швидкостей занурення (карти ізотах). Вони будуються на основі карти товщин, але з врахуванням поправок на ущільнення осадів і глибину їх відкладання. Швидкості прогинання характеризують тектонічний режим різних великих структур літосфери (платформ, синкліналей або їх складових структурних елементів).

Одним із різновидностей методу товщин є об’ємний метод, який базується на підрахунку сумарних об’ємів відкладів, визначенні відносних об’ємів різних типів відкладів, визначенні розміру і швидкості підняття по об’єму знесеного з нього матеріалу. Метод дуже складний і на практиці не знайшов широкого застосування.

Метод фацій є одним із основних методів, який дозволяє реконструювати фізико-географічні умови минулих епох. За допомогою цього методу вивчаються вертикальні тектонічні рухи. Фація - це комплекс відкладів, відмінних складом і фізико-географічними умовами утворення від сусідніх відкладів того ж стратиграфічного горизонту.

Виділяють три основні типи фацій - морські, континентальні і лагунні. Найбільш надійним критерієм віднесення відкладів до морських або континентальних фацій є наявність або відсутність в них залишків нормальної морської фауни. Одночасно використовуються дані про наявність порід і мінералів типового морського або континентального походження, дані про характер шаруватості, гранулометрії порід, ступеня обкатаності уламкових частин і витриманості пластів порід по площі їх розповсюдження.

Морські фації поділяють на прибережні (літоральна зона), мілководні (шельф), відносно глибоководні і глибоководні, які розповсюджені за межами шельфу. За приналежністю до кліматичних зон виділяють фаціальні комплекси арідних і гумідних областей.

Континентальні фації поділяють на фації рівних гумідного клімату, фації рівних арідного клімату, фації передгірських рівнин і міжгірських депресій та фації областей материкового зледеніння.

В групі лагунних фацій крім власне лагунних виділяють ще дельтові фації. Специфікою осадконакопичення в лагунах є аномальна соленість - підвищена в областях арідного і понижена в областях гумідного клімату.

При фаціальному аналізі складають фаціальні карти і профілі. На картах показують територіальне розповсюдження різних типів фацій, виділяють області відсутності відкладів, які є переважно областями зносу уламкового матеріалу.

Аналіз карт фацій дає можливість якісно охарактеризувати розповсюдження областей тектонічного підняття і прогинання, виявити зони великих розломів і флексур.

На основі фаціального аналізу складаються палеогеографічні карти, на які наносять основні елементи рельєфу земної поверхні минулих епох. На цих картах показують області суші, моря, давні берегові лінії, прибережні зони, області розмиву, знесення уламкового матеріалу, шляхи транспортування уламків тощо. Відновлюється таким чином палеогеографія певного періоду в геологічній історії.

Метод формацій дозволяє вивчити характер проявлення не тільки вертикальних, але й горизонтальних рухів, оскільки аналізується сумарний ефект тектонічних рухів, що визначає режим розвитку великих територій земної кори.

Під формаціями розуміється закономірне і природне поєднання різних гірських порід, утворених на певній стадії розвитку основних структурних зон земної кори. На відміну від фацій формації відтворюють палеотектонічні умови минулих геологічних епох. До складу формації переважно входить декілька фацій, а тому формацію можна розглядати як комплекс фацій. Основними факторами, що визначають риси формації, є тектонічний режим, палеогеографія і вулканізм.

При використанні методу формацій будуються формаційні колонки, на основі яких будуються формаційні карти і формаційні профілі. Аналіз вказаних графічних документів дозволяє судити про палеотектонічний режим розвитку певного району, диференціювати район на платформи, геосинкліналі та орогенні області.

Метод переривів. Розглянуті методи можна використати для вивчення низхідних вертикальних рухів. Однак, в геологічній історії Землі існують не тільки періоди прогинання, але й епохи піднять, які характеризуються проявленням висхідних форм рухів і регіональним підняттям території. При цьому на великих просторах не накопичуються осади, а відклади, що виходили на денну поверхню, розмиваються і зносяться у прилеглі басейни седиментації.

Встановлення режиму давніх вертикальних рухів в епохи переривів в осадконакопиченні і розмивів здійснюється складанням палеогеологічних карт. Попередньо на основі складання розрізів свердловин виявляють регіональні неузгодження, які прослідковуються в межах району досліджень, і складають палеогеологічні карти. В кожній конкретній точці спостережень вияснюють вік порід, розташованих під неузгоджено залягаючим комплексом. Точки з одновіковими відкладами з’єднують і одержують палеогеографічну карту, яка читається так само, як звичайні геологічні карти.

Палеогеологічні карти дають можливість оцінити напрямок і орієнтовану амплітуду вертикальних рухів навіть в епохи відсутності в даному районі процесів осадконакопичення.

Новітні вертикальні рухи відображаються в рельєфі місцевості, а тому їх вивчають в основному геоморфологічними і біогеографічними методами. Найбільш часто застосовують геоморфологічний метод, який базується на взаємодії новітніх рухів з екзогенними процесами, які певним чином відображуються в сучасному рельєфі місцевості. Розрізняють декілька самостійних геоморфологічних методів. Найбільш прості і доступні методи вивчення річкових систем і річкових терас для рівнин і метод вивчення давніх поверхонь вирівнювання для гірських районів.

Методи вивчення річкових терас пов’язаний з проявленням вертикальних рухів континентів. Пониження базису ерозії ріки або підвищення рельєфу витоків є наслідком низхідних і висхідних новітніх вертикальних рухів. В результаті виробляється новий профіль рівноваги ріки. Попередні русло і заплава створюють надзаплавну терасу, яка підвищується над новим більш низьким річковим руслом. Кількість терас вказує на число повторених циклів річкової ерозії. Перевищення найбільш верхньої тераси над сучасним зрізом ріки дає амплітуду вертикальних рухів за час розвитку ріки.

Метод вивчення давніх поверхонь вирівнювання особливо ефективний в молодих, активно розвинутих гірських спорудах. В рельєфі поверхні вирівнювання виражаються слабохвилястими, майже горизонтальними гірськими рівнинами, які зрізали складчасту структуру гірських споруд. Розповсюджені денудаційні поверхні окремими поверхнями, а їх гіпсометричні відмітки досягають іноді декількох кілометрів над сучасним рівнем моря, що вказує на велику амплітуду підняття в гірських районах.

Сучасні вертикальні рухи вивчаються чисельними історичними, геодезичними, геоморфологічними, сейсмологічними та іншими методами. Найбільш точні кількісні результати дають геодезичні методи на основі повторного нівелювання, триангуляцій та визначення координат.

Методи вивчення горизонтальних рухів. Знаходяться ці методи в початковій стадії розробки, оскільки горизонтальні рухи почали вивчатись відносно недавно. Одним із найбільш компетентних методів аналізу горизонтальних рухів є метод формацій. Встановлено, що певні формації вказують на горизонтальні переміщення пластин земної кори. Так, наприклад, формація “дикого флішу”, що розвинута у Карпатах, утворюється за рахунок формування фронтальних частин насунутих в горизонтальному напрямку покривів. Складається він із тонкозернистих піщано-глинистих, рідше карбонатних порід з включеннями хаотично нагромадженого грубоуламкового матеріалу.

Серед флішової маси зустрічаються великі уламки порід, що безсистемно розкидані по розрізу. Товщина утворених при цьому брекчій досягає декілька сотень метрів, а протяжність десять кілометрів і більше.

На горизонтальний рух окремих блоків земної кори вказують також зони тектонічного дроблення порід, що підстеляють рухомі блоки. Ці пласти дислокованих брекчій одержали назву меланжа (фран. - суміш). Серед інших методів аналізу давніх горизонтальних рухів слід назвати палінспастичний і палеомагнітний.

Палінспастичний метод представляє собою різновидність палеогеографічного і палеотектонічного методів. Базується він на реконструкції початкового положення структурних елементів, які змінили своє розташування в зв’язку з проявленням горизонтальних рухів. Найчастіше вони застосовуються при реконструкції початкової структури в геосинклінальних і гірськоскладчастих областях, де горизонтальні рухи проявляються особливо інтенсивно.

Палеомагнітний метод базується на вивченні магнітного поля Землі в минулі геологічні епохи. Гірські породи і особливо ефузивні зберігають орієнтування магнітносприймальних мінералів у відповідності з напрямком силових ліній магнітного поля Землі в період свого утворення. Палеомагнітні виміри показали, що положення полюсів змінювалися в часі і просторі. Ці факти пояснюються горизонтальним переміщенням материків один відносно одного з поступовим наближенням до сучасного положення. Він дозволяє відновити траєкторії горизонтальних рухів окремих материків на протязі сотень мільйонів років.

Існують інші способи вивчення горизонтальних рухів. Наприклад, метод неузгоджень базується на представленні про те, що горизонтальні рухи викликають появу в розрізі різних неузгоджень (кутових, азимутальних, дизгармонійних та ін.)

Новітні і сучасні горизонтальні рухи досліджуються геоморфологічними, геодезичними і сейсмологічними методами.

Геоморфологічні методи вивчають новітні сучасні зсувні деформації кори вздовж розломів.

Геодезичні методи дозволяють з високою точністю фіксувати сучасні горизонтальні рухи. Вони дозволили встановити, що горизонтальне зміщення в центральних районах Європи складає 2.5 см за 100 років. Повторними визначеннями географічних координат встановлено, що Північна Америка від Європи, Африканський і Європейський береги Середземного моря зближуються, Індійський півострів переміщується в північному напрямку тощо.

Зараз для вивчення сучасних горизонтальних рухів широко використовуються дистанційні методи, які базуються на дешифруванні аерокосмічних фотографій. В комплекс дистанційних методів входять: візуальні спостереження, фотографічне, телевізійне, спектрометричне, інфрачервоне і радарне знімання, а також магнітні, радіаційні, рентгенівські, лазерні та інші методи досліджень.