Часть III Основы исторической геологии . 154

Основы геологии

Авторы: Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..5

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Часть I Основные данные о Земле и земной коре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

• Глава 1 Форма, размеры и строение Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
• 1.1. Форма и размеры Земли
• 1.2. Внутреннее строение Земли
• 1.3. Термодинамические условия
• Плотность. Давление. Ускорение силы тяжести
• Магнетизм. Магнитное поле Земли. Тепловой режим Земли
• Температура внутри Земли. Средний химический состав Земли
• Глава 2 Вещественный состав земной коры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
• 2.1. Химический состав земной коры
• 2.2. Минералы
• Физические свойства минералов
• Оптические свойства минералов
• Механические свойства минералов
• Классификация минералов и их описание
• Классы самородных элементов и сульфидов
• Класс галоидных соединений
• Класс оксидов и гидроксидов
• Класс карбонатов
• Класс фосфатов
• Класс силикатов
• 2.3. Горные породы
• Наиболее распространенные магматические породы. Нормальный ряд
• Щелочной ряд
• Осадочные горные породы
• Метаморфические горные породы
• Породы регионального метаморфизма
• Глава 3 Строение земной коры, мантии и ядра Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
• 3.1. Строение земной коры
• Континентальный тип земной коры
• Океанская кора
• 3.2. Состав и состояние вещества мантии и ядра Земли

Часть II Геологические процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Экзогенные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

• Глава 4 Выветривание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
• 4.1. Физическое выветривание
• 4.2. Химическое выветривание
• Окисление
• Гидратация
• Растворение
• Гидролиз
• 4.3. Кора выветривания
• 4.4. Кора выветривания и полезные икопаемые
• 4.5. Почвы и почвообразование
• Глава 5 Геологическая деятельность ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
• 5.1. Дефляция и корразия
• 5.2. Перенос
• 5.3. Аккумуляция и эоловые отложения
• Формы эолового песчаного рельефа
• Глава 6 Геологическая деятельность поверхностных текучих вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
• 6.1. Плоскостной склоновый сток
• 6.2. Деятельность временных русловых потоков
• 6.3. Деятельность рек
• Речная эрозия
• Перенос
• Аккумуляция
• 6.4. Строение пойм и фациальный состав аллювия
• 6.5. Цикловые эрозионные врезы и надпойменные речные террасы
• 6.6. Устьевые части рек
• 6.7. Теоретическое и практическое значение деятельности рек
• Глава 7 Геологическая деятельность подземных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
• 7.1. Виды воды в горных породах
• Водноколлекторские свойства горных пород
• 7.2. Происхождение подземных вод
• 7.3. Классификация подземных вод
• 7.4. Грунтовые воды и их режим
• 7.5. Напорные подземные воды
• 7.6. Общая минерализация и химический состав подземных вод
• 7.7. Минеральные воды
• 7.8. Карстовые процессы
• 7.9. Оползневые процессы
• Глава 8 Геологическая деятельность ледников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
• 8.1. Типы ледников
• Антарктический ледник
• Гренландский ледник
• Горные ледники
• 8.2. Движение ледников
• 8.3. Ледниковое разрушение и осадкообразование
• 8.4. Переносная и аккумулятивная деятельность ледников
• Отложенные морены
• 8.5. Флювиогляциальные или водно-ледниковые отложения
• 8.6. Отложения в перигляциальных областях
• Зандры
• Лимногляциальные
• Лессы
• Глава 9 Геологические процессы в областях распространения многолетнемерзлых горных пород . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
• 9.1. Географическое распространение и районирование многолетнемерзлых горных пород
• 9.2. Подземные льды криолитозоны
• 9.3. Подземные воды криолитозоны
• 9.4. Мерзлотно-геологические процессы в криолитозоне
• 9.5. Данные о времени образования многолетней мерзлоты
• Глава 10 Геологическая деятельность океанов и морей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
• 10.1. Основные особенности подводного рельефа океанов и морей
• 10.2. Химические и физические свойства вод океанов и морей
• 10.3. Органический мир океанов и морей
• 10.4. Разрушительная деятельность моря
• 10.5. Образование осадков в океанах и морях и их генетические типы
• Генетические типы донных осадков
• Типы рифов
• Вулканогенные осадки
• 10.6. Диагенез и последиагенетические изменения осадочных пород
• 10.7. Понятие о фациях

Эндогенные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

• Глава 11 Магматизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
• 11.1. Понятие о магме
• 11.2. Интрузивный магматизм
• 11.3. Вулканизм
• 11.3.1. Продукты извержения вулканов
• 11.3.2. Типы вулканических построек
• 11.3.3. Типы вулканических извержений
• 11.3.4. Поствулканические явления
• 11.3.5. Географическое распространение современных вулканов и проблема магматических очагов
• Глава 12 Метаморфизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
• 12.1. Факторы метаморфизма
• 12.2. Основные типы метаморфизма
• 12.3. Понятие о фациях метаморфизма
• Глава 13 Современные и новейшие тектонические движения и методы их изучения . . . . . . 125
• 13.1. Современные вертикальные движения
• 13.2. Современные горизонтальные движения
• 13.3. Новейшие движения и методы их изучения
• Глава 14 Тектонические нарушения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
• 14.1. Деформации и нарушения
• 14.2. Складчатые нарушения
• 14.3. Разрывные нарушения
• Основные типы тектонических разрывов
• Сочетание разрывов и их соотношение со складчатостью
• Соляная тектоника
• Глава 15 Землетрясения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
• 15.1. Очаг, сейсмические волны, магнитуда и энергия землетрясений
• 15.2. Географическое распространение и тектонический контроль землетрясений
• 15.3. Сейсмическое районирование и прогноз землетрясений
• Глава 16 Основные структурные элементы земной коры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
• Древние платформы
• Подвижные геосинклинальные пояса
• Этапы развития геосинклинальных поясов
• Глава 17 Представление о развитии структур земной коры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Часть III Основы исторической геологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

• Глава 18 Относительная и абсолютная геохронология и методы реконструкции геологического прошлого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
• 18.1. Относительная геохронология
• 18.2. Абсолютная геохронология
• 18.3. Периодизация истории земли и международные геохронологическая и стратиграфическая шкалы
• 18.4. Местные стратиграфические подразделения
• 18.5. Восстановление физико-географических обстановок геологического прошлого
• 18.6. Тектонические движения геологического прошлого и взаимоотношения пластов горных пород
• 18.7. История развития земной коры
• Глава 19 История развития Земли в докембрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
• 19.1. Догеологический этап
• 19.2. Архейский этап
• 19.3. Раннепротерозойский этап
• 19.4. Позднепротерозойский этап
• Платформенные области
• Геосинклинальные пояса
• Глава 20 Раннепалеозойский этап развития Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
• 20.1. Палеозойская эра
• 20.2. Раннепалеозойский этап. Стратиграфические и геохронологические подразделения раннего палеозоя
• 20.3. Палеотектоника
• 20.4. Платформенные области
• 20.5. Подвижные пояса (переходные зоны и океаны)
• Выводы
• Глава 21 Позднепалеозойский этап развития Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
• 21.1. Стратиграфические и геохронологические подразделения позднего палеозоя
• 21.2. Органический мир
• 21.3. Палеотектоника
• 21.4. Платформенные области
• 21.5. Подвижные пояса (переходные зоны и океаны)
• Выводы
• Глава 22 История развития Земли в мезозое и кайнозое . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
• 22.1. Стратиграфические и геохронологические подразделения мезозоя и кайнозоя
• 22.2. Органический мир
• 22.3. Палеотектоника
• 22.4. Платформенные области
• 22.5. Подвижные пояса (переходные зоны и океаны)
• 22.6. История геологического развития атлантического океана
• 22.7. Развитие великих четвертичных оледенений
• Выводы

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

МОСКВА
ВЫСШАЯ ШКОЛА
1991

Выходные данные книги:

ББК 26.3
К 68
УДК 55

Учебное издание
Короновский Николай Владимирович,
Якушова Александра Федоровна
ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

При написании учебника были учтены все новые данные, полученные за последние десятилетия по различным разделам геологии континентов и океанов.

В первой части рассматриваются формы, размеры, строение Земли, земной коры, а главное внимание обращено на состав и состояние вещества различных оболочек Земли.

Вторая часть посвящена характеристике геодинамических процессов - экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних), их взаимодействию и роли в строении земной коры и формировании рельефа. Наибольшее внимание уделено эндогенным процессам, рассмотрены тектонические концепции о возможных причинах и механизме деформаций земной коры.

Третья часть посвящена геологической истории земной коры (исторической геологии), где рассматриваются важнейшие методы установления относительной и абсолютной геохронологии, основные этапы развития земной коры. В конце каждой главы приводятся контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Главы 1, 3-10 написаны А. Ф. Якушовой, главы 11-22- Н. В. Короновским, глава 2 - Н. Б. Лебедевой.

Авторы приносят искреннюю благодарность проф. В.В.Закруткину и коллективу возглавляемой им кафедры общей и исторической геологии Ростовского университета, а также сотрудникам кафедры геоморфологии Львовского университета, возглавляемой доц. И. П. Ковальчуком, за глубокий и всесторонний анализ рукописи учебника и ценные рекомендации. Авторы благодарны также за прочтение рукописи и высказанные пожелания проф. М. Г. Ломизе, доц. А. Г. Рябухину и особенно ст. научному сотр. С. Г. Рудакову.

Авторы выражают благодарность А. Г. Дубровину и коллективу картографической лаборатории, Н. В. Бакшеевой и другим работникам библиотеки и своим ближайшим помощникам Н. И. Быковой и 3. Н. Смирновой.

Замечания по учебнику просьба направлять по адресу: 119899, Москва, ГСП, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет, кафедра динамической геологии.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Геология (греч. "гео" - земля, "логос" - учение) - одна из важнейших наук о Земле. Она занимается изучением состава, строения, истории развития Земли и процессов, протекающих в ее недрах и на поверхности. Современная геология использует новейшие достижения и методы ряда естественных наук - математики, физики, химии, биологии, географии. Значительный прогресс в указанных областях наук и геологии ознаменовался появлением и развитием важных пограничных наук о Земле - геофизики, геохимии, биогеохимии, кристаллохимии, палеогеографии, позволяющих получить данные о составе, состоянии и свойствах вещества глубоких частей земной коры и оболочек Земли, расположенных ниже. Особо следует отметить многостороннюю связь геологии с географией (ландшафтоведением, климатологией, гидрологией, гляциологией, океанографией) в познании различных геологических процессов, совершающихся на поверхности Земли. Взаимосвязь геологии и географии особенно проявляется в изучении рельефа земной поверхности и закономерностей его развития. Геология при изучении рельефа использует данные географии, так же как и география опирается на историю геологического развития и взаимодействия различных геологических процессов. Вследствие этого наука о рельефе - геоморфология фактически является также пограничной наукой.

По геофизическим данным в строении Земли выделяется несколько оболочек: земная кора, мантия и ядро Земли.Предметом непосредственного изучения геологии являются земная кора и подстилающий твердый слой верхней мантии - литосфера (греч. "литос" - камень). Сложность изучаемого объекта вызвала значительную дифференциацию геологических наук, комплекс которых совместно с пограничными науками (геофизикой, геохимией и др.) позволяет получить освещение различных сторон его строения, сущность совершающихся процессов, историю развития и др.

Одним из нескольких основных направлений в геологии является изучение вещественного состава литосферы: горных пород, минералов, химических элементов. Одни горные породы образуются из магматического силикатного расплава и называются магматическими или изверженными, другие - путем осаждения и накопления в морских и континентальных условиях и называются осадочными;третьи - за счет изменения различных горных пород под влиянием температуры и давления, жидких и газовых флюидов и называются метаморфическими.

Изучением вещественного состава литосферы занимается комплекс геологических наук, объединяющихся часто под названием геохимического цикла. К ним относятся: петрография (греч. "петрос" - камень, скала, "графо" - пишу, описываю), или петрология -наука, изучающая магматические и метаморфические горные породы, их состав, структуру, условия образования, степень изменения под влиянием различных факторов и закономерность распределения в земной коре. Литология (греч. "литос" - камень) - наука, изучающая осадочные горные породы. Минералогия -наука, изучающая минералы - природные химические соединения или отдельные химические элементы, слагающие горные породы. Кристаллография и кристаллохимия занимаются изучением кристаллов и кристаллического состояния минералов. Геохимия - обобщающая синтезирующая наука о вещественном составе литосферы, опирающаяся на достижения указанных выше наук и изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на ее поверхности. С рождением изотопной геохимии в геологии открылась новая страница в восстановлении истории геологического развития Земли.

Изучение вещественного состава литосферы, как и других процессов, производится различными методами. В первую очередь это прямые геологические методы - непосредственное изучение горных пород в естественных обнажениях на берегах рек, озер, морей, разрезов шахт, рудников, кернов буровых скважин. Все это ограничено относительно небольшими глубинами. Наиболее глубокая, пока единственная в мире, Кольская скважина достигла всего лишь 12,5 км. Но более глубокие горизонты земной коры и прилежащей части верхней мантии также доступны непосредственному изучению. Этому способствуют извержения вулканов, доносящие до нас обломки пород верхней мантии, заключенные в излившейся магме - лавовых потоках. Такая же картина наблюдается в алмазоносных трубках взрыва, глубина возникновения которых соответствует 150-200 км. Помимо указанных прямых методов в изучении веществ литосферы широко применяются оптические методы и другие, физические и химические исследования - рентгеноструктурные, спектрографические и др. При этом широко используются математические методы на основе ЭВМ для оценки достоверности химических и спектральных анализов, построения рациональных классификаций горных пород и минералов и др. В последние десятилетия применяются, в том числе и с помощью ЭВМ, экспериментальные методы, позволяющие моделировать геологические процессы; искусственно получать различные минералы, горные породы; воссоздавать огромные давления и температуры и непосредственно наблюдать за поведением вещества в этих условиях; прогнозировать движение литосферных плит и даже, в какой-то степени, представить облик поверхности нашей планеты в будущие миллионы лет.

Следующим направлением геологической науки является динамическая геология,изучающая разнообразные геологические процессы, формы рельефа земной поверхности, взаимоотношения различных по генезису горных пород, характер их залегания и деформации. Известно, что в ходе геологического развития происходили многократные изменения состава, состояния вещества, облика поверхности Земли и строения земной коры. Эти преобразования связаны с различными геологическими процессами и их взаимодействием. Среди них выделяются две группы: 1) эндогенные (греч. "эндос" - внутри), или внутренние,связанные с тепловым воздействием Земли, напряжениями, возникающими в ее недрах, с гравитационной энергией и ее неравномерным распределением; 2) экзогенные (греч. "экзос" - снаружи, внешний), или внешние,вызывающие существенные изменения в поверхностной и приповерхностной частях земной коры. Эти изменения связаны с лучистой энергией Солнца, силой тяжести, непрерывным перемещением водных и воздушных масс, циркуляцией воды на поверхности и внутри земной коры, с жизнедеятельностью организмов и другими факторами. Все экзогенные процессы тесно связаны с эндогенными, что отражает сложность и единство сил, действующих внутри Земли и на ее поверхности.

В область динамической геологии входит геотектоника (греч. "тектос" - строитель, структура, строение) - наука, изучающая структуру земной коры и литосферы и их эволюцию во времени и пространстве. Частные ветви геотектоники составляют: структурная геология, занимающаяся формами залегания горных пород; тектонофизика, изучающая физические основы деформации горных пород; региональная геотектоника, предметом изучения которой служит структура и ее развитие в пределах отдельных крупных регионов земной коры. Важными разделами динамической геологии являются сейсмология (греч. "сейсмос" - сотрясение) - наука о землетрясениях и вулканология,занимающаяся современными вулканическими процессами.

История геологического развития земной коры и Земли в целом является предметом изученияисторической геологии, в состав которой входит стратиграфия (греч. "стратум" - слой), занимающаяся последовательностью формирования толщ горных пород и расчленением их на различные подразделения, а также палеогеография (греч. "паляйос" - древний), изучающая физико-географические обстановки на поверхности Земли в геологическом прошлом, и палеотектоника, реконструирующая древние структурные элементы земной коры. Расчленение толщ горных пород и установление относительного геологического возраста слоев невозможны без изучения ископаемых органических остатков, которым занимается палеонтология,тесно связанная как с биологией, так и с геологией. Следует подчеркнуть, что важной геологической задачей является изучение геологического строения и развития определенных участков земной коры, именуемых регионами и обладающих какими-то общими чертами структуры и эволюции. Этим занимается обычно региональная геология,которая практически использует все перечисленные ветви геологической науки, а последние, взаимодействуя между собой, дополняют друг друга, что демонстрирует их тесную связь и неразрывность. При региональных исследованиях широко используются дистанционные методы, когда наблюдения осуществляются с вертолетов, самолетов и с искусственных спутников Земли.

Косвенные методы познания, в основном глубинного строения земной коры и Земли в целом, широко используются геофизикой - наукой, основанной на физических методах исследования. Благодаря различным физическим полям, применяемым в подобных исследованиях, выделяются магнитометрические, гравиметрические, электрометрические, сейсмометрические и ряд других методов изучения геологической структуры. Геофизика тесно связана с физикой, математикой и геологией.

Одна из важнейших задач геологии - прогнозирование залежей минерального сырья, составляющего основу экономической мощи государства. Этим занимается наука о месторождениях полезных ископаемых,в сферу которой входят как рудные и нерудные ископаемые, так и горючие - нефть, газ, уголь, горючие сланцы. Не менее важным полезным ископаемым в наши дни является вода, особенно подземная, происхождением, условиями залегания, составом и закономерностями движений которой занимается наука гидрогеология (греч. "гидер" - вода), связанная как с химией, так и с физикой и, конечно, с геологией.

Важное значение имеет инженерная геология -наука, исследующая земную кору в качестве среды жизни и разнообразной деятельности человека. Возникнув, как прикладная ветвь геологии, занимающаяся изучением геологических условий строительства инженерных сооружений, эта наука в наши дни решает важные проблемы, связанные с воздействием человека на литосферу и окружающую среду. Инженерная геология взаимодействует с физикой, химией, математикой и механикой, с одной стороны, и с различными дисциплинами геологии - с другой, с горным делом и строительством - с третьей. За последнее время оформилась как самостоятельная наука геокриология (греч. "криос - холод, лед), изучающая процессы в областях развития многолетнемерзлых горных пород "вечной мерзлоты", занимающих почти 50% территории СССР. Геокриология тесно связана с инженерной геологией.

С начала освоения космического пространства возникла космическая геология,или геология планет.Освоение океанских и морских глубин привело к появлению морской геологии,значение которой быстро возрастает в связи с тем, что уже сейчас почти треть добываемой в мире нефти приходится на дно акваторий морей и океанов.

Разработка теоретических проблем геологии сочетается с решением ряда народнохозяйственных задач: 1) поиск и открытия новых месторождений различных полезных ископаемых, являющихся основной базой промышленности и сельского хозяйства; 2) изучение и определение ресурсов подземных вод, необходимых для питьевого и промышленного водоснабжения, а также мелиорации земель; 3) инженерно-геологическое обоснование проектов возводимых крупных сооружений и научный прогноз изменения условий после окончания их строительства; 4) охрана и рациональное использование недр Земли.

Познание всех закономерностей эволюции Земли, ее происхождения и развития исключительно важно в контексте общего материалистического понимания природы, в тех философских построениях, которые отражают единство мира. В этом заключается общенаучное значение геологии.