Главная
Поверхность Мохоровичича считается границей, отделяющей земную кору от верхней мантии, что приводит к необходимости выделять два типа земной коры — континентальный (35—60 км) и океанический (5—6 км). Все исследователи признают, что параметры давлений и температур в основании обоих типов коры различны. Для основания континентальной коры давление составляет 10—15 кбар и температуры — 600—700°, для основания океанической коры давление — не более 2 кбар и температуры — 150—200°. Выделение двух типов коры, однако, не ведет за собой выделения и двух типов мантии, хотя различные PT условия для поверхности Мохоровичича континентов и океанов требуют этого.
Основная геофизическая информация о глубинном строении «коры и мантии» Земли сводится к фактам о скоростях упругих волн в разрезе верхней оболочки Земли и к данным о значениях силы тяжести в различных участках ее поверхности. Каким же образом осуществляется переход от этих косвенных данных к определению слоев геофизического разреза и к петрографическому составу этих слоев? В последнее время геофизики приходят к мысли о неоднородности верхней мантии даже в близко расположенных районах. Ho чем вызвана такая неоднородность в горизонтальном направлении, остается неясным. Отмечена корреляционная зависимость между глубиной бассейна, появлением раздела Мохоровичича с V > 8 км/сек и мощностью коры так называемого океанического типа.
М. Юинг и Пресс отмечали, что «во всех без исключения случаях установлено, что на больших площадях, занятых водным слоем тоньше 1000 фатомов (1820 м), кора обладает типично континентальным характером, а при мощности водного слоя свыше 2000 фатомов (3640 м) она имеет типично океанический характер».
В последних работах участки океанического дна пли срединных океанических хребтов, характеризуемых скоростями продольных волн (Vp) порядка 7,3 и даже 7,2 км/сек, интерпретируются как выходы верхней мантии. Однако по работам Мэттьюза, Г.Б. Удинцева и других видно, что в районе подводного Карлсбергского хребта (Индийский океан) под водой обнаружена серия эффузивов, интрузивов (спилиты, полосчатые габброиды, серпентиниты), типичная для древних и молодых складчатых систем всех континентов. С таким же успехом за мантийные выходы можно принимать все разновозрастные серпентинитовые массивы и офиолитовые серии горно-складчатых областей. Такая постановка вопроса не исключена, но тогда строение земной коры и верхней мантии как в области океанов, так и в области континентов будет отвечать единой модели. Примерно та же ассоциация из зеленокаменных пород и ультрабазитов выходит и в пределах Срединно-Атлантического хребта в Северной Атлантике. Расположенные на экваторе острова Св. Павла сложены милонитизированными перидотитами.
Наш сжатый обзор показывает, что в Атлантике от экватора, где выходят на поверхность в виде островов Св. Павла ультраосновные породы с приблизительной оценкой возраста 4,5 млрд. лет, до 50° с. ш. во многих участках вскрыты эффузивные породы типа диабазов, подвергшиеся зеленокаменному изменению, и верхнетретичные свежие базальты.
В Срединно-Атлантическом хребте мощность слоя, принимаемого за земную кору, особенно уменьшается, и соответственно поднимается поверхность Мохоровичича на профилях в районе островов Св. Павла с выходами на поверхность дна океана перидотитов. Структура Срединно-Атлантического хребта, по Триггвасону, характеризуется поверхностным слоем (вулканические выбросы); ниже идет мощный слой со скоростями около 7,4 км/сек, с нижней границей на глубине около 140 км, где скорость Vp достигает 8,2 км/сек. Все это свидетельствует о том, что субстрат дна Атлантического океана сложен скорее метаморфическими породами, прорванными по определенным структурным направлениям интрузиями габброидов и ультрабазитов, часто серпентинизированных.
В 1961 г. в статье мной излагались существовавшие представления о структуре дна Красного, Японского и Берингова морей, сводившиеся к гипотезе об исчезновении под ними спалического слоя за короткое геологическое время. На основании гравиметрических данных предполагалось, что мощность спалического слоя во впадине Красного моря, образовавшегося в молодом грабене древней платформы, близка к океанической.
В практике гравиметрических исследований приведение силы тяжести к поверхности геоида достигается введением в наблюденные значении силы тяжести в основном двух типов поправок, т. е. аномалии Фая, или в свободном воздухе, и аномалии Буге, которая в отличие от аномалия Фая учитывает притяжение промежуточного слоя, расположенного между поверхностью геоида и физической поверхностью Земли. При морских гравиметрических исследованиях поправке Буге придается другой смысл. Поправкой Буге на море учитывается не избыток масс над геоидом, а как бы недостаток плотности под поверхностью геоида. Поправка Буге вводится на величину слоя воды, которому придается плотность, равная разности плотности морской воды (1,03 г/см3) и средней плотности литосферы (2,67 г/см3). Поскольку речь идет о физическом пространстве под поверхностью геоида, то поправка Буге прибавляется к наблюденной силе тяжести. Поэтому предполагается, что все океанические и морские впадины как бы обладают избытком массы.
Кривые аномалий силы тяжести для участков суши с незначительными превышениями или для участков моря с небольшими глубинами (до 100 м), вычисленные в редукции Буге и Фая, практически идентичны.
По данным Дрэйка и Гердлера, измерения силы тяжести в редукции Буге пока показывают положительную (100 мгл) аномалию над впадиной Красного моря с глубиной 1500 м. В редукции Фая аномалия здесь близка к нулю. В западной части профиля кривые аномалий Фая и Буге, показывающие отрицательные, до 50 мгл, аномалии над равнинной частью щита, сливаются. Еще восточнее они несколько расходятся, причем в редукции Буге аномалия более отрицательна. Для Суэцкого залива с его незначительной глубиной, до 55 м, естественно, что аномалии силы тяжести и в редукции Буге, и в свободном воздухе отрицательные.
Отрицательные аномалии Буге для залива Акаба объясняются тем, что станция измерения расположена на берегу залива с отметкой +6 м. Б Красном море на широте 23°35'8" в 40 км от берега известна положительная аномалия, до 150 мгл, и в редукции Буге, и в редукции Фая. Эта точка находится на о-ве Св. Джопса с отметкой +6 м, сложенном базитами, что логично объясняет наблюдаемую аномалию.
Таким образом, величина аномалий силы тяжести на море, вычисленных в редукции Буге, также зависит от глубины моря.
За прошедшие с 1957 г. 10 лет не было дано объяснения такой сопряженности глубин моря и типа коры, кроме выводов автора настоящего доклада.
В океане выходят некоторые породы, появление которых свидетельствует против выделения особого океанического типа земной коры. Серия верхнетретичных пород Исландии — продолжения Срединно-Атлантического хребта — сопровождается интрузиями и эффузиями кислой магмы. Сейшельские острова — типично океанические, расположенные в глубоководной части Индийского океана,— сложены гранито-гнейсами рифея с возрастом 650 млн. лет. Выявлены андезиты на о-ве Гуам, граниты на о-ве Баунти, в Тасмании и островах Фиджи.
Накопленные за последнее пятилетие экспериментальные данные по упругим свойствам горных пород (Берч, М.П. Воларович и др.) свидетельствуют о громадном влиянии давления на изменение физических параметров горных пород. Для всех пород, подвергавшихся эксперименту, выявлено резкое увеличение скоростей упругих волн на первом этапе сжатия, до 1000 кг/см2. При повышении давления до 10 кбар кривые поднимаются полого.
Эксперименты Берча, Кристенса и наши показывают, что при высоких, до 10 000 кг, давлениях близкими значениями скоростей (Vр = 7,57—8,1 км/сек) характеризуются наряду с дунитами и такие широко' распространенные метаморфические породы, как эпидотовые и гранатовые амфиболиты. Даже такая группа пород, как филлиты, в условиях сжатия до 4000 кг/см2 показывала скорость Vp, превышающую 7 км/сек.
Исследование упругих свойств монокристаллов минералов (М.П. Воларович, Н.С. Томашевская, Н.Г. Галдин) показало, что в кали-натриевых полевых шпатах скоростп в некоторых направлениях превышают дунитовые.
Эксперименты убедительно показывают, что многие природные материалы, обычно связанные с корой гранитного состава, в напряженном состоянии могут приобретать скорости, считаемые характерными для основных и ультрабазитовых пород.
Интересны факты, свидетельствующие о сохранении породой упругих свойств, несмотря на длительность пребывания под нагрузкой около 500 кг/см2. Образец базальта из керна скважины, вскрывающей породы дна Тихого океана близ о-ва Гваделупа, по возрасту не моложе олигоцена, имеет объемный вес, равный 2,90 г/см3, пористость — 1,22%. Скважина прошла 136 м в породах дна океана, глубина которого здесь равна 3570 м. Таким образом, исследованный базальт в течение 40 млн. лет находился под давлением порядка 400 кг/см2, сохраняя свою пористость.
Герцинские граниты, вскрытые буровыми скважинами в Предкавказье (районы городов Майкоп, Кропоткин и др.), на глубинах до 3 км (т. е. десятки миллионов лет находившиеся под давлением до 700 кг/см2), оказалось, имеют пористость 1,90% и объемный вес 2,612 г/см3.
В напряженном состоянии в породах или минералах закрываются трещинки, сближаются контакты между зернами, и, как следствие, скорости упругих волн в них повышаются на 10—30% уже при давлении 500кг/см2. Отсюда следует, что скорости Vр~8,0 (8,1—7,8) км/сек, характерные для верхов так называемой мантии, могут обусловливаться не крайне редкими в геологических разрезах эклогитами или перидотитами, а большой группой разнообразных метаморфических пород.
