Курс лекций по общей геологии. Ч. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»  

 

 

 

В.Н. Сальников  

 

КУРС ЛЕКЦИЙ  
ПО ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ 

Часть 2 

Рекомендовано в качестве учебника  
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета  
 

 

2-е издание, исправленное и дополненное 

 

 

 

 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета  
2016 
 

УДК 55+634.4(076.5)  
ББК  26.3+40.3я73 
 
С16 
 
Сальников В.Н.  
С16 
 
Курс лекций по общей геологии : учебник. Часть 2 / В.Н. Сальников ; 
Томский политехнический университет. – 2-е изд., испр. и доп. – Томск : 
Изд-во Томского политехнического университета, 2016. – 238 с. 

ISBN 978-5-4387-0728-8 (ч. 2) 
ISBN 978-5-4387-0726-4 

 
В лекциях по общей геологии кратко изложены основные проблемы и вопросы геологии и её составных частей: минералогии, петрографии, литологии, геодинамической геологии, геохронологии. Рассмотрены эндогенные и экзогенные процессы, магматизм, формирование интрузивных и эффузивных пород, их выветривание, 
перенос и переотложение разрушенных продуктов. Представлена геологическая деятельность поверхностных текучих вод, рек, подземных вод, морей, озёр, болот и 
ледников. Подробно описаны стадии образования и изменения осадочных горных 
пород, метаморфизм и метасоматоз. Большое внимание уделено складчатым и разрывным нарушениям горных пород, колебательным движениям земной коры, 
неотектонике, где затронуты вопросы геодинамических явлений (землетрясения, 
цунами) и возможные способы их прогнозирования. Даны основы самоорганизации 
геологических процессов, жизни на Земле и эволюции косной и живой материи. 
 
Учебник предназначен для студентов геологических специальностей, а также 
может быть полезен преподавателям и аспирантам геологических факультетов и институтов.  
 
УДК 55+634.4(076.5) 
ББК 26.3+40.3я73   
 

 

Рецензенты 

Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТГУ  
А.И. Чернышов 

Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТГАСУ  
Г.Г. Щербак 

Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТПУ 
И.В. Кучеренко 

 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-4387-0728-8 (ч. 2) 
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2013 
ISBN 978-5-4387-0726-4 
© Сальников В.Н., 2013 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2016

СОДЕРЖАНИЕ 

Лекция № 15. Проблемы прогноза землетрясений и цунами ...................................................... 4 

Лекция № 16. Самоорганизация геологических процессов ....................................................... 37 

Лекция № 17. Синергетика геологических систем ..................................................................... 58 

Лекция № 18. Возникновение жизни на Земле ......................................................................... 101 

Лекция № 19. Эволюция жизни на Земле   
(период: 3,5 млрд лет – 570 млн лет) .................................................................. 129 

Лекция № 20. Эволюция жизни на Земле (период: 570–0 млн лет) ........................................ 156 

Лекция № 21. Каустобиолиты ..................................................................................................... 204 

 

 
 

ЛЕКЦИЯ № 15 
ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ЦУНАМИ 

Ключевые слова и вопросы 

Перспективы предсказаний геодинамических процессов – землетрясений и их послед
ствий – цунами. 

Методы предсказаний землетрясений и цунами 

Землетрясения классифицируются в зависимости от глубины расположения их очага. 

Они делятся на следующие три типа: 1) нормальные – с глубиной очага 0–70 км; 2) промежуточные – 70–300 км; 3) глубокофокусные – более 300 км.  

Очень важны свойства разных групп и типов сейсмических волн, особенно скорость их про
хождения через горные породы. Обычно она измеряется несколькими километрами в секунду, и, 
следовательно, на разных расстояниях от очага (гипоцентра и эпицентра) приход волн и ощущается, 
и регистрируется неодновременно. На этом свойстве основано определение координат эпицентра по 
записям прихода волн на удаленные сейсмические станции. Не менее важны различия в скоростях 
отдельных групп и типов волн. Так, поверхностные волны, как мы отмечали, распространяются 
медленнее объемных и, следовательно, приходят в пункты наблюдения позднее. В группе объемных 
волн поперечные волны распространяются в среднем в 1,75 раза медленнее продольных. Отсюда 
понятно, почему оказавшиеся в эпицентральной области сильного землетрясения люди часто попадают во власть волн: их толкает, качает, трясет в разных направлениях с разными ускорениями. 
Очевидцы нередко «слышат» землетрясения в буквальном смысле слова. Продольные волны сходны со звуковыми. При определенной частоте колебаний (в диапазоне слышимых волн, то есть более 
15 герц) они при выходе на поверхность и становятся звуковыми волнами. Если вспомнить, что 
продольные волны распространяются быстрее, а поперечные нередко несут главные разрушения, 
легко понять, почему гул может слышаться перед землетрясением. Тут много зависит и от спектров 
излучения. 

Земная кора является открытой системой, обменивающейся с окружающей средой, ве
ществом и энергией (А.Г. Гамбурцев, 1990). Подобно всем открытым системам, она способна 
самоорганизовываться или хаотизироваться. Одна из форм самоорганизации – ритмичность. 

Давно известен ритмический характер процессов осадконакопления и горообразования, 

вулканизма и сейсмической деятельности, тектонических движений, изменений напряженного состояния пород. 

Периоды ритмических изменений разного рода геологических процессов могут состав
лять миллионы лет, годы, месяцы, сутки и даже часы. Одни авторы связывают ритмические 
процессы с их эндогенными (внутриземными) источниками энергии, другие рассматривают 
причины экзогенного характера: лунно-солнечные приливы, вариации солнечной активности 
и др. При землетрясениях эти ритмы нарушаются. Как же предсказать эти нарушения? 

Исторические предсказания землетрясений, хотя и малодостоверны, но важны. Успеш
ным считается такой прогноз, который определит время землетрясения с точностью до нескольких дней. 

Так, один из учителей Пифагора будто бы предсказал своим согражданам землетрясе
ние, попив воды из колодца. Сам Плимей, который эти сведения приводит, добавляет: «Если 
это правда, то чем такие люди отличаются от богов?» 

Прогноз может быть любительским либо профессиональным, или научным. Отдельные 

любители, наделенные необыкновенной чувствительностью, могут увидеть нечто, другим 
людям недоступное (З. Кукал, 1985). Геолог-любитель Генри Минтура весьма точно предска

зал землетрясение в Лос-Анджелесе 19 ноября 1976 г. Отдельные успешные предсказания 
были сделаны в Японии, Китае, Ташкенте. 

Заинтересованность правительственных учреждений в прогнозе землетрясений исклю
чительно велика – тысячи человеческих жизней могут быть спасены, если предсказания окажутся точными. Целые города могут быть эвакуированы зря, если оно окажется ложным. 
Из-за многих неопределенностей, связанных с землетрясениями, удачное их предсказание 
бывает весьма редким. Тем не менее возможность точного предсказания настолько заманчива, что сегодня сотни ученых, в основном в США, Японии, Китае и России, заняты исследованиями по прогнозу землетрясений. 

В качестве возможной основы прогноза принят целый ряд признаков (З. Кукал, 1989). 

Наиболее важны и надежны из них следующие:  

1)  
статистические методы; 

2)  
выделение сейсмически активных зон, которые долго не испытывали землетрясения; 

3)  
изучение быстрых смещений земной коры; 

4)  
исследование изменений соотношений скорости продольных и поперечных волн; 

5)  
изменения магнитного поля и электропроводности горных пород;  

6)  
изменения в составе газов, поступающих из глубин; 

7)  
гидродинамические предвестники землетрясений; 

8)  
регистрация предварительных толчков «форштоков»; 

9)  
исследование распределения очагов во времени и пространстве; 

10)  регистрация интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля 

Земли (ЕИЭМПЗ); 

11)  наблюдения за поведением человека, животных, зверей, птиц, рептилий, рыб, 

насекомых. 

Статистические методы просты. Они основаны на анализе сейсмологической истории 

района: данных о числе, размерах и частоте повторения землетрясений. Предполагая, что сейсмичность района не меняется с течением времени, можно по этим данным оценить вероятность будущих землетрясений. Чем длиннее период времени, за который имеем сведения о 
землетрясениях, тем точнее будет прогноз. В Калифорнии сведения о землетрясениях собраны примерно за 200 лет, а в Китае имеются данные более чем за 2000 лет. 

Данные о распределении эпицентров землетрясений в различных районах Земли были 

обобщены в работе Гуттенберга и Рихтера (Gutenberg, Richter, 1954), которая до сих пор является основным справочным пособием. Сейсмичность Земли представлена на рис. 1. 

 
Рис. 1. Сейсмичность Земли (области, где происходят землетрясения  
с магнитудой > 6, заштрихованы). Из работы А.Е. Шейдеггера, 1981  

1. Статистическое изучение сейсмического режима позволило ввести понятия сейсми
ческого цикла и так называемых зон затишья – зон в сейсмически активных районах, где в 
течение длительного времени наблюдается слабая сейсмическая активность. Средняя длительность сейсмического цикла равна примерно 140 годам – время между сильнейшими сейсмическими событиями в одном месте. Зоны затишья – места накопления максимальной 
упругой энергии, где возможно ожидать сильное землетрясение. Это явилось основой долгосрочного сейсмического прогноза…  

Если известна частота, с которой землетрясения происходили в прошлом, можно сделать 

обобщенный статистический вывод о вероятности землетрясения в будущем. 

Статистические прогнозы не помогают предсказать конкретное место и конкретное время 

землетрясения. Таким образом, они не очень полезны с точки зрения предварительных мероприятий по безопасности. С другой стороны, они имеют огромное значение для инженеров, которые 
должны проектировать сооружения со сроком существования 50–100 лет.  

2. Принцип другого метода – выделение сейсмически активных зон без землетрясе
ний. В его основе ‒ определение в сейсмически активных зонах участков, где долго не было 
толчков и где, следовательно, долго не происходило разрядки энергии. Именно там можно 
ожидать катастрофическое землетрясение. Этот метод правилен и проверен, однако для точного прогноза неэффективен. Он не позволяет назвать ни день, ни неделю, ни месяц, когда 
произойдет событие. Но это не означает, что такого рода исследования не имеют значения: 
это обеспечит в угрожаемых местах своевременную подготовку и должно учитываться во 
всех нормативах при возведении зданий и промышленных объектов.  

Ярким примером такого выделения сейсмически активных зон без землетрясений явля
ется история изысканий трассы Байкало-Амурской магистрали (БАМа), описанная в работе 
В.П. Солоненко (1987).  

По существовавшим представлениям в 1889 г., во время начала поиска пути северного вари
анта Транссибирской железной дороги, зона трассы БАМа считалась асейсмичной. Однако в 
1956 г. был сделан прогноз о высоком сейсмическом потенциале Байкало-Алекминской горной 
страны, по осевой части которой должна была проходить дорога. Через полгода произошло Муйское 10–11-балльное землетрясение (27 июня 1957 г.).  

Результатом многолетней работы геологов и сейсмологов стало районирование сейсмо
логических условий территории, примыкающей к трассе железной дороги, и ее сейсмичности (рис. 2, 3). 

Байкало-амурская магистраль проходит по трем сейсмогеологическим областям: 
1) 
практически несейсмоактивной сибирской платформе (310 км); 

2) 
Байкальской рифтовой зоне (310–1475 км), с небольшой сейсмичностью; 

3) 
Южно-Дальневосточной орогенической (горной) системе с умеренной сейсмиче
ской активностью (1475–3145 км). 

 
Рис. 2. Схема сейсмического районирования зоны БАМа.  
Из работы В.П. Солоненко, 1987  

На 200-километровом участке этой системы дорога выходит на краевую активизиро
ванную часть Дунбейской платформы. 

Каждая из перечисленных областей включает различные геологические структуры со 

своими особенностями геологической жизни (В.П. Солоненко, 1987). 

 
Рис. 3. Схематический геолого-геофизический разрез через Северо-Муйский массив  
длиной около 17 км. Из работы В.П. Солоненко, 1987  

3. О готовящемся землетрясении может свидетельствовать и увеличение скорости 

движения земной коры. Этот метод исследований используется в России, Японии, США. Перед некоторыми землетрясениями земная поверхность быстро поднималась (быстро в геологическом смысле, со скоростью несколько миллиметров в год), затем движения прекращались, и 
происходило разрушительное землетрясение (рис. 4).  

 

 

 

 

Рис. 4. Что нам помогает  
предсказывать землетрясения:  
перед землетрясением изменяется скорость 
волн Р, наблюдаются наклоны земной  
поверхности, увеличивается эманация радона, 
снижается электрическое сопротивление пород, 
изменяется число слабых толчков.  
По работе З. Кукала, 1985  

 

Известно, что сейсмическая опасность любого региона определяется наиболее сильны
ми землетрясениями. Исследование лишь текущей слабой сейсмичности и экстраполяция 
обнаруженных закономерностей в область сильных событий, к сожалению, не дают надежных решений (Р.Э. Татевосян, 1993). Как показывает опыт, в частности печально известное 
Спитакское землетрясение 1988 г., самые сильные для данного места сейсмические события 
могут иметь чрезвычайно большой период повторяемости – более длительный, чем включают существующие каталоги, в том числе исторические. Поэтому при сейсмическом районировании столь важны сейсмотектонические аналоги между исследуемой территорией и местами, где известны сильные землетрясения. 

Эпицентральные наблюдения дают возможность получить записи сильных движений 

грунта вблизи очага землетрясения, и на этих записях основаны все инженерные расчеты сейсмических воздействий на здания и сооружения, необходимые при антисейсмическом проектировании. 

В СССР максимальное ускорение движения грунта было зафиксировано эпицентраль
ной экспедицией Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН в районе г. Газли в 
1976 г. 

Сильнейшее за всю историю сейсмологических наблюдений на Кавказе Рачинское зем
летрясение произошло 29 апреля 1991 г. (фото 1). В захваченной землетрясением области 
сейсмические удары такой энергии (магнитуда ∼ 7) ранее вообще не прогнозировались 
(В.Н. Страхов, 1993). После Спитакской катастрофы 1988 г. была составлена временная карта сейсмической угрозы Кавказа. На этой карте весь южный склон Большого Кавказа вошел 
в десятибалльную зону сейсмических сотрясений. Тогда же в районе будущего Рачинского 
землетрясения, в грузинской провинции Рача и Южной Осетии, была выделена зона долгосрочной сейсмической тревоги (рис. 5). 

 
Рис. 5. Геологический разрез Южного склона Большого Кавказа. 
Из работы Е.А. Рогожина, Б.М. Богачкина, 1993  

Все три сильных землетрясения последних лет на Кавказе «попали» в область 

Транскавказского поперечного поднятия. Транскавказское поперечное поднятие разделяют 
бассейны рек, текущих на запад в Черное море и на восток в Каспийское. Оно представляет 
собой активную подвижную структуру очень высокого ранга. В его пределах имеются многочисленные меридионально ориентированные разломы (рис. 6). 

 
Фото 1. Разрушения, причиненные одним из крупных оползней, возникших  
в результате Рачинского землетрясения. Хорошо различимы также трещины  
в грунте. Из работы Е.А. Рогожина, Б.М. Богачкина, 1993  

Сейсмогенно поверхностные деформации показывают, что Рачинское землетрясение 

связано с крупным сейсмоопасным расколом земной коры – Рача-Лечхумским разломом. 
В эпицентральной зоне землетрясения имеются еще два крупных разлома, поперечных первому, ‒ Цхенвали-Казбекский и Риони-Казбекский. При пересечении с Рача-Лечхумским 
разломом они образуют систему сложных дизъюнктивных узлов, к которым и приурочено 
землетрясение. 

4. Много внимания уделяют методу исследования соотношения скорости про
дольных и поперечных волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и 
других физических характеристик пород. В той степени, в какой изменения этих физических 
характеристик являются предвестниками землетрясений, можно рассматривать в качестве 
предвестников и скорости сейсмических волн. Скорости волн измеряются с помощью небольших взрывов в скважинах; при этом возбуждаются сейсмические волны, которые записываются близлежащими станциями. Продольные волны распространяются со скоростью 
приблизительно в 1,75 раза больше, чем поперечные. Перед землетрясением скорость продольных волн уменьшается, и это соотношение выражается цифрой 1,5. Подобное явление 
отмечается за несколько месяцев до сейсмического события. Непосредственно перед землетрясением указанное соотношение возвращается к «правильной цифре». Этот метод проверен экспериментально, на полигонах в Узбекистане, Казахстане и Таджикистане. 

Например, в Южном Таджикистане проводился сейсмический мониторинг, в ходе ко
торого многократно измерялись такие важнейшие сейсмические параметры, как времена 
пробега волн, их амплитуда и спектры. При этом были получены данные об изменениях скоростей волн в среде, ее поглощающих и рассеивающих свойствах (А.Г. Гамбурцев, 1990). 
Суть метода заключается в том, что сейсмические волны, возбужденные контролируемым 

источником (вибратором, пневмоизлучателем, взрывом), проникают в различные слои земли, 
преломляются и отражаются там и затем выходят на земную поверхность, где регистрируются в отдельных точках или группах точек (рис. 7). 

 
Рис. 6. Основные тектонические зоны и разломы Южного склона  
Большого Кавказа в районе Рачинского землетрясения.  
Из работы Е.А. Рогожина, Б.М. Богачкина, 1993  

Как пишет А.Г. Гамбурцев (1990), о прогнозе землетрясений по аномальным участкам 

фоновых кривых пока говорить трудно. Прежде всего, используя геофизические и другие 
наблюдения, надо научиться прогнозировать интервалы времени, к которым приурочены 
аномальные изменения состояния среды, проявляющиеся в конструктивной суперпозиции 
гармоник сейсмических волн. В эти промежутки времени и следует искать предвестник землетрясений. 

Основная часть тектонических движений, создавших современный рельеф молодых 

горных стран, как считают В.Я. Барлас, Е.Я. Ранцман, приходится на последний миллион 
лет, к которым приурочены все сильные землетрясения. 

Рис. 7. Схема распространения сейсмических волн при экспериментальных взрывах на полигоне  
в Южном Таджикистане (пункт взрыва – оз. Чашмаисангок, основной пункт приема –  
пос. Шаамбары). Колебания регистрировались как в отдельных точках, так и на небольших  
профилях – в скважинах и на земной поверхности. Траектории распространения сейсмических волн  
в разных слоях земной коры и верхнем слое верхней мантии обозначены цветными кривыми  
(числа – средние скорости распространения волн в слоях, км/с). Справа – фрагмент сейсмограммы 
для основных волн: Рg – волна, заходящая в «гарантийный» слой, Рк, Р*, РМотр, Рm.I. – волны,  
отраженные от кровли волновода и «базальтового» слоя, поверхности Мохоровичича и границы 
внутри верхней мантии соответственно. Из работы А.Г. Гамбурцева, 1990  

В 50-х годах возникло новое направление – морфоструктурный анализ. 
Понятие морфоструктура введено И.П. Герасимовым в 1946 г. Им сделана попытка 

выделить из процесса рельефообразования составляющую, созданную внутренними силами 
земли, тектоническими движениями. 

 
Рис. 8. Схема Алма-Атинского морфоструктурного узла. В узле нарушена линейность продольного 
линеамента, смещены линии осевого поднятия Заилийского Алатау и подножья уступов на границе 
высокогорного и среднегорного поясов рельефа. Из работы В.Я. Барлас, Е.Я. Ранцман, 1983