ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ В АРХЕЕ

Л

У

У

V

СРЕДНИЙ И ПОЗДНИЙ АРХЕЙ (3,5-2,5 млрд лет)

На всех щитах древних платформ и в пределах фундамента плит, перекрытых чехлом рифейских и фанерозойских отложений^ наиболее примечательной чертой геологического строения является наличие трех основных типов комплексов пород, формирующих более или менее линейные зоны, обычно именуемые поясами. К
1-му типу относятся зеленокаменные пояса — мощные толщи за­кономерно изменяющихся пород от ультраосновных и основных вулканитов через последовательно дифференцированные (от ба­зальтов через андезиты к дацитам и риолитам), реже биметаль- ные вулканиты, вулканогенно-осадочные образования к гранитным телам. Подобное строение зеленокаменных поясов в вертикальном разрезе типично для многих районов их развития на древних платформах.

2- й тип представлен орто- и парагнейсами, «пропитанными» •гранитными массивами и превращенными в поля гранитогнейсов, т. е. гнейсов, по составу отвечающих гранитам и обладающих гнейсовидной текстурой.

3- й тип образован гранулитовыми (гранулито-гнейсовыми) поясами. Под гранулитами понимаются метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений и высоких тем­ператур ( + 750... + 1000 °С) и содержащие кварц, полевой шпат и гранат. Наряду с областями развития ■«серых гнейсов» раннего архея, три перечисленных выше типа архейских образований сла­гают преобладающую часть щитов древних платформ. Именно эти толщи пород перекрывают тот фундамент, который был образован комплексами «серых гнейсов», являющихся протоконтинентальной корой, скорее всего неравномерной мощности, вплоть до ее полно­го выклинивания в некоторых местах. Наиболее интересным пред­ставителем из перечисленных выше трех типов является 1-й тип — зеленокаменные пояса, которые отличаются как наибольшим раз­нообразием, так и повсеместным распространением. Зеленокамен­ные пояса достигают длины 1000 км при ширине до 200 км.

Впервые понятие «зеленокаменный пояс» оформилось после работ канадского геолога Дж. Уилсона, появившихся в 1949 г. Говоря о поясах этого типа, следует отметить, что речь идет о докембрийских образованиях, хотя сам термин «зеленокаменные породы», т. е. породы, претерпевшие хлоритизацию, эпидотизацию и т. д., употребляется и для фанерозойских толщ. Ввиду широко­го распространения подобных образований на всех платформах будут рассмотрены лишь наиболее представительные из них.

Одним из тектонотипов таких поясов считается зеленокаменный пояс Барбертон (рис. 5.2), расположенный на юге Африки на территории Трансваальского (Каапвальского) щита в Свазилен­де. Общая мощность образований в поясе достигает 15—20 км. Они подразделяются на 3 надгруппы: Онфервахт, Фиг-Три и Моо- дис (рис. 5.3). В первой из них, наиболее мощной (до 10—15 км) и древней, выделяется несколько свит, объединяемых в группы, в нижней из которых преобладают метаперидотиты и метабазальты. В самой верхней свите — Комати — преобладают высокомагне­зиальные основные и ультраосновные вулканиты, получившие название «коматиитов» с характерной скелетной структурой •— «спинифекс». Эти примитивные эффузивы, с реликтами подушеч­ной отдельности, могли возникнуть только в мантии, где темпе­ратура достигала +1800°С. В связи с тем что кора была тонкая,

 

т

, + + + , + ++++++• ч-+^ТШ. +

+ + + + +

+ . + -Ьл + + ■ ,

+ +• + ,

.+■ + + +1

*

+ + + +

4 4

-+.+V"

4.4

+, + +

 

V

+ + , + +'

+

+ + 4- + + +,

■V

4 4 4 4

W 4 + 4-

+ + 4 4 4 4

 

ю

20 30 ___ I г км

 

Рис. 5.2. Зеленокаменный архейский пояс Барбертон (по К. Конди) 1 — интрузивные граниты; 2 — осадочные подразделения групп Моодис и Фиг- Три группа Онфервахт; 3 — основные и кислые породы; 4 — ультраосновные

породы

ультраосновная магма быстро поступала на поверхность. В свите Комати присутствуют также пирокластические и кремнистые по­роды. Мощность нижней группы около 8 км.

Выше залегает толща уже более дифференцированных вулка­нических пород, от базальтов до риолитов и кремнистых толщ, причем подобная цикличность повторяется несколько раз. Мощ­ность этой группы также около 8 км. Во всех образованиях над- группы Онфервахт наблюдаются дайки и силлы преимущественно ультраосновных пород, хотя есть и более кислые разновидности.

Описанная выше толща пород согласно перекрывается образо­ваниями надгруппы Фиг-Три, состоящей из относительно слабо метаморфизованных осадочных отложений — сланцев, граувакк, кремнистых пород, вулканических туфов, железистых кварцитов, обладающих ритмичной слоистостью и фациальной изменчивостью. Мощность надгруппы Фиг-Три достигает 2 км, а на ней с не­согласием, подчеркнутым горизонтом базальных конгломератов, залегают так же осадочные образования группы Моодис мощ-

Рис. 5.3. Стратиграфические колонки горных пород зелеиокаменного пояса Бар- бертон на юге Африки в Свазиленде (по К. Конди, с упрощением): 1 — пропуски в разрезе; 2 — ультраосновные лавы (коматииты); 3 — основ­ные толеитовые лавы; 4 — кислые лавы и туфы; 5 — кислые туфы; 6 — гли­нистые сланцы; 7 — кремнистые породы; 8 — песчаники; 9 — конгломераты; 10 — интрузивные тоналитовые гнейсы. I — группа Онфервахт, II — группа Фиг-Три, III — группа Моодис. Цифры — значения мощности, м

 

ностью около 3,5 км. Ритмично построенная толща состоит из песчаников, кварцитов, глинистых сланцев и джеспилитов.

Отложения всех трех групп, по-видимому, сильно дислоцирова­ны, с образованием надвигов и покровов, формирующих чешуйча­тую структуру, в которой возможно сдваивание или страивание разреза (рис. 5.4). Поэтому приведенные выше оценки мощности отдельных подразделений, вероятно, завышены.

В пределах Барбертонского зелеиокаменного пояса широко развиты прорывающие его тоналитовые граниты нескольких гене­раций, как бы обрамляющие пояс и датируемые цифрами 3,1 — 3,0 млрд лет. А радиометрический возраст образований трех над- групп характеризуется цифрами от 3,5 млрд лет (вулканиты ниж­ней части разреза надгруппы Онфервахт) до 3,3 млрд лет (в верхней части надгруппы).

О О о О о о ° о о о v

Все о георгин http://geo.web.ru/

Рис. 5.4. Схематический разрез, показывающий структуру архейских днапировых гранитных куполов и посттектонических гранитов (по К. Конди): 1 — зелеиокамеиные образования; 2 — посттектоиические граниты, интрудирую- щие синклинали; 3 — гранитные купола; А ~ приповерхностный срез; Б — промежуточный срез; В — глубокий срез

 

На Африканской платформе зеленокаменные пояса широко распространены и в пределах щита Зимбабве, где известны три генерации поясов с возрастом от 3,5 до 2,7 млрд лет, формирова­ние которых, как и в Барбертонском поясе, закончилось массовым внедрением тоналитовых массивов. Характерная особенность этих поясов — присутствие бимодальных серий вулканических пород, т. е. наличие коматиитов, базальтов, дацитов и риолитов.

Зеленокаменные пояса известны и в Центральной Африке, а также в пределах Леоно-Либерийского и Регибатского массивов Западной Африки. Везде они обладают сходным строением, прорваны гранитами и метаморфизованы в гранулитовой и амфи- болитовой фациях. Метаморфизм, как правило, более молодой.

На Австралийской платформе ярким примером зеленокаменных поясов являются пояса блоков Пилбара и Йилгарн.

Расположенный на юго-западе блок Йилгарн площадью более 650 тыс. км² обрамляется более молодыми протерозойскими об­разованиями и характеризуется классическим набором пород для поясов подобного типа. В основании разреза залегают разнооб­разные вулканиты — коматииты, базальты и такого же состава пластовые расслоенные интрузивы; кислые вулканиты, пачки ме- таосадочных пород — конгломератов, граувакк, аргиллитов, же­лезистых кварцитов. Очень характерны бимодальные серии вулка­нических пород. Верхи разреза сложены конгломератами, грубы­ми песчаниками, толщами основных и кислых вулканитов извест- ково-щелочного типа. Мощность образований зелеиокаменного пояса достигает почти 20 км, и в них местами наблюдается цик­личность с повторением разреза от базальтов-коматиитов до оса­дочных пород. Определения радиометрического возраста пород дают цифры от 3,3 до 2,9—2,8 млрд лет. Более молодой гранито- идиый магматизм оценивается в 2,8—2,5 млрд лет, и цифрой 2,4 млрд лет отмечен поздний метаморфизм. Самый молодой ин­трузивный магматизм датируется 2,2—2,1 млрд лет.

Примерно такая же последовательность устанавливается и в блоке Пилбара, где зеленокаменные пояса древнее и где установ­лено не менее 5 рубежей деформаций —■ от 3,4 млрд лет для низов разреза до 3,0—2,9 млрд лет, характеризующих главный этап гранитного магматизма.

Зеленокаменные пояса и гранит-зеленокаменные области рас­пространены также на Индостанской и Антарктической платфор­мах. Они обладают сходным строением, сложной структурой, поздним гранитоидным магматизмом и метаморфизмом. Обращают на себя внимание гранитные и гранитогнейсовые поля, разделяю­щие зеленокаменные пояса и сложенные различными гнейсами, мигматитами, амфиболитами, кристаллическими сланцами, грани- тоидами разных типов. Совместно они образуют, как и на других платформах, гранит-зеленокаменные области.

На платформах северного, лавразийского, ряда архейские зе­ленокаменные пояса широко развиты в пределах Канадского щи­та Северо-Американской платформы, на Балтийском и Украин­ском- щитах Восточно-Европейской, Алданском щите — Сибирской, а также на Китайсжо-Корейской платформе.

Весьма представительна гранит-зеленокаменная область Ка­надского щита в районе оз. Верхнего (провинция Сьюпириор), где в близширотном направлении простирается ряд зеленокаменных пояс.ов, длиной более 1000 км при ширине до 200 км, разделенных поясами, сложенными гнейсами, образовавшимися по осадочным породам, и гранитами. Наиболее известный и крупный зеленока­менный пояс Абитиби сложен однородными базальтами и кома- тиитами, сменяющимися затем последовательно-дифференцирован­ными базальт-андезит-риолитовыми сериями известково-щелочного типа. В самых верхах толщи присутствуют обломочные породы и щелочные лавы (надгруппа Тимискамин). Rb—Sr методом вулка­ниты датируются в 2,7 млрд лет, а метаморфизм и внедрение гра­нитов -— в 2,6 млрд лет, т. е. формирование пояса было относив тельно кратковременным. Гранитоиды, внедрявшиеся одновремен­но с деформациями пород пояса, образуют купола диапирового типа.

В другой провинции — Слейв, в районе Б. Невольничьего озера, находятся несколько зеленокаменных поясов, образования кото­рых выделяются в надгруппу Иеллоунайф, общий объем которых составляет 40%, а 60% приходится на гранитогнейсы, разделяю­щие пояса. Только 18—20% пород в поясах сложены примитивны­ми коматиита'ми и толеитовыми базальтами, а весь остальной разрез представлен граувакковыми песчаниками и аргиллитами, что отличает эти пояса от многих описанных выше. Мощность от­ложений колеблется от 0,5 до 12 км. Вулканиты смяты в относи­тельно пологие складки, а осадочные породы — в сложные изо­клинальные. Между зеленокаменными поясами располагаются пара- и ортогнейсы, граиитогнейсы, граниты.

Широким развитием зеленокаменные пояса пользуются на Восточно-Европейской платформе, в пределах Балтийского и Ук­раинского щитов, Воронежского массива и под фанерозойским чехлом Русской плиты.

На Балтийском щите наиболее представительные зеленока­менные пояса и гранитогнейсовые поля архейского возраста нахо­дятся в Карелии, между Ладожским, Онежским озерами и Белым морем. Отсюда они прослеживаются на территории Финляндии. Развиты они и на Кольском полуострове, между Мурманским и Центральнокольским массивами гнейсов.

В Карелии известно несколько зеленокаменных поясов ССЗ—ЮЮВ простирания, между которыми развиты граиитогней­сы и местами сильно переработанные «серые гнейсы» — комплекс основания. Разрезы поясов характеризуются коматиитами, мета- базальтами, чередующимися с метариолитами и метадацитами, т. е. это типично бимодальные серии вулканитов. Коматиитов сравнительно немного. В верхних частях разрезов преобладают метапесчаники с горизонтами конгломератов, кремнистые породы, графитистые сланцы, мраморизованные доломиты и железистые кварциты, с которыми связан ряд железорудных месторождений (Костомукша). Местами самые верхи разреза слагаются подушеч­ными толеитовыми базальтами. Все эти толщи выделяются под названием лопия, мощность которого до 3—5 км. Они сильно дис­лоцированы и подверглись метаморфизму амфиболитовой фации, Лопийские образования прорваны различными интрузивами, преимущественно гранитоидами с возрастом 2,7 млрд лет, а сами толщи гранит-зеленокаменных поясов имеют возраст 2,7—2,9 млрд лет, хотя радиометрические датировки некоторых пород гранито- гнейсовых полей достигают 2,92 млрд лет.

В пределах Украинского щита архейские образования гранит- зеленокаменного типа (конкско-верховцевская серия) развиты в восточной его части, в Среднеприднепровском блоке, где аульский «серогнейсовый» комплекс слагает их основание (рис. 5.5). В ни­зах разреза поясов залегают коматииты, толеитовые базальты, метаандезиты, метадациты, сменяющиеся вверх по разрезу мета- песчаниками, метааргиллитами с прослоями кислых лав и туфов. Общая мощность серии достигает 7 км, а ее возраст оценивается (в низах) в 3,2 млрд лет.

Конкско-верховцевская серия, напоминающая лопийские обра­зования Балтийского щита, прорывается тоналитами и грано- диоритами с цифрами абсолютного возраста по U—Pb методу в 3,0—2,9 млрд лет. Вместе с породами «серых гнейсов» гранитоиды образуют куполовидные мигматит-гранитные структуры.

В ряде других мест Украинского щита развиты узкие зоны с толщами пород, напоминающих конкско-верховцевскую серию, к такие же образования (михайловская серия) известны на Воро­нежском массиве. Они представлены меггабазитами — толеитовы-

 

 

Рис. 5.5. Разрез Верховцевского архейского зелеиокаменного пояса, Украински® щит (по А. Н. Сиворонову): 1 — гранитогнейсы (аульский комплекс); 2 — тоналиты; конкско-верховцевская» серия; 3 — коматииты и толеитовые базальты; 4 — джеспилиты; 5 — андези- тодациты; 6 — коматииты; 7 — осадочная толща

 

ми базальтами, коматиитами, а в верхах — метаандезитами и метадацитами, мощностью от 2 до 10 км. Метавулканиты прорва­ны гранитами с возрастом 3,0—2,9 млрд лет и метаморфизованы в зеленосланцевой фации. Все толщи сильно дислоцированы в уз­кие сжатые синклинорные зоны, между которыми развиты грани- тогнейсовые купола комплекса основания.

Интерпретация геофизических и буровых данных по фундамен­ту Русской плиты, перекрытому фанерозойским чехлом, показыва­ет, что зеленокаменные пояса архейского возраста, разделенные изометричными полями гранитогнейсов, составляют основу всего структурного рисунка востока плиты.

На Сибирской платформе в западной и восточной частях Ал­данского щита к типу зеленокаменных поясов относятся узкие меридиональные структуры в Олёкминском и Батомгском блоках. Субганский комплекс залегает на «серых гнейсах» чарской серии и представлен в нижней части разреза коматиитами и базальтами, в средней — терригенными породами с линзами мраморизованных доломитов, в верхней — железистыми кварцитами, аргиллитами, песчаниками, средними и кислыми вулканитами, конгломератами. Мощность субганского комплекса превышает 7 км, а возраст его по U—Pb методу составляет 3,0 млрд лет. Весь комплекс интру- дировап разнообразными по составу телами от ультраосновных в низах до гранитов в верхах (2,6 млрд лет). Зеленокаменные пояса, так же как и в других местах, разделены полями гранитогнейсов и гранитов и совместно с ними образуют гранит-зеленокаменные ■области.

Рассмотренные выше примеры зеленокаменных поясов и гра- иитогнейсовых областей показывают, что на всех платформах они обладают чертами сходства, хотя есть и некоторые различия. В :низах разреза залегают базит-ультрабазитовые высокомагнези­альные недифференцированные вулканиты, выше сменяющиеся последовательно дифференцированными базальт-андезит-риоли- товыми вулканитами в сочетании с турбидитовыми толщами, а затем молассовыми конгломератами, песчаниками с горизонтами кислых, реже щелочных вулканитов. Для нижних частей разрезов (особенно древних поясов) очень характерны контрастные, бимо­дальные (базит-риолитовые) серии вулканических пород, причем из кислых вулканитов преобладают пирокластолиты. Наряду с ■ бимодальным распределением вулканитов типична и гомодромная последовательность от основных к кислым породам. Характерна многоактность магматических процессов, как вулканических, так и интрузивных. Геохимические особенности пород и распределе­ние редкоземельных элементов указывают на последовательное уменьшение глубины магмообразования. Зеленокаменные прогибы сосуществуют в архейское время с участками коры сиалического типа. Гранитогнейсовые или гранулит-гнейсовые области несколь­ко отличаются от зеленокаменных разнообразием магматических процессов и последовательностью вулканитов, что свидетельствует о разноглубинных магматических очагах, функционирующих од­новременно.

Обращает на себя внимание сильная деформированность всех типов пород, так же как и присутствие полифазных концентричес­ки-кольцевых куполов, усложнение разрезов за счет чешуйчатых надвигов, что приводит к сдваиванию разрезов. Современные ог­раничения зеленокаменных поясов не являются первичными, так как значительная часть их уничтожена при формировании меж- поясовых гранитогнейсовых куполов и овалов. Архейские зелено­каменные пояса образуют три разновозрастные генерации: одну средне- и две позднеархейские, а время их формирования колеб­лется от десятков до сотен миллионов лет.

Высокая литологическая информативность пород зеленокамен­ных комплексов¹ позволяет устанавливать мелководные и глубо­ководные обстановки; выявлять условия континентального склона и его подножия (флиш, турбидитные потоки). Важной составной частью разрезов являются железистые кварциты — джеспилиты, которые в ряде мест образуют крупные железорудные месторож­дения.

Коснемся возможной интерпретации тектонических обстановок в средне-позднеархейское время. К моменту заложения зелено­каменных поясов кора сиалического типа уже существовала, о чем свидетельствует древнейший комплекс «серых гнейсов». Оче­видно, что кора была тонкой, несплошной или разной мощности, а тепловой поток был выше современного, и в мантии существо­вали активные конвективные течения. В таких условиях, скорее всего в среднем архее, тонкая земная кора либо подвергалась рифтингу с формированием бимодальных серий вулканических пород, столь характерных для структур подобного типа, либо раздвигалась настолько, что формировались впадины с корой океанского типа. Если развитие шло по второму пути, более вероятному в позднем архее, то становится понятным появление в конце развития зеленокаменных поясов последовательно диффе­ренцированных серий известково-щелочных вулканитов, которые могли быть связаны с процессами субдукции, а в обстановке тангенциального сжатия формировались сложные складчато- надвиговые структуры зеленокаменных поясов. Наличие в низах разрезов поясов ультраосновных и основных эффузивов, даек и силлов, а также кремнистых пород придает им сходство с фане- розойскими офиолитовыми комплексами, однако существующие отличия позволяют, по мнению В. Е. Хаина, называть их только протоофиолитами. Поздние фазы развития зеленокаменных по­ясов сосуществовали с широко проявленным гранитообразованием, вплоть до появления в конце архея настоящих калиевых гранитов и даже щелочных пород. Эти процессы вовлекали в переработку более древнюю «серогнейсовую» кору и вместе с ней формиро­вали гранитогнейсовые купола, овоиды и т. д.

Таким образом, к концу архея можно предполагать сущест­вование уже довольно мощной (до 30—40 км) и зрелой континен­тальной коры. Была ли она сосредоточена в одном месте, обра­зуя гигантский материк, Пангею, которой противостоял не менее гигантский океан — Панталасса, или блоки сиалической коры были распределены по поверхности земного шара так, что между ними оставались- пространства с корой океанского типа, остается не совсем ясным. Возможны разные варианты, но существование в архее, может быть даже в раннем архее, блоков земной коры сиалического (континентального) и океанского типов вполне вероятно.

Все же представления о возникновении первого в¹ истории Зем­ли суперматерика в конце позднего архея наиболее вероятны. Об этом свидетельствует широкое распространение архейских пород, слагающих фундамент молодых протерозойских складчатых по­ясов и систем.

Но если был суперматерик, в который «стянулись» все участки земной коры континентального строения, то что было на другой половине Земли, при условии, что ее радиус не изменялся? Там могло существовать только пространство с океанской корой, по­крытое водной массой, близкой по объему к современной, воз­можно меньшей. Таким образом, уже на такой ранней стадии развития Земли возникла ее диссимметрия.