03.03.2021

Докембрийские углеродсодержащие породы восточной части Балтийского щита


Восточная часть Балтийского щита благодаря сравнительно высокой степени изученности является своеобразным полигоном, где решаются многие проблемные вопросы геологии докембрия. Работами Св.А. Сидоренко и А.В. Сидоренко показано, что территория эта характеризуется широким возрастным диапазоном развития углеродистых пород, многие из которых содержат достоверные признаки органических остатков. С углеродистыми сланцами Балтийского щита ассоциируют разнообразные полезные ископаемые, часть из которых образуют промышленные месторождения. Наиболее типичными являются стратиформные залежи прожилково-вкрапленных медных руд (Оутокумпу, Виханти, Вуонос и др.), серного колчедана (Парандово, Хаутовара, Ялонваара и др.), кианита (Кейвы и др.), золота и меди (Болиден, Хавери и др.), а также жильные медно-никелевые месторождения в верлит-гарцбургитовой формации и др. С углеродистыми сланцами связаны, кроме того, многочисленные проявления молибдена, ванадия, фосфора и т. п. Парагенетически с ними ассоциируют железные руды костомукшского типа; наиболее углеродистые разности пород (шунгиты) являются ценным сырьем, используемым на различные нужды народного хозяйства [8]. Поэтому углеродистые сланцы вызывают интерес у исследователей как с позиции задач прикладной геологии, так и в плане решения общетеоретических проблем осадочной геологии докембрия.

В связи с этим в Тематической комплексной экспедиции СЗТГУ проведена работа по систематизации данных по углеродистым формациям восточной части Балтийского щита и прилегающей территории. Работа выполнялась в тесном контакте и при непосредственном участии специалистов ВСЕГЕИ, ЛГУ, Карельского и Кольского филиалов АН России, ИГГД и ряда других организаций. В результате составлена коллективная сводка и карта размещения черносланцевых формаций.

Углеродсодержащие породы на территории Северо-Запада России известны начиная с наиболее древних отложений саамского комплекса. Они представлены в различной степени гранитизированными графитсодержащими амфиболовыми гнейсами и амфиболитами. Возраст этих образований точно не установлен; очевидно, они древнее 3500 млн. лет, возможно, около 4000 млн. лет. К настоящему времени никаких специальных исследований графита в саамидах не проводилось. Отмечается прожилково-жильный характер его проявления, что, вероятно, является следствием перераспределения углеродистого вещества при метаморфизме. Физико-химические особенности и происхождение этого вещества остаются невыясненными.

Впервые широкое развитие углеродсодержащие породы достоверно осадочного происхождения получили в лопийском мегацикле, в интервале времени от 3500 до 2700+100 млн. лет назад (рис. 1). Для этого времени было характерно формирование специфических прогибов, давших начало зеленокаменным поясам со всей совокупностью структурно-формационных и металлогенических признаков, характерных для подобных образований других докембрийских щитов.


На территории восточной части Балтийского щита с лопием связаны два трансгрессивно-регрессивных цикла осадконакопления и вулканизма— тикшозерский и пебозерский. Оба эти этапа отмечены образованием углеродсодержащих сланцев. На тикшозерском этапе накопление углеродсодержащих тонкозернистых пород происходило за счет размыва кор выветривания высокой химической зрелости (рис. 2). Эти отложения достоверно установлены только в зоне сочленения карелид и беломорид, где выделяются под названием тикшозерской серии и хизоварской свиты. Некоторые исследователи с ними параллелизуют кейвские высокоглиноземистые сланцы, хотя более вероятно, что последние следует рассматривать как начало карельского комплекса. He исключена также возможность, что одновозрастными с тикшозерскими образованиями являются высокоглиноземистые углеродсодержащие гнейсы чупино-лоухской свиты беломорид. Для этого уровня характерно формирование крупных стратиформных месторождений кианита.

Среди углеродистых отложений пебозерского стратиграфического интервала обособляются два литотипа, различающиеся по парагенезису пород, особенностям структурно-метаморфических преобразований, геохимической и рудной специализации: гимольский, с которым связаны месторождения железных руд, и парандовский, отличающийся серноколчеданным промышленным оруденением. Оба эти литотипа содержат проявления полиметаллической, медной и молибденовой минерализации, они характеризуются преобладающим развитием вулканитов диабазлипаритового состава, метаморфизованных до амфиболитов и лептитов; количество углеродсодержащих сланцев в них весьма непостоянно в разрезах и на площади, но не превышает 25%.

Карельский комплекс отличается наиболее широким распространением углеродистых пород. Он сформировался в период третьего мегацикла докембрийского литогенеза (2800—1800 млн. лет) и отвечает второй металлогенической эпохе, с которой в разных частях земного шара связаны месторождения меди, полиметаллов, никеля, железа и других полезных ископаемых.

На территории Балтийского щита, уже обладавшего повышенной мощностью континентальной коры, карельский литогенез носил на обширных площадях ярко выраженный эпиконтинентальный характер. Различаются три типа палеотектонических структур накопления углеродсодержащих пород: 1) пассивные кратоны с гранитной палеокорой и эпиконтинентальным характером литогенеза; 2) тектонически активные геоблоки с базитовым или переходным типом палеокоры и морским типом литогенеза (геосинклинали); 3) структуры, занимающие пограничное положение между кратонами и геосинклиналями, отличающиеся внутренней неоднородностью и переходным типом литогенеза.

В карельское время отчетливо проявилась цикличность в накоплении углеродсодержащих пород. В разрезе обособляются четыре стратиграфических уровня углеродистых отложений. Первый — сариолийский цикл, он соответствует рифтовому этапу активизации эпилопийского кратона и зарождению карельских подвижных поясов. В этот период доминировал вулканизм, накопление углерода было подавлено и связано исключительно с туфогенно-осадочными отложениями кальдер.

На сариолийском стратиграфическом уровне выделяются две ассоциации углеродистых пород, объединенные в два литотипа: селецкий, фиксирующий завершение сариолийского цикла, и сейдореченский (рижгубский), отнесение которого к сариолию условно. С углеродистыми сланцами сариолия связаны проявления свинца, меди, ванадия (таблица). Основная аккумуляция углерода приурочена к ятулийскому (заонежскому) циклу карельского тектогенеза, сопровождавшемуся общим погружением региона, в том числе и протоплатформенных мегаблоков, что нашло отражение в максимальном развитии трансгрессий в карельское время.

Ятулийский (заонежский) литостратиграфический комплекс, сформировавшийся в период от 2300 до 2150 млн. лет назад, объединяет заонежский, соанлахтинский, сартовальский, варзугский и прихибинский литотипы. В пределах этого комплекса локализованы все крупнейшие стратиформные месторождения сульфидных руд Балтийского щита, в том числе такие, как Оутокумпу, Вуонос, Виханти, Болиден и др. Калевийский уровень (2100—1950 млн. лет) фиксирует этап усиления дифференциальных тектонических движений, знаменовавшийся заложением системы крупных подводных желобов с турбидитным осадконакоплением и интенсивным внедрением никеленосной ультраосновной магмы (частично в тонкодисперсные осадки). Этому уровню отвечают ладожский (калевийский), пильгуярвинский, нигозерский литотипы. С пильгуярвинским и ладожским (калевийским) литотипами связаны медно-никелевые месторождения Балтийского щита — Печенги, Хитура и Коталахти.


Завершающий цикл карельского литогенеза — вепский, запечатленный в каменноборском литотипе, был наименее благоприятным для накопления углеродистых пород. Углеродистый материал здесь имеет терригенное происхождение и был переотложен после размыва образований заонежского и нигозерского (?) литотипов. Металлогеническая специализация каменноборского литотипа характеризуется повышенными содержаниями молибдена и полиметаллов (см. таблицу).

В рифейское (1600—650 млн. лет) время и на протяжении всей последующей истории значительная часть территории Балтийского щита развивалась как тектонически относительно пассивная область с общей тенденцией к поднятию. Осадконакопление было локализовано в сравнительно узких впадинах, позднее в большинстве своем подвергшихся денудации. Интрузивный магматизм и гидротермальный метасоматоз были приурочены к линейным зонам повышенной проницаемости и проявились в кратковременные эпохи тектоно-магматической активизации. Углеродсодержащие породы рифея распространены в гиперборейской зоне перикратонного опускания на о-ве Кильдин и п-ове Среднем в составе кильдинской и волоковой серий, а также в рифейской геосинклинали на п-ве Рыбачьем — в составе боргоутной и скарбеевской свит. Соответственно выделены четыре литотипа: кильдинский, волоковой, боргоутный, скарбеевский. Для углеродистых сланцев рифея характерны проявления меди, свинца, фосфора.

Как следует из изложенного, накопление углерода на всем протяжении докембрийского времени контролировалось тектоническим режимом и было приурочено к эпохам максимального развития трансгрессий. Наиболее интенсивный процесс накопления углерода связан со стадией максимального прогибания территории, отмеченной излияниями базальто-пикритовой магмы. Вместе с тем углеродистые породы отвечают и этапам сравнительного тектонического покоя, когда происходила смена знака вертикальных движений с нисходящих на восходящие, и являются маркирующими горизонтами, позволяющими производить корреляцию изолированных разрезов.

Площади максимального накопления углеродсодержащих пород совпадают с пограничными зонами мегаблоков, ограниченными глубинными разломами; последние разделяют и основные палеогеографические области осадконакопления. Эти зоны, в тектоническом отношении наиболее подвижные и проницаемые для гидротерм, некогда отвечали районам резкой смены гидродинамических и геохимических условий среды седиментации и поэтому оптимально благоприятны как для экзогенного, так и для эндогенного рудообразования.

По генезису различаются сравнительно глубоководные и мелководные углеродистые породы. Первые отвечают зонам сочленения мегаблоков, характеризовавшихся различной тектонической активностью и мощностями земной коры, и представляют собой фации открытых морей. Они широко известны в Куолаярвинской, Имандра-Варзугской и Ладожской структурах. Мелководные ассоциации углеродсодержащих пород типичны для зон перикратонных опусканий и внутрикратонных участков замедленного прогибания и образовались в условиях обширных лагун и заливов (Онежская и Суоярвская мульды, Кейвы).

Углеродсодержащие осадки мелководных палеобассейнов метаморфизованы в начальную стадию зсленосланцевой фации; аналогичные пелагические осадки отличаются более высокой степенью метаморфизма, до амфиболитовой фации регионального метаморфизма и ультраметаморфизма. В мелководных ассоциациях органическое вещество (OB) встречается преимущественно в форме шунгита, содержание которого варьирует в широких пределах, достигая 98%; в пелагических ассоциациях OB представлено различными модификациями графита, температура выгорания которого колеблется в пределах 350—1200°; содержание его обычно не превышает нескольких процентов.

Основные характеристики ассоциаций углеродистых сланцев, связанных с различными литотипами, приведены в таблице. На рис. 2—5 отражены результаты химических анализов углеродсодержащих метапелитов. Как видно из рисунков, исходный состав пород варьирует в широких пределах. Соответственно весьма различен и современный минеральный состав сланцев. Преобладающими минералами являются серицит или мусковит, хлорит (биотит) и кварц; встречаются сильнокарбонатные разности, а также прослои и горизонты, обогащенные эпидотом, цоизитом, хлоритоидом, гранатом; есть кианит- и ставролитсодержащие разности, особенно типичные для тикшозерского и ладожского литотипов. Характерная особенность углеродистых пород рассматриваемого региона — постоянное присутствие в них сульфидов, находящихся в тесной генетической связи с OB. Сульфиды образуют рассеянную вкрапленность или слагают конкреции, стяжения, линзовидные прожилки небольшой мощности и агрегатные скопления и составляют обычно 0,5—6%, редко 25% и выше объема пород. Наиболее распространены среди сульфидов пирит, пирротин, реже встречаются арсенопирит, галенит, сфалерит, пентландит. В углеродистых породах четко выделяются три морфогенетических типа сульфидной минерализации: тонковкрапленный и пылевидный осадочно-диагенетический, вкрапленный метаморфогенный и жильный метаморфогенно-метасоматический или гидротермальный, представляющие собой единый ряд последовательных генетических изменений сульфидов во времени. Исходной формой служил осадочно-диагенетический или глобулярный пирит. Об осадочном происхождении пирита в углеродистых породах свидетельствуют следующие факты: строгий литолого-стратиграфический контроль размещения вкрапленности, приуроченность зерен пирита в обломочных породах исключительно к глинистому цементу, отсутствие пересечения слоистости отдельными кристаллами и скоплениями пирита, седиментационное огибание вышележащими слойками пирита, участие пирита в подводнооползневых деформациях и наличие седиментационных и диагенетических конкреций, желваков с пиритом.



Метаморфогенные сульфиды представлены кристаллами и прожилками пирита кубического габитуса или пирротином в зависимости от фугитивности и активности серы или окислительно-восстановительного потенциала при региональном метаморфизме. Размещение сульфидов в целом контролируется литологией, но вместе с тем внутри пачек углеродистых пород они локализуются преимущественно на участках большей проницаемости пород, в замках складок, в зонах послойных кливажных трещин. Границы крупных кристаллов пирита пересекают границы мелких слоев и трещин сланцеватости; местами скопления пирита «растерты» по плоскостям киважа и зеркалам скольжения. Жильные сульфиды включают пирит, пирротин, халькопирит, галенит, сфалерит.

Сульфиды в углеродистых породах на всех этапах геологической эволюции выступают носителем и главным концентратором золота, меди, никеля, кобальта и других полезных компонентов. Соответственно различаются в пределах Балтийского щита дометаморфогенное, метаморфогенное и постметаморфогенное сульфидное оруденения. Однако определяющее значение в металлогении принадлежит дометаморфогенному оруденению.

Общей особенностью углеродистых пород является аномальное (в 2—10 и более раз выше фона) содержание в них рудных элементов. Возникновение первичных концентраций рудных элементов контролировалось палеотектоническим режимом областей сноса и седиментации, ландшафтно-палеогеографическими условиями осадконакопления, влиянием синхронного и предшествующего вулканизма, климатическими условиями, в которых происходило выветривание. Совокупность этих факторов определяет контрастность и особенности геохимического фона и в конечном итоге геохимическую и рудную специализацию углеродистых пород. Для восточной части Балтийского щита устанавливается следующая специализация углеродистых пород: для лопия — ванадий, цинк, железо, алюминий; для карелид — медь, цинк, ванадий, вольфрам, олово, кобальт, никель, фосфор, марганец; для рифея и венда — фосфор, свинец, цинк, марганец. Однако в разных зонах набор и значимость вышеперечисленных элементов различны. Так, для углеродистых сланцев продуктивной толщи Печенгской структуры типичны никель, кобальт, хром, фосфор; Имандра-Варзугской — медь, хром, кобальт, марганец; Пана-Куолаярвинской — кобальт, ванадий, фосфор. Эти различия объясняются неодинаковыми палеотектоническими и палеофациальными условиями осадконакопления, геохимией древних вулканических продуктов, что прямым или косвенным образом оказывает влияние на процесс седиментации и находит отражение в промышленной рудоносности соответствующих комплексов.

В шовных зонах сочленения мегаблоков различной тектонической подвижности для углеродистых сланцев характерны медное и полиметаллическое дометаморфогенное оруденения, промышленная значимость которых сегодня не определена. Преобладание нисходящих движений и обширные трансгрессии благоприятствовали накоплению углеродистых осадков с золото-медным, редкометальным и медно-кобальтовым оруденениями типа Оутокумпу, Вуонас и др. Этапу развития флишевой седиментации ныне отвечают стратиформные медные (типа Хамслахти) и жильные медно-никелевые (Печенгское рудное поле) оруденения. С рифейским мегациклом связано накопление меди, фосфора, титана.

Размещение различного по генезису и масштабу промышленного оруденения контролируется структурно-тектоническим планом: пересечением продольных и поперечных прогибов (грабенов, рифтов, авлакогенов) и поднятий (горстов). В частности, в качестве особо благоприятных для оруденения выступают районы сочленения авлакогенов (рифтов) протоплатформ со структурами геосинклинального типа.

Таким образом, значительная часть известных в восточной части Балтийского щита месторождений и рудопроявлений железа, кианита, никеля, кобальта, меди, серного колчедана и других полезных ископаемых пространственно и часто генетически связана с полями развития углеродистых пород. Этим подчеркивается важная рудоконтролирующая роль последних и подтверждается тенденция, наблюдаемая в ряде других регионов России. Перспективы рудоносности углеродистых пород очевидны.





Яндекс.Метрика