Особенности осадконакопления в раннем докембрии Кокчетавского массива

Кокчетавский докембрийский массив расположен среди складчатых сооружений Центрального Казахстана. По совокупности признаков осадконакопления и метаморфизма допалеозойские образования массива расчленены на следующие четыре серии (снизу вверх): зерендинская, боровская, акдымская — или карсакпайская — и ерементауская. Рассматриваемые в настоящей статье кристаллические сланцы слагают наиболее древнюю, зерендинскую, серию. Более молодые члены разреза отличаются хорошей сохранностью первичных структур и относятся к отложениям, достаточно близким к эвгеосинклинальным. Степень метаморфизма последних достигает фации эпидотовых амфиболитов. Докембрийский возраст их был доказан еще в 30-х годах Г.И. Водорезовым благодаря находке в перекрывающих отложениях ископаемых органических остатков среднего кембрия, а несколько позднее Р.А. Борукаевым — нижнего кембрия.

Первое подробное исследование кристаллических сланцев зерендинской серии, которую Е.Д. Шлыгин назвал амфиболито-гнейсовой толщей, было опубликовано М.А. Абдулкабировой. В этой работе были описаны главные типы пород (слюдяные сланцы и гнейсы с гранатом, силлиманитом, кордиеритом и т. п., эклогиты и амфиболиты), а метаморфизм серии разделен на два этапа, причем ко второму отнесено образование гнейсов, связанное с гранитизацией. Эклогиты рассматривались как метаморфизованные пластовые интрузии габбро.

Позднее И.Ф. Трусовой древнейшие породы Кокчетавского массива были расчленены на две серии: PCmA и PCmB. Детальное петрологическое изучение позволило выявить сложную последовательность явлений метаморфизма. Был выделен ряд этапов метаморфизма, из которых к первому отнесено образование пород с наиболее высокотемпературными минеральными ассоциациями, в частности эклогитов, мраморов с оливином и пироксеном и т. п.; ко второму — общий диафторез ранее возникших пород в условиях амфиболитовой фации и появление амфиболовых и слюдяных парагенезисов (образование амфиболитов и слюдяных сланцев). Процессы, протекавшие в течение обоих этапов, охватывали зерендинскую серию повсеместно. Гранитизация, приводящая к замещению кристаллических сланцев слюдяными и амфиболовыми гнейсами, проявлена локально. Гнейсы связаны с кристаллическими сланцами постепенными переходами через мигматиты.

Древнейшие образования серии, отвечающие амфиболито-гнейсовой свите Е. Д. Шлыгина, были расчленены на три свиты, различающиеся по петрографическим признакам и залегающие согласно. Было обращено внимание на широкое распространение эклогитов по разрезу, на их ассоциацию с первичнокарбонатными породами и сделан вывод об образовании эклогитов за счет первичнокарбонатных, мергелистых пород.

При геологосъемочных работах, проведенных Центрально-Казахстанским геологическим управлением, в которых принимал участие автор, было обращено внимание на геологические особенности и главным образом на выявление первичного состава и взаимоотношений стратифицированных образований. Для такого исследования необходимо выделение первичноосадочных пород, определение соотношения гнейсовидности и слоистости, выявление роли будинажа, а также отделение пород, образовавшихся без существенного изменения состава, от претерпевших значительные перемещения вещества (главным образом при гранитизации). Весьма важной проблемой является определение взаимоотношений между выделенными стратиграфическими комплексами (свитами).

В составе зерендинской серии первичноосадочными являются мраморы и связанные с ними первоначально карбонатные плагиоклаз-диопсидовые породы, а также кварциты и, вероятно, слюдяные сланцы, отвечающие по составу глинистым породам. Происхождение эклогитов менее ясно, хотя по степени распространенности они занимают второе место после слюдяных сланцев. В разрезе зерендинской серии преобладают слюдяные сланцы, среди которых залегают многочисленные пластовые тела эклогитов и образованных по ним амфиболитов. В отдельных частях разреза появляются карбонатные породы и кварциты. Гнейсы, в составе которых сущестсвенную роль играет калиевый полевой шпат, и связанные с ними мигматиты развиваются при гранитизации за счет слюдяных сланцев и содержат присущие последним минералы в виде реликтов. Пластовое залегание пород осложнено явлениями будинажа, который был изучен для наиболее распространенных пород (эклогиты, слюдяные сланцы и др.) на типичных участках. С этой целью были составлены геологические карты крупных масштабов, которые позволили сделать следующие выводы.

1. При крутом залегании (70—80°) будинированного пласта жесткой породы ориентировка гнейсовидности в 5—7 м от пласта устойчива, простирание ее совпадает с простиранием пласта. (Мощность пласта 3—4 м, длина отдельных блоков от 3 до 15 м, чаще 5—10 м.) Ширина зоны будинирования 10—15 м. Внутри зоны будинирования, окружающей разобщенные блоки жесткого пласта, наблюдается усложнение залеганий, обтекание жестких блоков, местные разрывы и опрокидывание плоскостей гнейсовидности породы, вмещающей жесткий пласт. Таким образом, элементы залегания гнейсовидности вблизи блоков жестких пород характеризуют движения этих блоков в зонах будинирования. Общее залегание толщи по единичным замерам элементов залегания можно наблюдать достаточно отчетливо только за пределами таких зон. В целом направление падения в толщах достаточно определенное.

2. При пологом залегании толщи (5—15°) линейное расположение блоков и контуры первоначального пласта наблюдаются менее четко, так как на дневной поверхности зоны усложненных залеганий вблизи блоков жестких пород имеют большую ширину. Построение розы-диаграммы углов падения для всех элементов залегания и для элементов залегания, определенных вне зон будинирования, показывает, что в целом толща имеет весьма пологое залегание (15°).

3. На замыканиях частных складок (размах крыльев 100—200 м) разделенные на блоки пласты жестких пород, в частности эклогитов и амфиболитов, четко оконтуривают складку, т. е. четко прослеживаются по простиранию (рис. 1), но ядро может быть сложено одним блоком жесткой породы, которое в плане имеет округлую «непластовую» форму (рис. 2).

4. В тех местах, где удается наблюдать совместное нахождение эклогитов и мраморов, можно видеть, что эклогиты и мраморы залегают в параллельных, разделенных на блоки (будинированных) пластах, положение которых четко совпадает с ориентировкой гнейсовидности вмещающих слюдяных сланцев и гнейсов (рис. 3).

Для относительно более мелкомасштабного исследования были использованы аэрофотоснимки, которые позволили выявить складчатые формы, отдельные сложные фрагменты которых наблюдаются в обнажениях, а также дали возможность закартировать разрывные нарушения, которые, как правило, перекрыты кайнозойскими образованиями. Последнее особенно важно в случае «потери» прослеживаемого по простиранию пласта.

Весьма сложным и спорным вопросом является установление угловых несогласий и базальных конгломератов. При этом необходимо учитывать, что поверхности размыва являются наиболее ослабленными в слоистой толще и, вероятно, именно к ним были приурочены интенсивные тектонические движения, которые способствовали изменению химического состава и облика первоначальных пород при метаморфизме. Можно предположить, что этим обстоятельством в какой-то мере объясняется исключительная редкость описания конгломератов в метаморфических толщах.

В составе зерендинской серии выделены в 1958 г. и к настоящему времени откартированы почти на всей обнаженной части Кокчетавского массива следующие свиты (снизу вверх по рарезу):

Берлыкская свита — сложена зелено-серыми мелкозернистыми силлиманит-гранат-биотитовыми сланцами, иногда с кордиеритом, в которых залегают многочисленные пласты темных, почти черных, часто с порфиробластами граната эклогитов и образованных по ним амфиболитов, реже — прослои и линзы доломитовых мраморов и плагиоклаз-диопсидовых пород мощностью в первые метры, редко до сотни метров. Прослои мраморов и плагиоклаз-диопсидовых пород тяготеют к верхам разреза, где они встречаются совместно с эклогитами (см. рис. 3). В низах разреза выделяется довольно мощная пачка слюдяных сланцев. Частые прослои эклогитов встречаются главным образом в средней части разреза (см. рис. 1). Минимальная неполная мощность свиты 3000 м.

Жолды байская свита — представлена светлыми сланцами с бесцветной слюдой, дистеном и гранатом, с прослоями и блоками светлых розовато-серых или зеленовато-серых эклогитов со значительным содержанием кварца. Мощность и особенности залегания прослоев эклогитов в этой свите отражены на рисунках 2, 4. В средней части свиты выделяется пачка слюдяных сланцев, не содержащих прослоев эклогитов, строение верхней и нижней частей разреза однообразное, определяющееся чередованием эклогитов и слюдяных сланцев.

Жолдыбайская свита ассоциирует с более молодыми свитами зерендинской серии и слагает крылья Берлыкской антиклинальной зоны. Это определяет ее более высокое стратиграфическое положение. Там, где наблюдается непосредственный контакт берлыкской и жолдыбайской свит (южнее и западнее оз. Желтау), породы берлыкской свиты имеют падения, направленные в сторону жолдыбайской свиты, и как бы уходят под нее. При анализе материалов аэрофотосъемки этих участков удается обнаружить, что пласты жолдыбайской свиты, изгибаясь, срезают простирания берлыкской свиты. Детальное картирование обнажений в зоне контакта показало, что эта зона гранитизирована. В основании жолдыбайской свиты здесь залегает пачка мелкоочковых гнейсов, которая без признаков поздних разрывов срезает подстилающий пласт амфиболита. Однако запрокидывание слоев в самой зоне контакта шириной около 2 м, нечеткие ограничения мелкоочковых гнейсов и отсутствие реликтовых обломочных структур свидетельствуют о том. что для доказательства несогласного залегания указанных двух свит данных недостаточно, но что такое залегание можно предполагать. Судя по сопоставлению частных разрезов, мощность свиты не менее 2000 м.

Даулетская свита — не содержит эклогитов. В ее составе преобладают темно-коричневые андалузит-гранат-биотитовые сланцы (иногда с плагиоклазом), в которых наблюдаются многочисленные прослои мраморов и плагиоклаз-диопсидовых пород мощностью в первые сантиметры и метры, редко до 100—200 м. Мощный пласт карбонатных пород разделяет свиту на две части: нижнюю, представленную тонким чередованием сланцев и мраморов, и верхнюю, существенно сланцевую. Даулетская свита восточнее пос. Конезавод 111, 3-й участок, образует крыло антиклинали, сложенной в ядре породами жолдыбай-ской свиты. Здесь элементы залегания даулетской и жолдыбайской свит весьма близки, и обнаружить угловое несогласие не удается. В районе оз. Желтау она контактирует с породами берлыкской свиты, а севернее — с породами жолдыбайской свиты, залегая в несколько ином структурном плане. Эти данные позволяют предполагать, что даулетская свита залегает на подстилающих отложениях несогласно. Мощность даулетской свиты 1400 м.

Уялинская свита — отличается отсутствием карбонатных пород. Здесь среди серых, зеленоватых и коричневатых мелкозернистых дистен-гранат-двуслюдяных сланцев, нередко пятнистой текстуры, залегают прослои дистен-гранатовых кварцитов мощностью около 5— 20 м (иногда до 100 м) и амфиболитов мощностью от 20—30 до 300 м. В средней части свиты выделяется два горизонта, обогащенные прослоями кварцитов, в верхней части залегает пачка амфиболитов большой мощности. Для уялинской свиты известны контакты с берлыкской. жолдыбайской и даулетской свитами. Наиболее важными являются взаимоотношения уялинской свиты с даулетской. Эти взаимоотношения наблюдаются юго-восточнее оз. Байсары. Уялинская свита слагает здесь синклиналь, в крыльях которой залегает даулетская свита. Нижняя граница уялинской свиты проведена по подошве первой пачки амфиболитов, отсутствующих в даулетской свите. Контакт между свитами закрыт неширокой (20 м) полосой четвертичных отложений. Углового несогласия, судя по элементам залегания, здесь не наблюдается. Южнее г. Кокчетава, к западу от оз. Кушкуль, уялинская свита залегает на берлыкской, а в районе пос. Уялы и оз. Желтау — жолдыбайской свите. Таким образом, уялинская свита залегает на различных горизонтах подстилающих отложений, что дает основание говорить о несогласном залегании ее. Мощность свиты 2800 м.

Суммарная мощность отложений зерендинской серии составляет 9200 м.

Представляет интерес рассмотрение признаков осадконакопления, которые удается установить в этой глубокометаморфизованной толще. В кварцитах уялинской свиты иногда наблюдаются агрегаты дистена, граната и слюды, огибающие кварцевые зерна диаметром 0,1—1,0 мм, по-видимому, представляющие реликты обломков кварца.

В больших прозрачных шлифах, изготовленных из слюдяных сланцев. на отдельных участках (пос. Энбек-Берлык, берлыкская свита) удается установить тонкую ритмичную слоистость. В основании ритма залегает гранат-биотит-силлиманитовый кварцит (1—2 мм), выше — сланец того же минералогического состава, а в верхней части ритма — гранат-силлиманит-биотитовый сланец, в котором кварц присутствует в резко подчиненном количестве. Мощность такого микроритма 3—8 см.

Среди слюдяных сланцев (нижняя часть разреза берлыкской свиты) был обнаружен прослой метаморфизованного конгломерата мощностью около 2 м. Галька и валуны размером 0,5—15 см составляют 23% от объема породы. Изучение производилось на распиловках многочисленных (более 50) образцов размером до 25 см. По данным подсчета более 200 галек в составе гальки преобладает корунд-гранат-дистеновая порода (75%), содержащая 40—46% глинозема, 36—41% кремнезема и 4—6% закисного и окисного железа.

Представляется вероятным предположение, что первоначально описанная порода была бокситом. Около 16% общего количества гальки сложено пегматоидным гранитом, в составе которого принимают участие крупные кристаллы альбит-олигоклаза с антипертитовыми вростками калиевого полевого шпата, образующие закономерное срастание с кварцем. Встречаются ячеистые псевдоморфозы рутила, рудного минерала и кварца по цветному (?) минералу. По трещинам плагиоклаза развивается тонкий фибролит силлиманита; у краев гальки к нему присоединяются биотит и гранат. Значительно реже встречаются обломки, сложенные гранат-силлиманит-биотит-кварцевой породой с реликтовыми участками, сложенными плагиоклазом и кварцем и характеризующимися гипидиоморфной структурой. Сопоставление химических анализов по методу Т. Барта показывает, что такая порода могла образоваться за счет выветривания (латеритизации) диорита или кварцевого диорита (средний тип, по Р. Дэли). Встречены также гальки, сложенные жильным кварцем, и валуны кварцита и сланца, близкие по минералогическому и химическому составу к описанным выше породам, участвующим в ритмично слоистом строении сланцевой части разреза берлыкской свиты.

В строении разрезов, содержащих карбонатные породы, также нередко удается уловить тонкую ритмичность. В строении ритма участвуют два компонента — глинистый и карбонатный. Такая ритмичность наиболее характерна для даулетской свиты. В нижней части свиты восточнее пос. Конезавод 111, 3-й участок, в магистральной канаве вскрыты чередующиеся гранат-андалузит-биотитовые сланцы (мощность слоев непостоянная — 0,5—6 м) и мраморы (от 5 до 10—50 см, редко до 2 м). Падение пород — на юго-восток под углом около 70°.

Существенно кальцитовые мраморы даулетской свиты так же, как и слюдяные сланцы, содержат графит и сульфиды железа (пирротин, пирит, марказит), составляющие в отдельных случаях до 5% породы. В близких условиях находится Ачикташское колчеданное месторождение железа, залегающее в киргизской серии Тянь-Шаня. Исследование этого месторождения, проведенное Э. Б. Байбулатовым (1964), позволяет сделать вывод об отложении указанных карбонатно-глинистых осадков в условиях сероводородного заражения.

Весьма важным для понимания геологии зерендинской серии является вопрос о генезисе эклогитов. В настоящее время, вероятно, следует согласиться с К. Смуликовским, что существуют «эклогиты и эклогиты». В изученном районе эти породы слагают пластовые тела, ассоциирующие с карбонатными породами, как это было показано выше. В жолдыбайской свите по простиранию эклогитового пласта встречены кварцевые гранатиты (рис. 4), позволяющие считать, что первоначально состав этих пород был изменчив по латерали и не отвечал ни одному из известных типов изверженных пород. В строении этих пород принимает участие гранат (50—78 объем. %), который, судя по химическим анализам, весьма близок по составу к гранату из эклогитов метаморфических комплексов (Соболев, 1964), а также кварц и рутил. Подобно эклогитам, залегающим рядом, кварцевые гранатиты подвергаются процессу амфиболитизации. При этом возникает цоизит и амфибол из группы роговой обманки, близкий к каринтину, описанному в эклогитах Полярного Урала Н.Г. Удовкиной.

Близкие к описываемым породам кварцевые гранатиты на Урале охарактеризованы Б.В. Чесноковым. Примечательно, что наряду с кварцевыми гранатитами им выделены омфацитовые гранатиты, являющиеся по существу эклогитами с весьма низким содержанием пироксена и представляющие собой переходные разновидности между упомянутыми типами пород. В химическом составе эклогитов. Кокчетавского массива обнаруживаются значительные колебания, но от вмещающих пород они отличаются так же резко, как мраморы или плагиоклаз-диопсидовые породы. Наконец, в изученном районе не известна парагенетическая ассоциация интрузивных пород основного и ультраоснового состава с эклогитами. По соотношению щелочей породы, окружающие эклогиты, являются существенно калиевыми. Таким образом, кажется наиболее вероятным представление о происхождении эклогитов Кокчетавского массива за счет первичнокарбонатных осадков.

Абсолютный возраст пород зерендинской серии изучен пока недостаточно. Определение возраста гранитизации по цирконам из гнейсов, проведенное А.А. Краснобаевым на материале автора данной статьи, дало две цифры: 1030±100 и 960±85 млн. лет (альфа-свинцовый метод). Несколько раньше Э.К. Герлингом были исследованы слюды рубидий-стронциевым методом, при этом получены цифры 600, 1000, 1000 и 1300 млн. лет. Значения аргонового метода для этих же образцов колеблются в интервале 534—586 млн. лет. Большое количество определений аргоновым методом выполнено Т.П. Семеновой. Значения этих определений колеблются от 283 до 719 млн. лет, что в общем отвечает степени потери радиогенного аргона слюдами в связи с проявлениями каледонского гранитного магматизма.

Из отложений докембрия, несогласно залегающих на зерендинской серии, были извлечены обломочные цирконы и исследованы с помощью альфа-свинцового метода. Полученные значения образуют две группы — около 1,0 и 1,3—1,4 млрд. лет. Таким образом, устанавливается, что гранитизация так же, как и образование слюд в связи с глубинным диафторезом в условиях амфиболитовой фации, проходила приблизительно 1,0 млрд. лет назад и, вероятно, 1,3—1,4 млрд. лет. Проявление двойной разновозрастной гранитизации было выявлено И.Ф. Трусовой. Возраст главного этапа метаморфизма (образование эклогитов и пр.) является более древним, однако для его установления, так же как и для определения времени осадконакопления, пока нет радиологических данных.

Подводя итог изложенному, необходимо отметить специфические черты первоначального образования описанного докембрийского комплекса кристаллических сланцев.

Зерендинская серия Кокчетавского докембрийского массива представляет собой первичноосадочную существенно глинистую толщу, отложение которой закончилось значительно раньше 1,0 млрд. лет и, вероятно, раньше 1,3—1,4 млрд. лет. Осадконакопление проходило в неустойчивой тектонической обстановке, определившей флишеподобный характер слоистости. Усиление тектонической активности приводило к появлению конгломератов, в гальке которых присутствуют, с одной стороны, местные недавно отложенные глинистые и существенно кварцевые осадки, а с другой — неизвестные пока нам в коренном залегании породы областей сноса. Среди этих пород резко преобладали бокситы, образованные, вероятнее всего, по интрузивным породам основного состава в результате латеритного выветривания, а также граниты и диориты или кварцевые диориты.

Осадконакопление не было единообразным в течение всего времени отложения толщи — первый этап закончился появлением многочисленных прослоев известняков (верхи берлыкской свиты), на втором этапе формировалась толща монотонного чередования глинистых и мергелистых пород (жолдыбайская свита).

Третий этап характеризуется резким усилением карбонатонакопления (даулетская свита), протекавшего, вероятно, в условиях сероводородного заражения. На заключительном этапе появляются тонкоотмытые кварцевые песчаники (кварциты уялинской свиты). Седиментация прерывалась и в отдельные периоды сменялась глубоким размывом, о чем свидетельствуют данные по несогласному залеганию верхних трех свит. Однако эти перерывы не имели принципиального значения, поскольку общий стиль осадконакопления не изменялся.

Представляется вероятным, что накопление толщи глинисто-карбонатных пород мощностью более 9000 м протекало достаточно длительно. По продолжительности формирования эта толща может быть сопоставлена с геосинклинальным циклом, а по набору пород — с миогеосинклиналями неогена. Однако проведение непосредственной аналогии между подвижными зонами, формировавшимися в докембрии, и структурноисторическими категориями последующих эпох было бы неправильным, и для обозначенных различий в осадконакоплении и геологическом развитии указанных зон были предложены особые термины. В соответствии с этим, возможно, описанный выше тип осадконакопления в зерендинской серии следует именовать протомио-геосинклинальным.