Метаморфические аналогии геосинклинальных осадочных формаций в Украинском щите

В настоящее время довольно определенно устанавливается преобладание параметаморфических пород над магматическими в пределах докембрийских щитов и платформ. Ho первичная литология этих толщ, завуалированная глубоким метаморфизмом и процессами гранитизации, мало изучена.

Ниже рассмотрены принципы формационного анализа, примененного нами для докембрийских толщ территории Среднего Приднепровья, вошедшей в литературу под названием Большого Кривого Рога.

Речь идет о литологических формациях, испытавших глубокий метаморфизм (в пределах фаций от зеленых сланцев до амфиболитовой), имеющих абсолютный возраст порядка 2600 млн. лет, однако отлично сохранивших признаки своего первичного осадочного происхождения. К этим признакам относятся: слоистость и седиментационная ритмичность; псефитовые, псаммитовые и другие структуры обломочных пород; наличие типичных структур эффузивно-магматических пород или же реликтовых структур обломочных пород вулканического и смешанного происхождения; химический и минеральный состав пород и, наконец, распределение в них акцессорных элементов, присущее в целом осадочным толщам.

Под геосинклинальными формациями мы понимаем естественные исторические комплексы парагенетически связанных пород, образующие закономерные ряды, члены которых отвечают определенным структурным зонам геосинклинальной системы и возникают в определенные этапы ее развития. Такое или близкое этому понятие формаций получило распространение благодаря работам советских ученых. Оно лежит в основе формационного анализа, к сожалению, в силу известных трудностей все еще мало применяющегося для докембрийских подвижных зон.

Изучение геологических разрезов в структурных зонах Большого Кривого Рога и Белоцерковско-Одесской зоны показало, что в древнейшей геосинклинали, консолидированной в центральной части Украинского щита, мы встречаемся с полными формационными рядами, члены которых исторически взаимосвязаны и в определенной закономерности размещены. Это важнейшее положение, устанавливаемое на основании убедительных данных, позволяет пользоваться формационными критериями при геотектоническом анализе докембрийских подвижных зон в пределах Украинского щита.

Геосинклинальная система Большого Кривого Рога ограничена Кировоградским и Приазовским блоками. Соответственно следует различать два цикла геологического развития: архейский, приведший к консолидации названных блоков, и раннепротерозойский, на протяжении которого развилась геосинклиналь Большого Кривого Рога. Однако, определяя возраст последнего цикла как раннепротерозойский, мы имеем в виду лишь время замыкания геосинклинали. В ее строении, возможно, принимают участие и более древние структуры нижнего, архейского этажа.

Геологические образования Большого Кривого Рога можно расчленить на два ряда формаций: 1) литологические и эффузивно-магматические; 2) интрузивные и ультраметаморфические (табл. 1).

Мы ограничимся рассмотрением лишь метаморфизованных осадочных формаций первого из названных формационных рядов: нижней терригенной и джеспилитовой, относящихся к первой половине цикла, и формаций второй половины цикла — углисто-графитито-терригенной, лагунной и молассовой. В грубой схеме первая половина цикла отвечает периоду преимущественного прогибания геосинклинали — ее доорогенным этапам развития. Имеется в виду период, предшествовавший главным складчатым движениям. Складчатость, ведущая к образованию повышенной суши, не чужда и доорогенным этапам, но эти явления имеют подчиненное значение в доминирующем процессе прогибания. Последнее выражается в господствующем фациальном профиле формаций и обычно в трансгрессивном характере последовательности элементов геологического разреза. Лишь после окончания доорогенной половины цикла происходит замыкание внутренних зон геосинклинали и образование на их месте складчатой горной страны.

Вторая половина цикла отвечает времени наиболее интенсивной складчатости и решительных поднятий, охватывающих геосинклиналь. При этом по ее периферии возникают зоны подножий с присущим им режимом аккумуляции и прогибания. Все эти основные процессы и составляют цикл геосинклинального развития.

Ниже приведена краткая характеристика метаморфизованных осадочных формаций Большого Кривого Рога.

Нижняя терригенная формация. К рассматриваемой формации отнесена нижняя свита криворожской серии в Криворожско-Кременчугской зоне. В состав формации входят: конгломераты, кварциты, кварцито-песчаники и филлиты. Мощность ее достигает 700 м. Эта формация выделена также на восточной окраине геосинклинали — в пределах Орехово-Павлоградской зоны. Здесь она представлена кварц-биотитовыми сланцами и слюдистыми кварцитами с характерными кластогенными минералами: цирконом, рутилом, хромитом и сульфидами. Эту формацию можно только условно сопоставлять с нижней терригенной формацией послекембрийских геосинклиналей. В Большом Кривом Роге она располагается выше диабаз-спилитовой формации и характерна в основном для внешнего окаймления геосинклинали.

Джеспилитовая формация. В этой формации заключены железорудные месторождения Большого Кривого Рога. Она состоит в основном из горизонтов железистых кварцитов и джеспилитов, разделенных горизонтами слюдяных, хлоритовых и амфиболовых сланцев. В Большом Кривом Роге выделяются два основных типа джеспилитовой формации: осадочный (криворожский) и осадочно-вулканогенный. Первый — наиболее продуктивен. Он характерен для краевых зон геосинклинали. Существенного наличия вулканогенного материала в джеспилитовой формации Криворожско-Кременчугской зоны пока не установлено. Мощность формации достигает 2000 м.

Второй тип ассоциирует с вулканогенными породами и характерен для внутренних зон геосинклинали, где железисто-кремнистые породы переслаиваются с основными и кислыми эффузивами. Оба типа формировались синхронно. В некоторых зонах эта формация не получила развития, например в Сурском синклинории.

В джеспилитовой формации внутренних зон геосинклинали выделяется терригенно-вулканогенная субформация, занимающая самую верхнюю часть разреза. Она представлена амфиболитами, апоспилитами, кварц-биотитовыми сланцами, апокератофирами и пирокластическими породами.

Накоплением пород джеспилитовой формации заканчивается первая половина геосинклинального цикла в краевых зонах. Во внутренних зонах геосинклинали к этому времени вулканическая деятельность значительно ослабевает. Эти зоны охватывают поднятия. Смена геотектонического режима в геосинклинали сопровождалась складчатостью и формированием горной страны. Затем во внешних зонах, по существу адекватных предгорным прогибам, отложились осадочные формации второй половины цикла. Они образуют верхнюю свиту криворожской серии. Суммарная мощность их достигает 4000—5000 м. Здесь выделяются три формации: углисто-терригенная, лагунная и молассовая. Они свойственны только краевым зонам геосинклинали — Криворожско-Кременчугской и Орехово-Павлоградской, включая Гуляйпольскую синклиналь и Приазовские структуры; в Криворожском синклинории, в его центральной наиболее прогнутой части, уцелели все названные формации второй половины цикла.

Углисто-терригенная формация. В Криворожском синклинории эта формация состоит из базальных кварцито-песчаников, конгломератов, седиментационных брекчий, железистых песчаников и углистых кварц-биотитовых и серицитовых сланцев, составляющих большую часть разреза. Мощность формации 400—500 м. Ее формированию предшествовала складчатость, и поэтому данная формация залегает на джеспилитовой со стратиграфическим и структурным несогласиями.

Метаморфические аналогии геосинклинальных осадочных формаций в Украинском щите

Важной особенностью в характере углисто-терригенной формации надо считать появление в нижней части ее разреза железистых песчаников и сланцев. Они свидетельствуют о смене геотектонического режима. Эти железистые породы принципиально отличны от подобных пород джеспилитовой формации. Для железистых кварцитов последней характерны грано-бластовые мозаичные структуры (рис. 1), а железистые песчаники углисто-терригенной формации имеют типичные бластопсаммитовые структуры (рис. 2) и иногда подстилаются седиментационными брекчиями. В отличие от пород джеспилитовой формации они, несомненно, являются отложениями прибрежной зоны.

Лагунная формация. В состав лагунной формации входят доломитовые мраморы, кварц-карбонатные породы, углисто-кварц-карбонатные и кварц-биотито-вые сланцы. Наиболее полные и изученные разрезы ее вскрыты в Криворожском синклинории. Суммарная мощность формации около 650 м. Из них около 400 м приходится на доломиты. Кварц-биотитовые и карбонатно-углистые (графитовые) сланцы занимают примерно 25% мощности разрезов. Указанные породы взаимопереходят друг в друга по падению и простиранию. Однако при этом сохраняется преобладание графитовых и кварц-карбонатных пород в нижней части разреза, а доломитов в верхней.

В углистых и графититовых сланцах содержание остаточного углерода составляет первые проценты, но в отдельных случаях достигает 23%. Содержание битумов в них около 0,1%.

Доломиты относятся к типу седиментационных пластовых. Однако для них характерны также линзовидное залегание и резкая фациальная изменчивость. Кварц и карбонат в кварц-карбонатных сланцах большей частью расположены полосами, отражающими первичную микрослоистость. Доломиты ассоциируют с груботерригенным материалом. Все это отличает их от метасоматических доломитов, залегающих среди известняков в послерифейских геосинклиналях. По-видимому, криворожские доломиты образовались в/опресненных полузамкнутых бассейнах. О лагунном характере рассматриваемой формации свидетельствует существенная роль в ней битуминозных графитито-углистых пиритоносных сланцев.

Молассовая формация. Наиболее полный разрез этой формации изучен в центральной части Саксаганской полосы — от рудника им. Карла Либкнехта до с. Анновки. Природу этой формации определяют грубообломочные породы в виде толщи конгломератов суммарной мощностью до 700 м и кварцито-песчаников мощностью до 500 м. Они составляют около 65% мощности разреза молассовой формации. Существенную роль в ней играют кварц-биотитовые сланцы, доломитовые мраморы и кварц-карбонатные породы. Суммарная мощность формации в районе рудника им. Фрунзе — 1800—1900 м.

Конгломераты состоят преимущественно из кварцевой гальки, хорошо окатанной. Существенное значение в цементе конгломератов имеют сульфиды — в основном пирит, реже халькопирит и арсенопирит. Среди галек конгломератов встречаются почти все породы Криворожской серии, а также гальки более древних амфиболитов, плагиогранитов и мигматитов.

Груботерригенный состав этой формации, линзовидное строение, огромная мощность, а также крупные хорошо окатанные гальки различных пород в конгломератах — все это свидетельствует о значительном переносе обломочного материала, о большой динамической силе потоков и в целом — о существовании расчлененного горного рельефа в период отложения груботерригенного материала. Последний накапливался в зоне подножий.

Молассовая формация не имеет резких границ с подстилающими карбонатными породами лагунной формации. Они связаны взаимопереходами. Подобные явления известны в молодых краевых прогибах.

Криворожская моласса резко дислоцирована. Она складчата, как и всякая другая моласса, например Ферганская или Прикопетдагская. Возможно, однако, что ее весьма крутое залегание было обусловлено в основном быстрым поднятием складчатой горной страны, когда в поднятия вовлекаются и отложения зоны подножий. Складчатость в толщах конгломератов и песчаников возникла еще в период формирования молассы.

Докембрийская молассовая формация Кривого Рога имела вид гигантского клина обломочных пород, обращенного острой стороной на запад. В Криворожском синклинории ныне фиксируется восточная часть этого клина. Породы здесь залегают очень круто с падением на запад. Другая часть клина уцелела в Западно-Ингулецкой зоне, где ныне выражена в виде толщи биотитовых гнейсов, сланцев и кварцито-песчаников. Здесь они залегают местами очень полого на платформенном основании Кировоградского блока.

Все отложения криворожской серии, включая молассовые, охватываются циклом раннепротерозойской складчатости подобно тому, как альпийский цикл охватывает даже новейшие дислокации в отложениях зоны подножий.

Для нижней и верхней терригенных формаций нами выполнен анализ распространения в них акцессорных элементов по методике, пред ложенной Н.М. Страховым для так называемого «идеального профиля осадочных формаций». Такие профили выделены в нижней и верхнее свитах криворожской серии.

Выясняется, что в целом распределение микроэлементов подчинено закономерностям первичного осадконакопления. Это позволило прийти к выводам: а) о длительном химическом выветривании в области выноса; б) о сравнительно хорошей сортировке обломочного материала, приведшей к распределению элементов, отвечающему упорядоченному типу.

Ряд осадочных и эффузивно-магматических формаций геосинклинали Большого Кривого Рога имеет свои специфические черты, но нельзя не отметить и те черты, которые роднят его с формационными рядами послерифейских подвижных зон. В табл. 2 сведены примеры формационных рядов, составленных по принципу классификации геосинклинальных формаций, предложенных В.В. Белоусовым.

Основные типы осадочных и эффузивно-магматических формаций одинаково присущи и докембрийским, и молодым подвижным зонам, поскольку возникновение таких формаций определяется ходом развития геосинклинальных систем. Направленность этого развития устойчива в течение всего геологического времени и порождает определенный ряд формаций. Такими «сквозными» формациями не всегда, но часто являются спилит-кератофировые, нижняя и верхняя терригенные, лагунная и молассовая, метаморфизованные аналоги которых свойственны и древнейшим подвижным зонам Украинского щита.

Присущая докембрию джеспилитовая формация является одной из преходящих или исторических формаций. Она как бы накладывается на упомянутый «сквозной» формационный ряд, по участвует в нем в качестве важнейшего компонента.

На основе формационных критериев возможно геотектоническое районирование геосинклинальной системы Большого Кривого Рога. При этом необходимо учитывать, что и в докембрийских складчатых областях отмечается одновременное развитие отличных по тектоническому режиму геосинклинальных зон. Соответственно в геосинклинальных системах могут развиваться синхронно формации, резко различающиеся по фациальному профилю.

Для пояснения этого положения отметим, что во многих послерифейских геосинклинальных системах формирование прогибов, отличающихся по своему характеру, целиком не разделено, а совмещено во времени в доорогенных этапах. В качестве примеров можно указать на соотношение доорогенных формаций Западного и Восточного склонов Урала или соотношение миогеосинклинали и эвгеосинклинали Аппалачей. При резких фациальных отличиях упомянутых формаций последние все же коррелируются палеонтологически. На Урале в пределах Восточного склона в силуре, девоне и нижнем карбоне накопились вулканогенные формации огромной мощности, тогда как на Западном склоне они не играют сколько-нибудь заметной роли. Когда на Восточном склоне Урала происходили крупнейшие излияния основных и кислых лав, на Западном склоне формировались флишевые отложения. В эвгеосинклинали Аппалачей (район Нью-Гемпшир) в кембрии и ордовике происходили мощные подводные излияния базальтов, андезитов и риолитов, в то время как в миогеосинклинали (район Восточного Нью-Йорка) господствовал терригенный флиш.

Число подобных примеров можно было бы увеличить. В связи с этим при структурно-историческом анализе докембрийских подвижных зон необходимо учитывать, что формационные ряды внутренних и внешних прогибов всегда имеют существенные отличия. К сожалению, при разработке стратиграфических и структурных схем для докембрийских подвижных зон этому важнейшему положению до сих пор не уделялось должного внимания.

Мы попытались использовать указанный формационный принцип для геосинклинали Большого Кривого Рога. В качестве миогеосинклинали здесь выступает Криворожско-Кременчугская зона, а внутренние синклинорные зоны Большого Кривого Рога, расположенные восточнее (Верховцево-Чертомлыкская, Сурская, Конкско-Белозерская), в совокупности отвечают эвгеосинклинали.

Существуют различные представления на соотношение Криворожско-Кременчугской зоны и смежных с ней районов. В некоторых работах Криворожско-Кременчугская зона рассматривается в качестве образования, возникшего в платформенных условиях в виде нижнепротерозойской субгеосинклинали. Принято считать, что Криворожско-Кременчугская зона сечет окружающие складчатые структуры или несогласно наложена на них. Однако сопоставление формаций и складчатых структур этой зоны и смежных с нею элементов структуры Среднего Приднепровья позволяет уверенно отрицать и то, и другое. Линейные складки Криворожско-Кременчугской зоны кулисообразно замещают друг друга, примыкая к краю жесткого Кировоградского блока, расположенного к западу от нее; они упираются в этот блок. Так возникло наблюдаемое линейное простирание Криворожско-Кременчугской зоны.

Вместе с тем Криворожско-Кременчугская зона не имеет прямолинейного ограничения с востока. Ее структурные элементы далеко вдаются и продолжаются во внутренней части геосинклипнльной системы. Это ограничение может быть намечено только условно — по фациальным признакам. Оно нигде не выражено разломами.

Миогеосинклиналь и эвгеосинклиналь Большого Кривого Рога были разобщены возвышенной сушей. Эти резко отличные зоны возникли после образования диабаз-спилитовой формации. К тому времени они отделились Кордильерами. В итоге во внешних зонах геосинклинальный вулканизм прекратился на стадии излияния основных лав, а во внутренних зонах вулканическая деятельность продолжалась. Ho характер ее изменился: основные лавы сменились кислыми и отложениями пирокластических пород. Во внешних зонах в то же время формировались флишоидные терригенные образования нижней свиты криворожской серии.

Непосредственный переход терригенных компонентов миогеосинклинали к эвгеосинклинальным вулканогенным образованиям пока устанавливается лишь приближенно. В разрезе метабазитовой толщи Желтореченской синклинали имеются железистые кварциты и ультрабазиты, подобные залегающим среди диабаз-спилитовой формации Верховцевского синклинория. Северо-западней в той же Желтореченской синклинали, входящей в структуру краевого прогиба, на метабази-тах лежит толща конгломератов и кварцитов нижней терригенной формации, а в указанных складках Bepховцевского синклинория выше метабазитов нет аналогичных терригенных образований, что естественно для эвгеосинклинали (рис. 3). Их как бы замещают пирокластические породы (рис. 4) кератофиро-сланцевой формации. Аналогичные фациальные замещения можно проследить от конгломератов и кварцито-песчаников Лихмановской синклинали до метабазитов и ортосланцев Чертомлыкского синклинория.

Все это позволяет утверждать, что Криворожско-Кременчугская зона не была самостоятельным трогом, возникшим позднее остальных геосинклинальных прогибов Большого Кривого Рога. Устанавливается только, что развитие Криворожско-Кременчугской зоны окончилось позднее других, и во второй половине цикла она приобрела типичные черты краевого прогиба. Ее доорогенные складчатые структуры и формации неотделимы от внутренних зон геосинклинали.

Геосинклинальные формации Большого Кривого Рога и отвечающие им структурно-фациальные зоны отчетливо прослеживаются по геофизическим данным и за пределами Украинского щита — в смежных с ним склонах Причерноморской и Днепровско-Донецкой впадин.

По-видимому, Курская рудная провинция имеет строение, аналогичное Криворожской. В ее центральной части выделяется Курский или главный аптиклинорий. Он ограничивается с обеих сторон краевыми синклипорными зонами: Белгород-Михайловской и Старооскольской.

А.П. Никольский выделяет единую для обеих рудных провинций складчатую форму — Днепровско-Курский аптиклинорий. Им же предложена первая тектоническая схема соотношений KMA и Большого Кривого Рога. Более глубокая генетическая связь между ними выражается в идентичности их литологических формаций и рудных комплексов. Указанные общие черты геосинклинального развития в раннем протерозое обнаруживаются и в карелидах Балтийского щита.

Геосинклинальные системы KMA и Большого Кривого Рога представляют собой лишь две ветви в огромном докембрийском геосинклилальном поясе, обнаруживаемом в фундаменте Русской платформы. Они взаимопереходят друг в друга, примыкая кулисообразно и, по-видимому, в совокупности образуют геотектоническую единицу более крупного ранга — Криворожско-Курскую геосинклинальную область. Соотношение их отражено на рис. 5. На нем мы попытались по геологическим и геофизическим материалам показать также срединные массивы, отделяющие ветви раннепротерозойской складчатости.

Геотектоническое районирование Большого Кривого Рога выполнено нами на основании изучения разрезов почти во всех его геосинклинальных зонах и в результате корреляции формаций и анализа их мощностей.

В заключение отметим, что литологические формации, как известно, не могут рассматриваться в качестве стратиграфических подразделений, однако поскольку последовательность их возникновения подчиняется определенным закономерностям и отвечает геолого-историческому процессу, формационные критерии могут быть с успехом использованы при разработке стратиграфических схем для метаморфизованных толщ докембрия.