10.03.2021

Осадочные образования в геологических формациях докембрия щитов и массивов


Применение геолого-формационного метода научного анализа при установлении первичных ассоциаций горных пород показывает, что осадочные образования присутствуют в составе всех определявшихся осадочно-вулканогенных формаций докембрия и, кроме того, широко представлены в собственно осадочных формациях.

Изучение ассоциаций горных пород, входящих в докембрийские геологические формации, в том числе и глубокометаморфизованные, показало, что в их составе существенную роль играли осадочные образования. Из 35 геологических формаций, выделенных на основании систематики данных по щитам Советского Союза, 18 формаций являются собственно осадочными. Средние суммарные мощности осадочных фомаций докембрия составляют примерно 40—50% по отношению к осадочно-вулканогенным. Наибольшие значения мощностей осадочных формаций относятся к отложениям среднего и верхнего протерозоя, которые локализуются на склонах щитов и в межблоковых прогибах. В докембрии установлены породы различных литологических фаций: песчаниковых, алевролит-аргиллитовых, гравелит-конгломератовых, доломит-известняковых, железисто-кварцитовых, кварцитовых, соленосных.

Осадочные породы нередко находятся в ассоциации с вулканогенными, и в этом случае метаморфизованные разности тех и других не всегда достоверно различимы. Особенно это относится к глубокометаморфизованным осадочно-вулканогенным формациям архея. Тем не менее, некоторые типы метаморфизованных осадочных пород отчетливо сохраняют свои литологические признаки при любой степени метаморфизма и могут рассматриваться как породы-индикаторы. Это, прежде всего, известняки, доломиты, различные кварциты, в том числе и железистые, глинистые сланцы. Для установления первичных признаков метаморфизованных осадочных пород широко применяются методы реконструкции их структур и текстур, реликтовых минеральных ассоциаций, напластования, слоистости и характера ритмичности. Конкретную информацию об осадочных отложениях докембрия (начиная от архея и раннего протерозоя) несут реликты живых организмов.

В настоящей работе проведено обобщение по эволюции осадочных образований Украинского, восточной части Балтийского, Алданского щитов и Воронежского массива. Эти данные нашли свое отражение при составлении карт геологических формаций для Украинского и Алданского щитов.

Ассоциации осадочных пород, входящих в состав геологических формаций докембрия, включая и поздний протерозой, дают некоторые основания для установления последовательности их образования в смене геологических эпох и особенностей размещения литологических фаций. Понятие «фация» нами принимается согласно определению А. Гресли — Н.С. Шатского. Исходя из опыта изучения геологических формаций докембрия, установлена их закономерная смена в соответствии с изменением геотектонического режима — от режима, соответствующего образованию первичной земной коры в архее, к протогеосинклинальному и протоорогенному режимам в раннем и среднем протерозое и к платформенному в позднем протерозое. Области байкальской складчатости здесь специально не рассматриваются. В развитии земной коры после среднего протерозоя установлена четкая дифференциация геотектонического режима на три различных типа — платформенный, геосинклинальный и тектоно-магматической активизации.

Принимая за основу существующие стратиграфические и геохронологические рубежи, мы имеем в виду, что они не всегда являются точными границами между реальными геологическими телами в ряду фации —> формации —> структурно-формационные комплексы. Скольжение границ между эпохами объясняется их большой длительностью, измеряемой сотнями миллионов лет.

В архее (более 2600 млн. лет), судя по реконструкции первичного состава осадочных пород, вероятно, отлагались толщи аргиллитов, алевролитов, песчаников (нередко граувакковых), кварцитов, а также известняков. Распространение их в доступных наблюдению фрагментах докембрийских планетарных геоструктур (в данном случае на различных щитах и массивах) неоднородно. Наиболее древние осадочно-вулкано-генные и осадочные формации архея зарождались, по-видимому, в завершающие стадии формирования базальтового слоя, в связи с чем осадочные породы нередко находятся в тесной ассоциации с вулканическими.

Несмотря на метаморфизм гранулитовой и амфиболитовой фаций, в осадочных породах сохранились признаки первичных структур и текстур, а также следы напластования и слоистости. Наиболее устойчивые минеральные ассоциации карбонатных пород и кварцитов дополнялись лишь минералами, возникающими при железо-магний-кальциевом и кремний-калиевом метасоматозе.

Палеогеографическая обстановка архея условно определяется как сочетание обширных мелководных морских бассейнов, разделенных областями суши, в которых происходило накопление хемогенных и меха-ногенных осадков. Основанием для такого предположения является относительно широкое развитие хемогенных фаций и их латеральная выдержанность в условиях своеобразного гидрохимического режима (моря с повышенным содержанием в воде SiO2 или CO2). Хемогенному осаждению способствовал гальмиролиз и выветривание геологических образований первичной континентальной коры (кварциты и глиноземистые сланцы иенгрской серии) на фоне возрастания солености морских бассейнов (известняки, бор-фосфорсодержащие породы иенгрской, тимптонской и джелтулинской серий) и механогенеза (аргиллиты и песчаники кольско-беломорской и тетеревской серий). По-видимому, кластогенные отложения формировались позже хемогенных в условиях нарастания трансгрессии первичных акваторий.

Архейские образования центральной части Алданского щита распространены на площади более 40 тыс. км2 (рис. 4). Корреляционная схема сводных стратиграфических колонок отражает положение кварцитовой и карбонатной фаций иенгрской серии. Породы кварцитовой фации характеризуют состав верхнеалданской, а карбонатной фации — федоровской свит (рис. 5). Осадочная природа пород подтверждается всем комплексом признаков (структурно-текстурных, напластования и слоистости, минеральных ассоциаций, включая и акцессорные минералы). В стратиграфических колонках изображено только положение пород кварцитовой и карбонатной фаций, принадлежащих к различным геологическим формациям (сланцево-кварцитовой и известняк-сланцево-диабазовой). Как видно из схемы, кварцитовая и карбонатная фации, отражающие положение областей хемогенного осадкообразования, занимают секущее положение по отношению к стратиграфическим подразделениям. Такой характер соотношения фаций и стратиграфических подразделений свидетельствует, вероятно, о весьма значительном времени их накопления и, таким образом, о длительности существования этих фаций. Постепенная смена (выклинивание) в пространстве и времени кварцитовой и карбонатной фаций может служить указанием на слабую подвижность или спокойный тектонический режим, устойчивость климата и атмосферы и связанных с ними процессов выветривания.

Осадочные породы геологических формаций раннего протерозоя (более 2000 млн. лет) представлены более разнообразной ассоциацией, включающей, кроме пород, установленных в архее, железистые кварциты, различные сланцы (глинистые, песчанистые, мергелистые) и конгломераты. Среди пород карбонатной фации увеличивается роль доломитовых и мергельных разностей. В ряде геоструктур формируются раздельно осадочные и осадочно-вулканогенные формации, в которых осадочные породы переслаиваются с лавами и туфами как основного, так и кислого состава. Зарождение геологических формаций этой эпохи происходило на архейских образованиях, претерпевших региональный метаморфизм и ультраметаморфизм. Особенно характерные для раннего протерозоя джеспилитовые формации подразделяются на осадочно-вулканогенные (гимольская, тундровая, борсалинская серии, белозерская свита) и собственно осадочные (криворожская и курская серии). Намечается увеличение в составе осадочных формаций раннего протерозоя роли грубообломочных кластогенных осадков и глинистых высокоглиноземистых пород.

Структурно-тектоническая обстановка соответствует развитию линейных протогеосинклинальных областей с системами дифференцированных, нередко трогообразных прогибов. В соответствии с этим находится палеогеографическая обстановка, определяемая появлением длительно развивающихся морских бассейнов с мигрирующей береговой зоной.

Фациальные особенности накопления осадков характеризуются сочетанием процессов кластогенного и в меньшей степени хемогенного осаждения. К числу хемогенных относятся железисто-кремнистые и кремнистые осадки и, вероятно, высокоглиноземистые образования. Накоплению тех и других предшествовало развитие процессов выветривания, неоднократно фиксируемых в раннем протерозое.

Иллюстрацией раннепротерозойского осадконакопления может служить курская серия (джеспилитовая сланцево-кварцитовая формация), накопление которой происходило в узких асимметричных трогообразных прогибах с дифференцированным характером движений.

Образование песчанико-конгломератовой фации происходило в условиях начавшейся трансгрессии и резкой дифференцированности осадконакопления в прибрежно-морской зоне, что подтверждается быстрым выклиниванием мономиктовых и полимиктовых конгломератов и фациальным замещением их гравелитами; формирование, аргиллитовой фации отражает процесс прогрессивного углубления бассейнов осадконакопления. Фация железистых кварцитов образовалась, вероятно, в относительно глубоких частях морского бассейна при ритмичном чередовании периодов накопления хемогенных железисто-кремнистых и кластогенных песчано-глинистых осадков. Асимметрия бассейнов хорошо определяется по замещению закисных железных руд более глубоководными окисными с увеличением мощности железорудной свиты на 15—20%. Накопление осадков песчанико-конгломератовой фации происходило, вероятно, в условиях малоамплитудных тектонических колебаний, что отчасти определяется небольшой мощностью отложений. Образование фации железистых кварцитов, по-видимому, связано с относительно стабильным состоянием бассейна, быстрое обмеление которого привело к установлению континентальных условий.

В составе геологических формаций среднего протерозоя в целом преобладают осадочные отложения, накапливающиеся в пределах межблоковых прогибов. Эти прогибы формировались на консолидированной раннедокембрийской земной коре в областях глыбовых перемещений различной амплитуды. Ассоциации пород представлены тонко- и грубообломочными разностями — аргиллит-алевролитовыми, песчано-гравелит-конгломератовыми, кварцитовыми и карбонатными. Наряду с собственно осадочными формациями (удоканская серия) присутствуют вулканогенно-осадочные, роль вулканических пород в которых резко изменчива (уянская, субганская, сегозерская, онежская и другие серии). Палеогеографическая обстановка характеризуется появлением мигрирующих морских бассейнов, в которых кратковременные трансгрессии сменяются длительно развивающимися регрессиями и последующим континентальным режимом. Фациальные особенности характеризуются преобладанием кластогенных фаций и соответственно ведущей ролью процессов механогенеза. Наряду с этим значительная часть карбонатных и кремнистых отложений также имеет кластогенный характер (конгломератовидные известняки и пр.). Существенная роль принадлежит процессам биогенного седиментогенеза, фиксируемым по появлению биогенно-карбонатных отложений (строматолитовые известняки).

Среднепротерозойское осадконакопление можно иллюстрировать на примере меденосной алевролит-песчаниковой формации (удоканская серия), отражающей полный цикл регрессивного накопления механогенных образований (рис. 6). Общие закономерности накопления осадков подчиняются трем мегаритмам. Каждый мегаритм характеризуется сменой трансгрессии и длительными периодами регрессий, в течение которых накапливались мелководноморские, прибрежно-морские, лагунные, дельтовые и лагунно-болотные осадки. К концу второго мегаритма относится накопление биогенно-карбонатных отложений (бутунская, александровская, четкандинская свиты). Заполнение бассейна седиментации сопровождалось накоплением осадков пойменно-русловой фации мигрирующей дельты.

Мелководные фации располагаются по периферии прогиба, а несколько более глубоководные — по направлению к его центру. Наряду с этим происходит медленное скольжение фаций во времени и по площади бассейна седиментации. Так, известковая и доломитовая фации пересекают положение стратиграфических подразделений среднего мегаритма, а также области развития друг друга.

Отличительными особенностями процесса седиментогенеза являются большая длительность осадконакопления и как результат — стратиграфически большая мощность и относительная выдержанность осадков по латерали. Характерна также отчетливая цикличность, ритмичность и медленное захоронение осадков в условиях спокойного гидродинамического режима. В этом отношении удоканская серия сходна с отложениями гуронской серии и меднорудного пояса Катанги.

Позднепротерозойские платформенные отложения подразделяются на кластогенные (алевролит-аргиллитовые, конгломерат-песчаниковые и кварцитовые фации) и карбонатные (известняковые и доломитовые фации). Вулканогенные (трапповые и туфовые) образования известны только в южной части Русской платформы на склонах Украинского щита и на Воронежском массиве. В мелководных частях бассейнов удаленных от берега появляются соленосные фации. Накопление осадочных отложений верхнего протерозоя отвечает начальным стадиям платформенного режима, характеризующегося относительной тектонической подвижностью (при заложении прикратонных прогибов) и эвстатическими колебаниями. Палеогеографическая обстановка определяется появлением морских бассейнов (крупных акваторий с большими массами воды и весьма существенной ролью шельфа).

Накопление осадков происходило в обстановке неоднократной смены трансгрессий и регрессий, что предопределило разнообразие фациальных разновидностей от прибрежных, включая рифовые карбонатные фации, до удаленных морских фаций средних глубин, соответствующих морям с повышенной соленостью. Ведущее значение в осадконакоплении приобрели процессы механогенеза. В отдельных частях бассейнов определенную роль играли хемогенные осадки (оолитовые известняки, оолитовые гематитовые руды и галогенные отложения). В это время увеличивается также влияние органогенного осадконакопления.

Пространственное размещение геологических формаций на щитах и массивах создает только приближенное представление о главных закономерностях строения глобальных структур докембрия. Размещение различных литологических фаций может указывать лишь на общие особенности ведущих геологических процессов и строение акваторий.

1. Кластогенные, преимущественно аргиллит-песчаниковые фации, включая и граувакковые, развиты, в общем, повсеместно в отложениях различных геологических эпох. Резкое преобладание этих фаций устанавливается в восточной части Балтийского щита (кольско-беломорская серия), где формирование их связывается с размывом основных вулканогенных образований. Кластогенные толщи известны также в архее и раннем протерозое на Украинском щите (тетеревская и ингульская серии) и в протерозоидах Балтийского и Алданского щитов (тунгудская серия, олекмо-становой комплекс, удоканская серия). В позднем протерозое они вновь доминируют на склонах Балтийского щита.

2. Гравелит-конгломератовые фации имеют избирательное распространение. Конгломераты, достоверно опознаваемые, известны в составе джеспилитовых, аргиллит-песчаниковых и других формаций различных регионов. Более широко они распространены в среднепротерозойских осадочно-вулканогенных формациях восточной части Балтийского щита и на Алданском щите (онежская, сегозерская, уянская серии), а также в составе осадочных формаций (курская и криворожская серии) на Украине и КМА. В составе платформенных позднепротерозойских формаций отмечается увеличение роли конгломератов и гравелитов на склонах Алданского щита.

3. Железистые кварциты и сланцы определяют основную особенность осадочных и осадочно-вулканогенных джеспилитовых формаций всех регионов при резком преобладании их на Украинском щите и на Воронежском массиве (криворожская и курская серии). Осадочно-вулканогенный тип джеспилитовых формаций (гимольская, тундровая, борсалинская серии) характеризуется относительно меньшим развитием железисто-кварцитовых фаций.

4. Кварциты хемогенного происхождения известны в архее Алданского щита и в джеспилитовых формациях. Кластогенные кварциты появляются в геологических формациях среднего протерозоя, главным образом в восточной части Балтийского щита.

5. Карбонатные породы известны в составе геологических формаций архея и раннего протерозоя Алданского, Украинского и в восточной части Балтийского щита. Наибольшее распространение эти породы имеют на Алданском щите, где они присутствуют в составе геологических формаций всех возрастных групп геологических образований с преобладанием в позднем протерозое.

Некоторые черты эволюции осадкообразования в геологических формациях докембрия — от архея до позднего протерозоя — представляются в следующем виде.

Первичное накопление осадков в архее характеризовалось длительным (миллионы лет) формированием однородных фаций (кварциты, известняки, граувакки, аргиллиты). Седиментогенные бассейны отличались слабой дифференцированностью и консервативным характером на фоне активной вулкано-плутонической обстановки. Накоплению осадков, очевидно, во многом способствовало химическое выветривание.

Для раннего протерозоя характерно заметное преобладание кластогенных образований, представленных различными литологическими фациями. Значительную роль продолжает играть формирование хемогенных осадков (железистые кварциты, высокоглиноземистые породы), связанных, очевидно, с процессами химического выветривания.

Среднепротерозойские осадочные образования характеризуются ярко выраженной механогенной природой и разнообразием фациальных условий накопления осадков в условиях нарастания контрастности тектонических движений. Существенное значение имеют органогенные процессы и химическое выветривание.

Осадочные толщи позднего протерозоя обязаны своим происхождением процессам кластогенного и в меньшей степени хемогенного накопления. К хемогенным образованиям относятся оолитовые железные руды прибрежного мелководья, некоторые разности известняков и соленосные отложения удаленных засолоненных частей позднепротерозойских морей. Накоплению осадков в ряде случаев предшествовали процессы выветривания (догонамская кора выветривания на Алданском щите и др.).

Наблюдения над изменением химического состава осадочных пород по ассоциациям и соотношениям петрогенных и малых элементов дают некоторые дополнительные признаки развития литологических фаций в докембрии (рис. 7).

Последовательные и закономерные преобразования вещественного состава древних областей сноса от архея к позднему протерозою приводят к соответствующим изменениям химического состава осадочных пород различных возрастных групп, выражающимся в уменьшении средних содержаний Na, Mg, Al, величины Al2O3/SiO2 и, напротив, в постепенном увеличении содержании К, величины K2O/Na2O и CaO/MgO при инверсии Fеобщ и Fe2O3/FeO. Интенсивность изменения химического состава осадочных пород, как правило, нарастает от архея к позднему протерозою.

В зависимости от поведения петрогенных элементов в осадочных породах от архея к позднему протерозою происходило закономерное изменение и состава малых элементов (элементов-примесей). Изменяется как распространенность (частота встречаемости определенных концентраций) отдельных элементов, так и их соотношения, что фиксируется изменением содержаний химических элементов, их ассоциаций и степени связи друг с другом и петрогенными составляющими. Так, избирательная концентрация легких лантаноидов в составе наращивающейся гранитной оболочки коры совместно с экзогенной дифференциацией этих элементов (вынос тяжелых лантаноидов в океан) приводит к постепенному увеличению отношения ЕСе/ЕY от архея к фанерозою.

Если архейским кластогенным осадкам свойственны повышенные содержания элементов группы железа с тесной корреляционной связью Cr, Ni, Co, Cu, Ti, V, то раннепротерозойские и особенно средне- и позднепротерозойские характеризуются, как правило, повышенными количествами элементов, связанных со щелочами и особенно калием (TR, Zr, Th, Pb, Sr, Ta и др.). Резко увеличивается роль щелочей как реагентов при процессах рудообразования. He менее характерной по мере перехода от архея к позднему протерозою становится и тесная связь отдельных элементов с органическим веществом (U, Pb, Se и др.) и бокситами (TR, Th и др.).

Начиная с раннепротерозойской эпохи (иногда архейской) и далее вплоть до фанерозоя, на примере большинства областей развития докембрия удается реконструировать ряды подвижности элементов в процессе седиментации пород, отвечающие «идеальному профилю осадочных формаций» Н.М. Страхова. Эти данные, наряду с другими геохимическими признаками (рост окисленности железа, сдвиг изотопных отношений кислорода и серы, увеличение солености моря и др.), свидетельствуют о развитии в принципе однотипных геохимических процессов гипергенной дифференциации коровой оболочки от архея до фанерозоя включительно. Вместе с тем фиксируются и характерные рубежи в эволюции состава осадочных пород и геохимических процессов, соответствующих границам AR и PR, PR1 и PR2, PR2 и PR3, PR3 и PZ. На этих рубежах происходило изменение интенсивности проявления различных типов геологических процессов, приводящее к резкому изменению в концентрациях и соотношениях элементов в осадочных породах. В целом устанавливается, что общая схема миграции химических элементов в магматических (интрузивных, вулканогенных) и осадочных образованиях докембрия, в общем, едина.

Информация об ассоциациях осадочных образований докембрия, их фациальных особенностях, типах древних акваторий и соответствующих процессах осадконакопления подтверждает установленную направленность и необратимый характер развития земной коры от архея к фанерозою. Наряду с этим можно утверждать, что механизм процессов осадконакопления в раннем докембрии не имеет принципиальных отличий от таковых в фанерозое. Это положение, детально рассмотренное А.В. Сидоренко, закономерно следует из анализа набора признаков, наблюдаемых в метаморфизованных осадочных породах, и палеогеографических реконструкций. Последнее положение имеет существенное практическое значение в связ,и с тем, что позволяет применять к изучению докембрия научные и методические принципы, лучше разработанные для фанерозоя, в противовес существовавшему мнению о исключительном своеобразии гордых пород и путей развития докембрия. Второе весьма важное обстоятельство — сам факт широкого развития осадочных образований в докембрии — расширяет перспективы прогнозирования различных полезных ископаемых (Fe, Cu, Au, U, TR, Th, Pb, Zn и Al) и позволяет по-новому оценить металлогеническую специализацию докембрийских областей.





Яндекс.Метрика