Принципы и методы палеогеографических реконструкций докембрия

В начале 50-х годов ряд исследователей рассматривал докембрийские метаморфические образования, по крайней мере часть их, как продукты метаморфизма первично осадочных накоплений. Причем в поле зрения при этом попали не только явно метаморфизованные осадочные породы, такие, как кварциты, мраморы, высокоглиноземистые сланцы и гнейсы, но речь шла уже о возможной осадочной природе всех гнейсов, кристаллических сланцев и даже мигматитов, а также гранито-гнейсов и гранитов.

К началу 60-х годов были сформулированы задачи и методы специального литологического изучения осадочно-метаморфических толщ, составляющих основу сиалической оболочки земной коры.

Большой фактический материал, накопленный в последнее десятилетие, показал принципиальную возможность исследования докембрийских образований с помощью методов, применяемых при изучении осадочных пород, и прежде всего, историко-геологического, литологических, минералогических и других. Литологически изученными в настоящее время являются не только слабо преобразованные в результате глубинного эпигенеза или начального метаморфизма верхнедокембрийские осадочные породы и сложенные ими комплексы, но ч в разной степени метаморфизованные толщи среднего и нижнего протерозоя и частично архея.

Исследование состава, структур и текстур осадочно-метаморфических пород, последовательности их напластования, выяснение палео-климатических и других палеогеографических условий их формирования, т. е. восстановление всего сложного дометаморфического этап в развитии метаморфизованных комплексов представляет значительный научный и практический интерес. Накопленный опыт литологических исследований докембрийских осадочно-метаморфических пород, открывает путь дальнейшего развития работ в этом направлении.

В настоящее время известно, что подавляющая часть месторождений рудного и нерудного сырья связана с метаморфическими комплексами докембрия. Раскрытие характеристики осадочного этапа и его роли в формировании месторождений полезных ископаемых дает возможность, с одной стороны, судить о влиянии состава вмещающие осадочных толщ на формирование метаморфизованных и метаморфических месторождений, а с другой — намечать правильные пути их поисков.

Изучение докембрийского дометаморфического этапа осадконакопления представляет значительный научный интерес также для познания самого процесса древнего осадкообразования и его эволюции в истории Земли от раннего архея и до кайнозоя включительно.

Докембрийские комплексы щитов и складчатых областей представлены в различной степени метаморфизованными осадочными и вулканогенно-осадочными породами. Как и в строении фанерозойских комплексов, в докембрийских толщах магматические породы имеют подчиненное значение. В настоящее время среди докембрийских осадочно-метаморфических образований известны все типы осадочных пород, накапливавшиеся в последующие эпохи. Это различные типы обломочных пород: разные по составу, структуре, текстуре и генезису конгломераты, гравелиты, песчаники, различные типы глинистых, карбонатных и смешанных карбонатно-глинистых и глинисто-карбонатных пород. Среди различных хемогенных осадочных накоплений докембрия известны также соленосные, железорудные и марганцево-рудные толщи. Кроме того, широко развиты породы, обогащенные углеродистым органическим веществом, а также остатками организмов и другими продуктами их жизнедеятельности.

То обстоятельство, что в докембрии, в частности в доступном для изучения архее, накапливались все основные типы осадочных пород, встречаемые в фанерозое, следует очень интересный вывод о том, что палеотектонические и палеогеографические условия осадконакопления в докембрии и фанерозое принципиально были сходными, т. е. имели гораздо больше черт единства, чем различий.

Основой всякого геологического исследования являются горные породы — их залегание, форма тел, особенности вещественного состава, закономерности их изменения по площади и по разрезу. При изучении метаморфических пород, в первую очередь, должны быть выяснены типы осадочных и вулканогенно-осадочных пород, преобразованных в результате процессов метаморфизма. Другими словами, возникает необходимость «снятия» метаморфизма и восстановления первичного облика осадочных и вулканогенно-осадочных аналогов метаморфических пород. Для решения этой задачи необходимо всестороннее изучение процессов метаморфизма.

Учение о метаморфических преобразованиях вещества осадочных пород требует дальнейшего развития и совершенствования. Сформулированное П. Эскола учение о фациях метаморфизма в последующем развивалось в направлении изучения термодинамики процесса в основном применительно к магматическим образованиям и не освещало пути преобразования многообразных по минеральному составу и текстурам осадочных пород. Большой фактический материал по геологии докембрия, накопленный многими коллективами исследователей, дает основания рассматривать на новом уровне типы метаморфических процессов преобразования вещества, а также разрабатывать классификации метаморфических фаций и метаморфических пород в зависимости от их исходного разнообразного минерального и химического состава, характера седиментогенных микропримесей и особенностей текстуры.

Для дальнейшей работы литологам необходимы новые схемы метаморфических фаций для разных типов метаморфизованных осадочных пород, поскольку существующая схема не может быть универсальной для различных по генезису и составу геологических тел, преобразованных даже в близких физико-химических условиях. Применение таких схем явится дополнительным критерием в решении вопроса о типах исходных пород.

Основными методами при литологических и палеогеографических исследованиях докембрийских толщ и выявлении типов исходных пород по-прежнему являются геологические. Это, прежде всего, изучение формы и размеров геологических тел и стратификация толщ, изучение типов метаморфизованных пород, их парагенезисов, последовательности напластования, типов слоистости и других литологических особенностей. Немаловажную роль в понимании генезиса метаморфических комплексов докембрия, как показали специальные исследования, играет аэрофотодешифрирование, с помощью которого можно максимально точно и детально устанавливать форму геологических тел, пространственные соотношения пород и их взаимопереходы.

Правомерность применения литологических методов доказана наряду с прочим и тем, что все литологические признаки и особенности осадочных пород хорошо сохраняются в условиях любой степени метаморфической переработки вещества вплоть до ультраметаморфизма. Сохранение первичных текстур, а часто и структур, изохимический характер регионального метаморфизма, отсутствие перемещения, вещества из одного слоя или слойка в другой позволяют получить достоверную информацию об исходных осадочных и вулканогенно-осадочных породах в разной степени преобразованных метаморфизмом.

При изохимическом региональном метаморфизме происходит перестройка минерального состава породы только в пределах одного слойка, слоя, пласта. Поэтому при определенных термодинамических условиях вырабатываются такие равновесные минеральные ассоциации, которые возможны, исходя из первичного состава породы (со всеми микропримесями), в данном слойке, слое, пласте. Усреднения, гомогенизации метаморфизующегося гетерогенного осадочного материала при этом не происходит, а многообразие метаморфизованных пород и слагающих их минеральных ассоциаций в этом случае обусловлено, главным образом, разнообразным исходным минеральным и химическим составом метаморфизующихся осадочных пород.

Минералогические методы исследования помогают раскрыть процессы метаморфического превращения вещества, а также позволяют провести анализ тяжелой фракции обломочных пород. Кроме циркона, рутила, монацита, апатита среди минералов тяжелой фракции сохраняются в условиях амфиболитовой фации, метаморфизма такие, например, обломочные минералы, как эпидот. Эти минералы являются индикаторами не только процессов регионального метаморфизма, но и ультраметаморфизма, что показано на примере изучения докембрия Таймыра.

В последнее время все более широкое признание завоевывают методы электронной микроскопии в изучении докембрийских пород и слагающих их минералов. Эти исследования позволяют нам глубже проникнуть в сущность метаморфических изменений осадочных пород, а также на совершенно новом уровне изучать их литологические особенности.

Получить количественную характеристику особенностей состава исходных пород и характера древнейшего осадконакопления позволяет нам применение геохимических, петрохимических и изотопных методов.

Наибольший интерес при изучении осадочно-метаморфических толщ докембрия представляет анализ геохимических закономерностей, свойственных осадочным породам фанерозоя. Эти закономерности помогают понять геохимическую обстановку древнейшего осадконакопления.

Таким образом, при изучении палеогеографических особенностей древних докембрийских эпох предметом исследования являются в разной степени преобразованные метаморфические породы. Цель их всестороннего изучения — выявление типов первично осадочных и вулканогенно-осадочных пород с помощью комплексного применения всех перечисленных методов. Дальнейшее использование литологических методов фациального анализа и палеогеографических исследований, которые обычно применяются литологами при изучении фанерозойских толщ, позволяет восстановить историю осадконакопления и палеогеографическую обстановку самых древних отрезков докембрийского времени. Палеогеография докембрия раскрывается не только на основе обобщения знаний по литологии, но и на базе учения о метаморфизме и петрографии метаморфических пород. Отсюда вытекает важность развития учения о метаморфизме для познания истории земной коры в древнейшем докембрии.