Факторы и особенности литогенеза в раннем докембрии

Докембрийский литогенез в своей сущности определялся теми же факторами, которые обусловили возникновение однотипных осадочных пород в посткембрии. Вместе с тем отмечается отсутствие полной тождественности осадкообразования в докембрии и посткембрии. Действительно, на протяжении геологической истории Земли происходит направленный и необратимый процесс развития земной коры. В этой связи представляет самостоятельное значение вопрос относительно роли ведущих факторов и характера литогенеза на наиболее ранних и пока еще мало изученных этапах геологической истории Земли.

Для суждения о первичной природе и условиях образования горных пород в раннем докембрии используются два ведущих принципа: принцип относительной сохраняемости первичных литологических признаков горных пород при их региональном метаморфизме и принцип относительного изохимизма процесса регионального метаморфизма (за исключением воды и летучих). Рассмотрение и обоснование этих положений является самостоятельной задачей, но их правомерность подтверждена всей практикой исследования докембрийских образований. Так, многими исследователями показано, что при метаморфизме различных ступеней сохраняются и могут быть выявлены такие реликтовые признаки их несомненного осадочного происхождения, как ритмично-слоистая и косая текстуры, текстуры ряби, размыва, оползания, обломочные текстуры и структуры — конгломераты, конседиментационные брекчии, катыши и т. п., присутствие окатанных зерен устойчивых минералов россыпей (циркон, монацит, турмалин, рутил и др.), оолитов, сингенетичных конкреций, следов газовых пузырей, трещин усыхания и др. То же справедливо и в отношении унаследованности и относительной сохранности текстур и структур при метаморфизме изверженных и смешанных пород — интрузивных, эффузивных, вулканогенных и вулканогенно-осадочных.

Менее очевиден вопрос об изохимизме процессов регионального метаморфизма. Однако хорошо известно, что в осадочно-метаморфических отчетливо стратифицированных комплексах нередко на протяжении многих десятков и сотен километров каждый пласт, пачка, слой и отдельные слойки обладают своими специфическими чертами минерального и химического состава, которые не исчезают, не нивелируются при региональном метаморфизме. Также сохраняются все ведущие особенности химизма изверженных — интрузивных и эффузивных метаморфизованных пород. С этих позиций ниже рассматриваются некоторые особенности пород, наиболее древних из известных на Балтийском щите осадочно-метаморфических комплексов — беломорской и польской серий архейского возраста.

Кольская и беломорская серии включают в свой состав разнообразные гнейсы, амфиболиты, эндербиты. Следует отметить, что вопросы стратиграфии и корреляции этих серий недостаточно разработаны и являются дискуссионными. В беломорской серии в основании разреза архея выделяются керетьская и хетоламбииская толщи и выше — шуерецкая, кандская, ёнская и другие. Нижняя — керетьская толща сложена преимущественно плагиобиотитовыми гнейсами, мигматизированными плагио- и микроклиновыми гранитами. В подчиненном развитии встречаются маломощные прослои амфиболовых гнейсов и амфиболитов. Хетоламбииская толща преимущественно сложена амфиболитами, а также амфибол-биотитовыми и амфиболовыми гнейсами. Лоухская (или эквивалентные ей шуерецкая, кандская, ёнская и др.) толща представлена разнообразными гиперглиноземистыми гнейсами, обогащенными гранатом, кианитом, ставролитом, кордиеритом, и амфиболитами. Все породы беломорской серии сильно мигматизированы, что затрудняет выяснение их первичной природы.

В кольской серии, широко распространенной в центральной (осевой) и северо-западной частях Кольского полуострова, также выделяются три толщи: нижняя, аналогичная керетьской; средняя, сходная с хетоламбинской, но отличающаяся присутствием железистых кварцитов, и верхняя, представленная комплексом гиперглиноземистых гнейсов, включающих маломощные прослои железистых кварцитов.

Изучение ряда литологических и геохимических особенностей пород верхних толщ беломорской и кольской серий, относимых по возрасту к позднему архею или к раннему протерозою, не оставляет сомнения в их первично осадочной природе. Повсеместное ритмичное чередование прослоев, обогащенных глиноземистыми минералами, графитом, сульфидами, наличие кварцитов, эпидозитов, присутствие в породах скоплений окатанных зерен циркона, монацита и апатита, — все это свидетельствует об отложении осадков в условиях бассейна с подвижным режимом. Для амфиболсодержащих гнейсов и амфиболитов хетоламбинской толщи и пород средней толщи кольской серии большинством исследователей принимается вулканогенно-осадочный генезис, по аналогии с близкими по характеру вулканогенно-осадочными комплексами нижнего протерозоя, для которых их природа может считаться установленной. Для нас наибольший интерес представили породы керетьской толщи, беломорской серии, и особенно кольской серии, поскольку последние местами слабо мигматизированы или испытали региональный метаморфизм лишь амфиболитовой ступени, что делает их наиболее благоприятными для изучения.

Самые древние из известных на Балтийском щите породы нижних толщ беломорской и кольской серий метаморфизованы и прорваны гранитоидами (гранодиоритами, плагиогранитами), имеющими абсолютный возраст до 3,3—3,5 млрд. лет. Эти породы, в совокупности именуемые гнейсами, преимущественно плагиобиотитового состава, отличаются относительной монотонностью качественного и количественного состава (плагиоклаз № 21—30—30— 60%; кварц — 15—30%; биотит — 5—15%; другие минералы — акцессорные и привнесенные — в сумме до 15%). Для них обычно характерно чередование более меланократовых и лейкократовых слоев, имеющих иногда линзовидную форму, но они могут быть также неслоисты и содержать ксенолиты пород несколько отличного состава. В отдельных участках, где рассматриваемые породы не испытали разгнейсования, в них сохраняются отчетливые первичные текстуры и структуры изверженных эффузивных и вулканогенных образований.

Общими особенностями химизма плагиобиотитовых немигматизированных гнейсов нижней части кольской серии, по предварительным данным, является пониженное содержание Na и особенно К, умеренное содержание 5Юг, относительная обогащенность Ca, Al и Fe, близкое к кларковым содержание и монотонное распределение малых и рассеянных элементов. По химизму (табл. 24) они аналогичны древнейшим интрузивным гранитоидам — гранодиоритам, кварцевым диоритам, плагиогранитам и их эффузивным лептитовым аналогам дацитозого и андезит-дацитового состава, которые представлены среди образований кольской серии кварцевыми порфиритами и долеритами, гранодиорит-порфирами, плагиопорфиритами.

Выполненное изучение биотитовых гнейсов из нижней части кольской серии не привело к выявлению в них каких-либо реликтовых признаков типичных осадочных текстур и структур. В то же время в них иногда сохраняются реликтовые текстуры и структуры изверженных — вулканических и вулканогенно-осадочных пород — туффитов и туфобрекчий. Акцессорные минералы — циркон, игольчатый апатит, сфен, ортит — обычно по своим типоморфным особенностям аналогичные соответствующим минералам гранодиоритов — плагиогранитов.

Следовательно, особенности химизма, петрографический состав, текстурные и структурные признаки заметно отличают гнейсы нижних толщ беломорской и кольской серий Балтийского щита от гнейсов вышележащих толщ этих серий. И те и другие находятся в совершенно одинаковых геологических условиях, но гнейсы верхних толщ отличаются присутствием разнообразных признаков, определяющих их первичную осадочную природу, в то время как гнейсы керетьской свиты и нижней толщи кольской серии, по-видимому, имеют вулканогенную и вулканогенно-осадочную природу. При этом они по особенностям своего химизма коррелируются с гранитоидами первичнокоровой гранодиорит-плагиогранитной формации. Следует отметить в общем относительно ограниченное распространение рассматриваемых древнейших докембрийских образований на территории Балтийского щита, где гораздо большее значение принадлежит комплексам нижнего и среднего протерозоя. Собственно архейские породы сохранились локально, лишь в отдельных наиболее стабильных фрагментах земной коры. Нижнеархейские гнейсы и первичнокоровые гранодиориты — плагиограниты местами сохранились и на других кристаллических щитах — Украинском, Индостанском, Канадском, в Гренландии, в Австралии и т. д. По-видимому, это обстоятельство не случайно и связано с некоторыми общими закономерностями геологического развития Земли.

Рассмотрение сопряженных процессов эволюции земной коры, магматизма и гипергенеза начиная с раннего архея приводит к объективному выводу о наличии в геологическом развитии Земли трех крупных и качественно отличных этапов.

Первый из них — азойский (или протогей) — определил возникновение и первичную дифференциацию верхней оболочки Земли, по-видимому, путем реализации механизма «зонной плавки», по А.П. Виноградову, и образование примитивной маломощной и слабо дифференцированной земной коры.

Второй — преимущественно нижне- и среднепротерозойский (или мезогей) — обусловил формирование развитой земной коры, всех ее главных геотектонических элементов и типов плутонической деятельности, в том числе глобально проявленных процессов регионального метаморфизма осадочных образований и ультраметаморфизма.

Третий — верхнепротерозойский и посткембрийский (или неогей) — этап перестройки крупных участков земной коры, формирования современных океанических впадин, возрастания роли неметаморфизованного (или слабометаморфизованного) глубоко дифференцированного осадочного чехла, отчетливой цикличности геосинклинального тектогенеза.

На этапе, имеющем ориентировочные возрастные границы 4,5—3,0 млрд. лет (к собственно геологическому периоду относится промежуток 3,5—3,0 млрд. лет), в результате главным образом гравитационного сжатия и повышенной генерации радиогенного тепла происходили разогрев, частичное расплавление, дифференциация и дегазация глубинных частей планеты, обусловившие формирование маломощной первичной базальтовой коры и первичной атмосферы. В это время за счет дифференциации вещества Земли на поверхности базальтовой коры возникла тонкая кислая сиалическая оболочка и наметились различия в строении и развитии отдельных участков или блоков палеокоры. На одних из них, изначально отличавшихся повышенной мобильностью, формировались, главным образом, офиолитовые, в меньшей мере андезитовые комплексы. Метаморфизованные впоследствии они представлены эндербитами — чарнокитами, пироксеновыми, амфиболовыми и биотитовыми плагиогнейсами и т. п. Одновременно формировались участки или блоки палеокоры, приобретшие в завершающие стадии архейского тектогенеза относительную стабильность. Они слагались преимущественно изверженными и вулканогенно-осадочными комплексами среднего и кислого состава — андезито-дацитами, кварцевыми диоритами, гранодиоритами, плагиогранитами и их переотложенными вулканогенно-осадочными эквивалентами, впоследствии метаморфизованными в разнообразные гнейсы.

В архее подобные гранитоидные комплексы обычно образуют системы обширных пологих изометричных или удлиненных куполов. В межкупольных понижениях размещаются древнейшие нижнеархейские суперкрустальные породы, которые изначально были представлены эффузивами, туфами, туффитами и механокластическим слабо дифференцированным материалом. Среди первично осадочных отложений протогея отсутствуют такие образования, как глинистые и кремнистые породы, хемогенчые осадки и эвапориты; неизвестны в породах нижнего архея и такие первичные литологические признаки, как, например, ритмичная и косая слоистость, знаки ряби, конгломераты, столь характерные для пород протерозоя, которые указывали бы на их образование при участии жидкофазной воды. По-видимому, температурный режим молодой земной коры в протогее исключал возможность конденсации водяных паров палеоатмосферы, присутствие жидкой воды на земной поверхности и, следовательно, ее участие в геологических процессах. Высокая температура коры определяла также крайнюю «сухость» изверженного и вулканогенно-осадочного материала, что, в свою очередь, предопределило слабое развитие в архее процессов регионального метаморфизма низких и средних ступеней, для нормального протекания которых требовалось повышенное содержание воды.

К числу главных факторов, обусловивших характерные особенности нижнеархейских геологических образований, мы относим малую мощность, слабую дифференцированность одноярусной сиалической коры и ее повышенную температуру. Взаимодействием этих факторов объясняется малая контрастность тектонических движений в архее, отсутствие линеарных и широкое развитие брахиформных тектонических структур, ограниченность роли метаморфической дифференциации и ультраметаморфизма, неглубокое заложение очагов магмообразования. Очевидно, что подобная геологическая и физико-химическая обстановка не способствовала формированию ряда существенно дифференцированных магматических и вулканогенно-осадочных горных пород с концентрацией в них рудогенных элементов. Вулканогенно-осадочные образования протогея удивительно монотонны на огромных площадях. В мобильных зонах они представлены породами базальто-андезитового состава (офиолитовая формация), превращенными обычно в результате высокотемпературного метаморфизма в сухие кристаллосланцы типа эндербитов. На стабильных участках палеокоры преобладают магматиты среднего состава — кварцевые диориты, гранодиориты, плагиограниты.

Постепенное возрастание мощности сиалической коры и ее прогрессирующее охлаждение обусловили на рубеже протогея и мезозоя, по-видимому в верхнем архее, возникновение гидросферы и переход к качественно новому этапу геологического развития Земли. При достижении достаточной мощности и прочности сиалической коры дальнейшая дифференциация подкорового материала происходила в условиях повышенных давлений, температур и концентрации летучих, которые не могли с легкостью проникать через гранитизированные и консолидированные сиалические толщи. Менее разогретая и более мощная и консолидированная кора на тектонические напряжения реагировала не только путем пластичных, но и жестких разрывных деформаций. В этой связи усилилась контрастность тектонических движений, возросло многообразие форм их проявления, что привело к различиям в строении и дальнейшем геотектоническом развитии отдельных блоков и участков. Возникшая молодая гидросфера явилась новым мощным фактором гипергенеза, химической и механической дифференциации осадков и их транспортировки в подвижные зоны погружений — протогеосинклиналей, трогов, шовных прогибов и т. п. По сравнению с протогеем во внутрикоровых плутонических процессах существенно возросла роль воды, в связи с возможностью ее накопления в глубинных зонах и за счет погружения на глубину насыщенных водой осадков.

Таким образом, на рубеже нижнего протерозоя нуклеарный геотектонический режим протогея сменился новым протогеосинклинальным режимом. При этом в унаследованных подвижных зонах протогеосинклиналей продолжалось накопление мощных, нередко чередующихся толщ как изверженного, так и дифференцированного осадочного материала.

В нижнем протерозое впервые появляется также новый и широко распространенный тип подвижных линейных поясов — шовные прогибы, троговые опускания, палеоавлакогены и т. п. — по границам консолидированных гранитоидных и гранито-гнейсовых блоков архея, послуживших ядрами будущих кратонов. В таких подвижных поясах также накапливался как изверженный материал основного и кислого состава, так и осадочный материал, представленный глубоко дифференцированными терригенными и хемогенными осадками — глинистыми, кремнистыми, кремнисто-железистыми, кремнисто-глиноземистыми, карбонатными.

Следовательно, нижнепротерозойский этап развития земной коры в целом ознаменовался возрастанием ее мощности, усложнением строения и дальнейшей геотектонической дифференциацией, с возникновением протогеосинклиналей (подвижных зон с незавершенным циклом развития), ядер кратонов и переходных тектонических структур — квазикратонов, по Ю.А. Кузнецову. Усиление контрастности и размаха тектонических движений, возникновение гидросферы, развитие мощных гипергенных процессов и осадочной дифференциации способствовали накоплению в нижнепротерозойских подвижных поясах наряду с основными и кислыми вулканитами мощных толщ высокодифференцированных осадков — глинистых, кремнистых, железистых, глиноземистых, карбонатных. Нижнепротерозойский тектогенез сопровождался глобальным проявлением метаморфизма (различных ступеней) архейских и нижнепротерозойских образований, а также ультраметаморфизмом, обусловившим появление формаций мигматит- и анатектит-гранитов (с субформациями мигматит-чарнокитов, гранат-кордиеритовых мигматит-гранитов и др.), которым принадлежит доминирующая роль в проявлениях кислого магматизма нижнего протерозоя. В нижнем протерозое впервые получают повсеместное и широкое развитие калишпатовые гранитоиды благодаря существенному перераспределению калия в гранитной коре — его выносу из глубинных зон и привносу в верхние ярусы в результате глобально проявленных процессов ультраметаморфизма. В дальнейшем региональный метаморфизм и ультраметаморфизм всегда проявлялись локально, а коровый кислый магматизм развивался на субстрате, существенно обогащенном калием по сравнению с археем и нижним протерозоем.

Завершение нижнепротерозойского тектогенеза привело к стабилизации нижнепротерозойских подвижных поясов. В их пределах сиалическая кора приобрела двухъярусное строение, частично затушеванное палингенно-анатектической переработкой пород архейского фундамента.

Среднепротерозойский субплатформенный геотектонический этап отличается от протогеосинклинального этапа сокращением площадей развития подвижных зон прогибов различных типов, завершением становления кратонов, формированием наиболее ранних платформ и переходом к геологическому режиму неогея.

Таким образом, на ранних стадиях геологической эволюции Земли ведущая роль в формировании земной коры принадлежала эндогенным процессам, связанным с расслоением вещества Земли и образованием ее внешних оболочек. На рубеже верхнего архея — нижнего протерозоя, по-видимому, в связи с формированием гидросферы, резко возросла роль экзогенных процессов и в дальнейшем развитии земной коры они преобладали.