21.03.2021

Углеродистые отложения докембрия и фанерозоя (основные аспекты сравнительно-формационных исследований)


В последние годы установлено, что разнообразные формы углерода, связанные с органическим веществом, широко распространены в докембрийских комплексах, где они обогащают толщи, пласты, пачки первично глинистых, карбонатных и других пород, а в определенных случаях образуют самостоятельные типы горных пород, такие как шунгиты и т. п. Необходимость дальнейших исследований в этой области со всей очевидностью вытекает из прямой связи этих отложений с наиболее ранними проявлениями жизни, с древнейшими условиями осадконакопления, формированием первых горючих ископаемых и возникновением многих промышленных скоплений руд металлов. Однако они сдерживаются из-за отсутствия четких представлений о возможных исходных, дометаморфических прапородах, особенностях их состава, условий образования, характера первичной рудоносности и т. п.

Очевидно, что как и в других областях геологических знаний, наиболее продуктивной основой геолого-генетического исследования древних углеродистых отложений может стать представление о формациях, как парагенезах горных пород, возникающих в определенных историкогеологических условиях. Однако специфика докембрийских комплексов создает определенные трудности в применении формационного метода, обусловленные, с одной стороны, метаморфизмом, под влиянием которого изначальные черты сходства и различия пород могут быть сильно искажены, а с другой — вероятной эволюцией как форм и условий седиментации, так и самих парагенезов осадочных пород или формаций.

Ниже мы рассмотрим современные представления о путях выделения формаций в древних глубокометаморфизованных толщах докембрия, роль и генетическое значение органической субстанции в докембрии, а также в целях сопоставления — данные по фанерозойским углеродистым отложениям (на примере достаточно узкой, но характерной и хорошо изученной группы рудоносных отложений, обогащенных органическим веществом — так называемых «черных сланцев») и в заключение в качестве опыта формационного исследования остановимся на одном из характерных парагенезов — ассоциации углеродистых сульфидсодержащих первично глинистых и карбонатных метаморфических пород докембрия.

Общие вопросы анализа формаций в докембрии. В настоящее время с особой ясностью определились три главных направления в формационном исследовании метаморфических комплексов. В первом направлении основополагающим считается тип метаморфического процесса, проявляющегося в тех или иных геоструктурных условиях. Во втором направлении в основу формационного анализа положены наиболее часто наблюдаемые парагенезисы определенных метаморфических пород, возникающие в различных геотектонических условиях и при разнообразных параметрах метаморфизма. В третьем направлении в качестве основы выделения метаморфических формаций предполагаются две группы признаков: а) первичный состав и палеотектонический режим формирования исходных толщ; б) степень и характер метаморфических преобразований; при этом отмечается резкая неравнозначность этих признаков в связи с разнородностью исходной природы метаморфических пород и трудностью ее выявления.

Для того, чтобы результаты формационных исследований могли быть использованы для более направленного изучения стратиграфии, тектоники и металлогении наиболее желательным было бы сопоставление метаморфических формаций с соответствующими ассоциациями неметаморфизованных пород. Основы такого подхода в общих чертах уже сформулированы Ю. Ир. Половинкиной, Я.И. Белевцевым и рядом других исследователей. Действительно, «поскольку метаморфизм не создает новых формаций горных пород, нельзя и говорить о метаморфических формациях. Употребление этого термина не просто излишне и неоправдано расширяет понятие геологической формации, но и совершенно искажает его. Идя по такому пути, можно каждое изменение горной породы, включая и выветривание, считать образованием новой формации». Наряду с этим, по-видимому, невозможно не согласиться с тем, что например, создаваемые при метаморфизме слоистых толщ палингенные гранитоиды образуют совершенно самостоятельные формации.

Рассматривая метаморфические породы, относящиеся к докембрию, следует считаться с весьма вероятной эволюцией геологических процессов в истории Земли. Так же, как в тектоническом стиле развития земной коры в докембрии существует определенное отчетливое своеобразие, так и парагенетические сообщества докембрийских отложений, вероятно, отличаются в какой-то мере от тех, которые нам известны в палеозое, мезозое и кайнозое. Правомерно предположение, что как сами формации, так и формационные ряды протогеосинклиналей, протоплатформ и зеленокаменных ядер континентов будут существенным образом отличаться от таковых для платформ и геосинклиналей фанерозоя. Поэтому, сопоставляя формации фанерозоя и метаморфизованные комплексы докембрия, по-видимому, более точно говорить не о прямом соответствии, а о гомологии парагенезисов докембрийских метаморфических пород определенным формациям фанерозоя.

Нам представляется, что дальнейшее изучение формаций метаморфических пород в соответствии с принципами Н.С. Шатского и Н.П. Хераскова должно складываться из выявления совокупности признаков, определяемых: а) первичной природой конкретных ассоциаций метаморфических пород, сопоставляемых с неметаморфизованными формациями, б) типом метаморфического процесса, в) характером конкретных тектонических форм.

Существование принципиального сходства геологических процессов в докембрии и фанерозое, а также обнаруживаемое подобие условий гипергенеза позволяют непосредственно сопоставлять древние метаморфизованные породы и формации с их более молодыми неметаморфизованными эквивалентами и предопределяют результативность подобных сравнительных исследований.

Роль органического вещества. Наиболее часто в качестве модели седиментации углеродистых отложений докембрия предлагается процесс образования сапропелей. Частичный обзор гипотез по этому вопросу опубликован В. Мармо и М. Глеснером. Такой путь образования интересующих нас отложений априори предполагает высокую биологическую насыщенность древнейших бассейнов и возможность захоронения отмерших организмов в осадке. Однако почти до последнего времена мы не располагали определенными предпосылками для суждения о возможности и масштабах захоронения в докембрии углеродистых накоплений с установленной органической природой или о роли бактерий в докембрийских сульфидах, за исключением отдельных указаний. Целесообразно остановиться на этих вопросах.

Прежде всего, необходимо рассмотреть два главных момента, учитывающих возможность и вероятность широкого развития органического вещества в докембрии.

Первый момент связан с той ролью органической субстанции во всех процессах, начиная с мобилизации вещества при выветривании и кончая диагенезом осадков, которая сейчас широко известна, во всяком случае, для последокембрийского времени. Принимая во внимание хорошо установленный сейчас факт широкого развития первично осадочных пород в докембрии, достаточно многочисленные случаи находок метаморфизованных фрагментов скор выветривания и, главное, принципиально тот же, что и в фанерозое, спектр и соотношение осадочных пород и, вероятно, процессов, можно с достаточным основанием предположить, что все это вряд ли могло бы иметь место при полном отсутствии или малом, незначительном, объеме живого вещества в докембрийское время.

Второй момент связан с расчетами баланса в цикле: живое вещество — продуцированный им кислород — отмершее органическое вещество — его окисление выделявшимся ранее кислородом до CO или CO2. Как известно, свободный кислород атмосферы Земли является в главной своей массе биогенным, или, иначе говоря, продуктом жизнедеятельности живого вещества на хлорофильной основе. Предполагалось, что его поступление в азотно-углекислую атмосферу архея началось и прогрессивно увеличивалось в связи с относительно бурным развитием и увеличением в массе живой материи. Расчеты А.Н. Олейникова показали, что само по себе возрастание биомассы для этого недостаточно. Дело в том, что весь выделившийся биогенный кислород должен был бы быть израсходован на окисление биомассы, явившейся его источником. Отсюда неизбежно следует, что для прогрессивного увеличения содержания свободного кислорода в атмосфере определенное количество отмирающей живой материи должно «выключаться» из указанного цикла и оставаться неокисленным, захороняясь в осадках. Приблизительные расчеты показывают, в частности, что количество органического углерода, захороненного в осадочных породах за всю историю Земли (-6,4*10в15 т), уравновешивается количеством свободного кислорода (-16,9*10в15 т), что довольно точно соответствует соотношению обоих элементов в молекуле CO2 (С : O2= 12 : 32). Этот факт можно рассматривать как доказательство биогенного происхождения атмосферного кислорода. Таким образом, мы вправе ожидать определенных и весьма значительных скоплений биогенного углеродистого вещества в древнейших отложениях.

Проведенные в этом направлении исследования показали, что действительно углеродистое органическое вещество чрезвычайно широко распространено в докембрии, значительно шире, чем это обычно предполагают. Оказалось, что средняя распространенность (средние содержания) элементарного углерода в первично осадочных породах докембрия вполне соизмерима с распространенностью органического углерода (Cорг) в осадочных породах палеозоя и мезозоя. Более того, выяснилось, что «углистое», «углеродистое», графитовое (графитоидное) докембрийское вещество и породы, его содержащие, сохраняют самые разнообразные твердые, жидкие и газообразные углеводороды. Состав газообразных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, этилен, пропилен) весьма близок к углеводородам нефтяного ряда.

Все это наряду с широко известными теперь находками спор и других органических остатков (водорослей и т. п.), включая данные по изотопии углерода рассматриваемых проявлений в первично осадочных породах докембрия, с несомненностью свидетельствуют о достаточно широком развитии жизни в докембрийское время, а также большой роли и значении живого и органического вещества в процессах докембрийского осадочного породо- и рудообразования. Возможно лишь, что формы живого вещества в этот древнейший отрезок времени были таковы, что при метаморфизме содержащих его осадков оно превращалось, главным образом, в тонкорассеянную или лишь частично сегрегированную углеродистую субстанцию.

Естественно, что накопление и захоронение органического вещества в древнейших осадках, как и в более поздние эпохи, приводило к образованию в них резко восстановительной среды и возникновению характерной ассоциации органического (углеродистого) вещества и сульфидных минералов.

Углеродистые формации фанерозоя. Если учитывать факт захоронения органического вещества в осадочных геологических формациях морского генезиса, то теоретически оно должно обнаруживаться во всех типах осадков. Действительно, наличие органического вещества в том или ином количестве в морских отложениях фиксируется повсеместно в различных типах пород. Однако более или менее значительные скопления его (до 1—2%) установлены не во всех отложениях. Еще меньшим распространением пользуются высокоуглеродистые осадки или так называемые «черные сланцы», слагающие специфические парагенные ассоциации, объединяемые в углеродистые формации. Это, по-видимому, объясняется тем, что углеродистые отложения формируются при весьма специфических геоструктурных, палеогеологических и геохимических условиях. Накопление высокоуглеродистых осадков, очевидно, обусловлено расцветом биомассы в эпоху формирования осадков, а также условиями захоронения и консервации в бассейне отмирающих остатков. Наиболее благоприятные условия для формирования углеродистых осадков в фанерозое существовали относительно редко. Чаще процесс накопления не достигал своего максимального развития, и в таких случаях формировались слабоуглеродистые осадки: карбонатные, терриген-ные и глинистые.

He останавливаясь на всех известных в настоящее время углеродистых формациях фанерозоя, можно привести ряд примеров, характеризующих основные особенности их строения. Углеродистые формации фанерозоя имеют различный возраст, начиная от нижнего кембрия и кончая неогеновым. Наибольшим же распространением пользуются формации, приуроченные к нижней границе палеозоя. Они развиты в пределах всех континентов.

Среди неметаморфизованных углеродистых формаций фанерозоя широко распространены различные, обычно рудоносные углеродистые сланцы («черные сланцы») морского происхождения, состоящие из однотипной парагенетической ассоциации хемогенных и хемогенно-терригенных глинисто-кремнистых пород, резко обогащенных органическим веществом. В составе этих формаций главная роль принадлежит различным углеродистым аргиллитам, углеродистым кремнистым и кремнисто-глинистым сланцам. Органическая (сапропелевая) первичная природа этих образований достаточно надежно обосновывается целым рядом геологических, литологических, геохимических, изотопных, электронномикроскопических и других исследований.

По геоструктурному положению рассматриваемые углеродистые формации подразделяются на два типа: платформенные и геосинклинальные. Платформенные формации характеризуются небольшими мощностями — порядка первых или первых десятков метров. В строении их принимает участие, как правило, один горизонт. К углеродистым формациям платформенного типа можно отнести битуминозные аргиллиты волжского яруса Западно-Сибирской плиты, диктионемовые сланцы Прибалтики, квасцовые сланцы Швеции, формации Фосфориа, Чаттануга и Вудфорд (США) и углеродистые сланцы Сино-Корейского щита.

Мощность углеродистых формаций геосинклинального типа выражается многими десятками и в некоторых районах сотнями метров. Среди этих формаций можно выделить две разновидности: отложения эвгео-синклинальных зон с чертами синхронного вулканизма и отложения миогеосинклиналей. Особенностью геосинклинальных формаций является накопление осадков в зонах с относительно более быстрым прогибанием дна бассейна и формирование нескольких горизонтов, обогащенных органическим веществом.

Битуминозные аргиллиты баженовской свиты верхней юры, широко распространенные в пределах Западно-Сибирской плиты, описаны И.И. Плуманом, А.Э. Конторович и др. По данным И.И. Плумана описываемые аргиллиты имеют площадь распространения около 1 млн. км2, мощность углеродистой формации колеблется от 10—20 до 40-70 м.

Аргиллиты характеризуются высоким и устойчивым содержанием органического углерода (до 10% и выше), содержат фосфатизированные остатки рыб, морские водоросли и радиолярии. Предполагается, что в составе органического вещества преобладает сапропелевая масса, источником которой являлся планктон. Характерно наличие сульфидов железа (иногда до 15%) в виде мелких микроскопических шариков, стяжений и кристаллов размером в несколько миллиметров. В составе пород в небольшом количестве присутствует алевритовый материал размером до 0,06 мм, представленный в основном кварцем и полевым шпатом. По данным указанного автора, выход тяжелой фракции от общей массы породы варьирует в пределах 0,5—0,25%, из них 80—90% приходится на аутигенный пирит, а также на фосфатизированные остатки рыб. Кроме того, присутствует лейкоксен, анатаз, апатит, турмалин, циркон и минералы группы эпидота. Содержание карбонатов в породах невысокое (3—5%), но, как отмечает И.И. Плуман иногда встречаются прослои известняков темно-серого цвета, пиритизированных, загрязненных глинистым материалом, растительным и рыбным детритом. Накопление осадков происходило в эпиконтинентальном морском бассейне с сероводородным заражением в придонной его части.

Проведенные литологические исследования показали, что в течение ранней и средней юры на большей части территории Западно-Сибирской низменности отлагались мощные толщи континентальных угленосных пород. В поздней юре произошла трансгрессия моря с устойчивым морским эпиконтинентальным режимом, в процессе которого и накопились осадки, резко обогащенные органическим веществом.

В пределах Северо-Американского континента широко распространена формация Чаттануга, сложенная «черными сланцами» позднедевонского и раннемиссисипского возраста. Углеродистая формация Чаттануга имеет мощность около 10 м. Представлена она черными кремнистыми и серыми глинистыми сланцами с подчиненными тонкими прослоями песчаников и роговиков, линзами известняков и фосфатными желваками. В изобилии встречаются растительные остатки, а также конодонты, кости рыб и лингулоидные брахиоподы. По данным Т. Бейтса, углеродистые сланцы содержат от 10 до 15% пирита, 20—25% кварца, i0% полевого шпата, от 25 до 30% глины и слюды, от 15 до 20% органических веществ, около 5% хлорита, свободную окись железа и другие минералы. По мнению К. Конента, углеродистые сланцы Чаттануга осаждались в сравнительно застойном мелком море, окруженном со всех сторон сушей.

Углеродистая формация платформенного типа известна также среди, нижнекембрийских осадков Сино-Корейского щита. Рассматриваемая формация представляет собой горизонт, несогласно залегающий на отложениях позднего докембрия и согласно с постепенными переходами перекрытый фаунистически охарактеризованными отложениями раннего кембрия. Вмещающие углеродистую формацию породы относятся к свите яндок, сложенной алевролитами, глинистыми сланцами, известняками и доломитами. Подошвой углеродистого горизонта служат отложения позднего докембрия, представленные филлитовидными глинистыми сланцами, а кровлей — пачка фациально выдержанных известковистых алевролитов с обильной фауной трилобитов и брахиопод, согласно которой возраст свиты яндок относится к верхам раннего кембрия.

В разрезе углеродистой формации чередуются кремнистые и углеродисто-кремнистые сланцы, подчиненное значение имеют алевролиты, аргиллиты и кремнистые фосфориты. Мощность формации изменчива и колеблется от 0,5 до 40 м. Для большинства пород характерно наличие тонкослоистых текстур, высокое содержание Cорг (от 5 до 32%), небольшое количество терригенных зерен (2—3%), представленных почти исключительно кварцем, а также присутствие большого количества новообразованных минералов. Для всех пород свойственно высокое содержание кремнезема и полное отсутствие обломочных и новообразованных зерен полевых шпатов и карбонатов. Отложения формации фациально изменяются, что можно представить в виде следующего ряда: красноцветные песчаники —> осадочные железные руды —> фосфатные алевролиты фосфориты —> кремнистые и углеродисто-кремнистые сланцы. Эти фациальные переходы отражают, очевидно, изменения физико-химических условий седиментации при движении от области сноса вглубь бассейна.

Детальные литолого-фациальные исследования отложений формации позволили реконструировать основные черты палеогеографии бассейна седиментации. Накопление осадков происходило в начальные циклы крупной трансгрессии в обширном мелководном заливообразном бассейне размером 200х350 км. Суша, окружавшая бассейн, представляла собой низменную равнину, с которой выносились преимущественно продукты химического выветривания. Накопление углеродистых илов происходило в зоне внутренних частей бассейна в условиях восходящих течений медленно развивающейся трансгрессии, в весьма специфической палеогеографической и геохимической обстановке. Общая пенепленизация области сноса и спокойный тектонический режим в течение длительного промежутка времени предопределили незначительный снос разбавляющего терригенного материала. Главную роль при этом играли процессы био- и хемоседиментации. Геохимическая обстановка в бассейне определялась, в первую очередь, обильным накоплением отмирающего фитопланктона, разложение которого обеспечило резко восстановительную бескислородную среду придонных иловых вод и сероводородное их заражение.

Углеродистые формации геосинклинального типа заметно отличаются от платформенных. Это различие заключено не столько в составе самих пород, сколько в строении разрезов вмещающих отложений, а также в количестве и мощности горизонтов, обогащенных углеродистым веществом. Среди вмещающих отложений встречаются вулканические и поствулканические образования, что позволяет ряду исследователей высказать предположение о возможной генетической связи углеродистого вещества с вулканической деятельностью.

Примером геосинклинальных углеродистых формаций могут служить углеродистые отложения кембрия, широко развитые в пределах азиатского континента на территории Казахстана и Киргизии.

По данным С.Г.Анкинович и Е.А. Анкинович, углеродистые осадки, слагающие формацию, по возрасту относятся к среднему — позднему кембрию. Отложения представлены, в основном, углеродистыми кремнисто-глинистыми сланцами, ритмично переслаивающимися с лидитами. Резко подчиненное значение имеют глинистые сланцы, доломиты и доломитизированные известняки. Мощность формации в разных районах различная и колеблется от десятков до сотен метров. Углеродистые кремнисто-глинистые и углеродисто-глинистые сланцы состоят из глинистого и органического вещества, входящих в состав этих пород в различных количественных соотношениях. Содержание углеродистого вещества 20—25% от общего объема породы и подтверждено значительным колебаниям (от 10 до 75%). Для углеродистых сланцев характерна тонкая вкрапленность пирита.

Прослои лидитов сложены криптокристаллическим кварцем, на долю которого приходится 85—98% от общего объема породы; оставшаяся часть представлена тонкодисперсным органическим веществом, находящимся в тесной ассоциации с глинистым, в основном, гидрослюдистым материалом.

Условия формирования углеродистых формаций геосинклинального типа во многом аналогичны условиям формирования углеродистых формаций платформенного типа.

Рассмотрение углеродистых формаций фанерозоя показывает, что все они имеют однотипное трехчленное строение разреза осадочного цикла трансгрессируемых серий. Нижняя часть разреза — подстилающие породы — может иметь различный состав и возраст; средняя часть, или собственно углеродистая формация, начинается обычно базальными песчаниками, алевролитами или кремнистыми сланцами, трансгрессивно залегающими на размытой поверхности подстилающих толщ и кверху постепенно переходящими в углеродистые сланцы; верхняя часть — терригенно-карбонатные и карбонатные породы. Аналогичная последовательность строения разреза характерна и для докембрийских углеродистых формаций. Сравнивая докембрийские формации с фанерозойскими, можно отметить также сходство их вещественного состава и геохимических особенностей, что характеризует, очевидно, однотипность условий их формирования.

Многочисленными исследованиями показана способность органического вещества биогенного происхождения аккумулировать биофильные элементы: ванадий, молибден, фосфор, никель, цинк, медь, серебро и др. Этим, вероятно, можно объяснить, что в метаморфизованных производных жизнедеятельности морских организмов фиксируются повышенные концентрации этих элементов.

В табл. 51 приведены геохимические характеристики углеродсодержащих пород широкого возрастного диапазона от верхнемеловых сланцев Канзаса (США) до глубокометаморфизованных графитовых сланцев ольхонской серии архея. Как видно из приводимых данных, для пород, обогащенных углеродистым веществом биогенного происхождения, характерны повышенные концентрации ванадия, фосфора, молибдена, серебра и других элементов. Обращает на себя внимание факт постоянства набора элементов в формациях различного возраста. Так, в углеродистых отложениях фанерозоя и докембрия отмечается один и тот же набор элементов.

Приводимые данные свидетельствуют о том, что для углеродистого вещества, образовавшегося биогенным путем, характерна своеобразная, устойчиво выдерживающаяся по стратиграфической вертикали ассоциация элементов, которая может быть положена в основу диагностики природы углеродистого вещества в глубокометаморфизованных толщах докембрия наряду с другими методами его изучения. Все эти данные подтверждают также указанное ранее положение В.И. Вернадского о постоянстве химического состава живых организмов в течение всей геологической истории Земли.

Пример парагенетической ассоциации метаморфизованных углеродистых сульфидсодержащих отложений в докембрии. В древних глубокометаморфизованных отложениях докембрия нередко встречаются специфические ассоциации первично глинисто-карбонатных пород, содержащих в различных количествах такие характерные минералы как графит и сульфиды железа. Эта ассоциация будет рассмотрена ниже в конкретных геологических ситуациях в качестве примера парагенезиса докембрийских пород.

В пределах Кокчетавского массива рассматриваемая ассоциация приурочена к средней части разреза зерендинской серии раннего докембрия и слагает самостоятельную даулетскую свиту, имеющую мощность 1500 м. В составе ее преобладают андалузит-гранат-биотитовые сланцы, в которых залегают многочисленные прослои мраморов и плагиоклаз-диопсидовых пород, мощностью в первые сантиметры и метры, иногда до 100—200 м. Часто отмечается ритмичное чередование слюдяных сланцев и карбонатных пород при мощности ритма от первых сантиметров до 0,5—1,5 м.

Геологические особенности свиты, так же как данные химического анализа пород, показывают, что в ее составе первоначально, по-видимому, принимали участие глины, известняки и смешанные глинисто-карбонатные и карбонатно-кремнистые осадки (табл. 52). Повсеместно в породах присутствуют графит и сульфиды железа. Они образуют либо тонкие прослойки и линзы, либо мелкую равномерно распределенную вкрапленность, что, по-видимому, было связано с разложением органического вещества в особых условиях захоронения, когда возникла восстановительная обстановка в донном осадке.

В стратиграфическом разрезе докембрия Кокчетавского массива даулетская свита несогласно залегает на гранат-силлиманитовых, дистеновых и кордиеритовых слюдяных сланцах, а также эклогитах и мраморах нижележащих берлыкской и жолдыбайской свит, и перекрывается с несогласием в основании дистен-гранатовыми слюдяными сланцами, кварцитами и амфиболитами уялинской свиты. Весь этот комплекс пород образует зерендинскую серию мощностью более 9000 м, которая перекрыта датированными отложениями нижнего палеозоя и составляет древнейший фундамент каледонид Казахстана. В пределах зерендинской серии широко проявлены процессы гранитизации, степень метаморфизма большей частью соответствует амфиболитовой фации, хотя в отдельных типах пород встречаются парагенезисы гранулитовой фации. Устанавливается верхний предел возраста зерендинской серии по времени эпох гранитизации в 0,1 и 1,3—1,4 млрд. лет.

Отложения зерендинской серии образуют крупные куполовидные структуры (по диаметру иногда превышающие 80 км), относящиеся к категории гнейсовых куполов, возникших в период гранитизации зерендинской серии. В это время в мраморах даулетской свиты тонкие прослои силикатных пород претерпели будинаж, подобный описанному в других регионах.

В Тянь-Шане рассматриваемые отложения известны в ачикташской свите киргизской серии. Разрез свиты начинается доломитовыми мраморами (мощностью 400—500 м), которые сменяются пиритсодержащими графитовыми и другими слюдяными сланцами, переслаивающимися с карбонатными породами (500—1500 м). Эти отложения перекрываются существенно карбонатной пачкой (100—400 м). Общая мощность свиты в разных районах неодинакова и меняется от 1000 до 2000—2500 м.

Среди сланцев преобладают мусковитовые разновидности, но встречаются также двуслюдяные, содержащие биотит. Помимо, кварца и слюд, породообразующим минералом является гранат. Иногда присутствуют андалузит, плагиоклаз, а также карбонаты, роговая обманка и графит, содержание которого в отдельных разновидностях весьма значительно. Мраморы и кальцифиры, состоящие, главным образом, из кальцита и доломита, в качестве характерных минералов содержат диопсид, тремолит и кварц. Иногда присутствует флогопит. В породах ачикташской свиты сульфиды распространены столь широко, что местами образуют колчеданные руды. Эти руды залегают в карбонатно-сланцевой толще и приурочены к пачкам графитовых сланцев, мощность которых колеблется от 10 до 100 м. Сланцы переслаиваются с доломитовыми мраморами. Оруденение представлено, главным образом, пиритом, другие сульфиды (сфалерит, галенит и халькопирит) присутствуют в резко подчиненном количестве, по существу в виде примесей. Пирит слагает тонкие и тончайшие (в доли миллиметра) прослойки и линзы. Прослои большей мощности при выклинивании по простиранию расщепляются на серии тонких пропластков и постепенно переходят во вмещающие графитовые сланцы. Последние характеризуются рассеянной тонкой вкрапленностью пирита. На основании этих данных Э.Б. Байбулатов приходит к выводу, что образование сульфидов и графита связано с восстановительной обстановкой в застойных зонах прибрежных морских бассейнов.

Графитовые сульфидсодержащие метаморфические породы ачикташской свиты расположены в средней части разреза киргизской серии. Они перекрывают отложения макбальской и нельдинской свит, сложенные кварцитами и слюдяными сланцами с прослоями мраморов, эклсгитов и амфиболитов и подстилают каиндинскую свиту, представленную, главным образом, слюдяными сланцами. Залегание этих отложений согласное, общая мощность составляет 6000—8000 м.

Метаморфизм киргизской серии протекал в два этапа: сначала возникли глубинные ассоциации минералов и образовались такие породы, как эклогиты, затем в результате диафтореза в условиях амфиболитовой фации эклогиты преобразовались в амфиболиты, а за счет гранитизации слюдяных сланцев в отдельных участках возникли гнейсы. По радиохронологическим данным метаморфизм первого этапа протекал ранее, чем 1,6 млрд. лет назад.

Кристаллические сланцы киргизской серии слагают Макбальскую куполовидную структуру (длина около 40 км, ширина —22 км), ядро которой имеет в плане форму почти правильного овала. Крупные складки, картируемые по выходам отдельных свит, отчетливо брахиформны и просты по своему строению. Мелкие дислокации являются весьма сложными и не отражают непосредственно морфологию крупных структур. Отмечается, что в пределах рассматриваемого района «всем толщам раннего докембрия свойственны интенсивная микроплойчатость и обилие микроскладок послойного течения. Очень широко в них проявлено перераспределение крупных масс вещества. Особенно отчетливо этот процесс проявлен в толще ачикташской свиты. Своды складок характеризуются резко возрастающими мощностями горизонтов, скучиванием, а в крыльях происходит утонение пачек и будинаж известняков».

Очевидная общность рассмотренных разрезов основания докембрия Казахстана и Тянь-Шаня позволяет предполагать, что здесь имела место эпоха накопления глинистых и карбонатных осадков в специфических условиях, приводивших к захоронению углистого вещества и сульфидов железа.

В юго-восточной и восточной Финляндии (район Оутокумпу) рассматриваемые отложения входят в Карельскую сланцевую формацию. Среди них наиболее широко распространены так называемые филлиты, или аргиллитовые «черные сланцы», состоящие наполовину из биотита, а также из кварца и плагиоклаза-андезина с примесью графита, пирита, пирротина и ильменита. Содержание графита и сульфидов железа достигает по весу 25%. Широко распространены слюдяные сланцы, отличающиеся присутствием граната и (в целом) меньшим содержанием графита и сульфидов железа, а также гнейсы, в которых главными породообразующими минералами являются полевые шпаты. Кроме того, повсеместно развиты слюдяные кварциты, содержащие плагиоклаз-олигоклаз, иногда карбонаты, а в виде примеси графит и пирит. Наряду с этими первоначально глинистыми и обломочными породами, широким распространением пользуются амфиболитовые (известковые) и карбонатно-амфиболитовые сланцы, чаще всего состоящие из амфибола, близкого к тремолиту, карбоната, иногда диопсида, а также калиевого полевого шпата, плагиоклаза (андезина или лабрадора) и кварца, в меньшем количестве присутствуют биотит, пирротин, графит и сфен. Наряду с пиритом и пирротином упомянутые породы содержат нередко в виде примеси также сфалерит, халькопирит и тухолит. Химический и минеральный состав пород приведен в табл. 53.
Углеродистые отложения докембрия и фанерозоя (основные аспекты сравнительно-формационных исследований)

Для слюдяных сланцев и кварцитов характерна ленточная слоистость при мощности слойков в миллиметры и дециметры, подчеркиваемая распределением углеродистого вещества и сульфидов. Местами отмечается градационная слоистость, которая обусловлена тем, что количество графита и сульфидов закономерно изменяется от подошвы к их кровле. К. Пелтола приходит к выводу, что описанные отложения осаждались в условиях, близких к образованию сапропелей. Вероятным является как химическое, так и биохимическое осаждение таких первоначальных компонентов осадка, как карбонаты и сульфиды.

Карельская формация залегает на гранито-гнейсовом фундаменте и образует сложные складки, которые окаймляют куполовидные структуры основания. Степень метаморфизма пород несколько различна в разных частях района, но в целом близка к амфиболитовой фации. Возраст этих пород, по-видимому, превышает возраст гранито-гнейсов (2,5 млрд. лет), слагающих купол Соткума.

В Северной Америке рассматриваемый комплекс отложений подробно изучен в провинции Пидмонт (США, штат Мериленд), где в серии Гленарм выделяется формация Кокейсвиль, представленная графитовыми сланцами и мраморами с сульфидами железа, главным образом, пирита. Среди пород формации преобладают доломитовые флогопит-кальцитовые и тремолит-диопсидовые мраморы и известковые сланцы, состоящие из тончайших прослоев состава: флогопит— апатит — сфен — турмалин — пирит и кальцит — кварц — полевой шпат, нередко со скаполитом. С известковыми сланцами тесно связаны известковые гнейсы, содержащие большое количество полевых шпатов и кварца. Существенную роль играют также кальцитовые тремолит-диопсидовые мраморы и графитовые сланцы. Содержание графита в карбонатных породах формации составляет 0,5—1%, в сланцах до 23%, а пирита соответственно до 2,5% и около 1%.

Серия Гленарм перекрыта датированными нижнепалеозойскими отложениями и залегает на гранито-гнейсовом основании (Балтиморский гнейс), окаймляя древние гранито-гнейсовые купола. Эта серия представляет собой первично осадочный комплекс пород общей мощностью более 2000 м, из которых около 250 м занимает толща графитовых пиритсодержащих сланцев и мраморов (формация Кокейсвиль).

Ассоциации метаморфических пород с графитом и сульфидами железа, подобные описанным выше, достаточно широко распространены в других районах развития докембрия (в Скандинавии, Шотландии и др.), однако перечисленных примеров достаточно, чтобы показать генетическое подобие этих отложений.

Таким образом, на рассмотренных примерах видно, что сообщество углеродистого вещества и сульфидов в закономерной ассоциации пород является достаточно устойчивым. Геологические признаки не позволяют связывать образование этих сульфидов с ювенильными источниками в период метаморфизма, а поскольку в период осадконакопления эффузивный магматизм отсутствовал, то предположение о фумарольном происхождении сульфидов является маловероятным. Рассмотренные геологические примеры дают основание утверждать, что среди метаморфических пород докембрия, в том числе и раннего докембрия, существует достаточно широко распространенный, вполне определенный и отчетливо индивидуализированный парагенезис первоначально осадочных горных пород: глинистые, глинисто-карбонатные и карбонатные отложения (расчет составов приведен в табл. 54), которые обладают общим для всех них весьма существенным признаком, а именно — ассоциацией углеродистого вещества и сульфидов (главным образом, сульфидов железа), связанных с разложением органического вещества в донном осадке без доступа кислорода. Эта ассоциация пород слагает геологически обособленные и картируемые на местности толщи (свиты и т. п.), т. е. ограничения ее в пространстве и во времени являются достаточно определенными.

Подобные естественные парагенезы горных пород являются основой для формационного исследования и выделения формаций.

Проведенное выше рассмотрение общих вопросов анализа формации в древнейших отложениях позволяет считать, что в докембрии целесообразно выделять и изучать естественные парагенезы метаморфических пород в их реальных тектонических условиях и параллелизовать их с фанерозойскими формациями. К подобным парагенезам докембрийских пород можно рекомендовать применять термин «протоформация» вследствие отличия этих ассоциаций от фанерозойских формаций. Содержание понятия протоформации складывается из выявления естественной устойчивой и закономерной ассоциации метаморфических пород в определенных тектонических условиях, восстановления первичной природы этих пород, а также установления соответствующего гомолога в неметаморфизованных отложениях фанерозоя.

Нам представляется, что подробно охарактеризованная выше в качестве примера ассоциация пород является парагенезом первично осадочных метаморфических пород, который может быть назван протоформацией сульфидсодержащих графитовых сланцев и мраморов в зонах окаймления гранито-гнейсовых куполов. В качестве неметаморфизованного гомолога этой протоформации среди отложений неогея можно назвать карбонатную углефицированную формацию, описанную И.К. Королюк в позднем докембрии Прибайкалья (улунтуйская свита) и сопоставляемую с карбонатной геосинклинальной формацией рифея Урала (авзянская свита), а также с карбонатными формациями рифея Монголо-Охотской складчатой области — георгиевская свита Приаргунья и др. Для этой формации характерно переслаивание карбонатных пород с аргиллитами и аргиллито-алевролитовыми отложениями, прослои кремнистых пород и примесь кремнезема в различных породах, наличие постепенных переходов между главными типами пород, примесь пирита и интенсивная углефикация как карбонатных, так и глинистых пород, обусловленная присутствием органического вещества.

Все эти признаки формации йолностью совпадают с теми, которые были рассмотрены выше при описании пород протоформации графитовых сульфидсодержащих сланцев и мраморов. Такой существенный признак, как фосфоритоносность углефицированной карбонатной формации, отчетливо проявлен и у некоторых докембрийских ее гомологов (например, формация Кокейсвиль).

В результате проведенных исследований мы приходим различными путями к общему выводу о существовании вполне определенных признаков подобия у докембрийских и фанерозойских углеродистых отложений. Этот вывод является естественным следствием принципа единого, принципиально сходного, эволюционно усложняющегося геологического развития Земли, начиная с докембрия. Живое вещество и органическая субстанция обнаруживают вполне сопоставимую значимость в процессах осадконакопления в докембрии и фанерозое. Это позволяет рекомендовать формационный метод в качестве главного при соответствующих исследованиях собственно докембрийских углеродистых отложений и при сопоставлениях их с фанерозойскими.

Вместе с тем, вследствие вероятной эволюции парагенезов осадочных пород и тектонических условий их образования можно ожидать несовпадения определенных признаков у формаций фанерозоя и докембрия. В связи с этим для сопоставлений целесообразно использовать принцип гомологии, вместо прямой аналогии, а докембрийские ассоциации пород при этом именовать протоформациями, учитывая, что они являются предшественниками подобных формаций фанерозоя.





Яндекс.Метрика