Кольцевые структуры ранних этапов геологической истории Земли в пределах древних щитов

Выявление в пределах древних щитов кольцевых структур в значительной мере связано с широким использованием новой видеоинформации, получаемой из космоса. Значение этой информации для анализа структуры и эволюции докембрийских комплексов щитов определяется тем, что на космических снимках происходит естественная генерализация деталей геологического строения и появляется возможность непосредственного выявления крупных структурных элементов. В этом отношении наиболее интересным представляется использование космических снимков низкого разрешения, позволяющих выявлять наиболее крупные кольцевые структуры, размером в сотни и даже тысячи километров.

Результаты дешифрирования сканерных космических снимков системы «Метеор» показывают существование в пределах крупных древних щитов России (Балтийского, Алданского, Анабарского) кольцевых структур двух типов.

К первому типу относятся весьма крупные сложные кольцевые структуры диаметром 500—1200 км. Они обычно имеют концентрически-кольцевое строение, заметное благодаря системам дугообразных линеаментов и разделяющих их кольцеобразных зон, различающихся по фотоизображению. Они всегда осложнены кольцевыми структурами меньшего размера и в целом могут рассматриваться как сложные овоидно-кольцевые (или просто кольцевые) системы. Этот термин мы используем для их обозначения ниже.

Ко второму типу принадлежат кольцевые структуры, имеющие диаметр 50—400 км. Среди них наблюдаются структуры, характеризующиеся в центральной части однородным, относительно светлым фототоном, заметно отличающимся от прилегающих областей. Известны, однако, овально-кольцевые структуры, обладающие неоднородным фотоизображением во внутренней части, а также структуры, не имеющие характерных особенностей фототона и рисунка и опознающиеся только по специфической ориентировке орогидрографических элементов ландшафта. Эти структуры более просто построены, чем кольцевые системы, и могут подразделяться на подтипы по размерам и другим особенностям строения.

Имеющаяся геолого-геофизическая информация по территориям древних щитов России позволяет дать различную и в известной мере новую интерпретацию геологической природы кольцевых структурных элементов двух намеченных типов.

Анализ характера фотоизображения в комплексе с геолого-геофизическими материалами позволяет выделять в пределах кольцевых систем две части: внешнюю и внутреннюю. Внешние части в большинстве случаев отличаются более темным фототоном по сравнению с центральными частями систем (Джугджуро-Становая дуга, восточная часть Свекофеннокарельской системы). В областях низкого уровня эрозионного среза во внешних частях вскрываются гранулит-базитовые раннеархейские (или катархейские) комплексы, представляющие собой сложно деформированные слоистые толщи кристаллических сланцев основного состава (пироксеновых, двупироксеновых, гранат-пироксеновых и пироксен-плагиоклазовых) с линзовидными телами габброидов, анортозитов, гипербазитов (лерцолитов, пироксенитов), отдельными горизонтами кварцитов (в том числе магнетитовых), глиноземистых пород, редкими линзовидными и неправильными телами кальцифиров и диопсидовых пород. Эти толщи в большинстве случаев интенсивно гранитизированы с образованием теневых мигматитов или эндербит-чарнокитовых лейкократовых пород, в которых базит-гипербазитовые компоненты слагают меланократовые и линзовидные обособления и скиалиты причудливых форм.

Многие исследователи предполагают, что гранулит-базитовые комплексы раннего докембрия представляют собой глубоко метаморфизованные вулканогенно-осадочные, преимущественно базальтоидные толщи. Условия прогрессивного гранулитового метаморфизма этих комплексов на Алданском щите и в Становой области оцениваются от 820—900 до 1000—1100 °C и от 9—9,5 до 10—11 кбар. В краевых частях кольцевых систем широко проявлены процессы гранитизации и регрессивного метаморфизма. В результате этого здесь отмечается не только преобразование пород гранулит-базитового комплекса в различного рода мигматиты, гранито-гнейсы и бластомилониты амфиболитовой фации, но и изменение его структур. Для краевых зон характерны гранитогнейсовые купола и валы, а также чашеобразные синклинали, разделяемые либо концентрически-кольцевыми зонами скалывания, либо сколами, согласными с направлением линейных зон мегакливажа или рассеянной проницаемости. Примерами таких районов могут служить Джугджуро-Становая область в южном секторе Алдано-Становой кольцевой системы и Беломорско-Карельский сектор Свекофеннокарельской системы, в пределах которых гранулит-базитовые комплексы выступают в виде реликтов субстрата, подвергшегося интенсивной гранитизации, вещественной и структурной переработке.

Замечательная особенность внешних частей кольцевых систем в областях низкого уровня среза — приуроченность к ним троговых структур (зеленокаменных поясов) раннего докембрия, что, по-видимому, свидетельствует о высокой подвижности и глубинности крупных дуговых разломов. Структуры зеленокаменных поясов в целом конформны дуговым элементам кольцевых систем и в то же время в некоторых случаях подчинены кольцевым структурам второго типа, осложняющим кольцевые системы.

В областях более высокого уровня эрозионного среза, где в пределах внешних частей кольцевых систем широко развиты более молодые структурно-вещественные комплексы докембрия (верхнеархейского—протерозойского возраста), часто вскрываются породы, формирование которых тесно связано с процессами динамотермальной переработки гранулит-базитового комплекса. Это, например, свекофеннские вулканиты основного и известково-щелочного состава в краевой части Свекофеннокарельской и Свеконорвежской кольцевых систем (Южная Финляндия, области Шеллефтео и Кируны, серии Бёрунге и Варгфорс на севере Швеции, юго-восточная часть Швеции и т. д.), перемещенные массивы анортозитов, габбро-анортозитов и гранитов-рапакиви (Выборгский, Салминский, Умбский, Аландский и другие массивы Свекофеннокарельской системы; массивы Смоланд и Вермланд Свеконорвежской системы).

Все это еще раз подтверждает чрезвычайно высокую степень тектонической подвижности и проницаемости внешних частей кольцевых систем, которая сохраняется и в последующие геологические эпохи. Примером может служить северная часть Алдано-Становой овоидно-кольцевой системы, перекрытая платформенным чехлом, но тем не менее хорошо выраженная на космических снимках. В некоторых случаях в пределах кольцевых систем, перекрытых чехлом, локализуются палеозойские и мезозойские интрузивные массивы.

В центральных частях кольцевых систем располагаются, как правило, более молодые гранито-гнейсовые комплексы раннего докембрия (красные и серые гнейсы южной Швеции, гнейсы и протерозойская серия Телемарк Норвегии в центральной части Свекофеннокарельской системы; тимптоно-джелтулинская гнейсовая серия архея Алданского щита в центральной части Алдано-Становой системы и др.).

Анализ пространственного размещения разновозрастных докембрийских осадочновулканогенных метаморфических образований в пределах овоидно-кольцевых систем позволяет предполагать, что они отвечают контурам древних бассейнов вулканогенноосадочного накопления, оформившихся как структуры первичной делимости литосферы уже во время формирования базитовой протокоры. Одновременно с развитием этих бассейнов седиментации на их периферии заложились концентрически-кольцевые тектонически активные зоны разломов (фрагменты которых позволяют дешифрировать их и в настоящее время), вероятно контролировавшие размещение зон ультрабазит-базитового вулканизма.

Интерпретация овоидно-кольцевых систем как структур первичной делимости литосферы имеет принципиальное значение для разработки проблем металлогенического и тектонического районирования докембрийских платформ и древних щитов. Каждая кольцевая система характеризуется своими индивидуальными чертами тектоники и магматизма. Они выражаются в различиях формационных особенностей первичного состава раннедокембрийских комплексов, во времени проявления метаморфических процессов и гранитного магматизма и т. п. Все эти особенности хорошо известны и лежат в основе представлений о блоковом строении древних щитов и о различиях в эволюции отдельных структурно-фациальных зон. Новые данные о геологической природе овоидно-кольцевых систем позволяют предполагать, что эти древние структурные элементы, распознаваемые на космических снимках, определили заложение и границы крупнейших блоков древних щитов и платформ, различающихся многими особенностями последующей геологической эволюции.

Для кольцевых структур второго типа характерно соответствие простираний кристаллизационной сланцеватости в докембрийских метаморфических породах концентрически-кольцевым элементам. Некоторые из них (Чарская. Калевальская и отчасти Алданская и Маймаканская структуры) в той или иной степени контролируют размещение позднеархейских-раннепротерозойских троговых прогибов (зеленокаменных поясов). Часто последние, следуя по направлению дуговых разломов овоидно-кольцевых систем на участках пересечения с дуговыми элементами кольцевых структур, образуют коленообразные изгибы, как бы приспосабливаясь к новым направлениям (например, в Калевальской кольцевой структуре). В некоторых случаях в центральных частях кольцевых структур развиты протоплатформенные отложения (удоканская серия Чарской структуры, вулканогенно-осадочные образования в центре Онежской структуры). Нередко в центральных частях кольцевых структур отмечаются проявления наиболее ранней гранитизации, тогда как более молодые гранитоиды приурочены к краевым периферическим зонам. В центральных частях многих кольцевых структур локализуются мезозойские интрузии ультраосновных-щелочных и щелочных пород. Кольцевые структуры часто хорошо выражены в магнитном и гравитационном полях. Для этих кольцевых структур предполагается совершенно иная геологическая природа, чем для кольцевых систем. Эти кольцевые объекты пространственно совпадают с областями развития докембрийских мигмаплутонов или массивов гранитоидов (включая граниты рапакиви). По всей видимости, такие концентрически-кольцевые структуры представляют собой системы зон скалывания вокруг центров гранитообразования. В некоторых случаях концентрически-кольцевые зоны скалывания могут наблюдаться на земной поверхности вокруг невскрытых глубинных диапиров. По геофизическим данным нередко устанавливается существенная разница в строении земной коры внутренних и внешних зон кольцевых структур. Обычно наблюдается приуроченность положительных магнитных аномалий к периферическим зонам структур, которые отвечают зонам базификации и концентрации фемических элементов. К этим же зонам приурочены и положительные гравитационные аномалии, тогда как центры гранитизации характеризуются меньшими величинами остаточных аномалий поля силы тяжести.

Выявление кольцевых структур имеет определенное значение прежде всего для нахождения областей развития пород гранулит-базитовых комплексов, относительно слабо переработанных последующими тектоническими и метаморфическими процессами. В таких областях, приуроченных к периферическим областям кольцевых структур, можно ожидать выявления сингенетической минерализации, связанной непосредственно с формированием ультрабазит-базитовых (коматиит-толеитовых) серий, т. е. прежде всего Fe, Ti, Pt, Cu, Ni. Вместе с тем для этих же областей весьма характерен метаморфизм высоких давлений (сутамская или чагарская фации метаморфизма), определяющий широкое развитие пород большой плотности (до 2,9—3,3 г/см3).

Локализация пород гранулит-базитового комплекса, метаморфизованных в условиях высоких давлений, в краевых частях кольцевых структур определяет развитие в них процессов базификации, обусловленных салит-мафитовой метаморфической дифференциацией. Известно, что при развитии процессов гранитизации по метабазитам и другим породам ультрабазит-базитового состава многие рудные элементы (Ni, Co, Cr, V, Sc, Mn, Cu, Pb) и, в частности, Au переходят в подвижное состояние и могут накапливаться в различных базификатах. Этот процесс миграции рудных компонентов должен приводить к накоплению их в периферических частях кольцевых структур, происхождение которых связано с развитием центров гранитизации или ростом гранито-гнейсовых куполов.

Важно также отметить, что породы гранулит-базитового комплекса могут выступать и в качестве источника рудного вещества (Au, Cu и др.) при наложении процессов гранитизации и тектоно-термальной переработки более поздних этапов активизации.

Таким образом, в периферических частях кольцевых структур — центров гранитизации можно ожидать проявление полихронной и полигенетической минерализации, связанной как с этапом формирования гранулит-базитовых комплексов, так и с процессами его более поздней динамотермальной переработки.

Действительно, на примере Зейской кольцевой структуры Становой области, где хорошо видно, что породы гранулит-базитового комплекса тяготеют к периферической зоне, вполне отчетливо обнаруживается приуроченность рудных концентраций железа (в том числе титаномагнетита), апатита, меди и никеля к площадям развития гранулит-базитового комплекса (рис. 1). Хорошо известен также пример Алданской кольцевой структуры, в периферических частях которой локализуются проявления железорудной и флогопитовой минерализации, приуроченные к основным гранулитам и магнезиальным карбонатным породам. Анализ размещения проявлений полисульфидной минерализации в пределах Зейской и некоторых других кольцевых структур Становой области показывает, что хотя такие проявления разбросаны на широкой площади и не обнаруживают пространственной приуроченности только к площадям распространения пород гранулит-базитового комплекса, для районов, где эта минерализация имеет существенное значение, такая приуроченность выступает вполне отчетливо (рис. 2). Можно думать, что породы гранулит-базитового комплекса могли быть источником рудного вещества только в тех случаях, когда они не претерпевали существенной переработки (гранитизации) в эпохи, предшествующие тектоно-магматической активизации. Такими областями относительно слабой гранитизации чаще всего оказывались зоны проявления высокобарического метаморфизма в породах гранулит-базитового комплекса периферических частей кольцевых структур второго типа.

Приведенные данные показывают, что результаты дешифрирования космических снимков могут стать основой для объективного выделения структурно-фациальных зон и древнейших структурных элементов, определяющих направленность и пространственное размещение проявлений эндогенных и экзогенных процессов породо- и рудообразования на ранних стадиях развития континентальной литосферы древних щитов.