Стратиграфическая корреляция раннедокембрийских железисто-кремнистых формаций Курской магнитной аномалии

Межрегиональная корреляция разреза железисто-кремнистых пород докембрия КМА, предлагаемого в качестве стратотипа, и главнейших железорудных провинций Земли (Западной Австралии, Южной Африки, Северной и Южной Америки) проведена впервые. Разрезы колонок, составленные по материалам многих публикаций, несколько упрощены, мощности пород показаны ориентировочно, так как на площади даже одного региона они сильно варьируют.

Раннеархейские образования. Разрез пород обоянской серии KMA коррелируется с древнейшими образованиями Северной и Южной Америки, Южной Африки и Западной Австралии (таблица, рисунок, вкл.). Они слагают так называемое архейское основание кратонов.

На всех континентах реликты древнейшего основания докембрия — гранито-гнейсовый комплекс пород, равномерно метаморфизованный в условиях высокой ступени метаморфизма с геохронологическими датировками древнее 3000 млн. лет (до 3690—3750 млн. лет), который представлен повсеместно различными по составу гнейсами, в том числе высокоглиноземистыми (силлиманитовыми, кордиеритовыми, реже дистеновыми); отмечаются также мраморы и амфиболиты. Для них типичны небольшой мощности и протяженности железные руды силикатно-магнетитового состава с главными минералами: магнетитом, кварцем, пироксеном, амфиболом, гранатом. Некоторые исследователи считают, что гранито-гнейсовый комплекс с заключенными в них железорудными образованиями представляет собой высокометаморфизованные толщи зеленокаменных поясов. Среди древнейших комплексов континентальной коры выделяются ранние гранито-гнейсовые основания кратонов с возрастом древнее 3000—3200 млн. лет, на которых залегают более молодые породы зеленокаменных поясов с возрастом 2700—3200 млн. лет. Сопоставление материалов показывает, что в строении гнейсо-мигматитового комплекса обоянской серии KMA и гранито-гнейсового основания докембрия железорудных провинций мира много сходных черт.

Позднеархейские образования. Разрез пород михайловской серии с развитой в ней железисто-кремнисто-метабазитовой формацией KMA обнаруживает много общего с разрезом зеленокаменных поясов других регионов (таблица, рисунок). Многокилометровые толщи представлены преимущественно вулканогенными образованиями, которым при всем многообразии фациальных типов свойственны определенные закономерности в строении: низы разрезов сложены основными и ультраосновными

вулканитами, выше — основными, средними и кислыми вулканитами; еще выше преобладают обломочные породы (кварциты, сланцы, граувакки, конгломераты, карбонатные породы) с неполно развитыми вулканитами. Такая последовательная смена пород снизу вверх наблюдается для наиболее полно представленных разрезов. С вулканогенными толщами парагенетически связаны железисто-кремнистые образования типов Алгома. В большинстве случаев они представлены полосчатыми силикатно-магнетитовыми разностями, в составе которых преобладают магнетит, кварц, грюнерит, биотит, а также встречаются хлорит, карбонаты, гранат, роговая обманка, сульфиды, актинолит, гиперстен. В рудах некоторых районов встречается гематит, часть исследователей считает его вторичным. Основная масса железисто-кремнистых пород с наибольшей мощностью и протяженностью приурочена к более кислым вулканитам, а также к терригенно-осадочным образованиям. Среди ультраосновных и основных вулканитов железные руды либо отсутствуют во многих разрезах, либо развиты до первых метров по мощности и сотен метров по протяженности. Такое сходство в строении зеленокаменных поясов на разных континентах может свидетельствовать о близкой тектонической и палеогеографической обстановке в позднем архее.

Нами отстаивается точка зрения, согласно которой наиболее древними породами бассейна KMA являются не зеленокаменные пояса, а гнейсо-мигматитовый комплекс обоянской серии со своеобразными железными рудами бесединского типа.

Нижнепротерозойские образования. Наибольший интерес представляет стратиграфическая корреляция разреза пород курской серии нижнего протерозоя, залегающих в главнейших железорудных провинциях мира с резким угловым несогласием на зеленокаменных толщах и гнейсо-гранитовом основании архея. К ним приурочены месторождения железных руд, графита, высокоглиноземистого сырья и других полезных ископаемых. Такие взаимоотношения отчетливо проявлены в Западной Австралии, Южной Африке, Северной и Южной Америке (таблица, рисунок).

Сопоставление нижнепротерозойских серий различных континентов убеждает в том, что их разрезы по особенностям строения и составу слагающих пород похожи друг на друга. Полной аналогии нет, но при такой региональной разбросанности ее трудно ожидать: наблюдаются различия в масштабах бассейна седиментации осадков, мощности и характере чередования слагающих пород. Фактический материал свидетельствует о тождественности условий периода формирования сопоставляемых толщ и их последующих преобразований (метаморфизм, магматизм и др.). Характерная особенность нижнепротерозойского времени — появление железных руд джеспилитового типа. Их масштабы и запасы столь значительны, что нижнепротерозойская эпоха между 1900—2000 и 2600—2700 млн. лет считается главным периодом отложения железа на древних платформах континентов: бассейны седиментации KMA достигали 550х200 км, провинции Хамерсли — 600x350 км, района Минас-Жерайс — 400x200 км, Северной Капской провинции и Трансвааль — 650x350 км, в районе Месаби и Ганфлинт железорудные толщи прослежены по простиранию более чем на 320 км. Железистые пачки образуют выдержанные по протяженности горизонты (сотни километров) и характеризуются мощностями в сотни метров (суммарные мощности горизонтов достигают тысячи и более метров). Такие огромные мощности и непрерывная протяженность рудных тел не отмечаются ни в одной из более древних или более молодых железорудных формаций докембрия. Джеспилитовые пачки можно использовать в качестве реперных горизонтов при стратиграфической корреляции разрезов древних платформ: они занимают определенное стратиграфическое положение среди мощных терригенно-осадочных образований и от типичных вулканитов отделены перерывами в осадконакоплении. Для джеспилитовых формаций типа оз. Верхнего отсутствуют доказательства проявлений вулканизма в период отложений. Железорудные образования ассоциируют преимущественно с пелитоморфными осадками (сланцы), которые отделяют их от более грубозернистых пород или разделяют на отдельные рудные горизонты.

Важным является вопрос о взаимоотношении джеспилитовой формации с перекрывающими породами. В результате слабых деформаций (плавного воздымания) прекращается отложение нижлепротерозойской продуктивной формации. Наступает континентальный перерыв, который приводит к разрушению и переотложению ранее сформированных пород. Подобные процессы происходили на всех континентах (возможно, на одних раньше, на других позже и с разной интенсивностью). Об этом свидетельствует стратиграфическое, а в ряде мест и небольшое угловое несогласие между джеспилитовой формацией и перекрывающими породами. На KMA залегающие выше толщи оскольской серии с грубообломочными образованиями в основании несогласно залегают то на метапесчаниках и сланцах верхнекурской свиты, то на продуктивных толщах средней свиты курской серии; в районе оз. Верхнего отложения группы барага местами с валунами железных руд в конгломератах основания лежат с резким несогласием в одних случаях на породах железорудной формации группы миномини, с других на зеленокаменных толщах киватина и даже «опускаются» до гранито-гнейсов фундамента; в бассейне Хамерсли между джеспилитовой формацией и образованиями свиты уайлу (с продуктами переотложения первой) фиксируется местное несогласие; в северной Капской провинции в Трансваале также наблюдается стратиграфическое несогласие между джеспилитовой формацией серии гхаап и перекрывающими отложениями серии грикваленд, в основании которых находится плохо отсортированный конгломерат с полосчатой галькой железных руд. Последние образования африканские исследователи выделяют в качестве «главного маркирующего горизонта», непрерывная протяженность которого с севера на юг составляет около 300 км.

Во всех регионах граница распространения джеспилитовой формации отчетливо устанавливается по несогласно залегающим на ней более молодым толщам с продуктами переотложения рудного вещества в основании разреза. Нижняя граница раннепротерозойской серии отбивается довольно четко по базальным грубообломочным горизонтам слагающих их толщ, которые с крупными структурными несогласиями залегают на зеленокаменных поясах или гранито-гнейсовом основании древних платформ.

Для железорудных образований раннего протерозоя типичны тонкополосчатые текстуры с ясно выраженной мелкой слойчатостью, образованной чередованием кварцевых, силикатных и рудных слойков. Для джеспилитов в качестве главных минералов характерны кварц, магнетит и гематит (последний практически отсутствовал в более древних формационных типах). Кроме них, в различных участках фациального профиля распространены карбонаты, силикаты, сульфиды, которые иногда в значительных количествах содержатся в продуктивных толщах. Гриналит, стильпномелан, миннесотаит, слюды отмечаются в слабометаморфизованных рудах. Там, где степень метаморфических преобразований увеличивается, силикатные минералы представлены амфиболами (грюнерит-куммингтонит, тремолит, актинолит) и доже пироксенами (ромбические и моноклинные).

В джеспилитовых толщах древних платформ установлены весьма низкие концентрации элементов-примесей, количественные их характеристики примерно соответствуют продуктивным горизонтам курской серии КМА. В Бразилии и на некоторых участках США железорудные образования содержат повышенные концентрации марганца. В первом случае причина объясняется тем, что обогащение происходит лишь в зонах выветрелых итабиритов. На Североамериканском континенте в районах Кайюна и Айрон-Ривер увеличение содержаний марганца отмечается в карбонатных фациях железорудной формации. За счет чего происходило его накопление, остается пока не выясненным. Породы нижнего протерозоя сопоставляемых континентов отвечают низким ступеням метаморфизма (зеленосланцевая фация). Вместе с тем установлены месторождения, где происходит чередование (иногда многократное) слабо- и сильнометаморфизованных зон. Такая метаморфическая зональность — результат позднейшего воздействия интрузий на слабометаморфизованные породы джеспилитовой формации.

Среднепротерозойские образования. Самая поздняя докембрийская эпоха железонакопления проявилась в посткурское время и отчетливо устанавливается в разрезе оскольской серии среднего протерозоя.

Изучение региональных стратиграфических схем позволило выявить аналоги оскольской серии на древнейших платформах континентов на основании того, что исследователи для различных регионов фиксировали железные руды, залегающие с несогласием на джеспилитах, а также представляющие собой своеобразные маркирующие горизонты в составе последних (таблица, рисунок).

Кластогенные железные руды отчетливо фиксируются во всех железорудных провинциях и приурочены к определенному стратиграфическому уровню. Всюду они залегают выше джеспилитовых формаций нижнего протерозоя со стратиграфическим и небольшим угловым (не повсеместно) несогласием на более древних породах. Базальные горизонты среднепротерозойских серий, как правило, сложены грубообломочными толщами, которые полностью или частично представлены переотложенными продуктами разрушения пород более древней джеспилитовой формации. Кроме этого, рудные тела могут несколько раз встречаться в разрезе осадочных толщ. Железорудные образования обладают кластогенными, реже полосчатыми текстурами. Мощности рудных горизонтов непостоянны (от нескольких сантиметров до 150—300 м) и прослеживаются по простиранию на десятки и сотни километров. Вмещающими породами являются песчаниково-сланцевые толщи с пачками конгломератов, гравелитов, нередко карбонатных пород и иногда вулканитов различного состава. По изотопным датировкам возраст пород данной формации укладывается в пределы 1500—2000 млн. лет.

Заключение

В главнейших железорудных провинциях мира разрезы раннего докембрия соответствуют четырем главным этапам геологического развития. Несмотря на длительный период формирования (не менее 2000 млн. лет) и широкие вариации пород, устанавливаются определенные закономерности в строении древних платформ различных континентов. Каждый из выделенных этапов характеризуется специфичностью палеогеографической и палеотектонической обстановок, своеобразным вещественным составом слагающих его толщ, преобладанием определенных процессов интрузивного магматизма и метаморфизма. По мнению Л.И. Салопа, однотипность строения докембрия в различных регионах земного шара обусловлена малой дифференцированностью тектонических процессов и более слабо выраженной геохимической и климатической зональностью в сравнении с фанерозойским периодом.

Сопоставление докембрийского разреза Курского бассейна с разрезами древних платформ различных регионов позволило установить сходные черты в их строении. Комплексы пород обоянской (ранний архей), михайловской (поздний архей), курской (нижний протерозой), оскольской (средний протерозой) серий KMA имеют одновозрастные аналоги в главнейших докембрийских железорудных провинциях Западной Австралии, Южной Африки, Северной и Южной Америки (таблица, рисунок). Огромное значение для межрегиональной стратиграфической корреляции имеют железорудные толщи, которые широко распространены в докембрии и для которых специфические формационные типы соответствуют вполне определенному уровню в разрезе. Это позволяет использовать их в качестве своеобразных маркирующих горизонтов.

Крупные стратиграфические подразделения докембрия (серии, комплексы или системы) отделены друг от друга стратиграфическими и структурными несогласиями, и для них устанавливаются изменения типов пород во времени. Наиболее ранний их формационный тип, приуроченный к гнейсо-мигматитовому основанию кратонов, характеризуется полосчатой и слабополосчатой текстурами, крупнозернистым сложением, силикатно (пироксены, амфиболы)-кварц-магнетитовым составом и небольшой продуктивностью (мощность до первых десятков метров и протяженность по простиранию до первых километров).

Зеленокаменные пояса также содержат железорудные образования. Наиболее значительные их рудные тела линзовидной формы тяготеют к средним, кислым метавулканитам и терригенно-осадочным породам в средней и верхней частях их разреза. Мощность руд здесь в среднем составляет 40—70 м, а протяженность по простиранию — до 10—25 км, В основании зеленокаменных поясов, представленных мета-морфизированными продуктами ультраосновных и основных вулканитов, рудные тела встречаются редко, и мощности их резко ограничены (от первых сантиметров до первых метров, редко больше). Железорудные толщи характеризуемого стратиграфического уровня имеют ясно выраженные полосчатые текстуры, в качестве главных минеральных компонентов в них присутствуют кварц, магнетит, амфиболы, биотит, хлорит, карбонаты, сульфиды. Данный формационный тип в большинстве случаев обнаруживает пространственную и генетическую связь с вулканитами. Лишь отчасти железные руды заключены среди типичных терригенно-осадочных пород средних и верхних частей разреза зеленокаменных поясов.

Среди нижнепротерозойских терригенно-осадочных образований древних платформ заключены горизонты джеспилитов типа оз. Верхнего, обладающие ярко выраженными тонкополосчатыми текстурами с мелкой внутренней слойчатостью, один из главных рудных минералов которых гематит (железная слюдка), магнетит, а из породообразующих минералов — кварц, карбонаты, сульфиды, силикаты. Железные руды, как правило, занимают определенное положение в разрезе (средняя часть) и контактируют с более тонкозернистыми пелитоморфными (сланцы) и реже карбонатными осадками. Рудные тела образуют выдержанные по простиранию горизонты (сотни километров) при мощности в сотни метров.

Железисто-кремнисто-кластогенная формация характеризуется своеобразными железными рудами, которые образовались за счет продуктов разрушения джеспилитов, и, возможно, более древних железорудных толщ. Обломочный характер продуктивных горизонтов не вызывает сомнений. Лишь отдельные тела имеют тонкозернистое сложение, но при внимательном рассмотрении устанавливаются признаки их кластогенного происхождения.

Изменения разрезов можно наблюдать и по другим породам. Так, вулканиты, наиболее характерные для зеленокаменных поясов, резко подчинены или отсутствуют среди протерозойских железорудных формаций. Направленность вулканических процессов выражена в том, что в основании зеленокаменных поясов всюду преобладают метаморфизованные продукты ультрасовременного и основного вулканизма, которые постепенно вверх по разрезу сменяются средними и кислыми их производными. Последние иногда фиксируются и в протерозойских комплексах пород. В указанном направлении, т. е. от низов раннего докембрия (исключение составляет гнейсо-гранитное основание, условия формирования которого не совсем ясны) к его верхам происходит увеличение объема терригенно-осадочных пород. Следует отметить, что среди высокоглиноземистых гнейсов раннего архея развиты силлиманитовые и кордиеритовые разности, тогда как в зеленокаменных поясах позднего архея они характеризуются в основном ставролитовым составом.

Докембрийские образования древних платформ претерпели различные ступени метаморфических преобразований. Co временем происходит направленное изменение фаций регионального метаморфизма. Самые древние породы основания кратона характеризуются преобладающим развитием минеральных ассоциаций гранулитовой фации. Зеленокаменные пояса по минеральным парагенезисам соответствуют амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой (низы разреза) и зеленосланцевой (верхи разреза) ступеням метаморфизма. Нижнепротерозойские джеспилиты и вмещающие их породы претерпели метаморфизм в основном в условиях зеленосланцевой фации. Породы оскольской серии KMA и их аналоги в других регионах свидетельствуют о низкотемпературных метаморфических преобразованиях.

Изменения во времени свойственны также интрузивным комплексам и тектоническим процессам. На примере KMA устанавливается, что с определенными стратиграфическими подразделениями связаны специфические комплексы плутонических пород со своеобразной геохимической специализацией. Для выяснения аналогичных связей на других континентах необходимо провести более детальное их рассмотрение.

Древнейшими комплексами на континентах представлено гнейсо-гранитное основание с возрастом более 3000±100 млн. лет. На Канадском щите некоторые их породы датируются 3750—3690 млн. лет. Зеленокаменные пояса древних платформ укладываются по времени образования в интервалы 2600±100—3000±100 млн. лет. Отмеченные по Южной Африке и Северной Америке высокие их значения (до 3500—3600 млн. лет), видимо, могут быть объяснимы тем, что для анализа отбирались пробы из гранито-гнейсового основания. Главные железорудные формации (джеспилиты) нижнего протерозоя формировались в период 1900±100—2600±100 млн. лет. В этом вопросе практически нет разногласий. Самая поздняя докембрийская железорудная формация (в составе оскольской серии) КМА, имеющая аналоги в главнейших железорудных провинциях мира, характеризуется возрастными пределами 1600±100 — 1900±100 млн. лет.

Сравнительная межрегиональная корреляция разрезов докембрия позволяет глубже познать металлогению древних щитов и массивов. На примере хорошо обнаженных и изученных районов земного шара можно прогнозировать ряд полезных ископаемых, которые до сего времени по различным причинам не выявлены или установлены лишь их проявления (КМА). Так, в толщах обоянской серии имеются все признаки для обнаружения месторождений легкообогатимых железных руд магнетитового состава, высокоглиноземистого сырья (силлиманитовые и кордиеритовые гнейсы) и графита. Зеленокаменные вулканогенно-осадочные толщи михайловской серии перспективны в отношении легкообогатимых магнетитовых руд, высокоглиноземистого сырья (ставролитовые и корундовые породы), колчеданных и полиметаллических руд. Кроме этого, в коре выветривания богатых железных руд могут быть выявлены марганцевые скопления бразильского типа. В оскольской серии следует ожидать обнаружения промышленных скоплений богатых железных руд и марганца. Сопоставление разрезов древних образований континентов показало их сходство в геологическом строении, что свидетельствует о единстве или близости условий формирования пород в раннем докембрии.