Главная – Журналы – Геология и геофизика 2011 номер 12

Обсуждены статьи из спецномера журнала "Геология и геофизика", № 12 за 2011 год. Спецномер подготовлен на основе докладов, прозвучавших на Международном совещании "Геодинамическая эволюция, тектоника и металлогения орогенических поясов" 28-30 июня 2010 г. в Новосибирске (http://altay2010.igm.nsc.ru). Основной целью данного совещания являлось обсуждение общей эволюции Центрально-Азиатского складчатого пояса с особым акцентом на проблемы континентального роста, эволюции палеоокеанов и континентальных окраин, роли плюмов в аккреционно-коллизионной тектонике и металлогении. Обсуждение статей сгруппированы в три раздела: 1. Общие вопросы геодинамики и геодинамической эволюции; 2. Роль мантийных плюмов в тектонической активности, магматизме и оруденении; 3. Региональные проблемы тектоники и геодинамики Азии.
Приведенные обобщения показывают важную роль мантийных плюмов в эволюции Палеоазиатского океана и формировании складчатых структур Центральной Азии.
Кроме установленных для большинства континентов трех крупных максимумов (трех импульсов) роста континентальной коры около 2900-2700, 1900-1700, 900-700 млн лет выделены три важные орогенные стадии в росте континентальной коры Евразии: позднекембрийско-ордовикская (510-470 млн лет), позднедевонско-раннекарбоновая (380-320 млн лет) и пермско-триасовая (285-230 млн лет). Эти стадии в эволюции Центрально-Азиатского складчатого пояса сопровождались проявлением плюмового магматизма (ультрабазит-базитового и бимодального), облегчивших формирование крупных транслитосферных сдвигов. Показано, что образование позднекембрийско-ордовикского орогена на территории Центральной Азии (Cеверный Казахстан, Алтае-Саянская область, Тува, Прибайкалье) сопровождалось раскрытием Палеотетиса, Уральского, Обь-Зайсанского и Туркестанского океанов с интенсивным проявлением плюмового магматизма. Закрытие Обь-Зайсанского океана и столкновение восточной части Казахстанско-Байкальского континента с Сибирским в позднем девоне-раннем карбоне совпало с максимальным раскрытием Туркестанского океана, вероятно, связанного с плюмовой активностью. Периоды проявления Таримского (285-275 млн лет) и Сибирского (250-230 млн лет) суперплюмов совпадают с закрытием Уральского океана и раскрытием Мезо- и Неотетиса, а также с эпохами крупнейших эндогенных оруденений.

Континентальная кора играет важную роль в эволюции жизни на Земле, т.е. большинство жизненно важных элементов поставляются в океан с континентов. Кроме того, распределение континентов влияет на климат, так как альбедо континентов гораздо выше, чем океанов, примерно равно таковому для облаков. Многие исследователи считают, что континентальная кора росла постепенно в течение всего геологического времени и что ее большая часть была образована и в фанерозое, и в позднем протерозое. Однако тепловая эволюция Земли предполагает, что значительные количества континентальной коры должны были сформироваться на ранних этапах ее развития. Эти два обстоятельства представляют собой так называемый "парадокс континентальной коры".
Континентальная кора состоит из гранитоидов, аккреционных комплексов, осадочных и метаморфических пород. Последние три составляющих образуются в результате эрозии коры, поскольку большая часть и аккреционных, и метаморфических комплексов представлена обломочным материалом. Гранитоиды состоят их двух компонентов: ювенильного, образованного в результате плавления погружающегося океанического слэба, и рециклированного, связанного с переплавлением материала континентальной коры. Фактически только формирование ювенильных пород обеспечивает чистый прирост континента. Все остальное образуется в результате рециклинга материала континентальной коры или континентального рециклинга. Рециклинг корового материала включает три процесса: внутрикоровый рециклинг, переработка корового материала и корово-мантийный рециклинг. Существуют разные оценки скорости континентального роста, которые сильно различаются между собой. Тепловая история Земли свидетельствует о том, что скорость континентального роста была высока на ранних стадиях ее эволюции, а современное распределение архейских пород говорит скорее о медленном росте коры. С точки зрения тепловой истории Земли рециклинг корового материала играл большую роль, а с точки зрения распределения архейских пород он был незначителен, а сильно различающиеся оценки скорости континентального роста являются результатом рециклинга материала континентальной коры.
В работе оценена скорость эрозии континентальной коры и рассчитаны долгосрочные вариации образования и разрушения континентальной коры на основе четырех групп данных: современном распределении континентальной коры, т.е. отражающем состояние коры без рециклинга; геохронологическом возрасте цирконов, отражающем процесс внутриконтинентального рециклинга; отношении изотопов Hf, свидетельствующих о степени переработки корового материала; долгосрочных изменений температуры мантии. Расчеты позволили сделать несколько важных выводов. В позднем архее (2.7 млрд лет) количество континентальной коры было близко к современному. В раннем протерозое (2.7-1.6 млрд лет) объем континентальной коры был гораздо больше, чем в настоящее время, с максимальными значениями на уровне 2.4, 1.7 и 0.8 млрд лет. С этого времени количество континентальной коры сокращалось. В периоды, соответствующие высоким мантийным температурам, т.е. 2.7, 1.9 и 0.9 млрд лет назад, образовывались новые объемы корового материала, который затем разрушался. В результате входящих течений в мантии происходило как быстрое корообразование, так и резкое разрушение вновь образованной и более древней коры. Пики максимальных объемов континентальной коры, очевидно, соответствуют докембрийским периодам "ледяного дома".

Проведен совместный анализ изменения частоты геомагнитных инверсий и величины ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в морских карбонатных осадках в фанерозое. В обоих рядах выделены главные компоненты, период которых варьируется от 90 до 110 млн лет. Анализ показал существование определенной связи между этими характеристиками: 1) оба временных ряда имеют по пять локальных минимумов, временная разница между которыми (длительность периодов) близка; 2) минимумы на зависимости Δ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr предваряются минимумами на зависимости частоты инверсий, время задержки между соответствующими локальными минимума двух рядов меняется от 12 в ордовике до 38 млн лет в мелу; 3) скорость передачи энергии процессов, протекающих на границе ядро-мантия в слое D´ ´ и определяющих геологическую жизнь планеты, составляла в фанерозое от 7 до 25 см/год, что весьма близко наблюдаемым горизонтальным скоростям перемещения литосферных плит и оценкам скоростей внутримантийной конвекции.

В истории палеозоид, сформированных на месте Палеоазиатского океана, выделяются две переломные стадии: кембро-ордовикская и пермотриасовая. В обоих случаях запечатлено закрытие ранее существовавших океанических пространств, открытие новых океанов, которые сопровождаются интенсивным плюмовым магматизмом, определившим остывание ядра Земли и появление суперхрон (прекращение магнитных инверсий). Три суперхрона около 490-460, 260-300 и 124-86 млн лет коррелируются с крупнейшими эпохами плюмового магматизма. Интервал 490-460 млн лет, коррелирующийся с суперхроной и открытием новых океанов, нуждается в более детальной реконструкции плюмовых этапов магматизма. Предшествующий суперплюм около 800-740 млн лет требует еще более тщательного обоснования и реконструкции, но укладывается в общую глобальную периодичность через 240 (или 120) млн лет, с более дробными этапами через 30 млн лет.
В позднекембрийскую-ордовикскую стадию огромная территория, в настоящей структуре протягивающаяся от Полярного Урала до Байкала (а в прошлом в несколько раз более протяженная), служила ареной масштабных аккреционных и коллизионных событий, имевших место в сходных геодинамических условиях и включавших Гондванские микроконтиненты (Кокчетавский, Алтае-Монгольский, Тувино-Монгольский и др.) и островные дуги, объединяемые в Казахстанско-Тувино-Монгольскую систему. Образование позднекембрийского-раннеордовикского орогена сопровождалось процессом открытия океанов Уральского, Обь-Зайсанского, Монголо-Охотского, Палеотетиса. Пульсы плюмовой активности (520-500 и 490-460 млн лет) результировались не только в открытии новых океанов, но и ускорении амальгамации террейнов и синхронизации геодинамических событий от Урала до Забайкалья.

В пределах Сорского Cu-Mo-порфирового месторождения выделяются плутоногенный, порфировый (рудоносный) и дайковый комплексы, формировавшиеся от ордовика до девона соответственно на коллизионном, постколлизионном и рифтогенном этапах развития региона. Магматизм месторождения проявился синхронно с внутриплитным, широко распространенным в пределах Кузнецкого Алатау и инициированным Алтае-Саянским мантийным плюмом. По структурному положению и геохимическим характеристикам дайковый комплекс месторождения сопоставляется с внутриплитными образованиями прилегающих районов. Становлению дайкового комплекса предшествовало развитие Сорской рудно-магматической системы, включающей близкие по геохимическим характеристикам и металлогенической специализации плутоногенный и порфировый комплексы.
Согласно моделям взаимосвязи мантийных плюмов и рудно-магматических систем, развитие плутоногенного и порфирового комплексов Сорского месторождения соответствует этапу теплового воздействия плюма на литосферу, вызывающего ее плавление и как следствие проявление известково-щелочного магматизма. При перестройке геодинамического режима от коллизионного и постколлизионного к рифтогенному создавались условия для продвижения на верхние горизонты плюмовых расплавов, принимавших участие в формировании внутриплитных образований, в частности, дайкового комплекса Сорского месторождения.

Кошрабадский массив, относящийся к герцинским постколлизионным интрузиям Тянь-Шаня, сложен двумя сериями пород: мафическими и кварцевыми монцонитами и гранитами главной фазы. Порфировидные гранитоиды главной фазы содержат овоиды щелочного полевого шпата, часто окаймленные плагиоклазом. Мафические породы, локально развитые в центральной части массива, образовались в результате инъекций мафической магмы в еще неконсолидированные породы главной фазы с образованием гибридных пород и разнообразных дайковых серий. Все породы массива отличаются очень высокой железистостью и присутствием файялита, что свидетельствует о восстановительной обстановке формирования. Мафические породы являются результатом фракционной кристаллизации щелочно-базальтового мантийного расплава, а гранитоиды главной фазы демонстрируют признаки контаминации коровым веществом. Высокая железистость и повышенные содержания HFSE сближают породы массива с гранитами А -типа. Данные о геохимической эволюции пород массива подтверждают генетическую связь месторождений золота в пределах массива с магматическим процессом и указывают на возможность накопления золота в остаточных кислых расплавах и на относительно быстрое формирование рудных кварцевых жил в тех же структурах, которые контролировали внедрение поздних даек. Одновременное внедрение различных по составу постколлизионных гранитоидных интрузий хр. Северный Нуратау, включая кошрабадские гранитоиды, объясняется синхронным плавлением различных коровых протолитов в зоне транскорового сдвига в результате подъема горячего астеносферного вещества в обстановке растяжения. Циркуляция флюидов, вызванная этим процессом, обусловила мобилизацию рудных элементов из пород коры и формирование их промышленных концентраций.

Мезозойский чуйский дайковый комплекс был выделен Р.В. Оболенской на основании сходства в минеральном составе даек и их возрастных характеристиках. Лампрофиры приурочены к крупным сдвиговым зонам - Теректинско-Толбонурской и Курайско-Кобдинской. Чуйский комплекс был изучен на примере двух ареалов - Южно-Чуйского и Юстыдского, различающихся разным уровнем эрозионного среза. Дайки первого ареала находятся в Южно-Чуйском хребте, где они секут кембро-ордовикские метаморфические породы. Дайки Юстыдского ареала располагаются в девонской толще терригенных черносланцевых отложений Юстыдского прогиба. Дайки из разных ареалов имеют различия по структурно-текстурным особенностям, степени карбонатизации, имеют систематические различия в составе минералов. Проведенные исследования пород и минералов позволяют подтвердить принадлежность даек обоих ареалов к одному комплексу, установить закономерности вещественного состава для всего комплекса и его локальных ареалов, обосновать выделение ареалов не только с геологической позиции, но и по составу, структурно-текстурным особенностям, составу минералов. Геохронологические данные позволяют выделить два этапа формирования комплекса: 236-234 и 250-242 млн лет. Также в данной статье показано, что лампрофиры и синхронные им сиениты Тархатинского массива являются фракционатами одного материнского расплава и могут быть объединены в один гипабиссально-плутонический комплекс. Сравнение с другими пермотриасовыми комплексами лампрофиров показало, что широкие вариации состава пород комплекса и тренды, установленные на вариационных диаграммах, а также геохимические аномалии являются характерными признаками комплексов высококалиевых лампрофиров.

В результате работ, выполненных в Киргизском Тянь-Шане методом магнитотеллурического зондирования (МТЗ) по глубинным профилям вдоль меридианов 74° и 76° в.д. в разрезах земной коры, выделены проводящие объекты, соответствующие ограничениям Ат-Башинской аккреционно-коллизионной зоны и Иссык-Кульского микроконтинента. Распределение сейсмических скоростей v _P , полученное по методу обменных волн землетрясений (МОВЗ) вдоль трансекта MANAS (2007 г.), в сопоставлении с геоэлектрической моделью для Ат-Башинской аккреционно-коллизионной зоны подтвердило предположение о том, что расположение и наклон крупных пластин (чешуй), а также способ и направление эксгумации эклогитов в этой зоне аналогичны наблюдаемым в Северо-Западном Китае. Данные петрологического анализа, термобарометрии и лабораторных исследований скоростей упругих волн нижнекоровых и верхнемантийных ксенолитов свидетельствуют о том, что поверхность Мохо на момент выноса ксенолитов около 70 млн л.н. располагалась на глубине около 35 км, в то время как ее современная глубина залегания составляет 55 км. Тепловой поток на поверхности за 70 млн лет уменьшился с 80 до 60 мВт/м².

На основании анализа стратиграфических и геологических данных показаны палеогеографические и палинспастические реконструкции палеозоид Казахстана, рассмотрена их многостадийная геодинамическая эволюция, обоснована схема тектонического районирования. Приводится описание главных этапов формирования: заложение кембрийских и ордовикских островных дуг; позднеордовикское развитие составного аккреционно-коллизионного Казахстанского континента как результат континентальной субдукции и амальгамации блоков Гондваны с островными дугами, образование протяженного коллизионного пояса гранитоидов; развитие девонских и каменноугольно-пермских активных окраин составного континента; дальнейшая его позднепалеозойская тектоническая деструкция.
В позднем ордовике в пределах Казахстанского континента формируются терригенные и вулканогенные компенсированные осадочные комплексы, которые продолжали свое развитие в силуре. На границах с Уральским, Туркестанским и Джунгаро-Балхашским океанами образуются Сакмарская, Тагильская, Восточно-Уральская и Степнякская вулканические островные дуги. В конце силура происходит коллизия Казахстанского континента с островными дугами Туркестанского и Обь-Зайсанского океанов, что приводит к формированию моласс, а также гранитных поясов в Северном Тянь-Шане и Чингизе. В дальнейшем происходит развитие девонских и каменноугольно-пермских активных окраин составного континента, во внутренних частях формируются раннедевонские рифтогенные вулканогенно-осадочные образования, среднепозднедевонская вулканогенная моласса, позднедевонско-раннекарбоновые рифтогенные осадочно-вулканогенные, шельфовые терригенно-карбонатные толщи и угленосные озерно-болотные осадки, среднепозднекарбоновые обломочные образования бессточных впадин. В пермское время на южной окраине составного Казахстанского континента проявился плюмовый магматизм, который по времени совпал с формированием красноцветной молассы и тектонической деструкцией палеозоид Казахстана в результате коллизии Восточно-Европейского и Казахстанско-Байкальского континентов.

Китайский Алтай - ключевой фрагмент в Центрально-Азиатском складчатом поясе (ЦАСП) преимущественно сложен в различной степени деформированными осадочными и вулканическими породами, и гранитными интрузиями. Тектоническая обстановка его формирования в раннем палеозое различными геологами интерпретировалась как пассивная континентальная окраина, субдукционно-аккреционный комплекс или докембрийский микроконтинент. Соответственно было предложено две конкурирующие модели - "раскрытие-закрытие" и "субдукция-аккреция". Исследования последних лет показывают, что глубокометаморфизованные породы, которые ранее считались фрагментами докембрийского фундамента, имеют U-Pb возраста цирконов (в основном от 466 до 528 млн лет), аналогичные возрастам детритовых цирконов в широко распространенных слабометаморфизованных осадочных породах серии Хабахе. Исследования также показали, что все осадочные породы были преимущественно образованы в раннем палеозое. Кроме того, петрологические данные и геохимические составы пород указывают на то, что они, вероятно, были сформированы в обстановке активной, а не пассивной континентальной окраины, как предполагалось раньше. Детритовые цирконы и цирконы из гранитоидов, включая захваченные (в основном 543-421 млн лет), как правило, дают положительные значения ε _Hf ( t ), что указывает на значительный вклад незрелых мантийных источников в состав нижней коры. Модельный расчет, основанный на изотопном составе Hf в цирконах, указывает на то, что до 84 % Китайского Алтая, возможно, сложены "незрелым" палеозойским веществом. Таким образом, имеющиеся данные не подтверждают теорию существования докембрийского фундамента, а, наоборот, указывают на то, что Китайский Алтай представляет собой огромный субдукционно-аккреционный комплекс, образованный в палеозое. Результаты датирования цирконов из гранитоидов U-Pb методом указывают на то, что магматическая деятельность продолжалась с раннего до среднего палеозоя, а наиболее интенсивная магматическая деятельность происходила в девоне, одновременно со значительным изменением Hf изотопных составов цирконов. Данные наблюдения, а также факт существования магматических пород определенных типов и высокотемпературных метаморфических пород в Китайском Алтае можно объяснить взаимодействием спредингового хребта и глубоководного желоба во время аккреционных орогенных процессов.

Приведены результаты датирования гранитов Тункинского массива сархойского комплекса, расположенного в восточной части Тункинских Гольцов Восточного Саяна. Среднеордовикский возраст (462.6±7.8 млн лет) был установлен LA-ICP-MS методом датирования. Граниты сархойского комплекса в пределах рассматриваемого участка секут складчато-покровную структуру, в состав которой входят деформированные фрагменты венд-раннекембрийского чехла Тувино-Монгольского микроконтинента (метатерригенная верхнешумакская свита и карбонатная горлыкская). Красноцветные конгломераты и песчаники сагансайрской свиты позднедевонско-раннекарбонового возраста залегают на размытой поверхности гранитов Тункинского массива в восточной части Тункинских Гольцов. Отложения сагансайрской свиты, в свою очередь, перекрыты по пологому надвигу пакетом тектонических пластин, включающим как вулканогенные и карбонатные отложения толтинской свиты, биотитовые сланцы, так и плагиогнейсы с телами гранатовых амфиболитов. Описанные геологические соотношения, среднеордовикский возраст гранитов Тункинского массива и многочисленные позднепалеозойские аргон-аргоновые датировки синкинематических минералов из метаморфических пород участка позволили выявить в районе две возрастные генерации тектонических покровов. Первый возрастной уровень покровообразования является досреднеордовикским, а второй - позднекаменноугольно-пермским. Покровная структура нижнепалеозойского возраста сформировалась в результате аккреции Тувино-Монгольского микроконтинента к Сибирской платформе. Позднепалеозойские тектонические покровы возникли в ходе внутриконтинентального орогенеза и реактивации раннепалеозойского аккреционного пояса под действием позднепалеозойских коллизионных событий.

Новые геологические, геохронологические и структурные данные свидетельствуют, что в Тункинских Гольцах Восточного Саяна развита покровно-складчатая структура, формирование которой произошло в позднем карбоне-ранней перми. Возраст деформационных событий установлен ⁴⁰Ar/³⁹Ar методом по синтектоническим слюдам и амфиболам, их структурная и пространственная позиция определена в ориентированных шлифах. На основании геометрического анализа макро- и микроструктур выделяются три этапа образования деформационных структур, последовательно сменяющих друг друга в ходе прогрессивной деформации. Первый, "покровный" (316-310 млн лет), характеризуется формированием пакета надвиговых пластин северной вергентности. В ходе второго, "покровно-складчатого", этапа (305-303 млн лет) пакет надвиговых пластин был смят в складки. Третий, "складчато-сдвиговый" (286 млн лет), проявился в формировании систем крутопадающих сдвигов, по которым клиновидные блоки выдавливались из областей наибольшего сжатия в западном направлении. Все деформационные структуры развивались в обстановке субмеридионального сжатия. Покровообразование в Тункинских Гольцах одновозрастно с формированием главных сдвиговых структур восточной части Центрально-Азиатского складчатого пояса (Главного Саянского разлома, Курайской, Северо-Восточной и Иртышской зон смятий и др.) и одновременно с проявлением окраинно-континентальных известково-щелочных и шошонитовых серий (305-278 млн лет), а также щелочных и щелочно-полевошпатовых сиенитов и гранитов (281-278 млн лет) Таримского мантийного плюма в Ангаро-Витимском плутоне, расположенном вблизи и восточнее изученного региона. Таким образом, одновозрастное развитие позднепалеозойских деформационных структур, образований активной окраины и плюмового магматизма территории Южной Сибири может быть связано с глобальными геодинамическими событиями, обусловленными взаимодействием тектонических плит, сформировавших Центрально-Азиатский складчатый пояс.

Установлено, что терригенные отложения хайсуинской свиты и метаморфические образования Шутхулайской глыбы по своим геохимическим характеристикам подобны породам окинской серии. Источниками сноса для этих осадков послужили вулканиты сархойской серии и в меньшей мере кристаллические образования Гарганской глыбы и породы Дунжугурского офиолитового комплекса. Накопление терригенных отложений окинской серии, хайсуинской свиты и парапород Шутхулайской глыбы происходило в едином осадочном бассейне в краевых частях Тувино-Монгольского массива в обстановках системы островных дуг.

Тектоническое строение области сочленения восточной части Центрально-Азиатского складчатого пояса и структур Сибирской платформы, глубинное строение ее земной коры и литосферы, которые основаны на новых геолого-геофизических данных (сейсмические, геоэлектрические, космоструктурные, геологические карты нового поколения), что в сочетании с новыми интерпретационными технологиями (обработка пакетами специализированных программ ранее имевшегося материала) позволили сделать вывод о наличии режима косой коллизии при схождении тектонических плит и, соответственно, слагающих их тектонических элементов при закрытии Монголо-Охотского палеобассейна. О подобном сценарии развития в пределах Алдано-Станового щита свидетельствуют области развития син- и постколлизионного магматизма с их глубинными и геохимическими характеристиками, наличие позднемезозойской складчато-надвиговой зоны. Глубинные "следы" этих тектономагматических событий, установленные при геолого-геофизических модельных построениях, проявлены в виде наклонных глубинных границ раздела коровых и литосферных блоков. На земной поверхности им соответствуют крупные системы разломов - Джелтулакский, Северо-Тукурингрский, Южно-Тукурингрский, Гилюйский, Становой. Установлено, что влияние коллизионных процессов по мере удаления от границы сочленения восточной части Центрально-Азиатского пояса и Сибирской платформы (Джелтулакский и Северо-Тукурингрский сквозькоровые разломы) затухает в северном направлении.