СТРАТИГРАФИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ, 2007, том 15, № 6, с. 3-27
УДК 55121/24:551.14
ГЕОДИНАМИКА РАННЕГО ДОКЕМБРИЯ. СТАТЬЯ 2. ФОРМИРОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ И ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ, ОСОБЕННОСТИ ЛИТОСФЕРЫ
© 2007 г. О. М. Розен, А. А. Щипанский
Геологический институт РАН, Москва Поступила в редакцию 10.05.2006 г., получена после доработки 30.10.2006 г.
В основе статьи лежит рассмотрение вопросов эволюции геодинамических процессов. Объектами послужили характерные структуры и приуроченные к ним горные породы. Рассмотрены признаки существования зрелой континентальной коры (осадочные бассейны) и ее формирования (метаморфические пояса и гранитоиды) и подстилающей разуплотненной верхней мантии (литосферный киль), а также агрегатные скопления фрагментов континентальной коры (континентов, микроконтинентов, террейнов) в форме суперконтинентов. Выделены присущие фанерозою геодинамические проявления, которые прослеживаются без заметных изменений в течение раннего докембрия, с одной стороны, а с другой - изменения, имеющие направленный, эволюционный характер, которые удовлетворительно объясняются снижением температуры мантии, и в том числе - на кровле мантийных плюмов.
Ключевые слова. Ранний докембрий, осадочные бассейны, метаморфические пояса, гранитоиды, алмазоносный литосферный киль, суперконтиненты.
ВВЕДЕНИЕ
В представленном обзоре рассмотрены признаки существования зрелой континентальной коры (осадочные бассейны) и ее формирования (метаморфические пояса и гранитоиды), а также специфика подстилающей верхней мантии (литосферный киль) и вероятное образование агрегатных скоплений блоков континентальной коры (континентов, микроконтинентов, террейнов) в форме суперконтинентов. Обсуждение базируется на сопоставлениях с фанерозойскими моделями островных дуг, столкновениях плит, метаморфических поясов и других. Рассмотрение каждого объекта включает: а) наблюдаемое явление, б) процессы, являющиеся причиной его появления, и в) сохранение, изменение или исчезновение таких процессов в дальнейшей геологической истории.
Обсуждаются наиболее обоснованные модели, которые иллюстрируются конкретными региональными примерами (детально изученными объектами). Количество публикаций, подвергшихся обобщению, крайне велико. С целью избежать излишнего цитирования в список литературы включены опубликованные обзоры, дополненные последними публикациями, а по тем аспектам, где таких обзоров нет, приводится необходимый минимум ссылок. Среди последних отдается предпочтение доказательным материалам, независимо от приоритета в высказывании идей. Для сокращения текста обширная фактическая информа-
ция вынесена на рисунки, которые позволяют наглядно донести до читателя детали, которые в текстовом изложении потребовали бы неуместно большого объема. Расположение описываемых объектов находится в пределах раннедокембрий-ских ареалов, показанных на рис. 1.
ОСАДОЧНЫЕ БАССЕЙНЫ
Протоконтиненты, на которых формировались ранние осадочные бассейны, возникли в результате взаимодействия интра-океанических островных дуг, базальтовых океанических плато и аккреционно-коллизионных процессов. Такие протоконтиненты в архее составляли 5-10% современной коры (Eriksson et al., 2004). Уже 3.83.2 млрд. лет назад в составе некоторых зелено-каменных поясов присутствуют маломощные фрагменты карбонатов пассивных окраин (в том числе строматолитовых - в морфологическом смысле слова - карбонатов), полосчатые железорудные формации, эвапориты, пелиты и обломочные кварциты, так же как и подчиненные синоро-генные турбидиты, конгломераты и песчаники. В терминальной части неоархея (<2.8 ... =2.5 млрд. лет) цианобактериальные маты превращаются в главный фактор докембрийского карбонатона-копления, а строматолитовые карбонатные платформы составляют заметную часть мелководного шельфа (Сергеев и др., 2007). Фазы растяжения коры, обусловленные подъемом и коллапсом
Рис. 1. Глобальное распространение раннедокембрийских ареалов: черное - выходы на поверхность, серое - погребенные ареалы (Goodwin, 1991).
Цифры на схеме: 1 - Балтийский щит; 2 - Шотландский щит; 3 - Украинский щит; 4 - Анабарский щит; 5 - Байкальский, Саянский, Енисейский складчатые пояса; 6 - Алданский щит; 7 - кратоны Северо- и Южно-Китайский, Тарим; 8 - Индийский щит; 9 - комплексы Литчфилд, Рул-Джангл, Нанамбу; 10 - кратон Пилбара; 11 - кратон Йилгарн; 12 -комплекс Напьер; 13 - кратон Каапваль; 14 - кратон Зимбабве; 15 - блок Замбия; 16 - кратон Касаи; 17 - Центрально-Африканский кратон; 18 - Эфиопский блок; 19 - кратон Чайлу; 20 - комплекс Камерун-Нтем; 21 - щит Мэн; 22 - щит Туарег; 23 - щит Регибат; 24 - массивы Рио-де-ла Плата, Луис-Алве; 25 - кратон Сан-Франциско; 26 - кратон Гуапоре; 27 - щит Гайяна; 28 - провинция Вайоминг; 29 - провинция Сьюпериор; 30 - группа Каминак; 31 - блок Комити-Бэй; 32 - провинция Слейв; 33 - щит Лабрадор; 34 - Гренландский щит.
180°
90° 0° 90°
180°
^2
23
Л1 27 21
19(PSV
) L* / j 14
\ \ i 24 13
\ ^
12
коры при базальтовом андерплэйтинге или при плюмовой активности, преобладали до 3.3 млрд. лет, а позднее сменились явлениями сжатия, вызванными движениями плит, что сопровождалось накоплением обломочных толщ (Eriksson et al., 2004). Дальнейшее описание посвящено крупным осадочным бассейнам, которые в наибольшей мере отражают стабилизацию земной коры. Они достаточно редки, поэтому описание приведено для наиболее характерных представителей.
Мелководный прибрежный бассейн Уарраву-на, Австралия, формировался ~3.46-3.32 млрд. лет назад на обширных пространствах субаэраль-ных базальтовых плато и занимал площадь более 18000 кв. км. Слагающие отложения представлены серией маломощных, ~50 м, осадочных горизонтов, залегающих среди базальтовых толщ и распространенных на всей площади плато (Barley, 1993; Krapez, 1993). Бассейновые отложения сложены терригенными породами в ассоциации с эвапоритами (гипс) и строматолитовыми карбонатными платформами, свидетельствующими - в первом приближении - о близком к современному составе океанских вод и прибрежном волновом режиме (рис. 2). Такие бассейны, по-видимому, не по-
вторялись в дальнейшей истории. В отличие от них, сопоставимые по размеру фанерозойские океанические базальтовые плато перекрыты ри-фогенными известняками, на склонах - брекчиями вулканитов и илистым материалом, а у подножья - вулканомиктовыми конгломератами, тогда как трапповые базальтовые ареалы совмещаются главным образом с континентальными отложениями.
Бассейны длительного и унаследованного прогибания, сложенные разнообразными, преимущественно терригенными отложениями, 2.8 млрд. лет назад пришли на смену древнейшим специфическим бассейнам (типа Уарравуна). Таков гигантский бассейн Витватерсранд на кровле кратона Каапваль в Южной Африке (рис 3Ä). Формирование кратона Каапваль продолжалось в течение 500 млн. лет , от 3.1 до 3.2 млрд. лет назад, начавшись накоплением базальтоидов на океаническом плато зеленокаменного пояса Барбертон, с последующей локальной аккрецией океанических тер-рейнов (Windley, 1999; de Wit, Tinker, 2004; Eriksson et al., 2004). В это время выплавлялись трондьеми-ты, имеющие возраст 3340 ± 3 млн. лет, а подстилающая литосфера подвергалась дифференциа-
Рис. 2. Положение и строение палеоархейских (3.46 млрд. лет) осадочных отложений на базальтовом плато кратона Пилбара, северо-западная Австралия (Barley, 1993; Krapez, 1993; Van Kranendonk et al., 2004). На врезке - положение кратона Пилбара в северо-западной Австралии, стрелка указывает положение рис. А.
А. Схема распространения мегаформации Уарравуна и ассоциированных отложений. 1 - отложения перми; 2 - мега-формация Маунт-Брюс, 2.8-2.2 млрд. лет; 3 - мегаформация Джордж-Крик и Ребурн, 3.3-2.9 млрд. лет; 4-6 - мегафор-мация Уарравуна, суперформации: 4 - Салгаш, 5 - Даффер, 6 - Талга-Талга; 7 - гранитоиды; 8 - главные разломы. Б. Стратиграфическое положение горизонтов осадочных пород внутри мегаформации Уарравуна. 1 - вулканомикто-вые осадки; 2 - известково-щелочные вулканиты; 3 - кремнистые и другие осадки; 4 - базальты. В. Реконструкция условий осадконакопления. 1 - мелководный сублиторальный песчаный вулканомиктовый покров; 2 - вулканический ил; 3 - береговой песчаный ил; 4 - надлиторальная илистая отмель; 5 - приливно-отливной канал; 6 - карбонаты; 7 -эвапориты (псевдоморфозы барита по гипсу); 8 - строматолиты.
ции (Poujol, Anhaeusser, 2001). В течение последующих 500 млн. лет (3.1-2.6 млрд. лет) происходила аккреция композитных террейнов, формирование пассивных окраин и их растяжение, формирование рифтов и ассоциированных межгорных бассейнов, в которых накапливались рудоносные отложения формации Доминион. Образование континентальной коры кратона Каапваль закончилось сжатием и надвигами пластин на восток в интервале 2.92-2.16 млрд. лет (Windley, 1999; Tinker, de Wit, 2004). В то время, 2.8 млрд. лет назад, образовался бассейн Витватерсранд, в котором началось площадное накопление осадочных толщ супергруппы Витватерсранд, которые перекрыли сформировавшийся к этому времени кра-тон Каапваль. Присутствие в них кимберлитовых алмазов, которые известны давно, но недостаточно описаны в публикациях (Frimmel, 2005), указывает на утолщенную, деплетированную и жесткую субконтинентальную литосферу, необходимую для формирования кимберлитов. Время внедрения архейских алмазоносных кимберлитов можно приблизительно ограничить интервалом 3450-2810 млн. лет, согласно датировкам обломочных цирконов из этих осадочных толщ (Ko-sitcin, Krapez, 2004), отражающим время формирования пород области размыва. Возникшая система кора-мантия была настолько зрелой, что базальтовый андерплэйтинг 2185-2183 млн. лет назад привел к парциальному плавлению нижней коры и к внедрению, по-видимому, первого рапа-киви-гранитного комплекса в истории Земли на площади более 6000 кв. км на западной окраине бассейна (Moore et al., 1993).
К 2.1 млрд. лет назад внутренняя часть Каап-вальского кратона была частью стабильного континента с алмазоносной мантийной литосферой более 150 км мощности (литосферный киль). В обстановке растяжения пассивн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.