ГЕОТЕКТОНИКА, 2011, № 1, с. 3-27
УДК 551.71:553
СТАБИЛИЗАЦИЯ И НАЧАЛО РАСПАДА АРХЕЙСКИХ КРАТОНОВ: ФОРМИРОВАНИЕ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ, МАФИТОВЫЙ МАГМАТИЗМ, МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ
© 2011 г. О. М. Розен
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 Поступила в редакцию 19.01.2010 г.
Центральным явлением рассматриваемой эпохи был суперконтинент Кенорленд. Он возник в результате действия наиболее мощных в геологической истории Земли плюмовых процессов, сопровождаемых новообразованием континентальной коры и последующей аккрецией ее в суперконтинент (2.7 млрд. лет). В статье рассматриваются объекты Австралии, Канады и Южной Африки, достаточно полно отражающие особенности данного отрезка времени. Первые осадочные бассейны на сиалическом основании свидетельствуют об образовании в раннем докембрии долгоживущих эрозионных пенепленов, то есть о стабилизации подстилающих кратонов, на что также указывает и появление грани-тов-рапакиви (2.8 млрд. лет). Платформенный режим зародился уже в мезоархее, 3.5 млрд. лет назад, поскольку осадочные бассейны развивались унаследованно и почти непрерывно около 1.0 млрд. лет, что является критерием платформенного типа развития. После заполнения бассейнов нередко внедряются расслоенные мафитовые плутоны. Осадочные бассейны и расслоенные интрузии тогда сопровождались уникальной по гигантским масштабам металлогенией, включая наиболее крупные в мире месторождения золота, урана, платиноидов, хромитов. В качестве возможной причины рассматривается исключительно высокая интенсивность переносивших рудные элементы плюмовых процессов, определивших возникновение и распад суперконтинента Кенорленд. По интенсивности процессов плю-мового магматизма и рудообразования рассмотренный отрезок геологической истории не имеет себе равных и является переломным в истории Земли.
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее ранняя ассоциация геологических явлений известна в комплексе Исуа, Гренландия, 3.8 млрд. лет назад (фрагменты островодужных и преддуговых, вероятно, офиолитовых построек, шельфовые карбонаты, полосчатая железорудная формация), хотя датировки единичных цирконов и некоторые другие признаки указывают на более раннее начало геологической летописи — около 4 млрд. лет назад [2, 8]. С этого времени начинается история архейской континентальной коры, состоящая в формировании первичных микроконтинентов, в их аккреции и образовании кра-тонов, затем суперконтинентов, а также в последующей дезинтеграции и распаде последних.
Осадочные бассейны раннего докембрия, сохранившиеся на кратонах, свидетельствуют о достижении последними высокой степени устойчивости, достаточной для образования и длительного существования эрозионных пенепленов [43]. Бассейны нередко ассоциируются во времени с расслоенными мафитовыми плутонами и сопровождаются специфической металлогенией. Совокупность этих явлений ярко проявлена в конце архея — начале протерозоя.
Магматические проявления в конце архея более или менее согласуются с гипотезой смены
структуры мантии с двухслойной на однослойную вследствие обвала скопившихся мегалитов субду-цированной океанской коры на разделе 410—670 км [29, 33] и, соответственно, смены конвекции внутри мантии с многоячейковой на одноячейко-вую. Последняя имела следствием появление единственной точки нисходящего течения вещества, куда перемещались все континенты, образуя суперконтинент [18]. Предположительно, результатом такой смены мантийной конвекции явился катастрофический рост плюмов, давших начало массовому появлению коматиитов, океанских базальтовых плато, континентальных платобазаль-тов, гигантских дайковых роев и крупных расслоенных плутонов [33, 35, 54, 84].
Древние кратоны образовались при коллизии и аккреции первичных сиалических микроконтинентов, которые превратились в деформированные террейны. Период 3.0—2.5 млрд. лет назад был наиболее ярким. Тогда образовалось 36% об. от современной континентальной коры Земли [31]. Эта кора состоит из 35 фрагментов (реликтовых архейских "крипто-кратонов") [22], первоначально, ~2.7 млрд. лет назад, вошедших в суперконтинент Кенорленд [61] (рис. 1).
Появление осадочных бассейнов в позднем ар-хее представляется показателем завершения амальгамации кратонов (за счет коллизии ранних
Рис. 1. Глобальное распространение архея, частично в ассоциации с протерозоем (черное — выходы на поверхность, серое — перекрыто чехлом) [83]
1 — Балтийский щит; 2 — Шотландский щит; 3 — Украинский щит; 4 — Анабарский щит; 5 — Байкальский, Саянский, Енисейский складчатые пояса; 6 — Алданский щит; 7 — кратоны Сино-Корейский, Тарим и Янцзы; 8 — Индийский щит; 9 — комплексы Литчфилд, Рул-Джангл, Нанамбу; 10 — кратон Пилбара; 11 — кратон Йилгарн; 12 — комплекс На-пьер; 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
сиалических микроконтинентов) с последующим образованием пенепленов на месте коллизионных горных систем. Неизбежная в такой ситуации стабилизация системы кора—мантия сопровождается появлением литосферного киля, придающего кратону реологическую прочность и однородность, а спустя некоторое время — внедрением специфических мантийных магм. Это расслоенные мафитовые интрузивы, типа Бу-швельда, присущие началу палеопротерозойской эры [17], а также рои (системы, ареалы) мафито-вых даек. Внедрение этих даек и плутонов вызвало раскол позднеархейского суперконтинента Кенорленд. Подобные дайковые комплексы образуют так называемые Крупные Изверженные Провинции (КИПы или ЫР8) [46]. Они периодически проявляются на протяжении всей геологической истории, поэтому в статье их особенности рассматриваются кратко в сопоставлении с Великой Дайкой Зимбабве (2.46 млн. лет), являющейся уникальным в геологической истории объектом, предположительно отражающим специфику тектонического режима в конце архея и начале протерозоя.
Целью исследования является проанализировать на представительных примерах динамиче-
скую систему кора — осадочные бассейны — плю-мовый магматизм с точки зрения стабилизации и распада кратонов в раннем докембрии.
Кратоны — определение
Кратоны — это устойчивые участки земной коры, которые обычно определяются как "часть земной коры, которая приобрела стабильность и в течение длительного времени почти не испытывала деформации.... термин применяется только по отношению к континентальным областям, главным образом докембрийского возраста....Отдельные части наиболее зрелых фанерозойских складчатых поясов достигли стадии кратона или приблизились к ней" (цитировано по [52] в переводе по [13]). Континентальная кора имеет большей частью мощность 40—35 км и включает три уровня, из которых верхний сложен преимущественно гранитои-дами [99]. Присутствие континентальной коры с гранитоидами считается характерным для крато-нов, однако оно еще не является признаком, достаточным для отнесения данного тектонического блока к категории кратонов, поскольку многие складчатые области фанерозоя и докембрия имеют такую кору, но к кратонам не относятся. Более
современно звучит такое определение: кратон — это сегмент континентальной коры, который длительно сохраняет стабильность, а переработка ограничена окраинами; термин обычно применяется к блокам архейской коры; предполагается, что стабильность является следствием деплетирован-ного по железу и плавучего литосферного киля [22]. Очевидно, что цитированные определения крато-на, как и другие известные в литературе представления, содержат элементы свободной трактовки и открывают возможность для произвольных толкований.
Следующие признаки, проявленные на Сибирском, Восточно-Европейском, Северо-Аме-риканском, Австралийском и других кратонах можно принять в качестве определяющих [8].
1. Существование достаточно мощного, длительно развивавшегося осадочного чехла на гранит-зелено-каменном или гранулит-гнейсовом основании.
2. Специфический внутриплитный магматизм: алмазоносные кимберлиты и лампроиты, дайковые рои, крупные мафитовые расслоенные плутоны. 3. Присутствие в верхней мантии, до глубин ~250—400 км, алмазоносного горизонта (литосферного киля), де-плетированного по железу и имеющего пониженную плотность. Присутствие последнего обусловливает положительную плавучесть кратонов [71, 74] и их сохранность в геологической истории [14]. В целом, кратоны — это сложные полихронные системы, возникновение которых было не одноактным в геологической истории, а формирование — постепенным, хотя и ограниченным во времени, процессом, охватывавшим систему кора—мантия. Существование литосферного киля придает кра-тонам реологическую однородность, а на их стабилизированной кровле оказывается возможным возникновение обширных осадочных бассейнов. Такие осадочные бассейны, по-видимому, появились на кровле кратонов в прямой связи со стабилизацией первичной континентальной коры, подпираемой однородным килем. Вместе с тем, применительно к архею, кратонами принято называть компактные композитные сиалические блоки, завершившие свое развитие внедрением "сшивающих" гранитоидов. Если они не обнаруживают всей совокупности перечисленных выше признаков, то могут быть названы рабочим термином — докембрийские кратоны. Гипотетический процесс превращения складчатой области в кратон получил название "кратонизации" [15, 43, 86, 121 и др.]. Отмечалось, что "кратонизация" предусматривает постепенное сопряжение континентальной коры и подстилающей мантии [86]. Однако этот привлекательный термин до сих пор не получил отчетливого определения.
Условия и особенности литогенеза древнейших отложений
Прежде чем переходить к рассмотрению архейских палеобассейнов, отметим главные особенности осадконакопления данного исторического этапа: в чем они сохра
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.