5.3. Средний и поздний архей (3,5-2,5 млрд лет)
На всех щитах древних платформ и в пределах фундамента плит, перекрытых чехлом рифейскихифанерозойскихотложений» наиболее примечательной чертой геологического строения является наличие трех основных типов комплексов пород, формирующих более или менее линейные зоны, обычно именуемые поясами. К
98
1-му типу относятсязеленокаменные пояса —мощные толщи закономерно изменяющихся пород от ультраосновных и основных вулканитов через последовательно дифференцированные (от базальтов через андезиты кдацитамириолитам),режебиметальныевулканиты,вулканогенно-осадочныеобразования к гранитным телам. Подобное строениезеленокаменныхпоясов в вертикальном разрезе типично для многих районов их развития на древних
платформах.
2-й тип представлен орто-и парагнейсами, «пропитанными»'гранитными массивами и превращенными в полягранитогнейсов, т. е. гнейсов, по составу отвечающих гранитам и обладающихгнейсовиднойтекстурой.
3-й тип образован грану лиловыми(гранулито-гнейсовыми) поясами.Подгранулитамипонимаются метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений и высоких температур (+750...+1000 °С) и содержащие кварц, полевой шпат и гранат. Наряду с областями развития.«серых гнейсов» раннего архея, три перечисленных выше типа архейских образований слагают преобладающую часть щитов древних платформ. Именно эти толщи пород перекрывают тот фундамент, который был образован комплексами «серых гнейсов», являющихсяпротоконтинентальной корей,скорее всего неравномерной мощности, вплоть до ее полноговыклиниванияв некоторых местах. Наиболее интересным представителем из перечисленных выше трех типов является 1-й тип— зеленокаменные пояса, которые отличаются как наибольшим разнообразием, так и повсеместным распространением. Зеленокаменные пояса достигают длины 1000 км при ширине до 200 км.
Впервые понятие «зеленокаменныйпояс» оформилось после работ канадского геологаДж.Уилсона,появившихся в 1949 г. Говоря о поясах этого типа, следует отметить, что речь идет одокембрийскихобразованиях, хотя сам термин «зеленокаменные породы», т. е. породы, претерпевшиехлоритизацию,эпидотизацию и т. д., употребляется и для фанерозойских толщ. Ввиду широкого распространения подобных образований на всех платформах будут рассмотрены лишь наиболее представительные из них,
Одним из тектонотиповтаких поясов считается зеленокаменный поясБарбертон(рис. 5.2), расположенный на юге Африки на территорииТрансваальского(Каапвальского)щита в Свазиленде. Общая мощность образований в поясе достигает 15—20 км. Они подразделяются на 3надгруппы:Онфервахт, Фиг-ТрииМоодис(рис. 5.3). В первой из них, наиболее мощной (до 10—15 км) и древней, выделяется несколько свит, объединяемых в группы, в нижней из которых преобладаютметаперидотитыиметабазальты. В самой верхней свите —Комати— преобладают высокомагнезиальные основные и ультраосновные вулканиты, получившие название«коматиитов»с характерной скелетной структурой —«спинифекс».Эти примитивныеэффузивы,с реликтами подушечной отдельности, могли возникнуть только в мантии, где температура достигала +1800°С. В связи с тем что кора была тонкая,
7* 99
Рис. 5.2. Зеленокаменный архейский пояс Барбертон (по К. Конди):
1 — интрузивные граниты; 2 — осадочные подразделения групп Моодис и ФигТри группа Онфервахт; 3 — основные и кислые породы; 4 — ультраосновные породы
ультраосновная магма быстро поступала на поверхность. В свите Коматиприсутствуют такжепирокластическиеи кремнистые породы. Мощность нижней группы около 8 км.
Выше залегает толща уже более дифференцированных вулканических пород, от базальтов до риолитови кремнистых толщ, причем подобная цикличность повторяется несколько раз. Мощность этой группы также около 8 км. Во всех образованияхнадгруппыОнфервахт наблюдаются дайки исиллыпреимущественно ультраосновных пород, хотя есть и более кислые разновидности.
Описанная выше толща пород согласно перекрывается образованиями надгруппыФиг-Три,состоящей из относительно слабометаморфизованныхосадочных отложений — сланцев,граувакк, кремнистых пород, вулканических туфов, железистых кварцитов, обладающих ритмичной слоистостью ифациальнойизменчивостью. Мощность надгруппы Фиг-Три достигает 2 км, а на ней с несогласием, подчеркнутым горизонтомбазальныхконгломератов, залегают так же осадочные образования группы Моодисмощ-
100
Рис. 5.3. Стратиграфические колонки горных пород зеленокаменного пояса Барбертон на юге Африки в Свазиленде (по К. Конди, с упрощением):
1 — пропуски в разрезе; 2 — ультраосновные лавы (коматииты); 3 — основные толеитовые лавы; 4 — кислые лавы и туфы; 5 — кислые туфы; 6 — глинистые сланцы; 7 — кремнистые породы; 8 — песчаники; 9 — конгломераты;
10 — интрузивные тоналитовые гнейсы. I — группа Онфервахт, II — группа Фиг-Три, III — группа Моодис. Цифры — значения мощности, м
ностьюоколо 3,5 км. Ритмично построенная толща состоит из песчаников, кварцитов, глинистых сланцев и джеспилитов.
Отложения всех трех групп, по-видимому, сильно дислоцированы, с образованием надвигови покровов, формирующих чешуйчатую структуру, в которой возможно сдваивание илистраивание разреза (рис. 5.4). Поэтому приведенные выше оценки мощности отдельных подразделений, вероятно, завышены.
В пределах Барбертонскогозеленокаменного пояса широко развиты прорывающие его тоналитовые граниты нескольких генераций, как бы обрамляющие пояс и датируемые цифрами 3,1— 3,0 млрд лет. А радиометрический возраст образований трехнадгруппхарактеризуется цифрами от 3,5 млрд лет (вулканиты нижней части разреза надгруппы Онфервахт) до 3,3 млрд лет (в верхней части надгруппы).
101
Рис 54. Схематический разрез, показывающий структуру архейских диапировых гранитных куполов и посттектонических гранитов (по К. Конди):
/ — зеленокаменные образования; 2 — посттектонические граниты, интрудирующие синклинали; 3 — гранитные купола; А — приповерхностный срез; 5 — промежуточный срез; В — глубокий срез
На Африканской платформе зеленокаменные пояса широко распространены и в пределах щита Зимбабве, где известны три генерации поясов с возрастом от 3,5 до 2,7 млрд лет, формирование которых, как и в Барбертонскомпоясе, закончилось массовым внедрениемтоналитовыхмассивов. Характерная особенность этих поясов — присутствие бимодальных серий вулканических пород, т.е.наличиекоматиитов,базальтов,дацитовириолитов.
Зеленокаменные пояса известны и в Центральной Африке, а также в пределах Леоно-ЛиберийскогоиРегибатскогомассивов Западной Африки. Везде они обладают сходным строением, прорваны гранитами иметаморфизованывгранулитовойиамфиболитовойфациях. Метаморфизм, как правило, более молодой.
На Австралийской платформе ярким примером зеленокаменных поясов являются пояса блоковПилбараиИилгарн.
Расположенный на юго-западе блок Иилгарн площадью более 650 тыс. км2обрамляется более молодыми протерозойскими образованиями и характеризуется классическим набором пород для поясов подобного типа. В основании разреза залегают разнообразные вулканиты —коматииты,базальты и такого же состава пластовые расслоенныеинтрузивы;кислые вулканиты, пачкиметаосадочныхпород — конгломератов,граувакк,аргиллитов, железистых кварцитов. Очень характерны бимодальные серии вулканических пород. Верхи разреза сложены конгломератами, грубыми песчаниками, толщами основных и кислых вулканитовизвестково-щелочноготипа. Мощность образованийзеленокаменного пояса достигает почти 20 км, и в них местами наблюдается цикличность с повторением разреза отбазальтов-коматиитовдо осадочных пород. Определения радиометрического возраста пород
102
дают цифры от 3,3 до 2,9—2,8 млрд лет. Более молодой гранитоидныймагматизм оценивается в 2,8—2,5 млрд лет, и цифрой 2,4 млрд лет отмечен поздний метаморфизм. Самый молодойинтрузивныймагматизм датируется 2,2—2,1 млрд лет.
Примерно такая же последовательность устанавливается и в блоке Пилбара, где зеленокаменные пояса древнее и где установлено не менее 5 рубежей деформаций — от 3,4 млрд лет для низов разреза до 3,0—2,9 млрд лет, характеризующих главный этап гранитного магматизма.
Зеленокаменные пояса и гранит-зеленокаменныеобласти распространены также наИндостанскойи Антарктической платформах. Они обладают сходным строением, сложной структурой,позднимгранитоидныммагматизмом и метаморфизмом. Обращают на себя внимание гранитные игранитогнейсовыеполя, разделяющие зеленокаменные пояса и сложенные различными гнейсами, мигматитами, амфиболитами, кристаллическими сланцами,гранитоидамиразных типов. Совместно они образуют, как и на других платформах,гранит-зеленокаменные области.
На платформах северного, лавразийского,ряда архейские зеленокаменные пояса широко развиты в пределах Канадского щитаСеверо-Американскойплатформы, на Балтийском и Украинском-щитах Восточно-Европейской, Алданском щите — Сибирской, а также наКитайоко-Корейскойплатформе.
Весьма представительна гранит-зеленокаменнаяобласть Канадского щита в районеоз.Верхнего (провинцияСьюпириор),где вблизширотномнаправлении простирается ряд зеленокаменных поясов, длиной более 1000 км при ширине до 200 км, разделенных поясами, сложенными гнейсами, образовавшимися по осадочным породам, и гранитами. Наиболее известный и крупныйзеленокаменныйпоясАбитибисложен однородными базальтами икоматиитами,сменяющимися затем последовательно-дифференцированнымибазальт-андезит-риолитовымисериямиизвестково-щелочного типа. В самых верхах толщи присутствуют обломочные породы и щелочные лавы(надгруппаТимискамин).Rb—Srметодом вулканиты датируются в 2,7 млрд лет, а метаморфизм и внедрение гранитов — в 2,6 млрд лет, т. е. формирование пояса было относив тельнократковременным.Гранитоиды,внедрявшиеся одновременно с деформациями пород пояса, образуют куполадиапирового типа.
В другой провинции — Слейв,в районе Б. Невольничьего озера,"находятся несколько зеленокаменных поясов, образования которых выделяются внадгруппуИеллоунайф,общий объем которых составляет 40°/о, а 60% приходится награнитогнейсы,разделяющие пояса. Только 18—20% пород в поясах сложены примитивнымикоматиитамиитолеитовымибазальтами, а весь остальной разрез представленграувакковымипесчаниками и аргиллитами, что отличает эти пояса от многих описанных выше. Мощность отложений колеблется от 0,5 до 12 км. Вулканиты смяты в относительно пологие складки, а осадочные породы — в сложныеизо-
103
клинальные.Междузеленокаменнымипоясами располагаются пара- иортогнейсы,гранитогнейсы,граниты.
Широким развитием зеленокаменныепояса пользуются на Восточно-Европейской платформе, в пределах Балтийского и Украинского щитов.Воронежского массива и подфанерозойским чехлом Русской плиты.
На Балтийском щите наиболее представительные зеленокаменные пояса и гранитогнейсовыеполя архейского возраста находятся в Карелии, между Ладожским, Онежским озерами и Белым морем. Отсюда они прослеживаются на территории Финляндии. Развиты они и на Кольском полуострове, между Мурманским иЦентральнокольскиммассивами гнейсов.
В Карелии известно несколько зеленокаменныхпоясовССЗ—ЮЮВпростирания, между которыми развиты гранитогнейсы и местами сильно переработанные «серые гнейсы» — комплекс основания. Разрезы поясов характеризуютсякоматиитами,метабазальтами, чередующимися сметариолитамииметадацитами, т.е.это типично бимодальные серии вулканитов.Коматиитов сравнительно немного. В верхних частях разрезов преобладаютметапесчаникис горизонтами конгломератов, кремнистые породы,графитистыесланцы,мрамориэованныедоломиты и железистые кварциты, с которыми связан ряд железорудных месторождений(Костомукша).Местами самые верхи разреза слагаются подушечнымитолеитовымибазальтами. Все эти толщи выделяются под названиемлопия,мощность которого до 3—5 км. Они сильно дислоцированы и подверглись метаморфизмуамфиболитовойфации, Лопийскиеобразования прорваны различнымиинтрузивами, преимущественногранитоидамис возрастом 2,7 млрд лет, а сами толщигранит-зеленокаменныхпоясов имеют возраст 2,7—2,9 млрд лет, хотя радиометрические датировки некоторых породгранитогнейсовыхполей достигают 2,92 млрд лет.
В пределах Украинского щита архейские образования гранитзеленокаменноготипа(конкско-верховцевскаясерия) развиты в восточной его части, вСреднеприднепровскомблоке, где аульский«серогнейсовый»комплекс слагает их основание (рис. 5.5). В низах разреза поясов залегаюткоматииты,толеитовыебазальты, метаандезиты,метадациты,сменяющиеся вверх по разрезу метапесчаниками,метааргиллитамис прослоями кислых лав и туфов. Общая мощность серии достигает 7 км, а ее возраст оценивается (в низах) в 3,2 млрд лет.
Конкско-верховцевская серия, напоминающая лопийскиеобразования Балтийского щита, прорываетсятоналитамиигранодиоритамис цифрами абсолютного возраста поU—РЬметоду в 3,0—2,9 млрд лет. Вместе с породами «серых гнейсов»гранитоиды образуюткуполовидныемигматит-гранитные структуры.
В ряде других мест Украинского щита развиты узкие зоны с толщами пород, напоминающих конкско-верховцевскуюсерию, и такие же образования(михайловскаясерия) известны на Воронежском массиве. Они представленымеггабазитами—толеитовы-
104
Рис. 5.5. Разрез Верховцевского архейского зеленокаменного пояса, Украинский^ щит (по А. Н. Сиворонову):
I — гранитогнейсы (аульский комплекс); 2 — тоналиты; конкско-верховцевская» серия; 3 — коматииты и толеитовые базальты; 4 — джеспилиты, 5 — андезитодациты; 6 — коматииты; 7 — осадочная толща
ми базальтами, коматиитами, а в верхах — метаандезитамии метадацитами, мощностью от 2 до 10 км.Метавулканитыпрорваны гранитами с возрастом 3,0—2,9 млрд лет иметаморфизованывзеленосланцевойфации. Все толщи сильно дислоцированы в узкие сжатыесинклинорныезоны, между которыми развиты гранитогнейсовые купола комплекса основания.
Интерпретация геофизических и буровых данных по фундаменту Русской плиты, перекрытому фанерозойским чехлом, показывает, что зеленокаменные пояса архейского возраста, разделенные изометричнымиполямигранитогнейсов,составляют основу всегоструктурного рисунка востока плиты.
На Сибирской платформе в западной и восточной частях Алданского щита к типу зеленокаменных поясов относятся узкие меридиональные структуры в ОлёкминскомиБатомгскомблоках. Субганский комплекс залегаетна «серых гнейсах»чарскойсерии и представлен в нижней части разреза коматиитами и базальтами, в средней —терригеннымипородами с линзамимраморизованных доломитов, в верхней — железистыми кварцитами, аргиллитами, песчаниками, средними и кислыми вулканитами, конгломератами. Мощность субганского комплекса превышает 7 км, а возраст его
105.-
по U—Pbметоду составляет 3,0 млрд лет. Весь комплексинтрудированразнообразными по составу телами от ультраосновных в низах до гранитов в верхах (2,6 млрд лет).Зеленокаменныепояса, так же как и в других местах, разделены полямигранитогнейсов игранитов и совместно с ними образуютгранит-зеленокаменные •области.