Пассивные окраины континентов и их полезные ископаемые
В. Н. Пучков
Институт Геологии УНЦ РАН, г. Уфа
puchkv@ufaras.ru
Пассивные окраины представляют собой пограничные зоны континентов и океанов, обладающие земной корой переходного типа и не подверженные непосредственному влиянию зон субдукции. Они, как правило, возникают в результате эпиконтинентального рифтогенеза, переходящего затем в океанический спрединг и дрейф континентальных обломков в составе расходящихся литосферных плит. Можно выделить два главных типа окраин: континентальные ограничения океанов атлантического типа и внутренние (приконтинентальные) границы впадин задугового спрединга типа Японского моря. Время заложения этих структур – мезозой и кайнозой.
Принцип актуализма позволял предположить, что реликты более древних континентальных окраин существуют, и их следует искать в палеозойских и более древних складчатых поясах. Автор в начале 1970-х годов первым занялся этой проблемой в глобальном масштабе; решение ее было затем представлено в докторской диссертации и последующих публикациях [Пучков, 1979 и др.].
Современные пассивные окраины. К настоящему времени изучение современных пассивных континентальных окраин демонстрирует значительный прогресс, связанный, прежде всего с тем, что в них сосредоточены огромные запасы углеводородов.
Геоморфологические части зрелой современной пассивной окраины: шельф – континентальный склон – континентальное подножье. По типам осадконакопления им отвечают литорально-неритовая, батиальная и абиссальная зоны. По глубинному строению окраины также образуют триаду, отвечающей, соответственно, континентальной, переходной и океанической коре. Этот тезис находит многочисленные подтверждения в результатах сейсмического профилирования пассивных окраин, драгирования и глубоководного бурения. В последнее время эти материалы дали возможность разделить атлантические континентальные окраины на две разновидности: вулканические и авулканические [Geoffroy, 2005]. Эта идея была развита в последующих обобщающих статьях [Меланхолина, 2008, 2011]: были предложены тектонотипы этих разновидностей и указаны их основные особенности.
Вулканические пассивные окраины. В качестве тектонотипа выбраны противолежащие окраины в Норвежско-Гренландском регионе, первоначально бывшие двумя половинками асимметричного эпиконтинентального рифта [Меланхолина, 2008]. В основании структуры лежат крупные меловые дорифтовые седиментационные бассейны. Развитие событий раскола континента и базальтового магматизма, отличавшегося высокой продуктивностью при кратковременности развития, происходило одновременно. Специфика магматизма связана с активностью мантийного плюма и проявлена в широком распространении плато-базальтовых комплексов на континенте и в прибрежной части океана; в образовании клиньев наклоненных к океану рефлекторов (SDR, Seeward-Dipping Reflectors), определяемых распространением мощных лавовых серий и в наличии мощной высокоскоростной нижней коры, созданной в результате магматического (базальтоидного) андерплейтинга.
Особенностью опорных разрезов для каждой из противолежащих окраин, когда-то бывших частями единого континента, является двучленное строение вулканических комплексов, с важными геохимическими различиями пород нижней и верхней частей, отвечающих предраскольной и раскольной фазам развития. В начальную фазу намечается выплавление небольших объемов магмы из литосферы. Геохимические особенности верхних частей разрезов связаны с плавлением астеносферной мантии, их изменение в пространстве и во времени позволяют проследить подъем глубинного плюма во время и после раскола континента.
Невулканические пассивные окраины. В качестве тектонотипа [Меланхолина, 2011] избраны сопряженные окраины Иберии и Ньюфаундленда. Их структура на начальной стадии развития также реконструируется в виде асимметричной рифтовой системы. Режим их развития почти полностью амагматичен. По обе стороны океана описаны сходные особенности поперечной зональности, с выделением зон нарушенной континентальной, переходной и океанической коры, субпараллельных окраине. Особое внимание обращают на себя древность подстилающей континентальной коры и субконтинентальной мантии; этапность тектонической и реологической эволюции коры и литосферной мантии; особенности переходной зоны: серпентинизация и эксгумация мантийных перидотитов; их роль в образовании срыва (детачмента) по границе кора-мантия, и связанных с ним листрических разломов; асимметрия сопряженных окраин.
Пассивные окраины в цикле Вильсона и слагающие их формации. В основании континентального чехла пассивных окраин, имеющих, как уже отмечалось, рифтогенный характер, могут находиться и отложения предрифтогенного чехла, а на них или непосредственно на кристаллическом фундаменте залегают грабеновые формации. В мезо-кайнозойских окраинах, не завершивших развитие в рамках цикла Вильсона, на сейсмопрофилях различимы и сами грабены. Грабеновые формации представлены грубообломочными осадочными и вулканогенно-осадочными породами; последние имеют характерные черты эпиконтинентальных рифтовых. При благоприятных климатических условиях в грабенах и наследуемых полузамкнутых осадочных бассейнах формируются озерные отложения с высоким содержанием органики, а также эвапориты, впследствии образующие диапировые структуры. Выше залегает чехол, представленный на шельфе преимущественно слоистыми карбонатными и терригенными породами, причем в терригенных породах преобладает олигомиктовая составляющая. Вблизи бровки шельфа в периоды регрессий и относительно стабильного положения уровня моря образуются барьерные рифы (на Урале – преимущественно от позднего ордовика до раннего девона). Батиальные и абиссальные осадки внешней части окраины представлены флишоидными олигомиктовыми терригенными породами (нередко очень мощными вследствие лавинной седиментации); в периоды обширных трансгрессий, когда поступление терригенного материала с континента ограничено, они сменяются конденсированными сланцевыми, кремнисто-сланцевыми (часто черносланцевыми) формациями. Нередки подводные размывы, связанные как со склоновыми суспензионными потоками, образующими каньоны, так и с контурными течениями. В случае, если пассивная окраина попадает в коллизионные условия, цуикл Вильсона завершается в ней формированием мощного грауваккового флиша и последующими складчато-надвиговыми деформациями [Пучков, 1979; Puchkov, 2002].
Металлогения пассивных окраин. Сравнение мезо-кайнозойских и более древних окраин. Если месторождения углеводородного сырья наиболее богато представлены на мезо-кайнозойских континентальных окраинах, – причем преимущественно пассивных [Хаин, Полякова, 2008] – а в складчатых поясах разрушаются и сохранены в сильно редуцированном виде, то месторождения твердых полезных ископаемых зачастую «зреют» в течение всего цикла Вильсона (и быть может, повторного), и вскрываются, становятся доступными только после эрозии орогена. Другой разновидностью богатых полезных ископаемых современных пассивных окраин являются морские россыпи, имеющие иногда гигантские запасы. При этом на пассивных и активных окраинах формируются разные типы россыпей: на пассивных – преимущественно полиметаллические (с запасами до 10 млн.т.), есть титан-циркониевые (Западная Австралия), алмазные (Намибия), тогда как на активных – меньшие по размерам титаномагнетитовые, золотоносные, касситеритовые, магнетит-хромитовые [Аксенов, 1995]. В складчатых поясах их роль значительно более скромна из-за условий обнаженности и доступности.
Металлогения докембрийских пассивных окраин на примере тиманид и байкалид. Автор уже высказывал предположение, что в рифее экстерниды тиманид представляли собой на определенном этапе пассивные окраины, что подкрепляется данными о фациальных переходах от шельфовых отложений к батиальным [Пучков, 2010]. Совсем недавно [Evans, Mitchell, in press] показали, что континенты Лаврентия, Балтика и Сибирия 1750 миллионов лет тому назад были тесно пространственно связаны в составе суперконтинента Нуна. Распад его начался примерно 1380 млн лет тому назад с образованием грабенов и вулканизмом (машакская свита, на Южном Урале; силлы Мидсоммерсо, вулканиты Зиг-Заг Дал и дайки Виктория Лэнд на севере Гренландии). С определенным запозданием (1270 млн лет) рифтогенез распространился на север Лаврентии, окончательно отделив от нее континент Сибирию. Рифтогенез перешел в спрединг с образованием Печорского и Азиатского океанов и соответствующих пассивных окраин. Впоследствии процессы коллизии привели к образованию тиманид Урало-Тиманского региона [Пучков, 2010] и байкалид Циркумсибирского пояса. Как указывает В. А. Верниковский, во всем обрамлении Сибири, от Таймыра до Забайкалья, установлены офиолиты и островные дуги с возрастом 1000–960 млн лет, и поэтому можно предположить, что трансформация пассивной континентальной окраины этой части Сибири в активную происходила в этот период.
Развитые на Южном и Среднем Урале расслоенные рифейские мафит-ультрамафитовые интрузии рифтогенного типа содержат ильменитовые и/или титаномагнетитовые залежи (Кусинско-Копанская группа интрузий; Юбрышка); высокоглиноземистые хромиты с МПГ (Сарановская группа массивов). Осадочные комплексы протерозоя на Южном Урале достигают мощности 15 км и образуют породный бассейн, в котором имели место процессы катагенеза и отделения разогретых элизионных вод, а также неоднократно повторенные процессы рифтогенеза, с чем связывается присутствие здесь целого ряда стратиформных эпигенетических, гидротермально-осадочных и низкотемпературных гидротермальных месторождений; среди них наиболее яркими являются Саткинское (магнезиты), Бакальское (сидериты), Суранское (флюоритовое) и более мелкие месторождения того же типа в карбонатных толщах нижнего и среднего рифея. В последнее время развивается идея о первично-эвапоритовом генезисе магнезитов [М. Т. рупенин, устное сообщение]. Имеется также серия небольших баритовых, барит-полиметаллических и полиметаллических месторождений и рудопроявлений — возможно, седиментационно-эксгаляционного типа, с последующим наложением гидротермальных процессов (например, Кужинское, Аршинское) [Пучков, 2010 и ссылки в этой работе].
В Башкирском антиклинории известны жильные золото-сульфидно-кварцевые месторождения Верхнеавзянской группы в рифейских сланцах (Калашникова жила, Рамеева жила, Кургашлинское и др.). Однако отмечается, что примерно в той же полосе, а также по западной и северной периферии Белорецкого купола черные измененные зеленосланцевые породы нижнего – среднего рифея на юге Урала содержат золотую, золото-платиновую, палладий-золото-редкометальную минерализацию [Ковалев, Мичурин, 2005; Сначев, Пучков, 2010]. Золото-платиновое оруденение обнаружено также в цементе машакских конгломератов [Ковалев, Высоцкий, 2004].
Недавно была сдана в журнал «Литосфера» статья В. Н. Сазонова с коллегами о черносланцевых месторождениях СНГ и Урала. На основе анализа большого опубликованного и оригинального материала даны типы золотой минерализации и показаны основные особенности строения и эволюции золоторудных объектов–«колоссов», таких как Мурунтау, Сухой Лог и др. Среди этих особенностей – невысокие содержания золота при огромных масштабах оруденения, многоэтапность (многоуровневость) развития, с накоплением золота и платиноидов на каждом этапе, обязательное присутствие и даже превалирующее значение эндогенного рудного компонента над осадочным, метасоматоз и зеленосланцевый метаморфизм, приуроченность к тектонически ослабленным зонам и структурам купольного характера, участие вулканизма и гранитоидного магматизма и др. Проведенный анализ дает основу для оценки перспектив Урала на оруденение соответствующего типа. В качестве эталона объектов сухоложского типа выбрана Ашкинская рудная зона на Среднем Урале, с одноименным месторождением Au и PGE. Показано, что она вполне соответствует выбранному типу, хотя и несопоставима по масштабу с гигантами. Добавим, что и Мурунтау, и Сухой Лог, и Ашкинское принадлежат древним пассивным континентальным окраинам, прошедшим полный цикл Вильсона (а может быть, не один) от рифтогенеза до коллизии.
Металлогения палеозойской пассивной окраины на примере западного склона Урала; аналогии с другими пассивными окраинами. Уральская пассивная окраина заложилась в конце кембрия–ордовике и прошла полный цикл Вильсона. Накоплению ордовикских осадочных и вулканогенных комплексов предшествовал процесс длительной эрозии, пенепленизации, выветривания и образования россыпей. Положение Балтики в низких широтах способствовало этим процессам. Коры выветривания с золотой минерализацией и концентрациями Be, Ge, Ga и РЗЭ и ордовикские конгломераты, содержащие золото (древние россыпи?) найдены на севере Урала; эти типы минерализации заслуживают большего внимания в будущем. Металлогения ордовикского эпиконтинентального рифтогенеза, который последовал за образованием кор выветривания в основании рассматриваемого этажа, представлена медистыми песчаниками Приполярного и Полярного Урала и барит-полиметаллическими стратиформными месторождениями, ассоциирующими с ордовикскими вулканитами: Саурейское Cu-Zn, Тайкеу Ва-полиметаллическое, Манитанырдское и Косьюнское медистых песчаников на западном склоне Приполярного и Полярного Урала. На западном склоне Среднего Урала сюда относятся стратиформные полиметаллические и медно-полиметаллические проявления Уфалейского поднятия [Пучков, 2010, ссылки в этой работе и рис. 40].
В классических областях проявления мезо-кайнозойского рифтогенеза, приводившего возникновению окраин атлантического типа, происходит образование кимберлитов и карбонатитов. На Урале такие проявления известны. Это Верхнепечорское, Хартесское, Сертыньинское местонахождения кимберлитов, с единичными находками алмазов. Субщелочной магматизм и образование карбонатитов на Среднем Урале привели к формированию редкометальных (Ta, Nb) месторождений и рудопроявлений (Вишневогорское, Потанинское, Сибирка и др.), а также отчасти – камнецветного сырья, связанного со щелочными породами в Ильменском заповеднике. Общий характер комплекса позволяет отнести его с полным основанием к УЩК-типу. Аналогичные объекты имеются и на современных окраинах атлантического типа (например, Монтерегийская группа интрузий); их образование можно связать с действием плюмов [Пучков, 2010 и ссылки в этой работе].
В осадочных разрезах зрелой пассивной континентальной окраины грубые терригенные и вулканогенные рифтовые формации сменились в ордовике чисто осадочными формациями, демонстрирующими фациальный переход от шельфа к континентальному склону и подножью. Шельфовые осадки содержат (или производили) углеводороды (Вуктыл); происходило образование угля (Кизеловский бассейн), небольших стратиформных Cu-Zn проявлений (Илычские, Кожымские), бокситов (ЮБР). В батиальных осадках наиболее показательными являются Хойлинское (Ba) и Парнокское (Mn, Fe) месторождения Лемвинской зоны. Оба могут рассматриваться как эксфильтрационные и имеют стратиформный характер. Вместе с тем нельзя пройти мимо того факта, что эти месторождения и аналогичные рудопроявления сосредоточены в обогащенных полезным компонентом «геохимических горизонтах» глубоководных отложений, которые тем самым демонстрируют свою геохимическую специализацию. Была показана роль холодных метановых «сипов» в отложении барита глубоководных континентальных окраин [Пучков, 2010 и ссылки в этой работе].
Если сравнивать месторождения Уральской пассивной окраины с месторождениями пассивных окраин варисцид, начиная от рифтовой стадии до предколлизионной, то там рифтово-энсиалическая колчеданная и стратиформная полиметаллическая составляющие проявились значительно ярче. Это колчеданы Пэрис Маунтин и штокверковая минерализация бассейна Уэльса, многочисленные Zn-Pb стратиформные месторождения Ирландии и Германии (Раммельсберг и др.), Пиренеев и Сардинии [Серавкин, Пучков, 2009].
Литература
Аксенов А. А. Полезные ископаемые шельфа. СПб.: Наука, 1995. 243 с.
Ковалев С. Г., Мичурин С. В. Геология и геохимическая специализация сложно дислоцированных углеродсодержащих толщ западного склона Южного Урала // Литология и полезные ископаемые, 2005. № 3. С. 281–291.
Ковалев С. Г., Высоцкий И. В. Новый тип оруденения в докембрийских конгломератах западного склона Южного Урала // ДАН, 2004. Т. 395. № 4. С. 503–506.
Меланхолина Е. Н. Тектонотип вулканических пассивных окраин в Норвежско-Гренландском регионе // Геотектоника, 2008. № 3. C. 73–97.
Меланхолина Е.Н. Тектонотип невулканических пассивных окраин в регионе Иберии–Ньюфаундленда // Геотектоника, 2011. № 1. С.80–105.
Пучков В. Н. Батиальные комплексы пассивных окраин геосинклинальных областей. М: Наука, 1979. 260 с.
Пучков В. Н. Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 280 с.
Сначев А. В., Пучков В. Н. Первые находки палладий-золото-редкометальной геохимической ассоциации в докембрийских углеродистых сланцах западного склона Южного Урала // Доклады АН, 2010. Т. 433. № 1.
Серавкин И. Б, Пучков В. Н. Cравнение металлогении уралид и варисцид Западной и Центральной Европы в геодинамическом контексте // Геология. Известия Отделения наук о Земле и природных ресурсов АН РБ, 2009. № 14. C. 27–34.
Хаин В. Е., Полякова И. Д. Крупные и гигантские углеводородные скопления в переходной зоне континент-океан // Геотектоника, 2008. № 3. С. 3–17.
Evans D. A. D., Mitchell R. N. Assembly and breakup of the core of Paleoproterozoic–Mesoproterozoic supercontinent Nuna // Geology, Article ID: G31654, 2011 (in press).
Geoffroy L. Volcanic passive margins // C. R. Geoscience, 2005. Vol. 337. P. 1395–1408.