Болдушевская Л.Н. Литология и историческая геология

Подождите немного. Документ загружается.

191

компенсации и поэтому в соответствующих климатических условиях их

осадки могут быть представлены карбонатами, часто рифогенного

происхождения, что особенно относится к симаунтам. Вулканиты,

слагающие эти возвышенности и надстраивающие «нормальную» океанскую

кору, характеризуются повышенной щелочностью и относятся уже к

отличному от СОХ типу базальтов океанских островов.

Следующий крупный элемент земной коры – переходная зона

между

континентом и океаном – область океанических окраин. Это область

максимального расчленения и перепадов высот твердой поверхности, где

находятся островные дуги, отличающиеся высокой сейсмичностью и

современным андезитовым и андезито-базальтовым вулканизмом,

глубоководные желоба и котловины окраинных морей. Для каждой из этих

структур характерны свои породные ассоциации.

3.5 Основные положения тектоники

литосферных плит

В конце 50-х – 60-х годах прошлого века началось возрождение

гипотезы А Вегенера на новой основе. Этому способствовали новые данные,

полученные геологами и геофизиками о процессах, происходящих на

поверхности Земли и в ее недрах. Возникло новое направление в тектонике –

тектоника литосферных плит.

Основные ее положения следующие:

1. Литосфера состоит

из небольших (не более 8-10 плит) крупных

литосферных плит. Плита может быть и океанической, и

материковой и смешанной.

2. Плиты разделены подвижными зонами, в которых

сосредоточена вся сейсмическая, тектоническая и

вулканическая активность.

3. Плиты передвигаются: расходятся, сходятся и скользят вдоль

трансформных разломов (это разломы, оперяющие рифтовую

систему).

4. Передвижение плит происходит

благодаря присутствию ниже

их пластичной астеносферы, в которой они «плавают».

5. Вопрос о механизме движения плит остается дискуссионным.

Например, этот процесс объясняют так.

В зонах срединно-океанических хребтов конвекционные потоки из

мантии достигают поверхности по глубинным разломам, и поступающие

новые порции базальтовой магмы раздвигают, как клинья, соседние

литосферные плиты, наращивая их

изнутри. Этот процесс называется

спредингом.

192

Обратный процесс может происходить, например, так, как у

тихоокеанского побережья Азии. Здесь более тяжелая океаническая плита

«пододвигается» вниз под континентальную плиту по наклоненной под

углом 40-45

в сторону континента зоне контакта. Такой процесс

пододвигания одной плиты под другую называется субдукцией. Края

погружающейся плиты по мере погружения деформируются, переплавляются

в астеносфере.

Концепция тектоники плит более применима для более поздних

периодов жизни Земли (с мезозоя). В докембрии пока отсутствуют

достоверные свидетельства наличия и перемещения литосферных плит.

3.6 Эпохи складчатости

На Земле всегда происходили дислокационные тектонические движения, но

интенсивность их была разной. Для наиболее интенсивных дислокационных движений

характерна периодичность их развития. Эти периоды получили название эпох

складчатости (диастрофизма, орогенеза, тектогенеза). Проявлялись интенсивные

дислокационные движения не повсеместно, а в так называемых «подвижных областях».

Каждая эпоха складчатости была временем

значительной перестройки подвижных

областей земной коры: бассейны осадконакопления превращались в складчатые

области, широкое распространение получали метаморфические и магматические

процессы, закладывались новые осадочные бассейны, усложнялось строение толщ,

дислоцированных в предыдущие этапы.

В геологической истории Земли устанавливается свыше десятка эпох тектогенеза.

Самая последняя докембрийская эпоха тектогенеза, обнимающая по времени период

верхнего протерозоя (рифей и венд), получила название байкальской, так как

созданные ей структуры байкалиды – широко развиты в областях, прилегающих к

193

озеру Байкал. Тектонические движения кембрийского времени получили название

салаирских (структуры – салаириды), ордовикского и силурийского периодов –

каледонских (структуры – каледониды), девонского, каменноугольного и пермского

периодов – герцинских (герциниды), триаса, юры и мела - киммерийских

(мезозойских) (киммериды), с палеогена начинается альпийская тектоническая эпоха.

Она продолжается до настоящего времени. Эти движения сформировали Альпы и

другие молодые горные сооружения с сильно расчлененным рельефом.

Тектонические движения, проявившиеся в интервале средняя юра-эоцен, иногда

выделяют под названием ларамийских, а сформированные ими структуры называют

ларамидами.

Перечисленные крупнейшие эпохи тектогенеза подразделяются на более мелкие фазы,

которые тоже имеют свои названия.

4 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

4.1 ДОКЕМБРИЙ

4.1.1 Общая характеристика

Докембрий (самый длительный этап геологической истории Земли)

охватывает период с момента, когда на Земле начали происходить

геологические процессы и до начала кембрия. Начало докембрия – примерно

194

4.0 млрд. лет, окончание – 535 млн. дет назад. Докембрийский промежуток

времени составляет 7/8 истории Земли. Возраст Земли около 4.45 млрд. лет.

4.1.1.1 Лунная стадия развития Земли

Мощнейшая бомбардировка ранней Земли крупными метеоритами способствовала

разогреву планеты.

В процессе охлаждения Земли на ее поверхности образовалась тонкая оболочка из

застывших магматических пород - первичная земная кора – протокора. После своего

образования она долгое время была тонкой, легко проплавлялась и ломалась.

Для этих этапов жизни Земли характерен сильный вулканизм. На

земную поверхность изливались моря лав, проникающих по трещинам и

разломам непрочной земной коры. Когда кора стала прочнее, вулканические

процессы сосредоточились вдоль разломов, образуя трещинные излияния,

огромные вулканические конусы и кратеры взрыва.

Считается, что в это время Земля развивалась подобно Луне. Давно

остывшая

Луна имеет много кратеров, покрыта базальтовым слоем. Возраст

горных пород Луны определяется в 4-4.5 млрд. лет. В отсутствие атмосферы

на Луне как бы законсервировались следы эпохи бурной вулканической

деятельности. Земля пережила аналогичную плавку и формирование так

называемых морей. Поэтому это время жизни Земли называют лунной

стадией. В эту стадию таким образом

начала формироваться литосфера.

Первичная атмосфера Земли в лунную стадию состояла из аммиака,

метана, азота, водорода, инертных газов (аргона, криптона, ксенона, гелия),

кислых дымов (HF, HCl, H

S, борной кислоты и др.) и водяных паров,

выделяемых вулканами. Впоследствии легкие газы уходили в мировое

пространство, появился кислород, роль которого возрастала с появлением и

развитием жизни на Земле.

Когда нижние слои атмосферы охладились ниже температуры 100

появилась вода. Начались ливни, длившиеся десятки, а может и сотни

миллионов лет. Образовались первые моря (первичная гидросфера).

Начались процессы переработки луной коры в материковую. Лунная эра

длилась недолго. Она началась с возникновения земной коры и закончилась

возникновением водной оболочки Земли.

195

Протокора имела основной состав. Прямым доказательством основного

состава протокоры принято считать раннеархейские глубоко

метаморфизованные базитовые толщи и ассоциирующие с ними габбро-

нориты – древнейшие офиолитовые ассоциации, а также габбро-анартозиты.

Преобладание докембрийских кислых пород на континентах объясняется

наложенной гранитизацией.

4.1.1.2 Подразделения докембрия

Докембрий расчленен на крупные стратиграфические единицы,

границы между

которыми совпадают с проявлениями диастрофизма.

Впервые расчленение докембрия было осуществлено в конце XIX века

американскими геологами. Дж.Дэна назвал в 1872 г. самые древние

метаморфические образования архейскими (греч. архэос – древний).

У.Эммонс в 1888 г. выделил верхнюю часть этих древнейших толщ,

содержавшую остатки жизнедеятельности организмов, под названием

протерозойских (протерозой) (греч. протерос – первичный, зоэ – жизнь

). В

1889 г.Ч.Уолкотт в верхней части протерозоя выделил альгонк.

Сейчас протерозой и архей рассматриваются в ранге акротем. Схема

расчленения докембрия выглядит так (2006):

Акротема Эонотема

Эратема

Система

Фанерозойская Палеозойская

535±1

Кембрийская

Протеро-

зойская PR

Верхнепротеро-

зойская PR

1650

600

Венд

Верхний

отдел, V

570-555

Нижний

отдел, V

Рифей-

ская

Верхнерифейская

(Каратавий), RF

1030

Среднерифейская

(Юрматиний), RF

1350

Нижниерифейская

(Бурзяний), RF

Нижнепротерозойская,

2500

Верхний карелий,

1900

Нижний карелий, PR

196

Архейcкая

Верхнеархейская AR

3150

Верхнелопийская LP

2800

Среднелопийская LP

3000

Нижнелопийская LP

Нижнеархейская AR

(Саамская SM)

Для определения возраста докембрийских пород используются

радиологические методы, для верхней части протерозоя (рифея и венда) –

палеонтологические методы.

4.1.1.3 Особенности развития Земли в докембрии

1. Возникли атмосфера и гидросфера.

2. Зародилась жизнь.

3. Образовалась земная кора и заложились ее главные структуры.

4. Образовалась большая часть (свыше 60%) минеральных ресурсов.

4.1.1.4

Особенности докембрийских образований

1. Сильная дислоцированность пород, наличие сложных складок

многих порядков. Породы перемяты, передроблены, нарушены разрывами.

Толщи подверглись неоднократным процессам складкообразования. Среди

докембрийских образований по характеру тектоники можно выделить ряд

структурных этажей, свидетельствующих о проявлении в докембрии целого

ряда эпох складчатости.

2. Высокая степень метаморфизма пород. Главный вид

метаморфизма в

докембрии – региональный, происходящий при высоких

температурах и давлении. Древнейшие породы настолько сильно

метаморфизованы, что бывает трудно или даже невозможно определить за

счет каких пород – осадочных или изверженных – они возникли. Обычно

наблюдается закономерность: чем старше породы, тем сильнее они

метаморфизованы.

Для докембрия характерны явления метасоматоза и гранитизации, в

результате чего образуются мигматиты

(породы, состоящие из тонкого

чередования гнейсов и гранитов). Иногда мигматиты и метаморфические

сланцы в условиях высоких температур и давления под влиянием горячих

197

растворов превращаются в метасоматические граниты. Мигматиты и граниты

слагают обширные гранитогнейсовые поля.

4.1.1.5 Органический мир докембрия

Жизнь зародилась на Земле вероятно после образования первых

водных бассейнов, примерно 3.7 млрд. лет назад, т.е. в раннем архее. Первые

организмы были прокариотами – они были одноклеточными и не имели ядра.

В архее известны бактерии и цианобионты. Жили они в бескислородной

среде, заселяли мелководные участки бассейнов от 10 до 60м глубиной.

Переход от

первичной бескислородной к современной кислородной

атмосфере произошел 1.8-1.4 млрд. лет назад.

В докембрийских породах часты строматолиты, онколиты и

катаграфии, в образовании которых участвовали активно прокариоты,

архебактерии и др. организмы.

Эукариоты (организмы с обособленным ядром в клетке) известны с

начала позднего протерозоя. Из отложений верхнего протерозоя известны

многие группы водорослей (бурые). Фауна

была представлена

бесскелетными животными. Первые мелкие скелетные формы

(мелкораковинная фауна, первые из которых – клаудины) возникли только во

второй половине венда.

В докембрии широко распространены микрофоссилии – мелкие

остатки округлой или иной формы с органической оболочкой, они имели

разную природу.

4.1.1.6 Эпохи складчатости

В архее земная кора была повсеместно весьма подвижной

проницаемой. Дифференциация на геосинклинали и платформы

отсутствовала. Лишь в конце раннего архея режим приблизился к

геосинклинальному.

В докембрии выделяется несколько крупных этапов геологического

развития, разделенных глобальными диастрофическими циклами (эпохами

складчатости) первого порядка:

- саамский (в конце раннего архея),

- кеноранский (беломорский) (в конце позднего архея),

- карельский (в конце

раннего протерозоя),

- гренвиллский (в середине рифея),

198

- катангский, или байкальский (в конце рифея – венде).

4.1.1.7 Полезные ископаемые

В докембрии сосредоточены не менее 90% запасов железа и титана,

70% золота, урана, никеля, 25% меди и марганца, 100% добычи мусковита и

флогопита.

На первом месте среди железорудных месторождений стоят

метаморфогенные месторождения, рудами которых являются железистые

кварциты (Курская магнитная аномалия, Кривой рог

, Кременчуг и др., за

рубежом - месторождения Бразилии, Канады (полуостров Лабрадор) и др.).

Осадочные руды – Ангаро-Питский бассейн, Бакальское месторождение

Южного Урала.

Золото и уран, связанные с верхнеархейскими конгломератами –

Витватерсранд (ЮАР). Часто золоторудных месторождений Енисейского

кряжа обусловлены докембрийским магматизмом.

Медь, никель, кобальт, платина. ЮАР (Бушвельд), Зимбабве (Великая

дайка) – комплексные руды приурочены

к интрузиям основного состава. В

Южной Африке в этих же месторождениях сосредоточены большие запасы

хромитов. Пояс месторождений меди , возможно осадочного происхождения

известен в Южной Африке, на территории Замбии и Заира. В России

имеются медистые песчаники Удокана.

Три четверти запасов марганца за рубежом сосредоточены в докембрии

ЮАР (Постмасбург), крупные месторождения разрабатываются в

Гане,

Индии.

99 % добычи слюды дают Индия, Бразилия, Малагасийская

республика. В России месторождения мусковита известны в Северной

Карелии, в Сибири.

В венде имеются древние нефтеносные горизонты на Сибирской

платформе (Лено-Тунгусская впадина).

Крупные месторождения свинеца и цинка известны в Австралии

(Брокен-Хилл), Канаде (Сулливан), России (Енисейский кряж), графита - в

Южной

Корее, Шри-Ланка.

4.1.2 Архейский акрон (акротема) – AR

4.1.2.1 Общая характеристика подразделения

199

Архейский акрон продолжался свыше 1,5 млрд. лет. Нижняя граница

определяется условно по возрасту наиболее древних пород – приблизительно

она равна 4.2 млрд. Породы архея обнаружены на щитах древних платформ.

Так, возраст гнейсов Амитсок и серии Исуа (Гренландия) – 3,87-3.8 млрд.

лет., гнейсы Акаста (запад Канадского щита, провинция Слейв) – 3,96 млрд.

лет – древнейшие из достоверно установленных породы.

В западной

Австралии цирконы, обнаруженные в кварцитах с возрастом около 3,5 млрд,

датируются в 4.3-4.2 млрд. лет.

Верхняя граница архея – 2.5 млрд. лет. Архей делится на две эонотемы

– нижнеархейская (саамская) (AR

или SM) и верхнеархейская (лопийская)

(AR

или LP), которым соответствуют ранне- и позднеархейские эоны.

Граница нижнего и верхнего архея определяется в 3,15 млрд. лет.

Стратотип архея – юг Канадского щита в районе оз.Верхнее. Здесь

известны породы возраста 3.5-3.7 млрд. лет. Они представлены гнейсами

тоналитового состава с отдельными блоками и включениями гранулитов.

Нижнеархейские образования, слагающие значительные участки

фундамента древних платформ,

являются зачатками континентальной коры и

представлены глубоко метаморфизованными пара- и ортопородами.

Наиболее древние из них – «серые гнейсы» - это преимущественно

ортогнейсы среднего состава, а также амфиболиты, железистые кварциты,

метавулканиты, метаосадочные породы и кристаллические сланцы. Фации

метаморфизма – гранулитовая и амфиболитовая. В это время

дифференциация на геосинклинали и платформы отсутствовала. Земная кора

была повсеместно

подвижной и проницаемой. Тектонический режим был

близок эвгеосинклинальному.

Образования верхнего архея отличаются от нижнеархейских,

поскольку знаменуют собой начало нового крупного этапа истории Земли –

платформенно-геосинклинального. Стратотип верхнего архея – надсерия

Свазиленд (ЮАР, Свазиленд). В это время распространены формации

эвгеосинклинали, намного реже встречаются миогеосинклинальные и

платформенные формации. Породы метаморфизованы в условиях

амфиболитовой

и зеленосланцевой фаций, поэтому их природа распознается

достаточно хорошо.

В архее проявились две эпохи складчатости: саамская - в раннем архее

и кеноранская или беломорская - во второй половине позднего архея.

4.1.2.2 Физико-географические условия

200

В раннем архее температура поверхности Земли была, вероятно, выше

, а может и выше 100

. Атмосфера была очень плотной, бескислородной,

горячей и состояла в основном из паров воды, углекислоты и других

компонентов. Характерны «кислые дымы». Такая атмосфера обусловливала

сильный парниковый эффект. Гидросфера была резко углекислой,

содержащей сильные кислоты, т.е. была агрессивной, заметно

минерализованной и соленой. Об этом свидетельствуют и древние эвапориты

(Сибирская платформа, Канада

, Бразилия). В конце раннего архея появились

карбонатные осадки, указывающие на то, что значительная часть

углекислоты была изъята из атмосферы. Давление в раннем архее составляло

50-70 бар.

В конце позднего архея температура воды составляла примерно от 90

до 65

. Атмосферное давление было ниже, чем в раннем архее и оценивается

в 10-20 атм. Содержание углекислоты было еще значительным (карбонатных

пород мало). В атмосфере много паров воды, но отсутствовал свободный

кислород. О восстановительном характере атмосферы свидетельствует

отсутствие в разрезе верхнего архея красноцветных пород.

4.1.2.3 Органический мир

Жизнь появилась после образования первых

водных бассейнов. В архее

известны прокариоты: бактерии и цианобионты.

В породах серии Исуа в юго-западной Гренландии с возрастом около

3.800 млн. лет обнаружены мелкие цианобионты в виде палочек, нитей, а

также их шаровидные, дисковидные и многоугольные оболочки.

К позднему архею создались условия более благоприятные для

существования и размножения организмов: снизилась

температура воды,

уменьшилась ее кислотность и химическая агрессивность. В

верхнеархейских породах встречены цианобионты и бактерии, а также

строматолиты.

Позднеархейские прокариоты известны из кремнистых пород

формации Фиг-Три (Южная Африка) с возрастом 3.2 млрд. лет.

Прокариоты архея отличаются от прокариот протерозоя мелкими

размерами.

4.1.2.4 Характерные типы пород