Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формулировка проблем, определение задач исследований при изучении процессов структурообразования в земной коре 13
Глава 2. Краткий обзор основополагающих работ по проблеме структурообразования 15
Глава 3. Подходы и методы исследования 17
3.1. Особенности детального структурно-геологического картирования 17
3.2. Принципы структурно-парагенетического и кинематического анализа и понятие структурных парагенезов 19
3.3. Специфика аналогового тектонического моделирования 20
Глава 4. Структурообразование как полифакторный деформационный процесс. Базисные факторы деформации 21
Глава 5. Структурные парагенезы простых и комбинированы типов геомеханических обстановок 23
5.1. Структурные парагенезы сжатия-растяжения и простого сдвига 24
5.2. Общая характеристика обстановок транспрессии и транстенсии 26.
5.2.1. О понятиях транспрессии и транстенсии 26
5.2.2. Экспериментальное воспроизведение структурных парагенезов транспрессии и транстенсии 29
5.2.3. «Обратный» кинематический эффект при транспрессивном надвигообразовании 54
5.3. Обобщенная характеристика структурных парагенезов транспрессии и транстенсии и формулировка первого защищаемого положения 59
Глава 6. Компрессионно-декомпрессионный механизм деформационно-вещественных преобразований 63
Глава 7. Формирование структурно-вещественных неоднородностей и вторичной расслоенности земной коры 93
7.1. Структурно-вещественные неоднородности компрессионной природы 93
7.1.1. Неоднородности, связанные с гетерогенностью деформаций в обстановке компрессии 93
7.1.2. Деформационно-метаморфическаярасслоенностъ 102
7.1.3. Тектоническая расслоенностъ 103
7.2. Структурно-вещественные неоднородности декомпрессионной природы 109
7.2.1. Метасоматические элементы разреза 109
7.2.2. Магматические элементы разреза 120
7.3. Природа геологических границ и расслоенности метаморфических толщ 123
7.4. Краткое обобщение по главам 6,7 и формулировка второго защищаемого положения 124
Глава 8. Строение и развитие разновозрастных линейных подвижных поясов как зон транспрессивного сдвига 128
8.1. Транспрессивная структура варисцид Южного Тянь-Шаня 128
8.1.1. Введение 128
8.1.2. Метаморфические и вулканогенно-осадочные комплексы Охнинско-Талдыкской структуры 131
8.1.3. Характеристика внутреннего строения и развития капской и каиндинской свит 134
8.1.4. Обобщенная модель эволюции палеозоид Туркестано-Алайской зоны 155
8.1.5. Зона Таласо-Ферганского разлома 158
8.1.6. Заключение и выводы 163
8.2. Варисциды области сочленения структур Южного Урала и Тянь-Шаня (хребет Султан-Увайс) 164
8.2.1. Введение 164
8.2.2. Краткая характеристика тектонической структуры региона 165
8.2.3. Общие сведения о геологии района 166
8.2.4. Последовательность развития и кинематика деформационных событий 169
8.2.5. Обсуждение и обобщение результатов 185
8.3. Структура палеозоид Южного Урала 189
8.3.1. Введение 189
8.3.2. Структура и кинематическая эволюция западной части Южного Урала 192
8.3.3. Обобщенная модель строения и тектонической эволюции Южного Урала 219
8.4. Структура свекокарелид Северного Приладожья 226
8.4.1. Введение 226
8.4.2. Общие черты тектонического строения Свекокарельской области 228
8.4.3. Структурно-кинематическая эволюция свекокарелид 229
8.4.4. Латеральная и вертикальная структурная зональность 240
8.4.5. Оремобилизации гранито-гнейсового фундамента и диапиризме 246
8.4.6. Заключение 249
8.5. Строение архея и раннего протерозоя северо-запада Кольского полуострова 251
8.5.1. Введение 251
8.5.2. Краткие сведения о структурно-формационных комплексах геопространства Кольской сверхглубокой скважины 251
8.5.3. Строение и структурно-кинематическая эволюция геопространства Кольской СГС 257
8.5.4. Геодинамическая модель строения и развития геопространства Кольской СГС 277
8.6. Перикратонный поясрифеид Восточно-Европейской платформы (п-ова Рыбачий и Средний) 280
8.7. Краткое обобщение по данной главе и формулировка третьего защищаемого положения 292
Глава 9. Природные структуры транстенсии 295
Глава 10. Геодинамические пары и системы структур транспрессии и транстенсии 319
10.1. Пространственно-парагенетические соотношения кратонов и подвижных поясов 319
10.1.1. Примеры из областей раннего докембрия 320
10.1.2. Примеры соотношения рифейских и фанерозойских поясов и перикратонных структур растяжения в пределах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской платформ 330
10.2. Краткое обобщение по данной главе и формулировка четвертого защищаемого положения 339
Глава 11. Пространственно-временные закономерности формирования и развития разновозрастных линейных подвижных поясов земного шара 342
11.1. Кинематический анализ разновозрастных подвижных поясов 342
11 1.1. Докембрийские подвижные пояса 343
11.1.2. Фанерозойские подвижные пояса 398
11.2. Устанавливаемые закономерности в кинематической эволюции линейных подвижных поясов и формулировка пятого защищаемого положения 416
Список литературы 431
- Принципы структурно-парагенетического и кинематического анализа и понятие структурных парагенезов
- Общая характеристика обстановок транспрессии и транстенсии
- Структурно-вещественные неоднородности декомпрессионной природы
- Варисциды области сочленения структур Южного Урала и Тянь-Шаня (хребет Султан-Увайс)
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Вопросы строения земной коры, происхождения и эволюции ее структур являются основополагающими в геотектонике, а данные по кинематике структурообразующих тектонических движений принципиально важны для построения адекватных геодинамических моделей становления и развития литосферы в целом. Наполнение таких моделей новыми фактическими данными, типоморфными чертами и эмпирическими закономерностями было и остается актуальным в этом разделе наук о Земле. При этом особую теоретическую и практическую значимость приобретают данные о причинно-следственных взаимосвязях ведущих эндогенных процессов (магматических, метаморфических, деформационных) между собой и с реальными разномасштабными геологическими структурами, наблюдаемыми на поверхности, а также о пространственно-временных закономерностях их эволюции на планете. Соединение этих знаний воедино открывает новые возможности в познании и понимании природы и эволюции многих геологических процессов в недрах Земли.
Цель и задачи работы. Основной целью работы являлось выяснение эмпирических пространственно-временных закономерностей структурообразования в континентальной земной коре на основе единого структурно-парагенетического подхода к разномасштабным геологическим объектам, с учетом кинематической согласованности тектонических движений и компенсационного фактора протекания деформации в сопряженных или иерархически соподчиненных объемах.
Для достижения этой цели автором решались следующие задачи:
- усовершенствование и развитие методов структурно-парагенетического анализа;
детальное структурно-геологическое и геокартировочное изучение целого ряда региональных геологических объектов разного возраста и длительности эволюции, разного масштабного ранга и геоструктурного положения из различных регионов;
выяснение соотношений и парагенетических взаимосвязей деформационных и вещественных преобразований в полистадийно и полиэтапно развивавшихся геоструктурах, привязка реперных деформационных событий к известным геохронологическим датировкам;
проведение структурно-парагенетического и кинематического анализов геологических объектов и выяснение геодинамических условий формирования их структуры;
- создание моделей тектонической эволюции отдельных регионов на основе
результатов изучения их деформационно-вещественной эволюции, структурно-
парагенетического и кинематического анализа;
воспроизведение ряда характерных геодинамических обстановок и региональных структур методами аналогового моделирования и сопоставление их с природными данными;
выяснение типологических черт строения геоструктур, развивавшихся в схожих и резко различных геодинамических обстановках;
сравнительный анализ структурной эволюции ряда однотипных региональных геологических структур;
выяснение взаимосвязей между такими тектонически контрастными геоструктурными элементами континентальной земной коры как кратоны и сопряженные с ними подвижные пояса;
- сопоставление полученных авторских результатов с аналогичными или близкими
литературными структурно-геологическими данными по ряду регионов мира для выявления
общих закономерностей или отличительных черт эволюции структурообразования в
планетарном масштабе.
Фактический материал и личный вклад автора. Использовавшийся автором в работе фактический материал можно разделить на три группы. Наиболее существенная из них объединяет оригинальные авторские данные, полученные в ходе личных исследований на протяжении тридцати с лишним лет в самых различных регионах, охватывающих геологические объекты разного возраста, формационного наполнения, геоструктурного положения и типа эволюции. Эти материалы включают результаты особо детального площадного структурно-геологического картирования (М 1:10 000 - 2 000 и крупнее), структурно-парагенетического анализа структурных элементов, изучения структурно-текстурных и деформационно-вещественных преобразований пород, особенностей и термодинамических характеристик метаморфизма, метасоматоза, магматизма. Регионы исследований автора: Западное Прибайкалье, Южный Тянь-Шань, хребет Султан-Увайс, Южный Урал, Северное Приладожье, Центральная Карелия, Кольский полуостров. Самостоятельную значимость представляют результаты аналогового тектонического моделирования, проводившиеся автором в Лаборатории тектонофизики им. В.В.Белоусова Геологического факультета МГУ, с помощью которого воспроизводились те или иные типы геомеханических обстановок нагружения и полученные результаты сравнивались с природными структурами, изучались характерные элементы структурных парагенезов, моделировались регионально-тектонические ситуации. Третья группа включает результаты целенаправленного анализа литературных структурно-геологических данных, опубликованных геологических карт, датировок абсолютного возраста из различных регионов мира, которые сопоставлялись и коррелировались с авторскими наблюдениями и
результатами с целью выявления общих закономерностей или отличительных черт эволюции схожих геоструктурных элементов.
Научная новизна. Диссертация содержит много новых, впервые полученных картировочных, структурно-геологических и кинематических данных и фактического материала особой степени детальности и проработки, представляющих принципиальную значимость для понимания строения и эволюции каждого из изученных регионов, для построения обновленных моделей их геодинамической эволюции. На основании анализа этого материала выявлены не только абсолютно новые пространственно-временные закономерности структурообразования в земной коре, генетическая взаимосвязанность сопряженных геоструктурных элементов земной коры, но и согласованность кинематической эволюции отдаленно расположенных структур, предполагающая единство и, вероятно, некий общий источник движущих сил и процессов. Наконец, впервые установлен феномен цикличности во времени смены кинематики сдвиговых движений в подвижных поясах и установлена тенденция уменьшения во времени продолжительности этих циклов. Все это позволило несколько по иному взглянуть на многие проблемы тектогенеза и поставить ряд новых вопросов, требующих своего разрешения.
Практическое значение. Результаты работ автора и используемые методические подходы имеют практическую значимость в нескольких отношения. Полученные геокартировочные материалы неоднократно использовались производственными организациями при составлении региональных геологических карт, а методические разработки включались в методические рекомендации для практического использования. Материалы исследований автора нашли практическое применение в работе НПЦ «Кольская сверхглубокая» и используются в текущих исследованиях по мониторингу геодинамических процессов в пределах геопространства скважины, включаются в ежегодные отчеты НПО Министерства природных ресурсов РФ. Структурно-парагенетический подход и материалы автора успешно использовались в исследованиях по выявлению закономерностей проявления и прогнозу перспективных площадей рудной свинцово-цинковой минерализации на Барецевоморском побережье Кольского полуострова (совместно с В.И. Казанским и др. -ИГЕМ РАН), что позволяет видеть перспективу такого подхода и для других рудоносных провинций. Методы тектонофизического моделирования применялись и для оценки распределений метана в угольных пластах Кузбасса и прогноза их газоносности. В целом же, наработки автора в вопросах структурообразования (в частности, по структурным парагенезам транспрессии и транстенсии, механизму компрессии-декомпрессии) позволяют
10 расширить возможности структурно-геологического подхода при изучении природных геологических структур и при анализе их потенциальной рудоносности. Защищаемые положения.
Экспериментально и эмпирически выявлены и охарактеризованы структурные парагенезы транспрессии и транстенсии, возникающие как следствие совместного проявления и взаимодействия геомеханических обстановок сжатия-растяжения и простого сдвига и представляющие собой комбинацию и интерференцию соответствующих этим обстановкам структурных элементов.
Одним из ведущих механизмов реализации деформаций в земной коре и формирования ее разномасштабных структурно-вещественных неоднородностей является компрессионно - декомпрессионный механизм деформационно - вещественных преобразований, ответственный за одновременное возникновение сопряженных объемов с анизотропным и изотропным структурированием пород. Этот механизм определяет и контролирует интенсивный массообмен в коре, сопровождаемый как дифференциацией по составу исходно однородных пород, так и, наоборот, осреднением по составу ранее расслоенных объемов, обуславливая формирование вторичной расслоенности коры.
3. Линейные подвижные пояса земного шара независимо от возраста и
геоструктурного положения на определенных этапах своей эволюции развиваются схожим
образом как структуры режима транспрессии с характерным дивергентно-веерным
внутренним строением и с соответствующими этому режиму структурным парагенезом,
латеральной и вертикальной структурной зональностью.
Пространственно сопряженные геоструктурные элементы первого порядка земной коры - линейные подвижные пояса и кратоны - на определенных этапах эволюции составляют единые геодинамические пары и системы, развивающиеся кинематически согласованно и взаимосвязано в режимах транспрессии и транстенсии, как возможное следствие проявления и взаимодействия сопряженных конвективных ячеек или плюмов.
Впервые выявлен и обоснован феномен кинематических инверсий в линейных подвижных поясах различного возраста, характеризующийся неоднократной сменой знака сдвиговой компоненты тектонических движений в ходе их эволюции. Выявлена пространственная и кинематическая согласованность этих движений в одновозрастных диагонально и ортогонально сопряженных системах поясов. Установлена цикличность кинематических инверсий, сочетающаяся с направленным во времени уменьшением длительности циклов от 100 млн. лет в докембрии до 25-30 млн. лет в мезо-кайнозое.
Публикации и апробация работы. Результаты исследований автора по теме диссертации отражены в 75 публикациях (в том числе 1 коллективная монография, 10 в рецензируемых журналах, 26 в рецензируемых сборниках).
Материалы работы докладывались на семинарах по геотектонике и геодинамике в и на ежегодных Белоусовских чтениях в ИФЗ РАН, на Региональных, Всесоюзных, Всероссийских и Международных совещаниях и симпозиумах: III Всесоюзный симпозиум по метаморфизму (Свердловск, 1977), Всесоюзное совещание «Метаморфизм и метаморфические комплексы Урала» (Свердловск, 1982), «Гранито-гнейсовые купола» (Иркутск, 1983), VI Всесоюзная конференция «Метасоматизм и рудообразование» (Ленинград, 1987), I, II, III Всесоюзные школы «Структурный анализ кристаллических комплексов» (Москва, 1986; Тбилиси, 1988, Киев, 1990, С-Петербург, 1994), Всесоюзные симпозиумы «Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии» (Новосибирск, 1982, 1990; Москва, 1991), Совещание «Структурные парагенезы и их ансамбли» (Москва, 1997), Симпозиумы Международной рабочей группы «Деформации и метаморфизм горных пород» (Потсдам, 1982; Иркутск, 1983; Вроцлав, 1985, Прага, 1986; Берлин, 1988), XXXI - XXXVII Тектонические совещания (Москва, 1988-2003; Новосибирск, 2004), Международные совещания по Проекту № 408 Международной Программы по Геологической Корреляции ЮНЕСКО (Заполярный, 1999; Апатиты, 2001).
Благодарности. Автор бесконечно благодарен своим первым учителям и наставникам в геологии В.В. Эзу, Т.М. Гептнер, Н.В. Короновскому, чью постоянную помощь и поддержку чувствовал все эти годы. Неоценимую роль в появлении этой работы и в ее успешном завершении сыграл В.Н. Шолпо, с которым автор обсуждал практически все затронутые аспекты исследования и всегда находил понимание и искреннюю заинтересованность. За все это ему особая благодарность и вечная память...
Эта работа рождалась в тесном сотрудничестве с коллегами по работе, с кем автор делил радости и тяготы полевых исследований, проводил долгие часы в плодотворных дискуссиях и в обсуждении новых материалов: В.А. Зайцевым, М.С. Фельдманом, А.И. Смульской, Л.Н. Куклеем, Д.Е. Гафт, Ю.Ф. Соколовой, Н.А. Мироновой, Л.Ф. Добржинецкой, М.Л. Соминым, Ю.П. Видяпиным, М.Н. Шапиро, А.Л Кулаковским, Г.И. Рейснером, Л.И. Иогансон, Ю.В. Нечаевым, Ю.С. Геншафтом, А.Я. Салтыковским, Ш.А. Мухамедиевым, А.В. Каракиным, Н.И. Павленковой, А.В. Спиридоновым, Ф.Л. Яковлевым, Ю.Л.Ребецким, Н.С. Фроловой, Т.Л. Кронрод, Л.И. Деминой, В.Г. Талицким, В.А. Галкиным.
На протяжении многих лет автор тесно сотрудничал, пользовался консультациями и ценными советами А.В. Лукьянова, М.Г. Леонова, М.Л. Коппа, Е.Н.Терехова, СЮ.
12 Колодяжного, Д.С. Зыкова, Ю.В. Миллера, В.В. Травина, В.В. Балаганского, Н.Е. и Н.Е. Козловых, Т.В. Каулиной, Ж.А. Федотова.
На отдельных этапах своей работы автор имел счастливую возможность сотрудничать и консультироваться с академиками РАН Ф.А. Летниковым, Ф.П. Митрофановым, Е.И. Шемякиным, членом-корреспондентом РАН Б.В. Левиным.
Неоценимую помощь в работе и моральную поддержку автору оказали Г.Н. Квятковская и Т.Н. Филатова.
Всем им автор выражает самую искреннюю признательность и благодарность.
Автор благодарен за приятное и плодотворное сотрудничество в последние годы с Д.М. Губерманом, Ю.П. Смирновым, Ю.Н. Яковлевым, А.Н. Никитиным.
Автор признателен чл.-корр. РАН А.О. Глико, за внимание и поддержку работы, особенно на самых трудных завершающих этапах ее написания.
Принципы структурно-парагенетического и кинематического анализа и понятие структурных парагенезов
Для сложно дислоцированных и метаморфических комплексов характерно проявление различных геомеханических обстановок нагружения геологической среды (сжатие-растяжение, простой сдвиг, транспрессия, транстенсия), каждая из которых порождают заметно различные ассоциации структурных элементов. Пространственно сопряженное или иерархическое взаимодействие этих обстановок, их комбинация, смена или последовательное наложение друг на друга приводят обычно к весьма сложной полиморфной структуре, которая становится еще более усложненной по мере длительного, а тем более полистадийного и полиэтапного развития. Разобраться в сложностях такой структуры, выявить закономерности и характерные особенности, свойственные конкретной геомеханической обстановке нагружения, определить кинематику движений, позволяет структурно-парагенетический анализ, который включает описание различных структурных форм, выявление их закономерных сочетаний, пространственных и генетических взаимосвязей и выделение, в результате, определенных структурно-вещественных парагенезов [Разломы...,1963; Лукьянов, Щерба, 1972; Лукьянов, 1991; Гончаров и др., 1995; Расцветаев, 1987].
Как отмечал А.В.Лукьянов [1965], парагенетический подход к изучению геологических структур был "заимствован" из минералогии и петрографии, где под понятием парагенеза парагенезиса) понималось сонахождение минералов, возникающее в результате одновременного или последовательного образования, то есть связанных генетически. Таким же образом геологические структуры не являются индивидуально обособленными, а образуют закономерные сочетания.
Сочетания деформационных структурных форм возникают в разных условиях и характеризуются различными причинами, соответственно, и сами структурные парагенезы могут быть различными, с множественными критериями объединения элементов в единую ассоциацию или ансамбли. Например, механическое сочетание структурных форм возникает в единой гемеханической обстановке, в едином поле тектонических напряжений. Сочетания структурных форм могут быть обусловлены их исторической последовательностью; при неоднократных, накладывающихся друг на друга деформациях создается историческое сочетание структурных форм. Существуют закономерности размещения различных структурных форм и их комплексов в региональном плане, определяемые общими законами развития земной коры (региональное сочетание структурных форм). В общем случае понятию "парагенеза структурных форм" отвечает любой из трех типов указанных сочетаний структур. В то же время, как указывал В.В.Белоусов, исторические и региональные сочетания структурных форм изучаются геотектоникой [Белоусов, 1985], а в ведении структурной геологии остается изучение механических сочетаний структурных форм, то есть структурных парагенезов. В свою очередь А.В. Лукьянов [1991] настаивает на объединении структурных форм в структурные парагенезы главным образом по принципу их пространственного сонахождения, куда могут попадать и разновозрастные, и разномасштабные элементы, и формы, возникшие в изменчивой геомеханической обстановке. Нам представляется все-таки более правильным объединять в парагенезы разноранговые структуры, помимо их сонахождения в пространстве, еще и по их генетическому единству, условиям, и времени формирования.
Структурно-вещественные парагенезы можно определить как закономерное, устойчиво повторяющееся пространственно-временное сочетание деформационных структурных форм различной морфологии и масштаба, связанных единством полей напряжения, деформации, геомеханической обстановки, Р-Т параметров.
В соответствии с этим определением, первостепенную роль в структурно-парагенетическом анализе играет выявление характерных сочетаний структур для различных типов геомеханических обстановок (простых или комбинированных), их пространственные ориентировки и соотношения друг с другом и с главными направлениями деформационного поля. Через это устанавливается и их генетическое единство, и близковременность формирования, и кинематика движений, и ориентировки осей эллипсоида деформации.
В своей работе автор использовал не только разнообразный полевой фактический материал и литературные данные, но и собственные результаты экспериментального воспроизведения некоторых деформационных процессов, которое можно назвать аналоговым тектоническим моделированием. В отличие от тектонофизического, воспроизводящего формальные условия физического подобия реологических свойств, времени и скорости деформаций природных и экспериментальных материалов, аналоговое тектоническое моделирование позволяет оценивать деформационный процесс на качественно-кинематическом уровне, наблюдая главным образом за характером локализации деформаций в нагружаемом объеме и возникающим структурным рисунком [Морозов, Гептнер, 1997]. Наиболее выигрышной стороной этого подхода является возможность воспроизведения конкретных тектонических структур, в том числе и регионального ранга, и наблюдения за кинематикой движений, зарождением и формированием важнейших составных элементов структуры по мере развития деформации. Главным является характер нагружения экспериментального образца, который задается исходя из известных или предполагаемых геодинамических обстановок для конкретного природного геологического объекта или для определенной геомеханической ситуации. При этом подбирается или варьируется условный тип поведения материала - вязкопластичный (влажная глина), хрупкопластичный (песчано-солидоловая смесь), хрупкий (сухая глина, мука). В результате оцениваются возникающий структурный рисунок, характер и пространственное расположение отдельных структурных элементов, кинематика движений, которые сравниваются с соответствующими природными данными. Это дает некоторые ориентиры для более правильного понимания и интерпретации природных структур и приближает к пониманию особенностей структурной организации и тектонической эволюции, сложно дислоцированных объемов земной коры вообще. Одновременно с этим, воспроизведение при моделировании заданных геомеханических обстановок позволяет не только оценить их роль в формировании конкретной тектонической структуры, но и детализировать и углубить наши представления о механизмах деформаций в коре, уточнить структурные парагенезы этих обстановок. Такой подход, кстати говоря, при всех его чисто качественных характеристиках, не очень далеко отходит от более строгого тектонофизического моделирования, так как при этом предполагается автоматическое сохранение принципов подобия [Белоусов, Гончаров, 1991].
По мере расширения коллективных знаний об особенностях структурной организации и тектонической эволюции глубоких горизонтов земной коры становится все более очевидным полифакторный характер процессов деформационно-вещественных преобразований в сложно-дислоцированных толщах и метаморфических комплексах. В самом общем случае развитие и протекание этих процессов обуславливается одновременным проявлением и взаимодействием сразу нескольких факторов, определяющих основные характеристики любого дислокационного процесса и отвечающих за многообразие возникающих структурных форм, их тип и морфологическое выражение. Среди таких факторов, которые можно назвать базисными факторами деформации, наиболее значимыми представляются следующие:
Общая характеристика обстановок транспрессии и транстенсии
Первоначально понятия транспрессии и транстенсии были использованы как чисто геодинамические термины для описания ситуации косого относительного движения сближающихся или расходящихся литосферных плит [Harland, 1971]. В геомеханическом плане эта ситуация соответствует сочетанию обстановок сжатия-растяжения (удлинения-укорочения) и простого сдвигов, что позволило ряду исследователей расширить область применения этих терминов и использовать их для описания деформаций, обусловленных одновременным действием сдвига и сжатия - транспрессия, или же сдвигом на фоне растяжения - транстенсия [Jones, 1995; Ramsay, Huber, 1987; Sanderson, Marchini, 1984].
В условиях транспрессии разделение общей деформации на компоненты сжатия и сдвига обуславливает гетерогенное проявление или локализацию деформационного процесса в пределах линейных зон, часто именуемых зонами транспрессивного сдвига и обладающих достаточно определенными структурно-морфологическими особенностями. Помимо привычных элементов-признаков сдвиговых деформаций, выраженных в соответствующих структурных парагенезах (см. ниже) в зонах транспрессивного сдвига можно наблюдать и структурные результаты действия компоненты сжатия, проявленные, в первую очередь, в надвиго- и покровообразовании. В масштабе коры, с учетом влияния стесненного пространства с единственной свободной дневной поверхностью и переменного фактора литостатической нагрузки, транспрессия реализуется через горизонтальное укорочение, и преимущественно вертикальное удлинение, что приводит к выдавливанию или своего рода тектонической экструзии геоматериала зон транспрессии (рис.5-1В).При этом на глубине все деформации локализуются в субвертикальных шовных зонах, а в приповерхностных условиях перемещение материала происходит, как правило, по дивергентным системам выполаживающихся надвигов, что в совокупности создает в поперечном сечении весьма характерную "цветковую" структуру или структуру "пальмового дерева" [Ramsay, Huber, 1987]. Надвигообразование иногда может быть преимущественно односторонним или моновергентным, если один из сопряженных по зоне транспрессивного сдвига жестких блоков при этом опускается [Sylvester, Smith, 1976].
Обстановка сжатия и подъем материала к поверхности приводит, как правило, к образованию поднятия и положительного рельефа над областями транспрессии, которые служат источниками размыва и сноса материала. Одновременно, компенсацонно-комплементарный фактор обуславливает возникновение сопряженных областей растяжения и, соответственно, поверхностного прогибания и образования наложенных впадин, где действует режим транстенсии и где откладываются продукты размыва воздымающихся зон транспрессии. Развитие крупных бассейнов растяжения может приводить к заметному утонению коры и, как следствие, к общему подъему изотерм, оконтуривающих участки с повышенным тепловым потоком, в пределах которых помимо метаморфизма концентрируются магматические интрузии и накапливается вулканогенный материал [Ramsay, Huber, 1987; Strike-slip.., 1985]. При этом, под влиянием сдвигового компонента, впадины довольно часто расположены косо и эшелонированно по отношению к зонам транспрессивного сдвига, отклоняясь от простирания последнего против или по часовой стрелке в зависимости от знака смещения, аналогично кулисообразному размещению трещин отрыва.
Области транспрессии и транстенсии взаимосвязаны не только компенсационным фактором, но и могут находиться друг с другом в иерархическом соподчинении. Так, на фоне общей транспрессии, в зависимости от того, каким образом эшелонированы или изогнуты разрывные нарушения, составляющие магистральную сдвиговую зону, одновременно или последовательно в разных местах могут возникать "локальные" обстановки транспрессии или транстенсии, значительно дифференцирующие и осложняющие общую картину [Ramsay, Huber, 1987; Sanderson, Marchini, 1984]. Если поверхность сместителя разрывной зоны имеет изгиб, ограничивающий или препятствующий сдвиговому смещению, то как раз в области этого изгиба возникает обстановка транспрессии (рис.5-1Д). Та же ситуация имеет место и в зонах взаимного «перекрытия» или, другими словами, в участках перемычек между сопряженными эшелонированными фрагментами кулисообразной системы разломов, в случае если направление сдвигового смещения и знак эшелонирования этих разрывов (ступенчатость вправо или влево) противоположны друг другу. В таких местах следует ожидать формирование складчатости, кливажа, горстов или участков поднятия, обычно ограниченных надвиговыми разрывными нарушениями. Наоборот, при противоположной асимметрии изгиба, а также в случае совпадения направлений сдвига и знака эшелонирования системы разрывов возникает ситуация транстенсии, обуславливающая локальное растяжение на фоне сдвига и формирование раздвиговых структур (рис.5-1Ж). Она реализуется в виде сбросов, грабенов, впадин, мест локализации дайковых и жильных серий, внедрения интрузивных массивов.
При длительном развитии тектонически активных областей соотношения обстановок транспрессии и транстенсии могут быть не просто сложными, но и изменчивыми во времени и пространстве. Так в пределах единого складчатого пояса под влиянием фактора гетерогенности (локализации) деформации могут развиваться сразу несколько субпараллельных зон транспрессивных сдвигов, разделенных компенсационными впадинами или же зонами пониженной деформации [Морозов, Гептнер, 1997], в результате чего имеет место попеременное чередование дивергентно и конвергентно расположенных сопряженных систем разрывов. Направленное вовне зон транспрессии перемещение материала по надвигам, в конце концов, приводит к формированию структур растяжения (грабенов) в их осевых зонах [Strike-slip.., 1985]. Синхронно, за счет встречных движений по конвергентным системам нарушений, этот процесс приводит к существенному сокращению площади компенсационных впадин, а иногда и к полному их перекрытию, с образованием так называемых структур «сшивания» [Лукьянов, 1991]. Общая картина нагружения деформируемого объема заметно меняется: латеральный ряд чередования обстановок сжатия и растяжения дифференцируется за счет их изменчивости и по вертикали (рис.5-1К). Особенности протекания деформационных процессов и структурообразования в условиях транстенсии изучены намного хуже. Частично этот пробел будет восполнен ниже при описании результатов моделирования структур транстенсии и их природных примеров (см. раздел 5.2.2. и Главу 9).
Несмотря на достаточно обширные общие сведения о режимах транспрессии и транстенсии их детальные структурные парагенезы изучены менее обстоятельно и в таком виде как обычно бывают представлены ситуации чистого и простого сдвигов они не описаны. Вместе с тем, учитывая комбинационный характер обстановок нагружения в условиях транспрессии и транстенсии, возникает ряд вопросов: происходит ли в таких случаях простое сложение элементов составных структурных парагенезов или же имеет место их модификация, интерференция или формирование новых структурных форм, каковы наиболее характерные особенности структурных парагенезов транспрессии и транстенсии, каков характер их пространственного соотношения и взаимодействия? С этой целью автором было проведено тектоническое моделирование в лаборатории тектонофизики им. В.В. Белоусова Геологического факультета МГУ, которое частично дает ответы на поставленные вопросы.
В условиях лабораторного воспроизведения режимов транспрессии и транстенсии их главная особенность, заключающаяся в комбинированном характере нагружения моделей (сочетание чистого и простого сдвига), могла быть достигнута разными способами и на разных модельных материалах. В соответствии с этим, как правило, проводилось несколько серий экспериментов, в каждой из которых анализировались и отбирались устойчиво повторяющиеся и однотипные сочетания возникающих структурных элементов, характерных как раз для соответствующего типа нагружения и не зависящих от материала, формы и размера моделей, способа достижения необходимой нагрузки. Это позволяло избегать включения в парагенез случайных элементов и считать, что устойчивые их сочетания отражают типичный характер локализации деформации при заданном типе нагружения. С другой стороны, в части экспериментов умышленно изменялись некоторые параметры моделей и условий деформации, с тем, чтобы определить степень их влияния на структурный результат.
Серия 1. Эта серия экспериментов объединяет двухслойные модели, состоящие из каучуковой «подложки» и залегающего на ней слоя из влажной глины, либо песчано-солидоловой смеси или же из уплотненной муки. Способность каучука самопроизвольно «растекаться» со скоростью определяемой его вязкостью (2.6x105 — 1.2x106 пуаз) использовалась в качестве «нагружающей» силы для вышележащего слоя. Дно прибора делалось усложненного профиля, с наклоном в те или иные стороны в разных частях, таким образом, чтобы каучук мог течь поперек продольной оси образца (к центру или от центра) и одновременно вдоль его противоположных сторон в правосдвиговом или левосдвиговом режиме (рис.5-2). Соответственно, образец лежащий на подложке, нагружался по транспрессивному (рис.5-2А) или транстенсивному типу (рис.5-2В) с тем или иным знаком сдвигового смещения. Изменением углов наклона разных участков дна, можно было регулировать соотношение доли сжатия-растяжения и сдвига в общем нагружении образца, добиваясь либо их относительно равного участия, либо доминирования в деформационном процессе одной из компонент. Отдельная серия экспериментов в условиях транстенсии была
Структурно-вещественные неоднородности декомпрессионной природы
Как уже было показано ранее в связи с характеристикой самой феноменологии декомпрессионных структур, процессы дилатансионного разуплотнения среды контролируют или даже задают местоположение и локализацию проявления метасоматических и магматических процессов в земной коре, в связи с чем можно говорить об их тесной парагенетической связи между собой. Эти процессы, как показывают многочисленные природные примеры, ответственны за формирование обширного класса структурно-вещественных неоднородностей, в значительной мере определяющих облик геологического разреза на определенных уровнях глубинности коры в зависимости от тектонических условий, термодинамических и петрохимических характеристик геологической среды. Неоднородности декомпрессионной природы не только интегрируются в исходный лито-формационный разрез, заметно усложняя его, но и нарушают, затушевывают или, местами, при полистадийном развитии, полностью перерабатывают, задавая новообразованную расслоенность геопространства.
Направленность и тип метасоматических преобразований, также как и все разнообразие самих продуктов метасоматоза, определяются соотношением тектонических факторов, петрологических и термодинамических режимов сопутствующего метаморфизма, физико-химических условий преобразований в виде параметров кислотности-щелочности растворов, режима вполне подвижных компонентов, местоположения в метасоматической колонке [Глебовицкий, Бушмин, 1983; Метасоматизм..., 1998]. Не имея возможности и не ставя перед собой задачи охватить все разнообразие метасоматических процессов, покажем лишь на отдельных примерах из хребта Султан-Увайс их роль в формировании там сложного полигенного облика разреза [Морозов, Эз, 1987; Морозов, 2002]. Среди них можно назвать углеродистый и кремнистый (окварцевание) метасоматоз, силикатизацию карбонатных пород и карбонатизацию слюдистых сланцев, железо-магнезиальный и магнезиально-кальциевый типы метасоматоза. Все они действовали последовательно или одновременно, но в разных частях структуры, в соответствии с общей зональностью фронта кислотно-щелочного взаимодействия, определяющего пространственно-временные и минерально-парагенетические закономерности развития таких процессов. В целом в их последовательности проявления на фоне снижения температуры от более ранних стадий к поздним намечается вполне закономерная направленность от восстановительных условий преобразований к окислительным и щелочным.
Углеродистый метасоматоз как следствие воздействия флюидов восстановленного характера весьма подробно и обстоятельно описан П.Ф. Иванкиным и Н.И. Назаровой [1984] для одновозрастных образований соседних расположенных несколько восточнее выходов варисцид Центральных Кызылкумов (Мурунтау). В пределах хребта Султан-Увайс этот процесс постранственно и, судя по всему, парагенетически связан с зонами локализации тектонических деформаций, в первую очередь, с зонами разрывных нарушений. Он выражен в значительном обогащении сильно тектонизированных разностей некоторых пород мельчайшими частицами дисперсно рассеянного углеродистого вещества, типа керита или оксикерита, проникающего в межзерновые пространства и в микротрещины пород, в результате чего они приобретают темно-серый оттенок или углисто-черный цвет. Источником углеродистого вещества могут быть глубинные флюиды, поступающие, вероятно, из верхней мантии, на что указывает «мантийное» соотношение изотопов С13/С12 [Иванкин, Назарова, 1984]. Дополнительным аргументом в пользу его эндогенного происхождение является обогащение различными металлами, в том числе элементами платиновой группы, редкоземельными элементами и тесная пространственно-парагенетическая связь с колчеданным оруденением вулканогенных толщ [Метасоматизм...,1998]. В качестве возможного механизма отложения углерода из эндогенных флюидов предполагается либо окисление углеводородов из восстановленного глубинного флюида до углерода по мере понижения его температуры: 2СО — СОг + Ств; СН4 + СОг — 2СТВ + НгО, либо осаждение парагенеза графит+серицит в результате компрессии флюида и повышения его кислотности [Кольцов и др., 1995]. В упоминавшихся выше тектонических пластинах милонитизированных карбонатных пород краевые приконтактовые части, мощностью в первые метры, как правило, практически
Точно так же неравномерно дискретному наполнению углеродистым веществом подвергаются метатерригенные слюдистые сланцы и метавулканиты (рис.7-19), входящие в комплекс Султан-Увайс, приобретающие характерный темно-серый или черный оттенок. В целом следует отметить преимущественное развитие описываемого процесса в пределах центральной зоны хребта, как раз совпадающей с местом непосредственного разворота всех структур с субширотного на субмеридиональное направление, где как раз следует ожидать наибольшую декомпрессионную нарушенность объема толщ, тогда как в других его частях углеродистый метасоматоз приурочен к наиболее крупным разрывным нарушениям.
Геологами ранее делались попытки учитывать наличие углеродистого вещества в качестве характерного и маркирующего признака для стратиграфического расчленения и картирования сланцевых и карбонатных толщ, однако продемонстрированная выше неравномерность развития процесса, его отчетливая связь с тектоническими нарушениями скорее свидетельствуют о неоправданности такого подхода.
Наиболее очевиден наложенный характер окварцевания в карбонатных породах, когда в некоторых объемах замещению мелкозернистым кварцевым материалом подвергается фауна криноидей и амфипор с образованием полноценных псевдоморфоз. Здесь же, в линейных зонах вязких разрывов, рассекающих карбонатный субстрат, происходит обособление кварцевого материала в виде многочисленных (местами занимающих до 50-70% объема) линзовидно-ветвистых прожилков, секуще наложенных на милонитовую полосчатость тектонизированного субстрата (рис.7-18а). По простиранию таких зон на расстоянии 2-3 км иногда можно видеть нарастание степени интенсивности окварцевания, возможно, связанное с соответствующим увеличением глубинности процесса, когда инъекционные формы обособления кварца (прожилки) постепенно сменяются выделением интерстиционных его зерен в карбонатном субстрате, с последовательным объемным замещением кальцита, вплоть до образования существенно кварцитового матрикса с редкимиреликтами карбоната.
Варисциды области сочленения структур Южного Урала и Тянь-Шаня (хребет Султан-Увайс)
Хребет Султан-Увайс, расположенный в Южном Приаралье, представляет собой один из самых западных выходов кызылкумской системы палеозоид, где происходит разворот структур от «уральских» простираний к «южно-тяныпаньским», и характеризует строение и особенности тектонической эволюции области сочленения варисских структур Урала и Южного Тянь-Шаня. Именно это определяет неиссякаемый на протяжении многих лет интерес геологов к этой области и появление многочисленных публикаций по самым различным аспектам геологии и тектоники, отражающих большое разнообразие точек зрения и обобщающих моделей. После ставшей уже классической монографии С.С. Шульца-мл. [Шульц, 1972], впервые сделавшего сводное описание геологии Южного Приаралья и показавшего сложное шарьяжно-складчатое строение хребта, большинство работ по этому региону было посвящено геодинамическим реконструкциям преимущественно плейт-тектонической направленности, включающим процессы раскрытия и закрытия раннепалеозойского океана, субдукционные и коллизионные события и т.д. [Бакиров, Буртман, 1984; Савчук и др., 1997; Шульц и др., 1991]. Вместе с тем известны публикации с альтернативными точками зрения, допускающими проявление здесь либо процессов континентального рифтогенеза, либо обстановок эпиконтинентальных или окраинно-континентальных морей [Масумов и др., 1978; Михайлов, Шерпенюк, 1989]. Не вдаваясь в анализ и оценку этих представлений, отметим, что преимущественное сосредоточение усилий геологов на геодинамических реконструкциях привело к явно недостаточной проработке структурного и кинематического аспектов эволюции региона, которые, наряду с другими исходными данными, должны лежать в основе обобщающих построений любой направленности. Приведенные в данном разделе материалы в некоторой степени восполняют этот пробел. В их основу положены результаты детальных (масштаб 1:5000 и крупнее) геокартировочных работ и структурно-геологических исследований, проведенных автором в 1981-1991 годах в коллективе сотрудников ИФЗ РАН под руководством В.В. Эза, который в ряде своих публикаций [Эз, 1999,2000] показал необычайную сложность строения региона и осветил основные аспекты проблемы сочленения Урала и Южного Тянь-Шаня. Ниже излагается один из возможных вариантов интерпретации сложной структурно-кинематической эволюции рассматриваемого района, основанный на имеющихся фактических данных автора и его коллег.
В регионально-тектоническом плане рассматриваемый район ограничен линеаментными зонами глубинных разломов, играющих роль структур первого порядка в фундаменте Туранской плиты: Урало-Оманской, Мангышлак-Кызылкумской и Эльбурс-Кызыл-Ординской (рис.8.2-1). Мангышлак-Кызылкумская зона глубинных разломов [Амурский, 1966] представляет собой фрагмент так называемой Линии Карпинского [Бухарин и др., 1989; Шульц, 1972], протягивающейся от Донецкого бассейна до Памира, вдоль которой в течение палеозоя происходили левосдвиговые смещения с предполагаемой суммарной амплитудой порядка 300-400 км [Бухарин и др., 1989]. Многочисленные субмеридиональные разломы Южного Урала, прослеживаемые геолого-геофизическими методами через Аральское море и частично фиксируемые и к югу от Линии Карпинского, объединяются в протяженную Урало-Оманскую зону линеаментов, заложенную в ходе формирования варисского складчатого пояса Урала [Амурский, 1966]. Помимо этого, известна крупная Эльбурс-Кызыл-Ординская линеаментная зона, протягивающаяся от юго-восточного края Каспийского моря в северо-восточном направлении в пределы Успенской зоны смятия Казахстана [Амурский, 1966]. Ее фрагмент в Кызылкумах, отделяющий Южный Тянь-Шань от структур Южного Приаралья и Урала, выделяется как Урало-Тянынаньский поперечный разлом, по которому допускается левосторонний сдвиг с амплитудой около 100 км [Гарьковец и др., 1967].
Все вышеупомянутые линеаментные зоны пересекаются в Южном Приаралье, образуя своеобразный "пучок" (см. рис.8.2-1,А), расположенный непосредственно в районе хребта Султан-Увайс: одна из ветвей Линии Карпинского подрезает с юга субширотную часть хребта, Урало-Тянынаньский сдвиг ограничивает хребет с юго-востока, а один из разломов Урало-Оманской системы является одним из главных структурных элементов субмеридиональной части хребта (Урусайский разлом). По гравиметрическим и магнитным данным [Гарецкий и др., 1964], все субмеридиональные линеаменты, приходящие из акватории Аральского моря, в том числе и Урусайская зона разломов, испытывают разворот до восток-юго-восточного направления, сливаясь с зоной Линии Карпинского (см. рис.8.2-1,Б). То же самое можно сказать и про левосторонний сдвиг по Урало-Тяныпаньскому разлому, который при приближении к Линии Карпинского плавно меняет простирания с восток-северо-восточных до субширотных.
Хребет Султан-Увайс расположен в 200 км южнее Аральского моря и является одним из самых западных отрогов Южного Тянь-Шаня (см. рис.8.2-1). Здесь из-под покрова рыхлых отложений пустыни Кызылкумов на поверхность выходят породы среднепалеозойского метаморфического комплекса, принимающие участие в строении варисских складчатых сооружений фундамента Туранской плиты. Возраст основной массы пород хребта Султан-Увайс в интервале Du определяется по комплексу фауны криноидей, амфипор, кораллов, встречающихся в карбонатных породах [Курбаниязов и др., 1976; Шульц, 1972]. Последние образуют обширные самостоятельные поля или достаточно дробно чередуются с различными терригенными (пелиты, алевролиты, кварцевые и граувакковые песчаники) и вулканогенно-осадочными (туфы, туфопесчаники, лавы) разностями и вместе с ними, а также с рядом магматических образований объединяются в несколько структурно-вещественных комплексов, находящихся между собой в сложных разрывных и шарьяжно-складчатых соотношениях. Различные исследователи выделяют разное количество структурно-вещественных комплексов или свит разного содержания, объема и наименований [Курбаниязов и др., 1976; Савчук и др., 1997; Шульц, 1972]. В этой статье, исходя из ряда формационных, возрастных, тектонических данных и отчасти согласно схеме С. С. Шульца-мл.[Шульц и др., 1974], выделены лишь важнейшие необходимые для целей нашего описания комплексы: Султанувайс, Казансай, Каракудук, Каратау, Шейхджейли (см. рис.8.2-1,В).
Комплекс Султанувайс, слагающий центральную часть одноименного хребта, представлен карбонатно-терригенной и терригенно-вулканогенно-кремнистой формациями силура (?) и раннего - среднего девона. Восточная и северо-восточная части хребта заняты преимущественно карбонатно-терригенной формацией комплекса Казансай (Di-D2ef), а собственно осевую часть хребта слагают магматогенные породы комплексов Каракудук (преобладают основные породы, превращенные в амфиболиты, изредка встречаются разности среднего и кислого состава) и Каратау (пироксениты, перидотиты, габброиды, серпентиниты и серпентинитовый меланж). Последний часто называется «офиолитовым» комплексом, составленным, как полагают некоторые исследователи, фрагментами коры океанического типа, трассирующими сутуру Туркестанского палеоокеана [Бакиров, Буртман, 1984; Савчук и др., 1997]. По периферии хребта, главным образом, в его западных и северных отрогах (рис.8.2-2,А), обнажаются преимущественно вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы (шейхджейлинская и ащенынтауская свиты), относимые рядом геологов [Курбаниязов и др., 1976] к нижнему карбону. Сходный состав, возраст, деформационно-метаморфическая эволюция и тектоническое положение позволяют объединить их, вместе с другими подобными образованиями, о которых пойдет речь ниже, в единый комплекс Шейхджейли. Среди пород названных комплексов располагается несколько крупных позднекинематических интрузий (см. рис.8.2-2,А) и их жильных серий разного состава (Тебинбулакский массив габбро-пироксенитов, Джамансайский граносиенитовый массив, Кичиксайский массив альбититов, Актауский массив гранодиоритов), которые, вероятно, относятся к единому габбро-плагиогранитному плутоническому комплексу, включающему две формации: габбро-пироксенитовую и плагиогранитную. Практически все эти породы, за исключением только позднекинематических интрузий, в той или иной степени подверглись неоднородно и зонально проявленным на площади метаморфическим преобразованиям в условиях от зеленосланцевой фации в северо-западной части хребта до амфиболитовой фации на юго-востоке, что нашло отражение в секущем расположении относительно границ комплексов изоград метаморфизма низкоградиентного кианит-силлиманитового типа.
Даже краткая характеристика некоторых особенностей строения толщ и соотношения геологических тел в комплексах хребта, примеры многообразия факторов, влияющих на формирование облика разреза, приведенные выше, показывают, насколько сложной, полистадийной, гетерогенной и полигенной была структурно-вещественная эволюция рассматриваемого объема земной коры. Разобраться в этом помогают результаты особо детального геологического картирования и изложенные в начале работы методы структурно-парагенетического и кинематического анализов, с помощью которых вырисовывается вполне закономерная, на наш взгляд, и достаточно сбалансированная картина строения и эволюции комплексов хребта.
Точкой отсчета при описании всех происшедших событий в эволюции региона принимается исходная слоистость или же, там где ее нет, - самые ранние из распознаваемых элементы строения (структуры, текстуры). Восстановление стадийности преобразований позволяет выстроить большинство структурных элементов и их парагенезы в некоторый последовательно-временной ряд, характеризующий общую эволюционную направленность формирования структуры. При этом не исключается возможность, что некоторые из разно ориентированных элементов структуры, условно относимых к разным стадиям, могли формироваться и одновременно или в иной последовательности в различных частях региона.
Самые ранние из распознаваемых события привели к формированию вполне определенной группы структурных элементов, составляющих единый парагенез первой стадии тектонической эволюции региона. Этот парагенез включает: 1) систему разномасштабных разрывных нарушений (Ri), преимущественно ориентированных вдоль простирания толщ и часто играющих роль границ раздела между большинством крупных лито-метаморфических единиц разреза; 2) изоклинальные складки (Fi) широкого диапазона размеров, сминающие исходную слоистость или же плоскостные текстуры зон разломов; 3) минеральную линейность (Lj), совпадающую, как правило, с ориентировками шарниров складок; 4) плоскостные текстуры (Si), параллельные осевым поверхностям складок, представленные либо проникающей сланцеватостью, либо деформационно-метаморфической полосчатостью, которые обычно определяют доминирующую расслоенность толщ в большинстве обнажений; 6) системы жильных инъекций и дайковых образований, интрузивные тела разного состава.
Формирование этого структурного парагенеза происходило вследствие деформаций, обусловивших тектоническое «расчешуивание» толщ, превращение разреза комплексов