Введение к работе
Актуальность работы. Проблема внутреннего строения неоднократно метамор-физованных и сложнодислоцированных комплексов, слагающих фундаменты древних щитов, в течение уже многих десятилетий постоянно привлекает пристальное внимание исследователей разных специализаций. Это связано с тем, что расширение и углубление наших знаний о строении и особенностях эволюции древнейших образований дает нам определенный ключ к пониманию общих закономерностей становления континентальной земной коры нашей планеты, создает более реальную основу, необходимую для дальнейших палеогеодинамических и кинематических реконструкций. Несмотря на огромные успехи, достигнутые в изучении геологии и тектоники докембрия, особенно в прошедшее десятилетие, все еще остается целый ряд дискуссионных моментов, касающихся внутренней структурной организации, петрологии, геохронологии, металлогении, последовательности, механизмов, текто-нофизических условий деформаций и первичной природы комплексов, сформировавшихся в этот самый длительный и загадочный период в истории развития Земли. Строение фундаментов древних платформ в настоящее время изучается в нескольких аспектах: раскрытие специфики стиля складчатых и разрывных дислокаций раннедокембрийских толщ, их связей с метаморфизмом и металлогенической специализацией породных ассоциаций, выяснение типов и механизмов структурообразования, их тектонофизических условий, структурно-метаморфических и других эндогенных трансформаций; реконструкция первичной природы вещественных комплексов и геодинамических обстановок докембрия с целью создания наиболее приемлемых и менее противоречивых моделей формирования континентальной земной коры в раннедокембрийской геологической истории Земли.
В этой связи, предпринятый в работе синтез геологических, изотопно-геохроно-логических и структурных данных, полученных диссертантом в процессе многолетнего изучения докембрийских кристаллических комплексов Сибирской платформы и других регионов представляется вполне актуальной задачей, позволяющей получить дополнительные факты для решения дискуссионных вопросов метаморфической геологии и тектоники.
Цель и задачи исследований. Основной целью выполненных исследований было региональное обобщение и систематизация собственных и опубликованных геологических, геохронологических, петрологических, тектонических данных и реконструкция структурной эволюции метаморфических комплексов докембрийского кристаллического фундамента Сибирской, Восточно-Антарктической платформ, южного обрамления Танзанийского кра-тона и других регионов. Для достижения этих целей решался следующий ряд самостоятельных задач:
-
Восстановление последовательности геологических процессов, проявленных в метаморфических комплексах древних щитов, изотопно-геохронологическое датирование наиболее древних (по структурным соотношениям) пород и выделение типовых структурно-вещественных комплексов.
-
Установление последовательности структурообразования, изучение морфологии, кинематики, механизмов формирования и взаимосвязей складчатых и разрывных дислокаций.
-
Реконструкция возможных условий деформаций при структурообразовании, реологических свойств пород и величин тектонических деформаций на основе анализа морфологии естественных тензодатчиков - структур будинажа и мелких складок.
-
Восстановление и анализ полей палеонапряжений на различных этапах структурной эволюции метаморфических комплексов докембрийского фундамента.
Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены собственные материалы автора, полученные в процессе многолетних (1969-2007 гг.) структурно-геологических исследований докембрийских метаморфических комплексов Сибирской платформы (Шарыжалгайский выступ, Анабарский и Алданский щиты), Балтийского и Восточно-Антарктического щитов (в сезонном составе 35 Советской Антарктической Экс-
педиции), южного обрамления Танзанийского кратона (в рамках российско-бельгийского проекта "CASIMTR ", INTAS-134) и других регионов. Кроме собственных наблюдений в работе широко используются результаты государственного средне- и крупномасштабного геологического картирования ПГО "Мингео СССР", тематических экспедиций отраслевых и академических НИИ, а также литературные данные из многочисленных отечественных и зарубежных источников. Работа выполнена как традиционными методами структурного анализа метаморфических комплексов, так и с использованием специальных методик для количественной оценки величин тектонических деформаций и реконструкций полей палеона-пряжений, разработанных отечественными и зарубежными геологами.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы определяется следующим:
установлен и датирован наиболее древний комплекс пород фундамента Сибирской платформы;
проведен полный и детальный анализ морфологии, механизмов образования складок и разрывов в пределах перечисленных выше территорий;
на основе кинематического и динамического анализов выявлена общая направленность деформационных процессов в метаморфических комплексах древних щитов на ранних этапах их геологической истории;
определена роль вязкого сдвигового течения горных пород как главного процесса переработки ранее созданных нелинейных структур докембрия;
рассмотрена роль процессов шеаринга в структурных преобразованиях докембрийских метаморфических комплексов и проведена их классификация;
впервые проведена количественная и качественная оценка величин тектонических деформаций, а также реконструкция некоторых реологических свойств горных пород в период деформирования толщ на основе анализа морфологии природных тензодатчиков -структур будинажа и мелких складок.
Защищаемые положения: Многолетние исследования геологии и структурной эволюции докембрийских метаморфических комплексов древних щитов позволили сделать ряд выводов, главные из которых и составляют защищаемые положения:
-
В метаморфических структурно-вещественных комплексах раннего докембрия древних щитов фундамента Сибирской платформы, Восточно-Антарктической платформы наиболее ранние деформации наблюдаются в двупироксен-роговообманковых плагиокристаллических сланцах, которые относятся к древнейшим формациям Земли и реликтам ранней, базитовой протокоры, переработанной последующими эндогенными процессами.
-
В структурной эволюции метаморфических комплексов древних щитов выделяется пять главных деформационных циклов, характеризующихся определенным набором малых структурных форм, сформировавшихся в условиях пластического и хрупко-пластического течения горных пород. Характерной чертой в геологической истории этих комплексов является проявление трех деформационных циклов в течение раннего протерозоя.
-
Ведущим процессом переработки ранних нелинейных структур является вязкое, сдвиговое течение горных пород, которое обычно имеет площадное, зональное, линейное или рассеянное распространение. Зоны сдвигового течения развиты во всех докембрийских образованиях, играют большую роль в переработке фундамента, контролируют последующее структурообразование в самих зонах и на смежных территориях в докембрии и фанерозое. Они приводят к развитию характерных структур и ассоциаций минералов, которые отражают Р-Т параметры, тип течения, знак смещения, деформационную историю и, таким образом, относятся к важным источникам геологической информации.
4. Существует тесная взаимосвязь между параметрами мелких складок и
структур будинажа, их генетическими типами, реологическими свойствами пород и
-
Theunissen К., Melnikov A., Sklyarov Е., Mazukabzov A., Mruma A. The Primor-skiy dislocation zone in the basement of the Cenozoic Baikal rift (Russia) //Mus. Roy. Afr. Center. - Tervuren (Bel): Dept. Geol. Min., Rapp. ann. 1991-1992. - 1993. - P. 137-151.
-
Мельников А.И. Структурные парагенезисы метаморфических комплексов Анабарского щита //Структурный анализ кристаллических комплексов (тез. докл. III Всесоюзн. школы). - Иркутск: ИЗК СО РАН, 1992. - С. 105-108.
-
Melnikov A, Mazukabzov A., Sklyarov Е., Vasiliev Е. Baikal rift basement structure and tectonic evolution //Bull. Centres Rech Explor. - Boussens, France: Prod Elf Aquitane, 1994. - V. 18, № 1. - P. 99-122.
-
Delvaux D., Moeys R., Stapel G., Melnikov A., Ermikov V. Paleostress reconstruction and geodynamics of the Baikal region, Central Asia, Part 1. Paleozoic and Mesozoic pre-rift evolution //Tectonophysics. - 1995. - V. 252. - P. 61-101.
-
Скляров E.B., Мельников АЛ, Тениссен К. и др. Высокобарический метаморфизм пояса Убенде (Танзания) //Земная кора -1996 (материалы научной сессии). - Иркутск: ИЗК СО РАН, 1996. -С. 59-61.
-
Sklyarov E.V., Melnikov AI, Theunissen К, Klerkx I, Mruma A. Lower Proterozoic high-pressure metamorphism of the Ubende belt //Abstracts of the 30th Intern Geol. Congr. - Beijing, 4-14 August 1996.-V. 1.-P. 254.
-
Васильєв Е.П., Резницкий Л.З., Мельников А.И., Бараш И.Г. Тектонофизиче-ские исследования метаморфизма - синтез петрологии и структурной геологии //Науки о Земле на пороге XXI века: новые идеи, подходы, решения. М., Издательство «Научный мир», 1997.-С. 36.
-
Theunissen К, Klerkx I, Melnikov A, Mruma A. Mechanisms of rift faulting in the western branch of the East African Rift, Tanzania //Tectonics. -1996. - V. 15, №. 4. - P. 776-790.
-
Sklyarov E.V., Theunissen K., Melnikov A, Klerkx I, Gladkotchub DP., Mruma A. Paleopro-terozoic eclogites and garnet pyroxenites of the Ubende belt (Tanzania) //Schweiz. Mineral., Petrog. Mitt -1998. -V. 78.-P. 257-271.
-
Boven A., Theunissen K., Sklyarov E., Klerkx J., Melnikov A. et al. Timing of Exhumation of High- Pressure Mafic Granulite Terranes of the Paleoproterozoic Ubende Belt (West Tanzania)//PrecambrianResearch. - 1999. - V. 93, Issue 1. -P. 119-137.
-
Егоров КН., Меньшагин Ю.В. Мельников А.И. Специфика процессов серпен-тинизациии раннедокембрийских железистых ультрабазитов гранулит-гнейсовых областей юга Сибирской платформы //Записки ВМО. - 2000. - Ч. CXXIX, № 6. - С. 21-27.
-
Кирнозова ТИ, Левицкий ВИ, Мельников АН, Резницкий ЛЗ., Козаков ИК, Макаров В А., Бибикова Е.В. U-Pb возраст гранитоидов саянского комплекса Бирюсинской глыбы //Изотопное датирование геологических процессов: новые методы и результаты. -М.: ГЕОС, 2000. - С. 178-180.
-
Травин А.В., Бовен А., Плотников А.В., Владимиров В.Г., Тениссен К., Мельников А.И. и др. 40Аг/39Аг датирование пластических деформаций в Иртышской сдвиговой зоне (Восточный Казахстан)//Геохимия. -2001. - № 12. - С. 1347-1351.
-
Левицкий В.И, Мельников АН, Сандимирова Г.П Корреляция эндогенных процессов в докембрийских комплексах Юго-Восточного Присаянья //Геодинамические режимы формирования Центрально-азиатского складчатого пояса. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - С. 177-213.
-
Левицкий ВИ., Мельников А.И., Резницкий Л.З., Бибикова Е.В. и др. Посткинематические раннепротерозойские гранитоиды юго-западной части Сибирской платформы //Геология и геофизика. - 2002. - Т. 43, № 8. - С. 717-732.
-
Левицкий ВИ., Мельников А.И., Резницкий Л.З. и др. Присаянский краевой выступ фундамента Сибирской платформы (новые изотопно-геохронологические и петроло-го-геохимические данные) //Геодинамическая эволюция литосферы Центр.-Азиатского подвижного пояса: от океана к континенту. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2003.-С.147-150.
8. Имаев B.C., Трофименко СВ., Гриб Н.Н., Имаева Л.П., Козьмин Б.М., Мельников А.И., Никитин В.М., Статива А.С. Разломная тектоника и геодинамика в моделях очаговых зон сильных землетрясений Южной Якутии. - Томск: Изд-во Томского политех, института, 2007. - 273 с.
Статьи в журналах и сборниках
-
Грабкин О.В., Мельников А.И. Разрывные нарушения юго-восточной части Шарыжалгайского блока и их взаимоотношения со складчатой структурой //Механизмы формирования тектонических структур Восточной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1977. -С. 72-76.
-
Грабкин О.В., Мельников А.И, Наумов ВА. Структурная позиция и некоторые особенности строения и развития Шарыжалгайского блока (Юго-Восточное Присаянье) //Проблемы тектоники земной коры. - Иркутск: Изд-во ИГУ, 1976. - Вып.2. - С. 125-136.
-
Брандт СБ., Грабкин О.В., Лепин B.C., Мельников А.И и др. К геохронологии западной части Алданского шита//Советская геология. - 1981 -№ 3. - С. 58-67.
-
Мельников АИ О связи деформаций с гранитообразованием в докембрии Удоканского хребта //Корреляция эндогенных процессов Сибирской платформы и ее обрамления - Новосибирск: Наука, 1982.-С. 27-31.
-
Мельников АИ Некоторые закономерности соотношений параметров структур будинажа //Эксперимент и моделирование в геологических исследованиях. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1984. -С. 132-140.
-
Лобачевский И.В., Мельников АИ. Структура фундамента Ангаро-Окинского Присаянья по геолого-геофизическим данным //Советская геология. - 1985 - № 5. - С. 36-45.
-
Pepin V.S., Melnikov A.I., Petrov A.F., Brandt S.B. Geochronological studies on the Anabar Shield //Sovet-Japanese symposium on isotope Geology. - Moscow: IG, 1987. - P. 45-50.
-
Pepin V.S., Melnikov A.L, Solodyankina V.N., Kolosnicyna T.I. Brandt S.B., Oxs-man V.S., Petrov A.F. On most ancient geologic events on the Anabar Shield II In: Fourth Working Meeting "Isotopes in Nature". Proceedings. Part II. -Peipzig: DDR, 1987. -P. 26-38.
-
Мельников А.И, Лепин B.C., Солодянкина B.H., Колосницина Т.И., Брандт СБ., Оксман B.C., Петров А.Ф. Ранние этапы эволюции земной коры Анабарского шита //Доклады АН СССР. - 1988. - Т. 300, № 5. - С. 621-625.
-
Мельников АИ Тектонофизические особенности деформаций в различных условиях метаморфизма //Метаморфические образования докембрия Восточной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1988.-С. 80-90.
-
Мельников АИ Зоны пластических сдвигов в докембрии Анабарского щита //Тектоника и минеральные ресурсы докембрия Сибири и Дальнего Востока (тез. докл.). - Иркутск: ИЖ СО АН СССР, 1988.-С. 74-76.
-
Мельников АИ Основные этапы структурной эволюции шарыжалгайского комплекса в раннем докембрии //Структурные исследования в областях раннего докембрия. - Ленинград: Наука, 1989.-С. 244-253.
-
Васильев Е.П., Мельников А.И, Николаев В.Г. Строение и развитие Байкальской зоны //Geologica Balcanica. - Sofia. - 1989. - V. 9.5. - С. 15-24.
-
Мельников А.И, Лепин B.C., Брандт СБ., Петров А.Ф. Рубидий-стронциевый изохронный возраст докембрийских образований Анабарского щита //Геология и геохронология докембрия Сибирской платформы и ее обрамления. - Л.: Наука, 1990. - С. 146-153.
15. Мельников А.И. Строение и эволюция докембрийских линеаментных зон
Анабарского щита //Структура линеаментных зон стресс-метаморфизма. - Новосибирск:
Наука, 1990.-С. 107-121.
16. Melnikov A.I., Pepin, V.S., Solodyankina, V.N., Brandt, S.B. Rb-Sr isochron age of
Quartzite-gneisses from the supracomplex of the Anabar Shield //Fifth Working Meeting "Isotope
in Nature" Proceedings. - Peipzig. - 1990. - Part 1. - P. 27-33.
интенсивностью тектонических деформаций, что позволяет их использовать для реконструкции тектонофизических условий в период деформирования толщ. В условиях пластического течения ведущую роль при деформациях играют реологические свойства во многом определяемые литологией горных пород и Р-Т параметрами метаморфизма.
Практическая значимость и реализация результатов. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке легенд для геологических карт масштаба 1: 200 000 и 1:50000 областей, сложенных докембрийскими метаморфическими комплексами, а также в качестве структурной основы при поисках месторождений полезных ископаемых в этих регионах. Качественные и количественные характеристики величин тектонических деформаций и реологических свойств пород могут быть использованы для тек-тонофизического моделирования тектонических процессов, при геодинамических и палин-спастических реконструкциях, составленные автором структурно-геологические карты Шарыжалгайского выступа, Анабарского шита и платформы Эле (В.Антарктида) использованы для разработки темы "Минерагения докембрия" ВНИИ! ЕОЛНЕРУД Мингео СССР, г. Казань, для интерпретации геофизических материалов геофизическими экспедициями № 2 и № 3 ПО "Иргутскгеофизика" Мингео РСФСР и ПГО "Красноярскгеология", при проведении крупномасштабной геологической съемки, геолого-съемочной экспедицией ПГО "Иркутск-геология" и антарктической партией Полярной морской геологоразведочной экспедиции ПГО "Севморгео" Мингео СССР. Структурно-геологические материалы автора по западной части Алданского шита использованы при проектировании Чаро-Тындинского отрезка Байкало-Амурской железнодорожной магистрали Дирекцией строительства БАМ. Карты по геологическому и тектоническому строению юга Восточной Сибири включены в новое издание "атласа Байкала", атласа Забайкалья и атласа «озеро Байкал».
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано лично и в соавторстве более 140 работ, включая 8 коллективных монографий. Основные результаты исследований обсуждались на более чем тридцати международных, всесоюзных и региональных симпозиумах, совещаниях и конференциях. На Международных симпозиумах: "Геология гранулитов" (Иркутск, 1981), полевых экскурсиях 27 Международного Геологического Конгресса (Иркутск, 1984), Советско-японском симпозиуме по изотопной геологии (Иркутск, 1987), "Геохимия протерозоя" (Лунд, Швеция, 1987), Эволюция метаморфических поясов" (Дублин, Ирландия, 1987), "Докембрийские гранитоиды" (Хельсинки, Финляндия, 1989), VII Конгрессе Европейского Союза Геологов (Страсбург, Франция), XXX - МГК (Китай, Пекин), Международных рабочих совещаниях "Изотопы в природе" (Лейпциг, ГДР, 1979, 1986, 1989 и Фрайберг, 1985), Международной полевой конференции на Анабарском щите (1990) и других; на Всесоюзных совещаниях "Современные тектонические концепции и региональная тектоника Востока СССР" (Якутск, 1980), "Региональный метаморфизм и метаморфогенное рудообразование" (Винница, 1982), "Докембрийские троговые структуры Байкало-Амурского региона и их металлогения" (Новосибирск, 1983), "Гранитогнейсовые купола" (Иркутск, 1983), "Эксперимент и моделирование в геологических процессах" (Новосибирск, 1984), "VII Всесоюзное петрографическое совещание" (Новосибирск, 1986), "Геология и геохронология докембрия Сибирской платформы и ее обрамления" (Иркутск, 1987), "Сдвиговые тектонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых" (Ленинград, 1988), "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" (Иркутск, 1989), "Общие вопросы расчленения докембрия СССР" (Уфа, 1990), "Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере" (Иркутск, 1990), I, III и IV Всесоюзных школах "Структурный анализ кристаллических комплексов», Москва, 1988; Киев, 1990 и Иркутск, 1992), "Изотопное датирование геологических процессов: новые методы и результаты" (Москва, 2000), "II Российской конференции по изотопной геохронологии" (Санкт-Петербург, 2003) и других.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и списка использованной литературы (388 наименований). Для удобства обоснования зашищае-
мых положения главы объединены в три части. Общий объем работы составляет 391 страница, в том числе 178 рисунков и 13 таблиц.
Работа начата в лаборатории палеогео динамики и закончена в лаборатории геологии и магматизма древних платформ Института земной коры СО РАН. Пользуясь случаем, выражаю глубокую благодарность Ф.А. Летникову, НА. Логачеву, О.В. Травкину, В.Г. Бе-личенко, СБ. Брандту, АА. Бухарову, М.И. Грудинину, Е.П. Васильеву, B.C. Имаеву, К.Г. Леви, В.И. Левицкому, B.C. Лепину, A.M. Мазукабзову, Ю.В. Менынагину, З.И. Петровой, Л.З. Резницкому, Е.В. Склярову, А.В. Синцову, А.А. Шафееву, П.И. Шамесу и другим коллегам, чьими постоянными советами и консультациями автор пользовался на протяжении многих лет. Очень ценным и плодотворным было обсуждение различных аспектов рассматриваемой проблемы с В.В. Балаганским, Е.В. Бибиковой, СВ. Богдановой, Ч.Б. Борукаевым, А.Г. Владимировым, О.Б. Гинтовым, Д.З. Журавлевым, А.Н. Казаковым, И.К. Козаковым, Е.Н. Каменевым, Н.Н. Красниковым, В.И. Кицулом, А.Б. Котовым, В.П. Ковачем, Л.Н. Кук-леем, Б.Г. Лутцем, М.С Марковым, Ю.В. Миллером, Е.П. Миронюком, Ф.П. Митрофановым, А.Д. Ножкиным, Е.В. Павловским, Е.П. Паталахой, Л.Л. Перчуком, А.Ф. Петровым, Ю.Д. Пушкаревым, О.М. Розеном, ВА. Рудником, Е.Б. Сальниковой, А.С. Флаасом, Б.М. Чиковым, В.М. Шемякиным, С. Мурбатом (Англия), Д. Гровсом (Австралия), Э. Грю (США), К. Конди (США), Дж. Бартоном (ЮАР), Д. Бриджуотером (Дания), Б. Уиндли (Англия), А. Нопгутом и Д. Боусом (Англия), И. Вендтом (ФРГ), И. Фиалой (Чехия), Я. Клер-ксом, К. Тениссеном (Бельгия) и многими другими. Всем этим лицам и не названным здесь коллегам из институтов РАН и производственных геологических организаций, оказывавшим помощь в полевых исследованиях и принимавших активное участие в обсуждении материалов, автор также искренне признателен.
