Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с накоплением новых данных о строении планеты Земля в целом резко повысился интерес к древним щитам, единственным доступным наблюдению участкам, где можно получить конкретный фактический материал по геологическим образованиям и процессам в ранние и наиболее продолжительные этапы развития земной.хоры, по их эволюции и
цикличности, о рудогенных процессах, приведших к образованию крупнейших месторождений полезных ископаемых, о глобальных катастрофах в древние геологические эпохи и т.д.
Карельский регион охватывает восточную часть Балтийского щита в пределах республики Карелия, Архангельской и Ленинградской областей и является наиболее сложным и представительным по длительности развития и разнообразию геологических процессов. Его разрез принят в основу стратиграфической шкалы раннего докембрия северной части Евразии. Расшифровка тектоники и эволюции докембрийских образований региона позволяет получить объективные сведения о геологических процессах в раннем докембрии в разных геодинамических обстановках, о закономерностях образования и распространения разновозрастных складчатых и разрывных структур, осадочно-вулканогенных и интрузивных комплексов и имеет большое прикладное значение при корреляции геологических, петрологических и тектонических событий, а также для поисков различных видов полезных ископаемых.
Целью работы было выявление строения и истории струк
турной эволюции Карельского региона в целом и составляющих
его частей, проведение тектонического районирования террито
рии, установление главных эпох и этапов развития земной коры
региона. ~
В задачу исследований входило: всестороннее изучение разновозрастных складчатых и разрывных структур, соскладча-тых линейных и плоскостных элементов, закономерностей их" ориентировки, формирования и деформации при наложенной складчатости; установление четких возрастных соотношений тектонических процессов с осадконакоплением, вулканизмом, интрузивной деятельностью, явлениями регионального метаморфизма; преобразований и деформаций, закономерностей латерального распространения и интенсивности проявления отдельных фаз и этапов складчатости; изучение соскладчатых и постскладчатых разрывных нарушений, характера границ выделенных структурных областей и зон.
Фактический материал положенный в основу настоящей работы собран автором при выполнении плановых тематических иссле-
дований лаборатории тектоники и петрологии Карельского Щ РАН в І964-І99І г.г. На' основании детального изучения тектоники и структурной эволюции разновозрастных геологических образований центральной части Западного Беломорья, Северной Карелии, ряда относительно небольших участков в Центральной Карелии, на Ветреном Поясе, в Южной Карелии и Приладожье с использованием многочисленных публикаций и фондовых картографических материалов были составлены обобщамдие тектонические карты Карельского региона (1985 г., масштаб 1:1500 000), юго-восточной окраины Балтийского щита (1984 г., 1:500 000) и Северной-Карелии (1991 г., 1:500 000) и установлена общая последовательность событий в каждой из крупных частей региона. При этом были детально закартированы десятки крупных складчатых структур, длиной до 15-25 км, использованы около 3000 прозрачных шлифов, большинство из которых ориентированные, до 300 оригинальных анализов пород и минералов, данные расшифровки аэро-и космофото^снимков, все доступные геофизические материалы. Анализировалось, поведение многочисленных плоскостных и линейных элементов.
Методы исследований. Наиболее эффективным методом изучения в условиях сложной складчатости, неоднократного регионального метаморфизма и_при наличии разновозрастных магматических пород оказался метод крупномасштабного структурного картирования с непрерывным прослеживанием геологических границ и маркирующих горизонтов, с одновременной фиксацией ориентировки всех выявленных плоскостных и линейных,элементов, изучением непосредственных соотношений складчатых структур разных генераций между собой, с интрузивными образованиями и метаморфическими преобразованиями. Обработка структурных данных проводилась с применением специальных методов геометрического анализа, при помощи которых выявлялись закономерности ориентировки и деформаций структурных элементов, положение кинематических осей складчатости.
Тектоническое районирование территории проводилось на. основании площадного распространения разновозрастных геологических образований с учетом данных о складчатых структурах и деформациях,региональном метаморфизме и интрузивных образованиях и т.д. Соскладчатые минеральные ассоциации преиму-
4 щественно изучались в ориентированных шлифах. Основные защищаемые положения:
-
Докембрий региона имеет многоэтапное строение. Установлено 4 структурных этажа (сверху вниз): верхнепротерозойский рифейский, нижнепротерозойский карельский, верхнеархейский лопийский и нижнеархейский саамский. Формирование каждого этажа происходило во временном интервале продолжительностью 500-700 млн.лет, соответствующем тектонической эпохе. В начале каждой эпохи шло отложение мощных осадочно-вулканоген-ных толщ, которые затем по мере погружения были подвергнуты интенсивной структурно-метаморфической переработке и прорывались интрузивными образованиями по составу от ультраосновных до кислых. Эпохи заканчивались общим воздыманием земной коры региона. В межтектонические интервалы денудацией были уничтожены значительные части только-чго сформированных этажей.
-
Общая продолжительность активной геологической и структурной эволюции в раннем докембрии региона составила не
.менее 2 млрд.лет. В конце нижнего протерозоя произошла существенная консолидация земной коры, резко снизились интенсивность и амплитуда движений. В верхнем протерозое тектоно-магма-тическая активность локализовалась в крупных авлакогенах.
3. В регионе выделяются три структурные (тектонические)
области, заметно различающиеся по тектоническим режимам, сос
таву супракрустальных толщ и магматических пород, интенсивно
сти складчатости и метаморфизма. В саамскую эпоху на самом
северо-востоке от остальной территории обособилась Беломорс
кая структурная область. В лопийскую эпоху основные структур
но-тектонические и метаморфические события происходили юго-
западнее в Карельской структурной области, где в это время
формировался архейский гранит-зеленокаменный фундамент. В
карельскую эпоху наиболее интенсивные структурно-тектоничес
кие процессы и интрузивная деятельность характеризовали са
мую юго-западную - Свекофеннсную структурную область. В гпо-
хи формирования каждой из структурных областей эндогенные про
цессы в других#областях проявлялись в режиме тектоно-магмати-
' ческой и метаморфической активизации и омоложения. Во всей истории развития нет данных о существовании между структурными областями региона земной корн океанического типа.
-
Наиболее устойчивые участки земной коры региона расположены в пределах Карельской структурной области, представляют собой изометрические в плане гнейсодиоритовые и гнейсо-гранитше поднятия (овалы) и образовались еще в нижнем архее. В дальнейшем в течение всей геологической истории они слабо подвергались структурно-метаморфической переработке.
-
Отмечается общая тенденция к. увеличению.разнообразия одновременно существующих тектонических режимов от архея до нижнего протерозоя, когда проявились наиболее заметные различия в режимах разных структурных областей.
-
Разломообразование происходило на всех этапах тектонического развития региона. В дальнейшем древние коровые нарушения были полностью залечены и фиксируются узкими линейно вытянутыми зонами гранитизации и мигматизации, глубинные разломы - зонами интрузивных тел ультраосновного и основного состава, а долгоживущие разломы - зонами разновозрастных интрузивных пород, метаморфических и метасоматических изменений, дробления и повышенной трещиноватости.
-
Образование сети постскладчатых сбросо-сдвигов началось в конце карельской тектонической эпохи (свекофеннский этап) и завершилось в основном в рифее. Начиная с венда регион, перешел в платформенную (кратокнута) стадию развития.
-
Детальное структурное картирование с непрерывным прослеживанием маркирующих горизонтов и геологических границ является.наиболее надежным методом выявления внутреннего строения и структурной эволюции сложноскладчатых метаморфических толщ.
Научная новизна. Впервые на обширной территории развития докембрийских комплексов проведено тектоническое районирование по площадному распространению геологических образований разновозрастных структурных этажей, различных тектонических режимов с учетом закономерностей структурно-метаморфической переработки, ареалов распространения и интенсивности проявления разновозрастных деформаций. Установлена последовательность главных этапов тектонических деформаций и их последовательность в структурно-возрастной шкале региона. Получены данные об ориентировке крупных складок всех генераций, об ориентировке кинематических осей складчатости. Наряду со
складками с субгоризонтальными осями складчатости выявлено широкое развитие структур, которые образовались при субвертикальной оси складчатости, большинство из них конической формы. Установлена густая региональная сеть крупных постскладчатых разломов. Изучены внутреннее строение и закономерности заполнения ряда зон глубинных разломов. Оконтурены относительно устойчивые и мало подверженные эндогенной переработке участки докембрийской земной коры континентального типа. Проведена корреляция различных эндогенных процессов по всей изученной территории.
Практическое значение. Результаты изучения закономерностей строения и эволюции региона, тектонического районирования могут быть использованы.при уточнении стратиграфической шкалы, проведении картировочных и поисковых работ на различные виды полезных ископаемых. Примененная методика детального структурного картирования может быть рекомендована для широкого внедрения в практику при изучении сложноскладчатых метаморфических толщ и выявлении строения рудных полей. Проведенные работы способствовали выявлению новых промышленных, в том числе слепых слюдоносных .жил.
Выявленная последовательность разновозрастных необратимых тектонических деформаций служит надежной канвой для структурно-возрастной пкалн региона', К'которой могут быть привязаны все остальные разнообразные геологические новообразования и эндогенные процессы, в. том числе рудогенные. Данные о площадном распространений и интенсивности проявления деформаций каадой генерации необходимы для определения степени структурно-метаморфической переработки и сохранности первичных особенностей пород, в частности первично рудоносных, с целью выделения перспективных зон и площадей.
Выводы о закономерностях образования, распределения и густоты постскладчатых разломов позволяют прогнозировать качество облицовочного и строительного камня, определить при-разломные трещиноватые зоны для добычи высокопрочного щебня с минимальными затратами, предсказать зоны'возможных в будущем сильных и разрушительных землетрясений. На основании проведенных работ было передислоцировано строительство крупного объекта гидроэнергетики - ПаанаярвскоЙ ГАЭС в экономически и
экологически более благоприятное место. В районе оз.Паанаяр-ви в северо-западной части региона обоснован природный национальный парк с уникальными геологическими памятниками.
Публикации и апробация работ. Основные выводы по теме диссертации изложены в 2 личных монографиях, в препринте научного доклада, в 5 коллективных монографиях, 39 статьях и тезисах докладов, в 6 научных отчетах.
Результаты исследований были доложены на всесоюзных совещаниях: "Механика литосферы" (Ленинград - 1974 г.), УІ петрографическое совещание (Ленинград - 1981 г.), "Интенсификация регионального геологического изучения территории СССР.." (Свердловск - 1987 г.), ІУ региональное петрографическое совещание по Европейской части СССР (Петрозаводск - 1987 г.), "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" (Иркутск -
-
г.),"Общие вопросы расчленения докембрия СССР" (Уфа -
-
г.), "Эволюция докембрийской литосферы" (Ленинград -
-
г.); на Всесоюзном семинаре "Принципы и методы структурной эволюции метаморфических комплексов" (Ленинград - 1976 г.), на Всесоюзных структурных школах (г.Черноголовка - 1986 г.), г.Тбилиси - 1988 г., г.Киев -- 1990 г.).
Объем работы. Диссертация'состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 294 стр. машинописного текста, 128 рисунков, 2 графических прилояения, 2 таблицы, з63 наименований литературы.
Благодарности. Исследования по труднодоступной территории Северной Карелии проводились в рамках комплексных тем лаборатории'совместно' с О.И.Володичевым, В.С.Степановым, В.В. Щипцовым, Н.И.Щипцовой, под общим руководством М.М.Стенаря. Много полезного дали совместные маршруты и обсуждение результатов с А.П.Световым, В.И.Коросовым, В.В.Куликовой, В.С.Куликовым, В.И.Робоненым, А.А.Захаровым, С.И.Турченко, Ю.В.Миллером, 'В.В.Эзом, С.Ф.Клюниным, Е.Ф.Белоусовым, В.Н.Кожевниковым и др., с геологами Центра геологических исследований Финляндии К.Мерилайненом, А.Сильвеннойненом, П.Растасом, М.Лехтоне-ным, Э.Луукасом и др., С.Т.Алапиэти из университета Оулу (Финляндия) и др.'Технические работы по оформлению рукописи выполнены 0.Б.Малодушной, Н.Е.Мурзаевой, 0.Л.Кожевниковой и 0.0. Ссколан. Всем упомянутым лицам автор выражает свою глубокую
8 благодарность.
Используются общепринятые в структурном анализе обозначения: F - складки, складчатость, «S - плоскостные элементы, L - линейные элементы, В - шарнир складки, в - ось складки, В- ось складчатости, ОП - осевая плоскость (поверхность). Индексом вверху указывается принадлежность к определенному этажу (тектонической эпохе), а внизу - к определенной фазе, генерации.ч>0 обозначает слоистость.