Введение к работе
Актуальность исследований. Проблема формирования континентальной земной коры в докембрии является одной из ведущих в современной геологии. Поэтому реконструкция условий осадконакопления древних комплексов Шпицбергена и их последующего метаморфизма, характеристика древнего магматизма, эволюция эндогенных процессов и определение их временной приуроченности являются важнейшей задачей петрологического изучения складчатого основания архипелага. Актуальность такого рода исследований тем более несомненна в свете вопроса о существовании в Арктике докембрийского континента Арктида [Хаин, Филатова, 2009 и др.], континентальной окраиной которого может являться микрократон Шпицбергенского складчатого основания. В общей картине эволюционного развития этого палеоконтинента имеется ещё много спорных построений (например, время и условия формирования палеократонов и т.д.). Шпицберген, несмотря на появление противоречивых моделей развития его древних структур [Красильщиков, 1973; Бархатов, 1970; Леонов, 1976; Турченко, 1987; Gee, Page, 1994; Кузнецов, 2009, и др.], является одним из ключевых районов для докембрия Западной Арктики. Его изучение даёт понимание P-PZ2 истории всего региона, создаёт основу для региональной корреляции разновозрастных комплексов и палеотектонических построений как в пределах Баренцевоморского, так и в масштабах Западно-Арктического регионов.
Цель исследований. Основная цель исследований состоит в установлении главных этапов, петролого-петрохимических особенностей и геодинамических обстановок формирования структурно-вещественных комплексов (СВК) складчатого основания Шпицбергена для разработки геодинамической модели становления докембрийского - среднепалеозойского основания западной части Баренцевоморской плиты. При этом решались следующие задачи:
-
Сбор, анализ и систематизация данных по геологии и петрологии СВК складчатого основания Шпицбергена во всех литолого-тектонических блоках для обеспечения последующих петрологических, геохронологических и геодинамических построений.
-
Формационная типизация магматических комплексов и определение связи магматизма, метаморфизма и тектоники на отдельных этапах становления складчатого основания архипелага.
3. Классификация метаморфических пород, реконструкция на
петрохимической основе их первичной природы и условий
осадконакопления осадочно-вулканогенных и осадочных комплексов.
-
Комплексное исследование метаморфитов, слагающих их минералов и газово-жидких включений в метаморфогенных минералах для выявления последовательности смены минеральных парагенезисов и наличия метаморфической зональности. Определение на этой основе термодинамических параметров отдельных этапов регионального метаморфизма.
-
Восстановление последовательности развития процессов регионального метаморфизма и смены геодинамических обстановок в докембрийской - среднепалеозойской истории архипелага, а также пространственно-временная корреляция этих событий.
-
Выявление связи эндогенного рудообразования с тектоно-метаморфическими процессами и установление металлогенической специализации и потенциальной рудоносности разновозрастных СВК.
Фактические материалы и личный вклад автора. Основу работы составляют результаты многолетних геолого-съёмочных и специализированных исследований, выполненных на архипелаге Шпицберген ФГУНПП «Полярная морская геологоразведочная экспедиция», в Шпицбергенской партии которой автор работает с 1983 года. Использовались многочисленные литературные источники по решению геологических проблем Шпицбергена и Западного сектора Арктики, обобщён и систематизирован обширный материал по проблемам метаморфизма, магматизма и металлогении Шпицбергена.
В основу аналитических данных по изучению метаморфических и магматических комплексов архипелага Шпицберген положен фактический материал, собранный автором за время работы геологом Шпицбергенской партии ФГУНПП ПМГРЭ, а также материалы старшего геолога Сергея Александровича Абакумова (1934-1996), под руководством которого автор начинал свою профессиональную деятельность. В процессе работы с полученными материалами в лабораториях ВНИИОкеангеология, ВСЕГЕИ, ПМГРЭ и ПГО «Невскгеология» проанализировано на полный силикатный анализ более 500 проб метаморфитов и магматитов, более 200 анализов на РЗЭ и элементы-примеси, более 3000 спектральных полуколичественных анализов по породам и рудам; описано более 2500 шлифов и аншлифов, более 250 минералогических проб. Микрозондовый анализ минералов проводился в лабораториях ПГО «Невскгеология», «Механобр», Университета г. Упсала (Швеция) и ВСЕГЕИ. Было выполнено около 1500 анализов по отдельным минеральным зёрнам и более 50 детальных микрозондовых профилей через зёрна граната, амфибола, эпидота, слюд и полевых шпатов. Изучение газово-жидких включений
(ГЖВ) проводилось во ВСЕГЕИ (к.г.-м.н. Е.В. Толмачёва) в кварце и цирконе из метаморфитов; всего изучено 35 проб. В изотопных центрах ВСЕГЕИ, Музея Естественной Истории (Стокгольм, Швеция), ГИ КНЦ РАН (Апатиты) и ИГМ СО РАН (Новосибирск) получены результаты по U-Pb, Pb-Pb, Rb-Sr, Ar-Ar, Sm-Nd датированию пород.
Личный вклад автора в решение поставленной проблемы заключался в непосредственном участии в полевых исследованиях в различных районах Шпицбергена, в обработке и анализе полученных результатов, в обобщении фондовых и литературных источников, в составлении ряда производственных отчётов в качестве ответственного исполнителя. На архипелаге Шпицберген автор описал и изучил несколько крупных рудопроявлений меди, серебра, золота, молибдена, флюорита, горного хрусталя; им впервые обнаружены и описаны дайки и трубки, выделенные в качестве позднепалеозойской щёлочно-ультраосновной формации. Автор является соавтором нескольких разномасштабных геологических карт Шпицбергена, часть из которых издана либо в России, либо за рубежом. Значительная часть авторских материалов, результатов химических и микрозондовых анализов уже опубликована, в связи с чем в диссертации первичные данные приводятся в ограниченном объёме.
Научная новизна. 1. Обоснована авторская схема последовательности главных тектоно-метаморфических событий в регионе, разработана модель эволюции полиметаморфических преобразований осадочно-вулканогенных и осадочных комплексов и дана периодизация метаморфической истории Р - PZ2 Шпицбергена.
2. Изучены термодинамические условия различных этапов
регионального метаморфизма во всех литотектонических блоках
архипелага и на основе единого методического подхода сопоставлены
термодинамические режимы метаморфизма в докембрии - среднем
палеозое в масштабах всего региона.
3. Доработана схема типизации древнего магматизма
архипелага [Абакумов и др., 1984], что позволяет определить связь
магматизма, метаморфизма и тектоники для разновозрастных
структурно-формационных зон с различным геодинамическим
режимом и даёт новый материал для минерагенического прогноза.
4. Проведено изотопное датирование пород целого ряда
метаморфических и магматических комплексов в разных частях
архипелага: Ню Фрисланд (НФ), северо-западный (СЗШ), западный и
юго-западный (ЮЗШ) Шпицберген, Северо-Восточная Земля (СВЗ).
При участии автора впервые выделены цирконы AR.2 возраста в
породах серии Атомфьелла [Balashov et al., 1993], R2 возраста в метаморфических породах серии Вереншельдбреен на ЮЗШ [Balashov et al., 1995] и дайках метапорфиритов, прорывающих метаморфиты комплекса Дувефьорд на СВЗ [Сироткин, Евдокимов, 2011], R3-V в ультрабазитах полуострова Бискайер на СЗШ [Сироткин и др., 2012ф]; впервые комплексом методов датированы дайки D3-C1 щёлочно-ультраосновных пород [Евдокимов и др., 2006; Сироткин и др., 2012].
5. Показано, что до кембрийские этапы - карельский и
гренвильский - являются корообразующими и ответственны за
формирование кристаллического фундамента PRi - R2 возраста, а более
поздние этапы (в т.ч. каледонский) являлись наложенными,
осложняющими структуру эпигренвильской платформы.
6. Среднепалеозойская история Шпицбергена трактуется как
время регенерации рифтогенных процессов на древней платформе, а
собственно каледонский метаморфизм проявлен лишь локально.
Практическая значимость работы определяется
возможностью применения её результатов в нескольких направлениях.
Результаты исследований могут быть использованы при мелко-и среднемасштабном картировании в пределах архипелага и окружающего его шельфа, а также при создании схем тектонического развития основания Баренцевоморской плиты и Евразийского бассейна в целом. В частности, ФГУНПП «ПМГРЭ» была издана геологическая карта Шпицбергена и окружающего его шельфа масштаба 1:1 000 000 [Krasilshikov et al., 2008], где использованы некоторые результаты данных исследований. В период 2002-2010 гг. в Шпицбергенской партии создана серия карт масштабов 1:200 000 и 1:100 000 на районы архипелага, при подготовке которых учтены данные разработки.
Предлагаемая схема эволюции метаморфизма складчатого
основания архипелага Шпицберген способствует объективной оценке
минерагенической специализации древних СВК, а также может быть
применена для разработки критериев прогнозирования и оценки
возможных типов оруденения, связанного с Р - PZ2 породами.
Собранный материал позволяет коррелировать процессы
рудообразования с разновозрастными метаморфическими,
постметаморфическими и магматическими процессами и повышать в итоге качество металлогенического прогноза [Твёрдые полезные ископаемые..., 2010]. Установленная связь процессов метаморфизма и рудогенеза с зонами глубинных разломов позволила выделить в центральной части острова Западный Шпицберген Центрально-Шпицбергенскую полиметаллическую зону [Сироткин, 2006 и др.], а в
её пределах - серию крупных рудопроявлений меди, серебра, барита, флюорита и дайки кимберлитоподобных пород, приуроченных к зонам глубинных разломов. По итогам этих исследований создана карта полезных ископаемых и закономерностей их размещения центральной части острова Западный Шпицберген масштаба 1:200 000 [Сироткин и др., 2007ф].
Новые представления о процессах формирования верхних уровней складчатого основания архипелага могут быть использованы для получения уточнённой оценки перспектив нефтегазоносности этого региона. Отсутствие на Шпицбергене региональных проявлений каледонского метаморфизма делает перспективными в этом отношении отложения нижнего палеозоя, особенно в восточных районах архипелага. В последние годы наши работы показали, что на востоке архипелага кембрийско-ордовикские отложения характеризуются отсутствием признаков метаморфизма и одновременно высокой битуминозностью [Костева, Тебеньков, 2006]. В то же время, к югу и юго-востоку от архипелага, на шельфе Баренцева моря этот уровень разреза стал рассматриваться специалистами как нефтеперспективный. Это относится, в частности, к району Центрально-Баренцевоморского поднятия (к востоку от острова Медвежий).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 41 публикациях, включая одну авторскую монографию, одну коллективную монографию и 11 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Апробация результатов исследований. В разное время они докладывались на всероссийских и международных совещаниях, в т.ч.: на 23 Международной конференции «Зимняя встреча полярных геологов» (Орхус, Дания, 1998), I, IV, V Всероссийских симпозиумах по вулканологии и палеовулканологии (Петрозаводск, 2001; Петропавловск-Камчатский, 2009; Екатеринбург, 2011), III, IV, V и IX Международной конференции «Комплексные исследования природы Шпицбергена» (Мурманск, 2003, 2004, 2005, 2009), Международной конференции «Арктическая геология, углеводородные ресурсы и проблемы развития» (Тромсе, Норвегия, 2004), Международная конференция «Asia current research on fluid inclusion ACROFT 1» (Китай, Наньнин, 2006), XIV международной конференции «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными» (Петрозаводск, 2008), 9-й кимберлитовом конгрессе (Германия, 2008), XLII и XLIII Тектонических совещаниях (Москва, 2009, 2010), XI Всероссийском петрографическом совещании (Екатеринбург, 2010), V Всероссийской
конференции «Современные проблемы магматизма и метаморфизма» (СПб, 2012) и др.
Результаты исследований изложены автором в ряде производственных геологических отчетов, в т.ч.: «Метаморфические и магматические комплексы полуострова Ню Фрисланд и их минерагеническая характеристика» (1989), «Геохронология и петрология складчатого фундамента архипелага Шпицберген» (1993), «Главные этапы тектонического развития фундамента Шпицбергена (по результатам геохронологического доизучения архипелага)» (1998), «Составление и подготовка к изданию геологической и геоморфологической карт масштаба 1:1 000 000 архипелага Шпицберген и прилегающего шельфа» (2000), «Геологическое строение и полезные ископаемые центральной части острова Западный Шпицберген» (2007), «Геологическое доизучение северо-восточных районов архипелага Шпицберген» (2010) и др.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из 7 глав, введения и заключения общим объёмом 476 стр., включая список литературы из 372 наименований, 208 рисунков и 43 таблиц.
В главе 1 рассмотрены основные черты геологического строения складчатого основания архипелага Шпицберген и состояние геологической изученности этого объекта. Глава 2 посвящена подробной геологической характеристике СВК складчатого основания и петролого-петрохимической характеристике магматических комплексов Шпицбергена. В главе 3 кратко представлены проблемы изучения и картирования метаморфических комплексов и современные подходы к их решению. Рассмотрена практика применения петрологических, геохронологических, структурно-геологических методик при изучении древних комплексов Шпицбергена. В главе 4 уделено внимание вопросам реконструкции первичного состава метаморфитов Шпицбергена, проведён анализ геодинамических обстановок формирования первичных комплексов складчатого основания архипелага. В качестве эталонных рассмотрены комплексы Ню Фрисланда, а в сравнении с ними - материалы по другим комплексам основания архипелага. Глава 5 - ключевая часть работы, и посвящена петрологической характеристике фаций и типов регионального метаморфизма СВК основания Шпицбергена. В главе 6 предложена авторская схема эволюции эндогенных процессов в блоках основания архипелага и обсуждены геодинамические обстановки их проявления. Глава 7 обобщает материалы по эндогенному рудообразованию в древних СВК и рассматривает связь этого
рудогенеза с тектоно-метаморфическим преобразованием СВК основания архипелага.
Выражение благодарности. Диссертационная работа выполнена в Шпицбергенской партии ФГУНПП «Полярная морская геологоразведочная экспедиция». В работе использованы, наряду с первичными данными автора, также фондовые материалы из отчетов сотрудников Шпицбергенской партии С.А. Абакумова, А.А. Красильщиков a, A.M. Тебенькова, СИ. Турченко. Большую помощь в исследовании ГЖВ, всесторонние консультации и поддержку в работе оказывала к. г.-м. н. Е. В. Толмачева (ИГГД РАН). Все работы по исследованию мезоструктурных парагенезов в породах складчатого основания архипелага проводились при руководстве и непосредственном участии д. г.-м. н. Н.Б. Кузнецова (ГИН РАН).
Автор глубоко признателен А.Н. Евдокимову, Д.В. Никитину, СИ. Турченко, Е.А. Кораго, Н.М. Столбову, И.Ю. Винокурову, A.M. Тебенькову, А.Н. Ларионову, М.Б. Сергееву, Н.Б. Кузнецову, С.Д. Великославинскому, Е.В. Толмачевой, А.А. Лайбе, Н.Л. Алексееву, чьи помощь, критические замечания и советы были очень полезны при работе над диссертацией. Всем перечисленным коллегам автор выражает глубокую и искреннюю благодарность за содействие, поддержку и консультации при подготовке работы.
