ВУЛКАНИЧЕСКИЕ МОРЯ ПЛАНЕТ В ТЫЛУ ДУГОВЫХ ГОР

Дуги и кольца древнейших земных гор. Докембрийские складчатые концентры

 Кольцевые и дуговые структуры земного докембрия давно обращали на себя внимание геологов. Их сравнивали по форме и размерам с круговыми лунными горами и бассейнами, выделяя даже лунную стадию развития Земли. Среди ученых, привлекавших внимание к этим проблемам, следует назвать А. П. Павлова, Е. В. Павловского, М. В. Глуховского, М. С. Маркова, С. В. Богданову. Выделение кольцевых зон в докембрии обычно проводят по существующим геометрическим формам сохранившйхся, сильно размытых складчатых структур. Для молодых складчатых зон Земли и для структур Луны мы показали постоянное парное сочетание дуговых гор и тыльных базальтовых плащей, состоящих из финальных лав в каждом цикле горообразования. При анализе материала докембрия эта закономерность позволяет легко выявлять древние концентрические структуры.

Докембрийские складчатые концентры привлекают особое внимание для сравнительной планетологии в связи с тем, что их возраст стоит ближе ко времени образования концентрических бассейнов Луны. Так, например, К. Шульц и П. Вейблен обратили внима- вае на то, что самая древняя часть Северо-Американской платформы (провинция Супериор) напоминает по форме лунное округлое иоре, созданное примерно 3,8 млрд. лет назад и заполненное базальтами, которые позже вместе с накопившимися на них осадками подверглись складчатости на рубеже 2,7—2,4 млрд. лет. Они предполагают метеоритное происхождение этого древнего земного базальтового «моря». Однако геологи до. сих пор считают, что все докембрийские структуры Земли образовались в результате эндогенных процессов.

Помимо центральной провинции Супериор, в которой складки имеют дуговое расположение, на Северо-Американской платформе есть еще два участка с возрастом складчатости 2,4 млрд. лет. Это концентр Вайоминг на западе и провинции Слейв на северо-западе ( 23).

Древние толщи Вайоминга изучил геолог Конди и показал круговое расположение разновозрастных складчатых зон. Самые древние складки возникли здесь 2,9 млрд. лет назад. В этих складках, прорванных гранитами, смяты более древние. базальты (3,2 млрд. лет), сохранившиеся в центре складчатого обода. После образования этого обода внутри него опять излились послескладча- тые базальты (2,74 млрд. лет — комплекс Стилуотер). Эти базальты опять были смяты вместе с перекрывшими их осадками, сформировался новый концентр, вложенный в прежний. Конди отмечает центробежное нарастание температур и давлений в образованиях, слагающих этот новый концентр. Внутри него, после складчатости, \ опять излились базальтовые лавы (горы Блэк-Хиллс), которыё вновь подверглись складчатости. В результате возникло почти замкнутое кольцо структур с возрастом 1,8—1,75 млрд. лет.

Во время протекания этой фазы складчатости и метаморфизма во внешние края складчатого концентра проникли с глубин крупные массы полевошпатовых пород, сформированные раньше, — анортозиты (хребет Ларами). Зона проникновения этих расплавов располагалась в том участке кольца, где к нему примыкают с юга два других дуговых складчатых сооружения.

Это дуга восточного фаса Передового Хребта Кордильер, смыкающаяся с ней дуга Южных Скалистых Гор, а еще южнее — дуга, выходящая к океану в Поперечных Хребтах Калифорнии (см.  23). Складки всех этих дуговых зон также сформировались в эпоху 1,8—1,75 млрд. лет. Однако процесс складкообразования в концентре Вайоминг не завершился. В его середине проявилась очередная фаза базальтового магматизма, базальты перекрылись осадочными толщами и вновь были смяты в складки по краю 1,5 млрд. лет назад (горы Мазатцал). Наконец, после окончания складчатости в середине концентра опять проявился очередной импульс базальтового вулканизма с возрастом лав 1,3 млрд. лет (горы Титон, Бертут, Руби).

Вокруг провинции Супериор имеются два сомкнутых складчатых концентра, смятых 1,8—1,75 млрд. лет назад (гудзонская эпоха). Складки -Зтого возраста проходят на востоке через полуостров Лабрадор и далее заворачивают к центру Гудзонова залива (см.  23). Структуру называют Циркум-Унгавской. Внутри, в тылу этого огромного овала, изливались послескладчатые базальты и крупные плутоны базитов (Седбери и др.). Лавы вместе с перекрывшими их осадками вновь были смяты по более внутренней дуге около 1,5 млрд. лет назад; в тылу этих складчатых дуг вновь излились базальты, которые были деформированы 1,1 млрд. лет назад, после чего внутри поздних дуговых структур был сформирован самый молодой плащ финальных базальтов.

Вся область перед фронтом этой огромной складчатой дуги во время протекания складчатости в интервале 1,4 —1,1 млрд. лет испытала мощный прогрев и внедрение анортозитов. Анортозито- вые массивы этого возраста (возможно, также н более древние) широко распространены на полуострове Лабрадор и к юго-западу от него. Эта область во время внедрения анортоэитовых плутонов находилась также и перед фронтом других, более южных дуговых складчатых зон, выпуклых к северу — перед дугами Прааппалачей. Складки Зеленых и Голубых Гор Ньюфаундленда, входящие в область Прааппалачей, тоже формировались в эпоху около 1,5 млрд. лет и тоже сопровождались с тыла базальтовыми излияниями. В интервале 1,3—1,1 млрд. лет здесь опять проявилась очередная фаза складчатости.

Полоса регионального развития анортозитов и мощного прогрева перед фронтами обращенных друг к другу складчатых дуг протягивается до Велики? Озер в центре материка. И с севера, и С юга от нее в так называемую гренвилльскую геотектоническую эпоху шло развитие геосинклинальных прогибов и формирование -складчатых зон. Самый огромный плутон анортозитов Адирондак расположен в зоне смыкания южных дуг Прааппалачей. Другой гигантский плутон — в участке смыкания северных концентров. Это Висконсинский массив анортозитов к югу от оз. Верхнее. Зона смыкания северных концентров осложнена узкой просевшей деп- -рессией — грабеном Сибли. Более молодые складчатые дуги грен- вильского возраста (1,1 млрд. лет) выгнуты далее на юг с двух сторон от Висконсинского массива. В их тылу имеются базальтовые плащи, вскрытые буровыми скважинами под осадочным чехлом. Серповидные плащи базальтов смыкаются в район оз. Верхнее, где их объединяет грабен Кивино с гигантским базитовым плутоном Дулут.       

В центральных областях территории США на продолжении полосы анортозитовых плутонов под плитным чехлом осадков лавы среднего и кислого-состава вскрыты грубообломочные конгломераты. Эта область тоже находится перед фронтальными зонами сразу нескольких складчатых дуг. Это северные дуги, южные дуги Прааппалачей, а также складчатая дуга в Оклахоме (поднятие Арбакл) с гранитами возраста 1,4 млрд. лет и тыльными базальтами (поднятие Льяно). Окруженная со всех сторон складчатыми дугами, эта область подвергалась мощному прогреву. Волны тепла от каждого из концентров распространялись центробежно. Здесь в эпоху 1,4 —1,1 млрд. лет, когда окружающие концентры подвергались складчатости, возникли вулканические пояса. Восточная зона анортозитов (ее называют зоной «эльсонско-гренвилльского омоложения») тоже представляла собой раньше такую область. Из-за длительных поднятий наземные серии вулканических образовании уничтожены размывом, сохранились лишь анортозитовые и метаморфические «корни» прежнего вулканического пояса.

На северо-западе материка, где смыкаются более древние складчатые концентры, тоже известен древний (1,75 млрд. лет) вулканический пояс близ оз. Атабаска. Он возник в эпоху развития смежных складчатых концентров примерно 1,8 млрд. лет назад.

Вокруг всей западной части платформы — вдоль Кордильер, по краю Канадского архипелага и далее в Гренландию протягивается в виде гигантского полукруга зона гренвилльской эпохи складчатости (1,1 млрд. лет). В тылу этой дуги повсеместно прослежена полоса базальтовых лав (в толщах Белт, Гранд-Каньон, Коппер- майн и в толще Туле — в Гренландии). На севере складчатая сис- • тема распадается на два полуовала, разделенных «шпорой» — кряжем Бутия. На простирании кряжа" Бутия к югу находится зона смыкания центральных гудзонских складчатых овалов. Еще южнее — Адирондакский выступ — зона смыкания дуг Прааппалачей. Если проследить эту линию от кряжа Бутия к северу, то вдоль нее отмечается смыкание более молодых — палеозойских складчатых дуг Канадского архипелага (см.  23). Часто вдоль зон смыкания складчатых концентров развиваются участки повышенной мобильности, которые значительно позже эпох «отмирания» концентров проявляются в виде горстов либо грабенов. В то же время приуроченность зон смыкания складчатых дуг разного возраста к определенным линеаментам отражает, вероятно, какую-то очень глубинную неоднородность земных недр.

Таким образом, на территории США имеется несколько складчатых концентров, края которых последовательно и практически одновременно подвергались фазам смятия, а внутри концентров после этапов складчатости — в их финале изливались на поверхность базальтовые лавы. Лавы перекрывались в прогибах толщами осадков и снова деформировались по системам вложенных дуг в следующие «эпохи смятия. Когда соседние концентры смыкались фронтами, то во вцемя очередной эпохи смятия в зоне смыкания концентров внедрялись магмы анортозитов, затем проникали граниты в очередную складчатую дугу, и только после этого внутри дуг опять формировались более молодые базальтовые покровы.

На Балтийском щите выделяются несколько концентров разного возраста. Внутри их складчатых ободов, пронизанных гранитами, располагаются плащи базальтов ( 24). В середине щита имеется гигантское кольцо с центром в Финляндии. Со ^стороны Кольского полуострова к этому кольцу обращены своими выпуклыми фронтами две меньшие складчатые дуги. Третья малая дуга намечается на крайнем северо-западе щита. Наконец, на самом юге Скандинавии существует еще одно складчатое кольцо.

Все дуговые складчатые зоны были деформированы в интервале 2,1 —1,9 млрд. лет. В складках участвуют древние базальты (так называемый лопий и его аналоги). Перед фронтами, в зонах смыкания всех складчатых овалов во время деформации образовались пестрые по составу вулканические толщи и накопились грубообломочные молассы. Наиболее полно эти образования «вулканического пояса» с возрастом 1,2— 1,9 млрд. лет сохранились в районах Карелии — севернее Онежского озера. Это серии, которые называют здесь суомий и сориолий. В тылу всех пронизанных гранитами ободов сразу после складчатости, создавшей эти обода, были излиты финальные базальты, в общем, одновременно на огромных площадях. Их возраст 1,9—1,8 млрд. лет. Только в районах Карелии базальты сохранили до сих пор свое пологое платформенное залегание (толщи ятулия). В тылу складчатых дуг Кольского полуострова (Печенга, Имандра-Варзуга) внутри кольца складок Южной Скандинавии, а также в юго-западной половине срединного Финляндского концентра излившиеся базальты этого возраста (аналоги ятулия) вместе с перекрывшими их осадочными слоями вновь подверглись складчатости с надвигами кнаружи дуг. Складчатость протекала в интервале 1,8—1,7 млрд. лет.

Перед фронтом обновленных складчатых дуг Кольского полуострова в основании надвиговых пластин возникли крупные массивы анортозитов этого возраста (Кандалакшский, Колвицкий пласты). Они подробно описаны Е. В. Шарковым. Перед фронтом складчатых дуг на западе Финляндского концентра в эту эпоху деформаций, называемую свекофеннской, также возникли крупные плутоны анортозитов со-.-специфическими крупнозернистыми гранн- ! тами-рапакнви. Это Выборгский, Салминский, Рижский плутоны, описанные О. А. Богатиковым. Подобные плутоны есть и на западном побережье Балтийского моря. Вместе с внедрением плутонов и чуть позже на поверхности перед фронтом складок накапливались толщи вулканического пояса — лавы среднего — кислого состава и конгломераты (субиотний).

Внутри всех северных складчатых дуг свекофеннская складчатость была завершающей. В конце эпохи складчатости в восточной половине Финляндского кольца, там же, где сохранили пологое залегание и более древние лавы, вновь внедрились плутоны базитов (1,65 млрд. лет — в толщи вепсия). Аналоги плутонов и лавы этого возраста вместе с перекрывшими их осадками в западной части кольца слагают складчатые комплексы.

Складчатость в эпоху 1,65 млрд. лет проявилась и по краю Южно-Скандинавского концентра. В тылу складок излились финальные базальты (внутри серий сельюр, капебо). Следующая фаза складчатости 1,5 млрд. лет назад (готская эпоха) деформировала серии с базальтами. Перед фронтом складок, надвинутых кнаружи дуги, внедрились плутоны анортозитов и гранитов-рапакиви. Между Финляндским и Южно-Скандинавским концентрами формировался вулканический пояс с кислыми лавами, конгломератамн.,(тол- щи субиотния). Развитие пояса закончилось 1,2—1,0 млрд. лет назад, когда завершил развитие Южно-Скандинавский концентр, распавшись на два малых складчатых овала, сомкнутых в середине концентра и пронизанных гранитами. Позже в полосе смыкания малых овалов с возрастом складчатости около 1,0 млрд. лет* возник грабен Осло. В центре малых овалов известны и финальные базиты этого возраста. Базиты внедрены здесь в слабо нарушенные слои, подобные толщам, широко развитым севернее (иотний). Вся западная и северо-западная окраина Восточно-Европейской платформы располагалась в то время в тылу гигантской Галицийской складчатой дуги, испытавшей складчатость к рубежу 1,0 млрд. лет, когда базиты внедрились повсеместно.

Итак, на разных материках известны докембрийские складчатые концентры многостадийного развития. Перед их сомкнутыми фронтами возникают вулканические пояса с кислым магматизмом, внедряются массивы анортозитов на глубине. Эти образования занимают место более молодых краевых прогибов и возникают в участках, еще не обретших жесткость платформ. Ведь такие зоны перед фронтом складок только в предшествующих циклах сами испытали складчатость. Внутри складчатых дуг, по их вогнутости изливались в последовательных циклах финальные базальты, которые в ряде случаев вновь подвергались складчатости следующей фазы.

Определение тыла и фронта докембрийских складчатых зон по наличию с одной стороны складок краевых вулканических поясов и анортозитовых плутонов, с другой стороны складок полей покровных базальтов или интрузивных базитов определенного возраста помогает уловить общую форму складчатых зон в плане. При этом дуговые и круговые простирания складчатых зон выявляются достаточно убедительно.

Дуги и концентры, часто многофазного развития, имеют различные масштабы и развиваются одновременно. Концентры типа Вайомингского, Циркум-Унгавского, Финляндского с диаметрами 200 — 500 км можно сравнить по масштабам с регулярными круговыми морями Луны. Крупные и гигантские полукруги и овалы типа дуги, окружающей Северо-Американский материк с запада, с диаметром до 1000 км, можно сравнить с огромными лунными морями — Дождей, Южным. Наконец, малые концентры типа Южно- Скандинавского с диаметром до 200 км можно сравнить с малыми морями и с крупными кратерами Луны.

Примененный метод узнавания тыла и фронта дуговых , и кольцевых складчатых зон докембрия дал возможность в новом свете оценить пространственную позицию областей чрезвычайно мощного прогрева и внедрения плутонов" анортозитового типа, т. е. областей особого типа. Эти области обычно называют «зоны метаморфического омоложения», имея в виду, что древние толщи испытывают вдоль них изменения, хотя складчатость как таковая не проявляется. Это зоны повторного метаморфизма складчатого субстрата. Они характерны для областей типа Гренвильского блока или южного края Балтийского щита. Появляется дополнительная возможность уточнить время и место рождения также «анортози- товых поясов». Бельгийский геолог П. Мишо давно объяснял их появление влиянием смежных зон складчатости.

Общая последовательность событий для каждого тектоно-магматического этапа, создающего складчатые горы, следующая:

1)        ранние ~ магматические проявления — анортозиты перед фронтом «живой» геосинклинали, в которой уже имеется ранний базальтовый плащ;

2)        последующие магматические проявления — граниты. Они внедряются на фоне складчатости и метаморфизма в поднимающихся горах;

3)        поздние магматические проявления — финальные базальты в тылу поднявшихся складчатых гор.

В известные стадии магматизма единичного геотектонического этапа, установленные Г. Штилле и Ю. А. Билибиным, включаем и звено анортозитовых магматических внедрений. Теперь можно провести параллель со стадиями образования планетной коры на Луне.

Самые ранние магматические проявления — анортозиты лунных материков; последующие магматические проявления — крип-базальты лунных кольцевых гор и их подножий (гомологи земных гранитных магм); поздние магматические проявления — базальты лунных морей в тылу гор, внутри анортозитовых ободов.

В этой последовательности магматических проявлений единичного этапа — цикла как будто исчезают ранние геосинклинальные базальты. Однако финальные и начальные лавовые излияния—это одно и то же, как две стороны одной медали. Базальты, завершающие один из циклов, «открывают» следующий, если он проявляется в том же самом месте. Финальные базальты законченного цикла горообразования должны быть поставлены в самое начало нового цикла. Однако заранее помещать фазу базальтовых извержений в «начало круга» (спирали) — более ответственно, чем оставить в конце. Ведь начало самого раннего цикла, приведшего к образованию складчатых геосинклинальных гор на Земле, неизвестно. В то же время конечные — финальные базальты, сохранившие свое пологое залегание и не вовлеченные в более молодую складчатость, широко известны.

Выявленный рисунок докембрийских складчатых мегаструктур способом узнавания их тыла — фронта ставит , на повестку дня вопрос о динамике сил, создающих складчатые концентры и дуги.

Выраженные на поверхности кругами, дугами и кольцами мега- структуры центрального типа Земли привлекают сейчас большое внимание. Они выявлены в последние годы при использовании дистанционных -методов исследования поверхности Земли, включая дешифрирование космоснимков, по концентрическому размещению форм рельефа, различных географических объектов. Чаще всего они обнаруживаются только по дуговым и кольцевым нарушениям сплошности земной поверхности, а также по цепочкам магматических тел или зонам сильно измененных, раздробленных пород.

Для таких структур характерны округлые очертания в плане— на земной поверхности, а также радиально-концентрическое расположение разных элементов каркаса этих структур. Такие элементы могут быть выражены лучше или хуже, могут быть хорошо представлены в одной части концентра и отсутствовать в другой. В трехмерном пространстве структуры центрального типа обладают симметрией конуса.

В. В. Соловьев считает, что такой тип симметрии выделяемых объектов обусловлен самой сущностью строения планеты. Он приводит высказывание известного кристаллографа И. И. Шафрановского, что «... поле земного тяготения в какой-либо точке на земной поверхности характеризуется симметрией конуса».

Примерами объектов малого поверхностного радиуса с отчетливо выраженной симметрией конуса являются сложные плутоны щелочных и основных магматических пород, сужающиеся воронкой книзу, а также трубки взрыва с кимберлитами, сходящиеся книзу и обраэующие тонкие жилы. Типичными представителями малых тел с конусной симметрией и с малыми диаметрами (первые километры на Щ. поверхности) являются вулканические структуры. ^ Соотношения самых крупных из конусных объектов с зонами разновозрастной складчатости говорят о том, что дуговые складча- ^ тые зоны, созданные геосинклинЪльным процессом на Земле, сопро- \ вождаются внутридуговыми базальтовыми плащами, похожими на лунные вулканические моря. Края многих мегаконцентров реально совпадают с эпигеосинклинальными складчатыми дугами Земли. Таких структур можно выделить много: это структуры Центрального •Казахстана, Карпат, Верхоянья, Новой Земли. Отчетливо проявлены огромные, планетарного масштабу, конформные друг другу дуги Монголо-Охотского геосинклинального пояса.

Древнее, докембрийское заложение многих складчатых концентров убедительно доказано геологическими данными. Развитие их с разной интенсивностью, с разной степенью смятия рождавшихся дуговых складок показывает, что жизнь структур определялась несомненно внутренней энергией Земли. Те или другие сегменты отдельных дуг и ободов активно развивались в одних циклах и замирали в других. От одного геотектонического цикла к другому могло происходить увеличение радиуса кривизны очередной складчатой дуги, -тогда прежние складки оказывались изнутри. Могло происходить и сокращение радиуса кривизны очередной складчатой дуги, тогда она оказывалась «вложенной» в прежнюю. Преобладающее опрокидывание и шарьирование — выталкивание складок — всегда происходило кнаружи, к выпуклости дуговой цепи гор. Неясное направление надвигания толщ устанавливается там, где смежные дуги вплотную примыкают внешними краями, а участки между ними или под их Сомкнутыми фронтами испытывают наибольший прогрев, вторичные .изменения, внедрение магм среднего и кислого состава.

Древние складчатые дуги и их предполагаемые продолжения по кольцу после своего образования неоднократно и в разной степени обновляются. Они как бы просвечивают под боле.е молодыми концентрическими формами. Поэтому картина общего рисунка всех разновозрастных складчатых систем выявляется нечетко. Однако многократное возрождение дуговых хребтов разного размера с постепенным наложением во времени их собственных глубинных особенностей создало пятнистый и полосовый рисунок современного распределения мощностей коры на Земле. Рисунок грубо совпадает с распределении равнинных платформ, а также опоясывающйх и разделяю- j.' щих их горно-складчатых поясов. В то же время внутри почти однородных платформ геофизики иногда выявляют круговые и серповидные зоны особых физических параметров недр — следы прежних более четких различий.

Развитие докембрийских складчатых дуг и колец и более молодых складчато-геосинклииальиых дуг происходило сходным образом. Внутридуговые финальные базальтовые плащи, завершавшие один из этапов горообразования, снова втягивались в прогибания по новому кольцу — желобу. Перед выпуклостью желоба на древних глыбах рождались компенсационные краевые прогибы, на участках недавней складчатости поднимались с глубин полевошпатовые магмы, формирующие плутоны анортозитов либо поверхностные краевые вулканические пояса. Дуговой желоб постепенно заполнялся осадками, накопленные толщи подвергались новому смятию вместе с внедрением гранитных магм. Эти прогретые и перемятые комплексы геосинклинальных прогибов затен. поднимались, смещаясь кнаружи, и создавали дуговые хребты нового поколения. По вогнутости хребтов опять изливались покровные базальты, образуя вулканические моря. Самые молодые базальтовые моря Земли как раз и расположены внутри складчатых хребтов современных островных дуг.

Геолог Ю. А. Зайцев показал на примере Казахстана, что концентрически-зональное развитие складчатых зон характерно также для гёосинклиналей палеозойского возраста. Концентрически-зональное строение мезозойских и кайнозойских складчатых горных систем, возникших из геосинклиналей, подробно рассмотрел еще в 30-е годы нашего столетия известный голландский геолог Ван Беммелен. Молодые складчатые дуги островных цепей Меланезии и запада Тихого океана отчетливо выражены даже на географических картах.

Центробежное усиление метаморфизма и деформаций с надвиганием складок кнаружи дуг показывает, что динамика развития складчатых концентров — есть динамика волны напряжений, распространяющихся центробежно от некоторой точки, расположенной над зоной глубинного очага. Очаг обеспечивает поступление к поверхности тепла и флюидов, прогревающих и изменяющих накопленные на поверхности толщи пород. Однако, все преобразования происходят не над глубинным очагом. Толщи пород испытывают складчатость, прогрев и внедрение магмы в зонах своего максимального накопления по концентрическим системам дуг, - удаленных в стороны от очага — центра. Понятие о «динамике центробежной волны» в развитии земной геосинклинали должно дополнить существующие представления статики: тыл и фронт складчатой зоны.