Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Основные черты геологической истории (1,6-0,2 млрд. лет) и строения Урала

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Иванов, Кирилл Святославович, Екатеринбург

и у9-чйб- г

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ им(Щ11 академика А.Н.Заяарицкого

ГЙрУзйдиум ВДК РоссйтГ | ^ ^

от" " ¿¡¿^Щ^

]ШШаК|филл лГвятославич

ТЫ

ТЕОЛОГЙЧЕСКОЙГ ИСТОРИИ (1,6-0,2 МЛРД. ЛЕТ) И СТРОЕНИЯ УРАЛА

Специальность 04.00.01 - общая и региональная геология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук в форме научного доклада

Екатеринбург -1998 г.

У Работа выполнена в Институте геологии и геохимии Уральского Отделения РАН

Официальные оппоненты:

академик РАН, доктор геолого-минералогических наук Книппер А.Л. (Геологический институт РАН)

доктор геолого-минералогических наук, профессор Рапопорт М.С. (Уралгеолком)

доктор геолого-минералогических наук, профессор Прокин В.А. (Институт геологии и геохимии УрО РАН)

Ведущая организация: Уральская государственная горно-геологическая академия (УГГГА), г.Екатеринбург

Защита состоится 4 июня 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 002.81.02 при Институте геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого Уральского отделения РАН по адресу: 620151, Екатеринбург, Почтовый переулок, 7 (факс [3432] 515252, e-mail: root@igg.e-burg.su).

г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГГ УрО РАН.

Диссертация в виде научного доклада разослана еэ^^сь***? 1998 г.

л секретарь диссертационного совета, т геолого-минералогических наук

>С.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Урал является одним из мировых эталонов складчатых поясов, "колыбелью" отечественной геологии, где постоянно разрабатывались и проверялись новые элементы геологической теории. Поэтому геологические закономерности, выявляемые при исследованиях этого классического объекта, зачастую имеют не только региональное, но и общенаучное значение.

Урал - один из наиболее хорошо изученных палеозойских складчатых поясов, для него характерны такие уникальные черты как наличие полных и хорошо сохранившихся офиолитов и островодужных комплексов, существование пояса высокобарического метаморфизма, крупных месторождений меди, железа, хромитов, магнезитов и др., что делает Урал одним из ключевых объектов для решения фундаментальных проблем развития и строения земной коры складчатых 4 поясов.

Целью исследований являлось уточнение стратиграфии и тектоники, выявление общих закономерностей эволюции и происхождения Уральского складчатого пояса. При этом решались следующие основные задачи:

1. Разработка новых методических приемов, ревизия и исследование на новой качественной основе стратиграфии наименее изученных (бескарбонатных) комплексов Урала - континентально-склоновых (терригенно-кремнистых), офиолитов и островодужных вулканогенных и вулканогенно-осадочных, которые слагают наибольшую часть территории Урала и вмещают его главные типы рудных месторождений.

2. Уточнение геодинамической модели развития и строения Уральского складчатого пояса.

ч

у Фактический материал и методика исследо-

ваний. Основу работы составляют собственные данные - материалы полевых исследований автора в течение 23 полноценных полевых сезонов (1974-1997 г.г.) и их камеральной обработки. За это время с разной степенью детальности изучалась территория региона от хребта Салатим на Северном Урале (севернее г.Ивдель) до крайнего юга Мугоджар. Дополнительно в течение ряда сезонов исследовалась геология прилегающих регионов - Казахстана и Тянь-Шаня. Для решения вопросов стратиграфии и корреляции вулканогенно-осадочных и иных толщ выявлено более 1200 новых авторских местонахождений коно-донтов. Для этого были использованы и стандартные методики кислотной децементации проб, но в большей мере - разработки, сделанные в нашей лаборатории региональной геологии и геотектоники ИГГ УрО [Пучков, 1979, Иванов, 1987, 1990 и др.].

Мною изучалась стратиграфия, тектоника и история развития следующих зон и районов Урала (см.рис.1): Бардымской, Кракинской, Зилаирской, Сак-марской, Присакмаро-Вознесенской, Тагильской, Магнитогорской, Западно- и Восточно-Мугоджарской, Восточно-Уральской, Зауральской, Денисовской и др. Исследовалась геодинамика Платиноносного пояса, Главной гранитной оси Урала, зоны Уралтау, пояса высокобарического метаморфизма (максютовский комплекс и др.), зоны Главного Уральского глубинного разлома и других крупнейших разломов Среднего, Южного Урала и Мугоджар.

Анализы пород и минералов выполнялись преимущественно в лаборатории физико-химических методов исследований ИГГ УрО РАН на микрозонде JXA-5, спектрофотометре СРМ 19 и др., а частично - в лабораториях З.Европы (Потсдам и др.) методом ICP-MS (РЗЭ), на микрозонде "Cameka SX 100" и др. Структурно-геодинамические исследования интрузивных и метаморфических комплексов я старался совмещать с

У-

изотопно-геохронологическими, работая в содружестве ^ с сотрудниками лаборатории радиогеологии ИГГ УрО (Ю.Л.Ронкин и др., под руководством А.А.Краснобаева); применялись ЯЬ - Бг и Эт - N6 изохронные методы с использованием масспектромет-ра Рттдап-МАТ 262, а также Аг - Аг метод - в лабораториях Франции (Г.Малюски) и Норвегии (Э.Эйде).

Научная новизна работы определяется тем, что она есть продукт обобщения почти исключительно лишь своих результатов (конечно достигнутых с использованием работ предшественников); новым является и положенный в основу работы фактический материал и главные выводы.

Публикации. По теме диссертации написано 20 научно-исследовательских отчетов и опубликовано более 270 работ, в том числе 5 монографий и 6 препринтов.

Апробация работы. По основным положениям этой работы мной сделано более 80 докладов на совещаниях международного, российского и регионального ранга, из которых отмечу следующие: 4-ое, 5-ое и 6-ое Уральские петрографические совещания (Свердловск, 1981, 1986, Екатеринбург, 1997); 4-й Всесоюзный палеовулканологический симпозиум (Свердловск, 1983); "Формации осадочных бассейнов" (5-й Всесоюзный семинар, Москва, 1985); Всесоюзный симпозиум "Формационное расчленение, генезис и металлогения ультрабазитов" (Свердловск - Хромтау, 1985); 1-е Уральское металлогеническое совещание (Свердловск, 1985); Тектоника, магматизм, метаморфизм и металлогения зоны сочленения Урала и В,-Европейской платформы (Миасс, 1985); Всесоюзное Палеонтологическое общество (34 сессия - Проблемы современной микропалеонтологии, Баку, 1988) и его конодонтовая комиссия (Китаб, 1987); XXI Всесоюзное

-V

Y

тектоническое совещание (Москва,1988); Всесоюзное совещание "Тектоника, геодинамика и металлогения Урало-Тяньшанской складчатой системы (Свердловск, 1989); IY Уральское стратиграфическое совещание (Свердловск, 1990); Карбонатные формации и условия их образования (II Всесоюзная конференция, Свердловск, 1991); Геологическое общество Америки (Цинциннати, 1991); Конференции по тектонике лито-сферных плит (Звенигород, 1989, 1991, 1993, Москва, 1998); "Палеогеодинамические обстановки осадконако-пления и литогенеза" (Екатеринбург, 1994); международные совещания под эгидой "Европробы" по сравнительной тектонике Урала и Варисцид З.Европы (Шеелит, 1992, 1994, Oviedo, 1993, Evora, 1994, Екатеринбург, 1995, Granada, 1996, Москва, 1998); международное совещание "Внутриплитная тектоника и геодинамика осадочных бассейнов" (Опалиха, 1993); 11 Международная конференция по тектонике фундамента (Basement Tectonics 94, Potsdam, 1994); Всероссийское совещание "Общие проблемы стратиграфии и геологической истории рифея Северной Евразии" (Екатеринбург, 1995); Всероссийское совещание "Палеогеография венда - раннего палеозоя" и Международной программы геологической корреляции (проект 319) /Екатеринбург, 1996/; 30-ый Международный геологический конгресс (Пекин, 1996); "Тектоника Азии" (Москва, 1997); "Новые идеи в Науках о Земле" (Москва, 1997); 8-ой и 9-ый Европейские конгрессы наук о Земле (Strasbourg, 1995, 1997); Тектоника и геодинамика: общие и региональные аспекты (Москва, 1998).

t

Практическое значение работы. Новые методические приемы и впервые полученные результаты исследований стратиграфии вулканогенных, вулкано-генно-осадочных и терригенно-кремнистых комплексов Урала и других регионов широко использованы и используются в крупно- и среднемасштабном картирова-

нии обширных территорий, а также при составлении N Государственных геологических карт. Акты о внедрении результатов были выданы Геолкомами Екатеринбурга, Челябинска, Уфы, Оренбурга, Актюбинска и Кустаная. IV Уральским стратиграфическим совещанием было принято более 20 стратиграфических колонок автором или соавтором которых является К.С.Иванов. Автор надеется, что и не менее важные результаты его исследований структурно-тектонической и геодинамической направленности будут востребованы также широко.

Основные защищаемые положения.

1. На основе усовершенствованной методики изучения конодонтов и их многих (> 1200 комплексов) новых находок, сделанных преимущественно в толщах, возраст которых ранее был неизвестен или оценивался неверно, автором значительно уточнены или радикально пересмотрены представления о стратиграфии и истории развития ряда структурно-формационных зон Урала и прилегающих регионов - Бардымской, Зилаирской, Сакмарской, Тагильской, Магнитогорской, Западно-Мугоджарской, Восточно-Уральской, Восточно-Мугоджарской, Денисовской и др. Впервые надежно датированы и скорре-лированы многие континентально-склоновые формации, офиолиты и островодужные вулканогенные и вулканогенно-осадочные комплексы.

2. Подтверждены и существенно дополнены представления о рифтовой природе рифейско-раннепалеозойских формаций, позволяющие утверждать, что геологическая история Урала в это время есть, главным образом, история рифтогене-за. В ходе длительного, но прерывистого рифтоге-неза и растяжения происходил переход от плат-

4-

форменных обстановок к рифтовым и, затем, формированию Уральского палеоокеана. В рифее -венде рифтовые процессы не привели, по-видимому, к полному разрыву континентальной коры. Рассматривавшийся иногда как океанический или островодужны й машакский вулканогенно-осадочный комплекс имеет рифтовую природу. Раскрытие рифта реконструируется на Южном Урал© в раннем-среднем ордовике. По мере развития рифта увеличиваются мощности формаций и доля вулканогенных пород. Вулканиты с щелочным уклоном сменяются толеитовыми базальтами, что отвечает постепенному расширению эпиконтинен-тального рифта и превращению его в субокеанический бассейн. Спрединг Уральского палеоокеана начался в позднем арен иге (=480 млн. лет). В это же время между Русской платформой и Уральским палеоокеаном формируется область пассивного континентального склона и подножья, что фиксируется началом кремнистого осадконакопления, вызванного углублением палеобассейна.

3. Исследованы развитие и структурная эволюция Главного Уральского глубинного разлома (ГУГРа) - одной из наиболее значимых сутурных зон Земли. Разработаны новые геодинамические модели формирования уральского эклогит- глауко-фансланцевого пояса и Платиноносного пояса Урала.

Уточнена природа ГУГРа как границы палео-континентального и палеоокеанического секторов региона. Показано, что восточный сектор является палеоостроводужным. ГУГР состоит из нескольких крупных разломов, сливающихся на юге региона в единую зону. В истории формирования ГУГРа выделен ряд этапов. На начальном (Рг,) он пред-

ставлял собой рифтовый разлом растяжения (сброс N в верхней хрупкой части коры, пластические деформации - в средней и нижней).

В среднем палеозое ГУГР являлся зоной суб-дукции, падавшей на восток (в современных координатах) и поглощавшей кору раннепалеозойского Уральского океана. При этом генерировались одно-возрастные (на Ю. Урале 380+10 млн. лет) эклогит-глаукофановые комплексы и формировавшиеся над ними андезитоидные островодужные ассоциации.

Платиноносный пояс Урала является магматическим следом зоны субдукции. Массивы Пояса, сложенные, как известно, дунитами, клинопироксе-нитами, оливиновыми габбро, габбро-норитами и гранитоидами являются островодужными образованиями, - продуктами разноглубинной кристаллизации выплавок, генерировавшимися над зоной субдукции с возрастом около 420 млн. лет.

В раннем мезозое, во время этапа пост- , коллизионного растяжения Урала, ГУГР трансформировался в сброс. Таким образом, формирование ГУГРа было многоэтапным: разломы разной природы унаследованно развивались в этой зоне, по всей видимости, как тектонически наиболее ослабленной.

4. Косая субдукция в основном поглотила кору раннепалезойского океана к середине позднего девона. Сближение и последующее косое столкновение в карбоне-перми Казахстанского континента вместе с причлененными к нему островодужными террейнами Урала с Русской платформой вызвало сжатие, складчатость и формирование бивергент-ной глубинной структуры региона. Доказывается косое (северо-западное) направление коллизии, сопровождавшееся движением Урала к северу, что

г обусловило формирование всеуральской системы пластических левых сдвигов на востоке региона.

5.Современная структура Урала во многом есть результат ограниченного пост-коллизионного субширотного растяжения региона в триасовое время. Эксгумация мегаблоков, сложенных глубинными метаморфическими и интрузивными комплексами (антиклинории Уралтау, Восточно-Уральский и др.) происходила при этом в результате их подъема на уровень верхней коры при разрыве и растяжении последней.

6. Урал, являющийся одним из мировых эталонов складчатых поясов, прошел следующие этапы: пред-рифтовый (рифей - венд); континентального рифтогенеза (кембрий - ранний ордовик);

океанического спрединга (ранний-поздний ордовик); островодужный (поздний ордовик - поздний девон); коллизионный (поздний девон - пермь); пост-коллизионного растяжения (триас); платформенный (с юры до ныне), составляющие полный геодинамический цикл.

Автором уточнены последовательность и временные границы этапов и набор продуцированных геологических формаций. Разработана новая модель геодинамического развития Урала, уточнена структурная зональность региона.

Благодарности. Я выражаю свою особую признательность палеонтологам, сделавшим большой объем определений собранных мной коллекций конодонтов (более 1200 комплексов - свыше 50000 экз.) -В.Н.Пучкову, В.А.Наседкиной, М.П.Снигиревой, В.В.Черныху, а также З.М.Абдуазимовой (хитинозои),

Н.Я.Анцыгину(трилобиты), |В.Л.Клишевичу| (тентакулиты), 4

Б.Б.Назарову и Э.О.Амону (радиолярии), Т.Н.Корень (граптолиты), В.С.Милициной (криноидеи),

В.П.Сапельникову и Л.И.Мизенс (брахиоподы), В.П.Шуйскому (водоросли). Я благодарю за помощь сотрудников лаборатории региональной геологии и геотектоники ИГГ УрО. Я признателен всем коллегам, с кем проводил совместные исследования отдельных вопросов геологии Урала и других регионов, результаты которых отражены в совместных публикациях.

Написанию этой работы во многом способствовало благожелательное внимание директора Института геологии и геохимии УрО РАН академика В.А.Коротеева, которому я выражаю свою благодарность. Я благодарю профессора О.бее (Швеция), руководителя программы "Европроба", и других коллег (проф. Р.Вапк\лп!г, д-ра Н.ЕсМег /Центр наук о Земле, Германия/, проф. А.Реге2-Еэ1аип /Испания/ и др.) за поддержку многих моих экспедиций, в том числе на ряд разрезов Варисцид Зап. Европы и поездок на международные совещания.

В 1983-89 г.г. мои исследования имели финансирование от ПГО "Запказгеология" и "Севказгеология". С 1994 г. работы выполнялись при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, а с 1997 г. и при поддержке Федеральной целевой программы "Интеграция" (РАН и ВУЗов). Изложение материала в этой книге. В 2-ой главе дается общая характеристика изученности и строения Урала, последующие главы посвящены конкретным районам и структурам региона, изучавшихся автором. В компоновке материала заложены принципы - от более древних формаций к более молодым и, в целом, с запада на восток, с опорой главным образом на собственные результаты (эта диссертация является не сводкой данных по геологии Урала вообще в целом, а результатом обобщения исследований автора).

У

2. ВВЕДЕНИЕ

Авторами ранних основополагающих геологических работ по Уралу являются А.Д.Архангельский, В.А.Варсанофьева, Г.И.Водорезов, К.Г.Войновский-Кри-гер, С.Н.Волков, О.А.Воробьева, Г.М.Гапеева, М.И. Га-рань, И.И.Горский, А.Н.Заварицкий, А.П.Карпинский, Г.А.Кейльман, Е.А.Кузнецов, Н.И.Леоненок, Л.С. Либ-рович, К.А.Львов, Е.А.Мазина, Н.Ф.Мамаев, Ю.Е. Мол-даванцев, С.В.Москалева, Д.В.Наливкин, О.Ф.Нейман-Пермякова, О.А.Нестоянова, Д.Г.Ожиганов, В.Н. Охотников, А.В.Пейве, А.А.Петренко, К.П.Плюснин, A.A. Пронин, В.М.Сергиевский, Г.С.Сенченко, И.Д.Соболев, В.И.Тужикова, Г.Н.Фредерикс, А.В.Хабаков, Н.П. Херасков, А.Н.Ходалевич, Г.Ф.Червяковский, Ф.Н.Чернышев, А.А.Чернов, Н.С.Шатский, Д.С.Штейнберг, Н.А.Штрейс,

A.Л.Яншин и многие другие геологи.

Последние 30 лет геология Ур�