Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Тектонические условия и пространственно-временные закономерности континентального рифтогенеза

ВАК РФ 25.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Тектонические условия и пространственно-временные закономерности континентального рифтогенеза"

005010547

На правах рукописи

БАШКИН ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО РИФТОГЕНЕЗА

Специальность: 25.00.01 - Общая и региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

д оев ш

Москва - 2012

005010547

Работа выполнена в Лаборатории геологии зарубежных стран кафедры месторождений полезных ископаемых и их разведки Российского университета дружбы народов (РУДН)

Научный Доктор геолого-минералогических наук, профессор

руководитель Долгинов Е.А.

Официальные Доктор геолого-минералогических наук, профессор

оппоненты Кузнецов Николай Борисович

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Скарятин Вадим Дмитриевич

Ведущая организация - ОАО «ВНИИЗАРУБЕЖГЕОЛОГИЯ»

Защита диссертации состоится « «^ » 2012 г. в ауд. 440

(5-й этаж) в 15:00 на заседании Диссертационного совета Д 212.203.25 при Российском университете дружбы народов по адресу: Москва,

ул. Орджоникидзе, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУДН по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан ««??» 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Е.В.Карелина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Как известно, рифтогенез является одним из наиболее важных тектонических процессов. С ним связаны разрушения материков, рождение и развитие океанов. С осадочными комплексами рифтов ассоциируют месторождения цветных металлов и углеводородов. Все это определяет повышенное внимание специалистов к данным структурам. Из отечественных геологов, рассматривавших общие проблемы рифтообразования следует назвать, прежде всего, академика Е.Е. Милановского, а также докторов наук В.Г. Казьмина, Е.А. Долгинова, А.В. Развалова, Б.А. Натальина. Среди зарубежных авторов следует отметить работы Рамберга, Моргана, Истона, Бёрка, Мора, Дьюи, Шенгёра, Гиро. Однако, при многочисленных публикациях, посвященных строению и развитию рифтов разного возраста, остаются еще «теневые» вопросы, относящиеся к пространственно-временным закономерностям континентального рифтогенеза.

Главной целью диссертации является выявление наиболее общих закономерностей континентального рифтообразования.

Задачами исследования являлись: 1 — сбор опубликованных

геологических данных по строению «признанных» рифтов и эпирифтовых складчатых сооружений максимально широкого возрастного диапазона, главным образом Африки и российской части Северной Евразии; 2 -сопоставление разрезов этих структур для воссоздания палеотектонических обстановок их развития; 3 — изучение региональных особенностей и эволюционных трендов рифтообразования.

Методическая основа. В соответствии с поставленной целью были применены методы: 1. сравнительного формационного анализа разрезов отдельных указанных структур и определения на его основе палеотектонических обстановок развития последних; 2. расчета скоростей прогибаний рифтов разного возраста для выявления тренда геоисторического

изменения рифтообразования и его значения в истории материков; 3. палеогеодинамических реконструкций территории Северного Вьетнама на основе массовых замеров трещиноватости пород и их обработки (по методике д-ра г.-м. наук Т.П. Белоусова - ИФЗ РАН).

Фактический материал и его надежность. Главным материалом, на основе которого подготовлена предлагаемая работа, явились многочисленные научные публикации большей частью известных геологов. Из этих публикаций диссертантом использовались лишь фактические данные, объективность которых не вызывала сомнений. Кроме того, в работе использованы данные, полученные автором во время геологических маршрутов в Северном Вьетнаме и результаты палеогеодинамических исследований этого района.

Научная новизна. В диссертации обосновываются: 1 - различия в тектонических обстановках формирования рифтов двух типов: сохранивших, в целом, первичные синседиментационные структуры и трансформированных в складчатые сооружения; 2 - существование рифтов двух групп, формировавшихся с разными разрывами по времени от эпох консолидации фундаментов платформ и комплексов поясов складчатости, в которых они заложились; 3 - региональные различия в особенностях рифтогенеза; 4 - различия в скоростях прогибания рифтов,

предопределивших распад Гондваны и сохранивших внутриматериковое положение; 5 - связь рифтогенеза триаса, мела и позднего кайнозоя в Северном Вьетнаме с наиболее значительными перестройками регионального геодинамического «поля».

Практическая значимость работы. Показана специализация эпирифтовых складчатых сооружений на стратиформные месторождения цветных металлов, что позволяет выделять их в качестве металлотектов особого типа. Намечаемая неравномерность прогибания неинверсированных рифтов может быть использована при оценке условий формирования в них нефтегазовых систем. ,. .

Апробация работы. Главные результаты исследования выносились на обсуждение на заседаниях кафедры Месторождений полезных ископаемых и их разведки РУДН, в том числе в полном виде на официальной предзащите диссертации. Они опубликованы в пяти статьях центральных российских геологических журналов и в тематических сборниках издательства РУДН.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, двух разделов, посвященных обоснованию выдвинутых тезисов, и заключения общим объёмом 157 печатных страниц, включает 87 рисунков, 2 таблицы, 18 фотоснимков и список литературы, состоящий из 99 наименований.

Благодарности. Автор работы благодарит своего научного руководителя, доктора геол.-минерал. наук, профессора Евгения Александровича Долгинова за помощь на всех этапах выполнения темы, а также доктора геол.-минерал. наук Белоусова Т.П., приобщившего диссертанта к палеогеодинамическим исследованиям Северного Вьетнама. Кроме того диссертант выражает благодарность руководству Российского университета дружбы народов, оказавшему ему финансовую поддержку для осуществления экспедиционных поездок во Вьетнам, а также сотрудникам Института Геофизики Вьетнамской Академии наук и Технологий Као Д.Ч. и Нго Т.Л. за организацию полевых работ.

........ Положение 1.

Континентальные рифты, сохранившие первичные или близкие им синседиментационные структуры (неинверсированные) и преобразованные в складчатые сооружения (инверсированные), развивались в разных тектонических обстановках: первые преимущественно на фоне абсолютных поднятий, вторые в пределах обширных подводных опусканий стабильных областей. Неинверсированные рифты позднего фанерозоя, определившие зоны распада Гондваны и отделения Аравии от Африки, развивались при увеличении скорости прогибания, а рифты позднего палеозоя-триаса и поздней юры-раннего мела, сохранившие внутриматериковое положение, при её уменьшении или постоянстве.

В первой части раздела под названием «неинверсированные»

рассматриваются рифты, сохранившие первичные грабеновые структуры,

характеризующиеся субгоризонтальным или полого-волнистым залеганием выполняющих их отложений (рис. 1). В качестве примеров их разных генераций рассмотрены рифты: позднего архея - Витватерсранд

Капваальского кратона Южной Африки; раннего протерозоя -

Рис. 1. Принципиальная характеристика структуры неинверсированного рифта и его соотношение с платформенными комплексами

Удоканский и другие одновозрастные прогибы Алданского щита Сибирской платформы, Налладжайн, Баттен в Австралии; позднего протерозоя — Московский, Пачелмский из системы рифтов этого возраста ВосточноЕвропейской платформы; среднего палеозоя - Днепровско-Донецкий и Протовилюйский; триаса - Западной Сибири; позднего карбона-перми, мезозоя и, в очень ограниченной степени, кайнозоя в Афро-Аравии.

Показано, что разрезы большинства рифтов данного типа сложены преимущественно или в значительной степени речными и озерными отложениями, частично красноцветными и характеризуются наличием «краевых» фаций. Литолого-фациальные особенности разрезов рифтов свидетельствуют об их формировании в условиях равнинного или возвышенного рельефа. Проведенный сравнительный анализ показал, что в разрезах неинверсированных рифтов от докембрийских к мезозойским роль континентальных отложений постепенно возрастает, что свидетельствует о более тесных структурных связях их ранних генераций с древними океанами. О характере таких связей можно судить по юрско-меловым рифтам Юго-

Западного Йемена (Шабва), Восточного Сомали (Ногаль), Анза Северной Кении и мел-палеогеновому рифту Сирт (Ливия), выполненным мелководноморскими терригенными и карбонатными отложениями. Эти рифты расположены на опущенных окраинах Африки и открываются в стороны: первые три - Индийского океана, последний - древнего океана Тетис. Более наглядно связь с океаном выражена в молодых рифтах Аденского залива и Красного моря.

Докайнозойские неинверсированные внутриконтинентальные рифты большей частью перекрыты морскими комплексами, но имеют с ними различные структурные соотношения. На платформах большинство рифтов этого типа находится под обширными осадочными чехлами и отделены от них резкими несогласиями. В периконтинентальных прогибах их осадочные комплексы залегают в пределах более ранних внутриконтинентальных рифтов. Из этого следует, что «предокеанические» рифты после завершения своего развития значительно дольше сохраняли свою остаточную «аутоидентичность», чем их платформенные гомологи.

При одном и том же формационном составе и сходстве мощностей разрезов неинверсированных рифтов позднего палеозоя-триаса, расположенных вдоль окраин и во внутренних частях Африки, развитие первых происходило с увеличением, а вторых с уменьшением или постоянстве скорости прогибания. Возрастание скорости прогибания было также свойственно для рифтов поздней юры-раннего мела периконтинентальных прогибов Кета (Бенин) и Габона и «океанического» позднекайнозойского рифта Красного моря. В работе приведены соответствующие графики. Полученные предварительные данные позволяют допускать, что в указанных неравномерностях развития неинверсированных континентальных рифтов в зачаточной форме проявлялись различия рифтогенеза, приведшие или к полному распаду, или к частичному разрушению Гондваны.

Под названием «инверсированные» понимаются рифты, восстанавливаемые по своеобразным признакам возникших из них складчатых сооружений, отличающих последние от поясов складчатости полных циклов развития. Такими диагностическими признаками являются:

1. разрезы большой мощности, сложенные исключительно или преимущественно морскими осадочными породами; 2. из вулканитов присутствие в разрезах щелочных, низкощелочных базальтов и пород контрастной серии; 3. простое, монозональное строение; 4. отсутствие в разрезах резко выраженных угловых несогласий; 5. слабый метаморфизм пород; 6. полное отсутствие соскладчатых, особенно известково-щелочных, гранитоидов; 7. отсутствие, обычно, выходов комплексов основания; 8. отсутствие межгорных и у большинства передовых прогибов.

Такие структурно-формационные характеристики имеют следующие, преимущественно перикратонные, пояса складчатости позднего архея -Понгола в Южной Африке, раннего протерозоя - Западного Грикваленда на юге Африки, Пайн Крик, Кинг Леопольд, Холл Крик, Маунт Айса, Этеридж на севере Австралии, Гуронский, Анимики, Белгер и др. в Северной Америке; позднего протерозоя - Катангский, Западно-Конголезский, Убанги, Гурмы в Африке, Аделаида, Амадиес в Австралии, Иннуитский в приполярной области Северной Америки, ряд поясов «бразилид» в Южной Америке; палеозоя - Донбасса и Вала Карпинского между ВосточноЕвропейской платформой и Скифской плитой, валообразных поднятий Тимано-Печорской впадины, возможно, Новой Земли, Уачита вдоль южного края докембрийской Северо-Американской платформы,. Угарты на северо-западе Африки, возможно, Капский на крайнем юге континента, созданный в раннекиммерийскую фазу складчатости; мезозойские - Шонгда и другие индосиниды Северного Вьетнама, позднемеловой Абакалики Нигерии; альпийские - Сахарского и других Атласов Северо-Западной Африки, Пальмирский на северо-западе Аравии, образованные из рифтов триаса-мела.

В диссертации кратко рассмотрены комплексы отдельных поясов складчатости каждой из этих генераций. Показано, что все эти пояса сопряжены с платформенными чехлами или комплексами в них, сложенными одновозрастными породами того же или сходного формационного состава, но значительно меньшей (в 2-3 раза и более) мощности. Складчатые структуры этих поясов, как правило, опрокинуты в стороны областей распространения платформенных чехлов, залегающих на тектонически наиболее устойчивых структурах фундаментов платформ (древних кратонов) - рис. 2.

соотношение с платформенными комплексами

Морской характер толщ и сопряженность указанных выше и других однотипных поясов складчатости с платформенными комплексами того же возраста свидетельствует о том, что рифтовые депрессии, при инверсии которых они образовывались, формировались при крупномасштабных прогибаниях территорий, в условиях перекрывавших их морских трансгрессий.

В отличие от неинверсированных рифтов, предварявших развитие более молодых, на платформах гораздо более крупных осадочных бассейнов, эпирифтовые складчатые сооружения испытывали абсолютные или относительные поднятия и оказались выраженными в тектонической структуре материков в виде погребенных валов или современных горных кряжей.

Прекрасным примером влияния на финальные стадии развития континентальных рифтов указанных выше тектонических обстановок является палеозойская рифтовая система южной окраины ВосточноЕвропейской платформы. Днепровско-Донецкий рифт,-, возникший на сводовом поднятии фундамента платформы, сохранил, в целом, свою синседиментационную структуру и был перекрыт платформенными отложениями перми-мезозоя. Более южная часть : рифта, которая была сопряжена с восточным склоном Воронежского массива, испытавшем в девоне и, вероятно, карбоне некоторое прогибание, была преобразована в умеренно-складчатую структуру Донбасса. Самая южная часть этой рифтовой системы, к северу от которой находился одновозрастный прогиб Прикаспийской впадины, оказалась трансформированной в сложное складчатое сооружение Вала Карпинского. ■

Рифтогенные структуры обоих типов автору удалось изучить в Северном Вьетнаме. Это эпирифтовые складчатые структуры индосинид, сложенные толщами позднего карбона (перми) - триаса и неинверсированные рифты мела и кайнозоя.

Из складчатых структур индосинид района наиболее крупной является зона Шонгда, расположенная на западе Вьетнамско-Лаосской области палеозойской складчатости. Её рифтовая природа наиболее полно обоснована доктором геол.-минерал. наук Ю.Г. Гатинским (1981).

В данной зоне складчатости Ю.Г. Гатинским выделен ряд мелководно и умеренно глубоководных тонкозернистых терригенных и карбонатно-терригенных формаций и нижняя щелочно-оливин-базальтовая с континентальной и прибрежно-морской терригенно-туфогенной формация (Р2-Т/). .

Исключительно морской характер, глинистый и карбонатный состав отложений нижнего и среднего триаса зоны Шонгда, а также отсутствие в них более грубозернистых «краевых» фаций свидетельствуют о большой удаленности рифтового прогиба, в котором они накапливались, от областей

размыва, т. е. о его развитии при региональном прогибании территории и накоплении за его пределами в морских условиях одновозрастного платформенного чехла, впоследствии почти полностью эродированного. Сохранившийся реликт этого чехла вскрывается в районе г. Хао Бинь, расположенного примерно в 100 км к западу от г. Ханой. Здесь можно видеть субгоризонтально залегающие известняки и подстилающие их песчаноглинистые сланцы триаса, а на некотором удалении, к северу базальты верхней перми-нижнего триаса. В целом эти породы образуют формационностратиграфическую последовательность, характерную для индосинид зоны Шонгда, но существенно меньшей, чем в последней, мощности (1,5-2,0 км против 6,0-8,0 км и более). К западу от г. Хао Бинь деформированность пород увеличивается через зону складок с наклонами крыльев 25-30° до крутой, местами изоклинальной складчатости со срывами и надвигами собственно эпирифтовых индосинид. В работе приведены описания и иллюстрации всего этого структурного перехода.

Другие эпирифтовые складчатые структуры индосинид находятся в северо-восточном районе Вьетнама, в пределах докембрийской ЮжноКитайской параплатформы. Они отличаются от зоны Шонгда: 1) меньшими размерами; 2) заложением на палеозойском осадочном чехле; 3) отсутствием в разрезах вулканических пород, т. е. по всем признакам являются относительно менее, активными структурами. Как и для зоны Шонгда, преимущественно глинистый состав отложений триаса в индосинидах параплатформы, является явным аргументом развития соответствующих им рифтов на большом удалении от областей размыва, т. е. в обстановке регионального синседиментационного опускания.

Вдоль осевой части зоны индосинид Черной реки прослеживаются цепочки грабенов, ’ заполненных континентальными отложениями мела общей мощностью до 2500 м (первоначально, вероятно, еще большей).

В бортовых зонах грабенов это преимущественно красноцветные средне- и грубозернистые песчаники, гравелито-песчаники, конгломераты. В

центральных зонах депрессий преобладают сероцветные песчаные и песчаноглинистые отложения, образующие несколько ритмов. Каждый ритм характеризуется увеличением снизу вверх грубозернистости материала, отражающим переход от преимущественно озерных. к аллювиальнодельтовым условиям осадконакопления. На борту южного грабена, сопряженном с разломом, вскрываются грубозернистые косослоистые красноцветные песчаники с пластами конгломератов.. Обломки в последних угловатые, в них преобладают местные породы триаса, что свидетельствует о накоплении песчано-конгломератовой толщи в межгорной депрессии. В неотектонический этап развития региона эти депрессии были глубоко эродированы и в настоящее время представляют собой межгорные речные долины.

Самым молодым в Северном Вьетнаме является позднекайнозойский рифт Красной реки. Он хорошо изучен и описан во многих работах, поэтому в диссертации рассмотрены лишь наиболее важные черты его строения и развития, в частности, характер преобразования фундамента рифта.

Е.Е. Милановским уже сравнительно давно были отмечены важные пространственно-временные закономерности образования

неинверсированных и инверсированных рифтов, названных им в работах 1983 г. «Рифтогенез в истории Земли» и 1984 г. «Эволюция рифтогенеза в истории Земли» соответственно «простыми . авлакогенами» и «авлакогеосинклиналями» (по предложенному Г.П. Леоновым термину). К их числу относятся: 1) формационное сходство строения разрезов авлакогенов с таковыми миогеосинклиналей - внешних зон поясов складчатости полных циклов развития; 2) преимущественное образование авлакогеосинклиналей в докембрии; 3) образование докембрийских авлакогеосинклиналей на платформах Гондванской группы, а простых авлакогенов на платформах Лавразии; 4) инверсия авлакогеосинклиналей во время глобальных фаз складчатости; 5) образование в палеозое авлакогенов и авлакогеосинклиналей по периферии докембрийских платформ.

Проведенный межрегиональный анализ позволил сделать некоторые дополнения к этим, имеющим фундаментальное значение, закономерностям рифтогенеза.

К первому пункту можно добавить следующее. С миогеосинклинальными зонами имеют большее сходство не простые авлакогены (неинверсированные рифты), а авлакогеосинклинали (инверсированные рифты). В некоторых районах (например, в Восточной и Северной Африке) неинверсированные рифты мезозоя формировались в обстановке незначительных прогибаний краевых областей платформ и в этом отношении могут рассматриваться как переходные формы к инверсированным рифтам. В целом может быть выстроен следующий латеральный ряд тектонически родственных структур: неинверсированные рифты - инверсированные рифты- перикратонные прогибы (внешние эпикратонные зоны главных поясов складчатости).

Можно очевидно говорить о распространении в Северной Евразии преимущественно неинверсированных рифтов не только протерозоя, но также и фанерозоя, а в Африке, являвшейся центральной частью Гондваны, инверсированных рифтов докембрия, палеозоя (Угарты, Капского) и особенно мезозоя (Бенуэ, Атласских, Пальмирского, ЗападноЛевантийского).

Подобно инверсированным рифтам палеозоя и мезозоя, находящимся на окраинах докембрийских платформ, рифты докембрия расположены вдоль границ относительно более древних кратонов с областями, где фундаменты последних подверглись ремобилизации одновременной с деформацией рифтовых комплексов.

В противоположность этому неинверсированные рифты не только докембрия, но также фанерозоя расположены преимущественно во внутренних областях древних и молодых платформ.

В целом от докембрия к позднему фанерозою. происходило угасание режимов формирования инверсированных рифтов и полное вытеснение их режимами «неинверсированного» рифтогенеза.

Неинверсированные рифты и эпирифтовые складчатые сооружения отличаются не только по тектоническим обстановкам образования, но и минерагении. Многие неинверсированные рифты являются нефтегазовыми бассейнами или составляют в последних части нефтегазовых систем. К таковым относятся, например, палеозойский Днепровско-Донецкий рифт, мел-палеогеновые рифты Центральной Африки, в том числе наиболее крупные Муджлад и Мелут в Судане, Термит в Нигере и Чаде, Саламат в ЦАР, кайнозойские оз. Альберта в Уганде и Суэцкий в Египте, а также в окраинных морях Восточной и Юго-Восточной Азии, мезозоя в Норвежском море и др. Погребенные валообразные поднятия эпирифтовых складчатых сооружений служат в некоторых нефтегазовых бассейнах структурными ловушками (например, в Тимано-Печорском, возможно, Западно-Сибирском бассейнах).

Со многими эпирифтовыми складчатыми сооружениями докембрия связано крупное стратиформное оруденение по группе цветных металлов. В диссертации приведена краткая характеристика такого оруденения, в частности, медного и медно-кобальтового в Катангском поясе, полиметаллического в Западно-Конголезском поясе Африки, поясе Аделаида (м-ние Брокен Хилл) в Австралии и поясах Северной Америки.

Положение 2

В Афро-Аравии и Северной Евразии рифты докембрия и фанерозоя имеют разные «разрывы» по возрастному соотношению с комплексами материковой коры, в которых они заложились: в Афро-Аравии большей частью > 400 млн. лет («поздние» рифты), в Северной Евразии преимущественно < 200 млн. лет («ранние» рифты). В этих и других регионах «поздний» рифтогенез, как правило, избегал области его «раннего» проявления, а с конца палеозоя приобрел способность к широкомасштабной 14

миграции. В Северном Вьетнаме миграция рифтогенеза была связана с изменением региональной геодинамики.

Анализ материалов по геологии Афро-Аравии и Северной Евразии позволил выявить системные возрастные различия между расположенными в этих регионах рифтами разного возраста и комплексами фундаментов платформ, поясов складчатости, в которых последние заложились.

Раннепротерозойский рифт Западного Грикваленда в Южной Африке заложился около 2,4 млрд. лет назад на западной границе Каапваальского кратона, фундамент которого был консолидирован около 3,1 млрд. лет назад.

Пан-африканские (0,7-0,6 млрд. лет) пояса складчатости Катангид, Западных Конголид, Убангид и Гурмы Африки образовались из рифтов, которые развивались с начала позднего рифея (1000-950 млн. лет назад) на фундаментах архейских (2,5 млрд. лет) и раннепротерозойских (2,01,9 млрд. лет) кратонов, т. е. также с очень большим разрывом по времени от эпох их консолидации.

Рифты позднего фанерозоя в Афро-Аравии хотя и закладывались все в ее самом молодом, пан-африканском фундаменте, но все равно только через 400 млн. лет и более после его консолидации.

В отличие от этого региона в российской части Северной Евразии большинство рифтов разного возраста образовывалось на фундаментах кратонов и комплексах поясов складчатости вскоре после их полной кратонизации. На Восточно-Европейской и Сибирской платформах ограниченный рифтогенез («удоканский», «ятулийский») проявился уже в раннем протерозое (2,4-2,3 млрд. лет назад) на архейских блоках фундамента, датированных в 2,6-2,5 млрд. лет. Широкомасштабное рифтообразование раннего рифея началось вскоре после окончательного оформления фундаментов этих платформ, произошедшего около 1,8 млрд. лет назад.

Рифты раннего палеозоя в Тимано-Печорском прогибе образовались на его позднебайкальском фундаменте. Также с крайне небольшим отрывом по времени от окончательной кратонизации в варисскую эпоху фундаментов

Западной Сибири и Предкавказья в них заложились,,рифты триаса. В Забайкалье и Монголии на палеозоидах Монголо-Охотского пояса возникли рифты юры-мела. Кайнозойские рифты окраинных морей Восточной Азии сформировались на комплексах докембрийских массивов,, подвергшихся

существенной киммерийской переработке. .....-

Таким образом, устанавливается, что в Африке и Северной Евразии рифты докембрия и фанерозоя образовывались с разными «разрывами» по времени от эпох консолидации комплексов материковой коры в которых они закладывались: в первом регионе приблизительно не менее 400,млн. лет, во втором регионе не более 200 млн. лет. По этому признаку рифты могут быть условно подразделены соответственно на «поздние» и «ранние»..

В соответствии с указанным принципом в Северном Вьетнаме к «ранним» должны быть отнесены рифты «индосинид» северо-западного района страны, в частности зона Шонгда, заложившаяся на палезоидах, и мела, возникшие на эпирифтовых складчатых структурах этой зоны. «Поздними» здесь являются рифты триаса, инверсированные в индосиниды на докембрийской Южно-Китайской параплатформе.

К числу общих закономерностей континентального рифтогенеза по первой части положения следует отнести хорошо аргументированное для Афро-Аравии формирование рифтов позднего фанерозоя исключительно на фундаментах, консолидированных после раннего протерозоя (т. е. за пределами древних кратонов).

Несовпадение на региональном и субрегиональном уровнях «позднего» и «раннего» рифтогенеза является одним из свидетельств широкомасштабного смещения этого процесса. Наиболее ярко миграционная особенность рифтообразования проявилась с конца карбона в центральной части Гондваны, а после полного распада последней в пределах обособившейся Афро-Аравии. В работе приведены, уточненные по сравнению с ранее предложенными схемы расположения афро-аравийских рифтов позднего карбона, перми-триаса, отдельных эпох раннего мела,

позднего мела-палеогена, миоцен-четвертичного возраста. Из сопоставления схем видно, что рифтогенез позднего фанероозоя начинался в наиболее удаленных друг от друга районах (ныне Юго-Восточной и Северо-Западной Африки) и смещался от них соответственно к северу и востоку, создав к концу мела две гигантских полукольцевых системы. Центральная Африка, где сходились разнонаправленные «потоки» рифтогенеза, явилась районом его наиболее длительного проявления (берриас-палеоген). В противоположность : ■ этому, рифтообразование позднего кайнозоя продвигалось с севера от Красного моря и Аденского залива на юг, до Мозамбика, т. е. кардинально изменило направление.

В Северном Вьетнаме также имеются свидетельства смещения рифтогенеза от поздней перми-триаса к юре, мелу и кайнозою. Для выяснения причин этого явления были привлечены результаты палеогеодинамических исследований, в которых непосредственное участие принимал и автор диссертации. Эти исследования проводились под руководством и по методике заведующего лаборатории палеогеодинамики Института Физики Земли РАН, д.г.-м. н. Т.П. Белоусова. В соответствии с этой методикой были произведены массовые замеры трещиноватости в породах разного возраста, компьютерная обработка полученных данных и составление стереограмм для её разных «возрастных» генераций. Установлено, что рифты «индосинид», мела и кайнозоя зарождались во время наиболее резких геодинамических перестроек в развитии субрегиона, обусловленных (или сопровождавшихся) изменениями направлений относительных вращений по системе древних разломов рифтовой зоны Красной реки Вьетнамско-Лаосского палеозойского (на западе) и ЮжноКитайского докембрийского (на востоке) блоков земной коры. Эти результаты согласуются с данными по палеогеодинамическим обстановкам образования других рифтов (например, Припятского, Суэцкого, Аденского).

К числу общих пространственно-временных.,,, закономерностей рифтогенеза, помимо обозначенных во втором положении, следует отнести также следующие две:

1. уменьшение продолжительности развития рифтов от докембрия

(400-500 млн. лет) до кайнозоя (30-40 млн. лет), т. е. более чем на порядок, что свидетельствует об увеличении активности рифтогенерирующих мантийных процессов; _________

2. синхронность развития рифтовых систем позднего палеозоя-раннего мела, разрушивших Гондвану и отделившие Африку от Северной Америки, и ранних подвижных структур мезозоид Восточной Азии, Анд, Кордильер, отчасти альпид Альпийско-Гималайского пояса, в чем можно видеть глобальное проявление пространственно-временного соотношения подвижных систем и рифтов, отмеченного Е.Е. Милановским для позднего протерозоя и палеозоя некоторых регионов (Милановский, 1984)

Публикации по теме диссертации:

1. Е.А. Долгинов, Ю.В. Башкин, Т.П. Белоусов, Д.Ч. Као, В.З. Ле. Рифтовые и эпирифтовые структуры Северо-Западного Вьетнама и их вероятные аналоги// Изв. Высш. учебн. Завед. Серия Геология и разведка.

2010. № 5. С. 3-8.

2. Е.А. Долгинов, Д.Ч. Као, В.З. Ле, Т.Л. Нго, Ю.В. Башкин.

О возможной глубинной природе сейсмической аномалии Северо-Западного Вьетнама и ее связи с реактивированной системой «горячей точки» поздней юры-раннего мела// Изв. Высш. учебн. Завед. Серия Геология и разведка.

2011. №2. С. 11-16.

3. Е.А. Долгинов, Ю.В. Башкин. Рифтовые системы Северной Евразии// Изв. Высш. учебн. Завед. Серия Геология и разведка. 2010. №3. С. 71-72.

4. Е.А. Долгинов, Ю.В. Башкин. Рифтовое обособление и разрушение Африки// Ежегодник «Африканские исследования». М.: РУДН, 2010. С. 327-339.

5. Т.П. Белоусов, Е.А. Долгинов, Т.Н. Нго, С.Ф. Куртасов, З.Т. Нго, Д.Ч. Као, Ю.В. Башкин. Палеонапряжения Северо-Западного Вьетнама и некоторые закономерности его альпийской геодинамики// Вопросы инженерной сейсмологии. 2009. Т. 36. № 34. С. 13-24.

6. Т.П. Белоусов, Е.А. Долгинов, Т.Л. Нго, С.Ф. Куртасов, З.Т. Нго, Ю.В. Башкин. Внутрислойная трещиноватость горных пород Северного Вьетнама и закономерности ее палеогеодинамики// Материалы совещания МТК «Тектоника и геодинамика складчатых поясов и платформ фанерозоя», Москва, 2010. С. 66-71.

7. Т.П. Белоусов, Е.А. Долгинов, Т.Л. Нго, С.Ф. Куртасов, З.Т. Нго, Ю.В. Башкин. Трещиноватость горных пород Северо-Запалного Вьетнама и некоторые закономерности ее геодинамики// Материалы межд. конф. «Современные методы оценки сейсмического риска в горных районах», Душанбе: Дошин, 2009. С. 52-56.

Тираж 100 экз.

1 уч.-изд.л.ф-т 60x84/16

Отпечатано в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский р-н, п. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Башкин, Юрий Владимирович, Москва

61 12-4/57

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

Башкин Юрий Владимирович

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО РИФТОГЕНЕЗА

Специальность 25.00.01 - Общая и региональная геология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогичесих наук,

профессор Долгинов Е.А.

Москва - 2012

Оглавление

Введение..................................................................................................................................................................4

Положение 1........................................................................................................................................................8

1.1 Неинверсированные рифты...........................................................................................8

1.1.1 Неинверсированные рифты Африканско-Аравийского региона.... 8

1.1.1.1 Неинверсированные рифты докембрия..............................................................................8

1.1.1.2 Рифты позднего фанерозоя..............................................................................................................12

1.1.1.2.1 Рифты позднего карбона (перми)-триаса................................................................12

1.1.1.2.2 Рифты поздней юры (?) - раннего мела........................................................................20

1.1.1.2.3 Рифты раннего-позднего мела................................................................................................23

1.1.1.2.4 Рифты мела — палеогена -миоцена.................. ..............................................24

1.1.1.2.5 Рифты олигоцен (миоцен) - четвертичного возраста..............................29

1.1.2 Неинверсированные рифты Северной Евразии..................................................31

1.1.2.1 Рифты раннего протерозоя............................................................................................................31

1.1.2.2 Рифты позднего протерозоя...................... ..............................................................33

1.1.2.3 Рифты палеозоя............................. ....................................................................................40

1.1.2.4 Рифты мезозоя................................................................................................................................................44

1.1.2.5 Рифты кайнозоя.............................. ..................................................................................48

1.2 Инверсированные рифты............................................................................................................52

1.2.1 Инверсированные рифты Африки и Аравии..........................................................53

1.2.1.1 Позднеархейский рифт Понгола................................................................................................53

1.2.1.2 Раннепротерозойский рифт Западного Грикваленда......................................54

1.2.1.3 Рифты позднего протерозоя.......................................................57

1.2.1.4 Рифты палеозоя..............................................................................................................................................66

1.2.1.5 Рифты мезозоя.............................. ....................................................................................69

1.2.2 Инверсированные рифты Северной Евразии........................................................74

1.2.3 Инверсированные и неинверсированные рифты других регионов.. 78

1.3 Инверсированные и неинверсированные рифты Северного Вьетнама..................................................................................................................................................................88

1.4 Общие закономерности пространственно-временных 108 соотношений неинверсированных и инверсированных рифтов........

1.5 Сравнительный анализ изменения скорости прогибания пери- и внутриконтинентальных рифтов................................................

1.6 Минерагения рифтогенных структур....................................... 123

Положение 2............................................................................ 134

Заключение.............................................................................. 169

Литература.............................................................................. 170

Введение.

Проблемам континентального рифтогенеза посвящены многочисленные, в том числе и фундаментальные, работы зарубежных и отечественных геологов. Среди последних следует, прежде всего, назвать академика РАН профессора Евгения Евгеньевича Милановского, статья которого «Эволюция рифтогенеза в истории Земли», опубликованная в трудах 27-го Международного Геологического Конгресса в 1984 г., имеет самое непосредственное отношение к теме диссертации. Общим проблемам рифтогенеза посвящены также работы академика В.Е. Хаина, докторов геолого-минералогических наук Е.А. Долгинова, В.Г. Казьмина, A.B. Разваляева. Из зарубежных геологов пространственно-временные закономерности рифтогенеза рассмотрены Рамбергом, Морганом, Бёрка, Мором, Дьюи, Шенгёром, Гиро и др.

Однако, при многочисленных публикациях, посвященных строению и развитию рифтов различного возраста, находящихся в разных регионах, в проблеме континентального рифтогенеза остаются еще «теневые» вопросы, в том числе следующие, главные:

1. чем отличаются строения разрезов, обстановки формирования рифтов, сохранивших первичные или близкие им (грабеновые) структуры и трансформированные в складчатые сооружения?

2. существуют ли региональные закономерности континентального рифтообразования?

3. имеются ли и в чём заключаются различия рифтов, с образования которых началось полное разрушение Гондваны и не имевших такого значения и сохранивших внутриматериковое положение?

4. какой была общая последовательность рифтового распада Гондваны и разрушения Афро-Аравии?

Опорными для диссертанта являлись две работы академика Е.Е. Милановского - «Рифтогенез в истории Земли» (1983 г) и «Эволюция рифтогенеза в истории Земли» (1984 г), а также работа Р. Гиро

«Геологическое развитие Северной и Центральной Африки в фанерозое» (2005 г). При подготовки диссертации использованы также многочисленные литературные материалы, а также результаты работ, проведенных автором совместно с коллегами из ИФЗ РАН, РУДН и Института Геофизики Вьетнамской Академии наук и технологий (ИГВАНТ) в 2009 и 2010 гг. в Северном Вьетнаме.

Исследование проводилось в Лаборатории геологии зарубежных стран при кафедре месторождений полезных ископаемых и их разведки Российского университета дружбы народов под руководством доктора геолого-минералогических наук профессора Долгинова Е.А. Часть работы, относящаяся к палеогеодинамическим исследованиям Северного Вьетнама, выполнялась под руководством заведующего лаборатории палеогеодинамики ИФЗ РАН доктора геолого-минералогических наук Белоусова Т.П., которому автор выражает искреннюю благодарность. Кроме того автор благодарит руководство РУДН и ИГВАНТ, оказавших соответственно финансовую и организационную поддержку в осуществлении экспедиций в Северный Вьетнам.

Для выявления общих пространственно-временных закономерностей континентального рифтогенеза рассмотрены главным образом Афро-Аравия и Северная Евразия (преимущественно её российская часть). В этих регионах имеются рифты наиболее широкого возрастного диапазона и разных типов (рис. 1, 2), что позволяет наиболее объективно установить в них тренды эволюции рифтогенеза.

В диссертации рассмотрены те структуры материков и их подводных окраин, которые выделены как рифты авторитетными отечественными и зарубежными геологами. К таковым относятся грабенообразные синседиментационные депрессии, выполненные толщами осадочных пород, отчасти в ассоциации с вулканитами толеит- и (или) щелочно-базальтового, щелочного или контрастного состава, а также подобные им палеодепрессии, трансформированные в складчатые сооружения.

В первой части работы приведены сравнительный анализ строения разновозрастных рифтов этих двух типов и сформулированный на его основе, вынесенный в начало раздела, главный тезис о тектонических обстановках их развития. Во второй части диссертации рассмотрены региональные и межрегиональные пространственно-временные закономерности континентального рифтогенеза, наиболее важные из которых вынесены в форме второго положения.

Рис. 1. Схема расположения рифтов в Африканско-Арависком регионе 1 - Докембрия; 2 - Фанерозоя

Рис. 2. Схема расположения главных рифтовых систем Северной Евразии:

1 _ 5 _ Рифтовые системы: 1 - раннего протерозоя, 2 - позднего протерозоя, 3 - среднего-позднего палеозоя, 4 - мезозоя, 5 - кайнозоя; 6 - выходы на поверхность складчатых комплексов; 7 - разломы Байкало-Охотской рифтовой системы за пределами рифта оз. Байкал; незаштрихованные поля соответствуют платформенным комплексам, образованным после рифтов, и перекрывают последние.

Положение 1.

Континентальные рифты, сохранившие первичные или близкие им синседиментационные структуры и преобразованные в складчатые сооружения, развивались в разных тектонических обстановках: первые преимущественно на фоне абсолютных поднятий, вторые в пределах обширных подводных опусканий стабильных областей. Неинверсированные рифты позднего фанерозоя, определившие зоны распада Гондваны и отделения Аравии от Африки, развивались при увеличении скорости прогибания, а рифты позднего палеозоя - триаса и поздней юры - раннего мела, сохранившие внутриматериковое положение, при её уменьшении или постоянстве.

1.1 НЕИНВЕРСИРОВАННЫЕ РИФТЫ

Под названием «неинверсированные» рассматриваются рифты, сохранившие первичные (синседиментационные) грабеновые структуры, характеризующиеся субгоризонтальным или полого-волнистым залеганием выполняющих их отложений.

1.1.1 Неинверсированные рифты Африканско-Аравийского региона

В Африканско-Аравийском регионе находится древнейший из рифтов этого типа - Витватерсранд (Южная Африка) и многочисленные рифты позднего фанерозоя, в том числе: позднего карбона-триаса, перми-триаса, юры, юры-мела (триаса-юры-мела), раннего мела, мела-миоцена, миоцен-четвертичного и плиоцен-четвертичного возраста. 1.1.1.1 Неинверсированные рифты докембрия

Позднеархейский рифт Витватерсранд расположен в центральной части древнейшего не только в Африке, но и на Земле Капваальского кратона (рис. 1.1.1). Он получил название по залегающей в нем мощной толще

\

•2/

К

f

Мосторождсмпы золото ■ - ПйДнаор

2 - Ист Ранд

3 - Цвнгральмы.1 РЗчд

4 - Эапааныи Рама

5 - Южный Д.ш

6 - Запалные терри т • Карлвтонаилгь 6 - towxcacon

О Вол юм

Eva ndor

/ OenOBrtWe рвэломо« ■ Мвсоро-кдвния золота

rpyinia Цинтр-ш'ьнши Рамда "" руппа ¿эпад-югс ранга Группа Доминион РДОМОШв ч»и«ты Зеленокаменные пояса

ЛИ

5.8

JU

Рис. 1.1.1. Схема выходов на поверхность пород суперсистемы Витватерсранд (по Muntean, Frimmel et al., 2005)

отложений верхнего архея (3,0-2,8 млрд. лет),выделенной как супергруппа Витватерсранд. Последняя очень хорошо изучена в связи с тем, что с определенными горизонтами, присутствующих в ней терригенных пород связаны крупнейшие в мире сингенегичные месторождения золота и урана. Супергруппа сложена большей частью терригенными породами и толеитовыми базальтами, накопившимися в континентальных, прибрежных, мелководно-морских условиях (рис. 1.1.2). Для терригенных пород характерна косая слоистость, волноприбойные знаки и примесь углистого материала. Главные латеральные фациальные изменения в суперсистеме Витватерсранд заключаются в смене песчано-глинистых отложений конгломератами с приближением к границам прогиба (рис. 1.1.3). Это показывает, что последний формировался между поднятиями фундамента Капваальского кратона, с которых происходил снос обломочного

Региональное несогласие

Щ

[ I г

V V

V

V V

V V

V

V V

V

ЭлГГоо ., ■ схо0?0вр

V V

V

V V

V

X/ V

Карбонатные отложения, глинистые сланцы, песчаники

Толеитовые базальты ..Песчаники, и. конглрмерать}.

Эффузивные породы, терригенные отложения

Толеитовые базальты

Аллювиальные пески, конгломераты, глинистые сланцы

Преимущественно морские отложения

Граувакковые песчаники, сланцы, аргиллиты

Базальты с подчиненным значением кварцитов

Граниты

а:

X £

о о.

ш §

Группа Претория

Группа Хаап

Кварциты Блэк Риф Формация Алланридж

Формация Босавиль

Группа Платберг

Группа Клипривьерсберг

Группа Центрального Ранда

Группа Западного Ранда

Группа Доминион

Фундамент

Рис. 1.1.2. Сводный литолого-стратиграфический разрез рифтового бассейна Витватерсранд (Мшйеап, Рптше! ег а1., 2005)

материала. Отложения суперсистемы Витватерсранд характеризуются слабым метаморфизмом, не достигающим фации зеленых сланцев и полого-волнистым залеганием.

Хотя, с учетом особенностей строения суперсистемы Витватерсранд и характера деформации её пород, зарубежные геологи причисляют выполненный ею прогиб к рифтам, нельзя не отметить не свойственную классическим структурам этого класса нелинейность данной структуры. Как будет показано далее, такая форма характерна и для других доверхнепротерозойских эпикратонных прогибов, развивавшихся в режиме рифтов.

Рифт Витватерсранд перекрыт более широко распространенными вулканитами системы Вентерсдорп и преимущественно осадочными (терригенными и карбонатными) породами системы Трансвааль нижнего протерозоя, образующими совместно платформенный комплекс синеклизы

Кап.

_ - - " Д-гГрЬ®--^ + ++ + + ++ + + + + + + + + + + + + +

— + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + ++ + + + ++ + +

Рис. 1.1.3. Схема развития рифтового бассейна Витватерсранд (H.de la Rey Winter, 1987)

1.1.1.2 Рифты позднего фанерозоя

В Африканско-Аравийском регионе отсутствуют неинверсированные

рифты протерозоя и палеозоя, зато широко распространены рифты этого типа, образованные в позднем фанерозое, а именно: в позднем карбоне (перми)-триасе, юре, мелу и кайнозое.

1.1.1.2.1 Рифты позднего карбона (перми)-триаса

Рифты этого возраста расположены в Южной Африке, а также в периконтинентальных прогибах Мозамбика, Танзании, Кении, Мадагаскара и Западной Африки от Марокко на севере до Сенегала на юге (рис. 1.1.4-1.1.7).

Наиболее крупным по размерам и глубоким является рифт позднего карбона-триаса, образующий нижний структурный ярус периконтинентального прогиба Морондава на юго-западе Мадагаскара. Рифтовые отложения соответствующего возраста в нём имеют почти исключительно континентальное происхождение. Нижняя часть их разреза в объеме верхнего карбона-нижней перми, выделяемая как группа Сакоа, сложена аллювиальными и озерными отложениями (рис. 1.1.8а). Выше по разрезу залегают однотипные отложения группы Сакамена (нижняя пермь-триас), которая подразделена на три части: песчаники Нижней Сакамены, сланцы Средней Сакамены и песчаники Верхней Сакамены. Общая мощность группы достигает 4000 м. Рифтовый разрез завершается формацией Исало верхнего триаса. Она представляет собой толщу косослоистых песчаников и конгломератов мощностью до 6000 м. Наличие в группе Исало больших объемов грубообломочных пород указывает на увеличение к концу развития рифта контрастности наземного рельефа.

Рифтовые отложения в целом характеризуются полого-моноклинальным залеганием, сходным с таковым перекрывающих их мелководно-морских отложений юры, мела и палеогена, образующих верхний структурный комплекс прогиба Морондава. Между рифтовым и

Рис. 1.1.4. Расположение внутри- и периконтинентальных рифтов позднего карбона (иерми)-триаса в Юго-Восточной и Восточной Африке (фрагмент карты осадочных бассейнов Африки и Аравии, лаборатория геологии зарубежных стран, кафедра МПИ, РУДН, 2005)

периконтинентальным комплексами имеется перерыв и некоторое географическое несогласие, свидетельствующее о проявлении в конце развития рифта геотектонической фазы, как считается, сдвиговых деформаций (ЗсИапсЫтаеи' е! аЦ 2005)

Одинаковый возраст с рифтом прогиба Морондава имеет рифт Нижнего Замбези в Мозамбике. По данным геофизики он имеет глубину до 8-9 км. Полностью, хотя и в сокращенной мощности, разрез рифта вскрывается вдоль его южной приборговой зоны. Его нижняя часть (группа Экка) в объеме верхнего карбона - низов перми сложена базальными

Рис. 1.1.5. Расположение рифтов позднего карбона-триаса Юго-Восточной и Восточной Африки (фрагмент карты осадочных бассейнов Африки и Аравии, лаборатория геологии зарубежных стран, кафедра МПИ, РУДН, 2005)

Рис. 1.1.6. Расположение рифтов перми-триаса в периконтинентальном прогибе Намибии (фрагмент карты осадочных бассейнов Африки и Аравии, лаборатория геологии зарубежных стран, кафедра МП И, РУДН, 2005)

Рис. 1.1.7. Расположение рифтов перми-триаса в периконтинентальном прогибе Марокко и Мавритании (фрагмент карты осадочных бассейнов Африки и Аравии, лаборатория геологии зарубежных стран, кафедра МПИ, РУДН. 2005)

го

5

а>

6

s О

т

в; <

О ^

CL Ш

-G

с;

>

О X

ш

<

го с с >. о.

>4

Q.

аз ^

ь

Q.

О

-е-

2 -Ü LÜ

аз С7)

а.

0) О

■е

то

Ьй

я

5

>.

а. го

со СС аз

к о: i х Q. (D СО

X

q:

о а.

О

к к

I

о о

X

о

О

со

ю

со ю

I ■ ■ ■■■ ■■■ ■

I ■ ■ ■■■ ■■■

I ■ ■ ■

о о

I4-

Литопогия

i i i i

ilili

V У V 2 V -Т.

i та

■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

a)

■ т т ■

б)

Рис. 1.1.8. Сводные литолого-стратиграфический разрезы рифтов Морондава (а) и Нижнего Замбези (б)

Условные обозначения к рисунку 1.1.8

Песчаники и

конгломерато-песчаники

Глинистые сланцы

• ф

Тиллиты

Угли

Аргиллиты

РФ?

I ' I ' I I

Известняки

Алевролиты

ш

/ / /

Мергели

тиллитами и сменяющими их выше переслаивающимися песчаниками, аргиллитами и алевролитами мощностью до 400 м (рис. 1.1.86). Сходный состав имеет средняя часть этой толщи, но содержит прослои углей (до 200 м). В самой верхней части группы Экка преобладают аркозовые песчаники, содержащие прослои озерных мергелей (до 200 м). Средняя часть рифтового разреза (группа Бьюфорт) относится к перми и сложена разнозернистыми песчаниками преимущественного речного и дельтового проис