Русская (Восточно-Европейская) платформа и Урал

Огромная равнинная территория Средней России, разделяющая Балтийский и Украинский щиты, как установлено глубинным бурением в последние десятилетия, скрывает в своих недрах докембрийский кристаллический фундамент, перекрытый палео-мезо-кайнозойскими отложениями платформы.

На рис. 37 отчетливо видно, что погружение докембрийского фундамента в отдельных наиболее глубоких прогибах (Днепровский, Котласский) превышает 2,5-3 км, а поэтому в таких районах породы фундамента не вскрыты и буровыми скважинами. Лишь в бассейне верхнего течения р. Дона (южнее г. Воронеж) докембрийский кристаллический фундамент обнажается на поверхности или перекрывается маломощным покровом палеозоя. Этот участок кристаллического фундамента, изученный сравнительно лучше, носит название Воронежского кристаллического массива.

Рис. 37. Схема структуры поверхности и данные определения возраста кристаллического фундамента Русской (Восточно-Европейской) платформы. Изогипсы поверхности кристаллического фундамента: 1 - по данным бурения, 2 - по геофизическим данным; 3 - крутые склоны поверхности фундамента; 4 - граница Прикаспийской впадины; 5 - граница Уральской складчатой зоны; данные по определению аргоновым методом возраста пород фундамента (в млн. лет): 6 - гранита, 7 -гранито-гнейса, 8 - гнейса, 9 - сланца; 10 - данные свинцового метода. I - Курско-Воронежская плита (2000-2800 млн. лет); II - район Днепровского прогиба, Псковско-Выборгского и Токмовского поднятий (1700-1800 млн. лет); III - район Пачелмского прогиба (1400-1500 млн. лет), IV - Московская синеклиза и Татарский свод (1200-1400 млн. лет)

О существовании кристаллического фундамента под палеозойским чехлом Русской равнины от Карелии до Урала и Черного моря впервые высказал предположение А. П. Карпинский (1888 г.), считавший его аналогом докембрийских массивов Карелии и Украины.

Первые данные о докембрии средней части Русской платформы были получены в результате детальных работ в районе КМА, гравиметрических исследований и магнитной съемки всей территории платформы (А. Д. Архангельский, Н. С. Шатский). Систематическое изучение кристаллического фундамента оказалось возможным лишь в связи с проведением глубокого опорного бурения на всей площади Русской платформы и обширными буровыми работами в районе Второго Баку. Полученный обширный фактический материал изложен в трудах многих исследователей (А. И. Педашенко, В. П. Флоренского, Л. А. Варданянца, М. М. Веселовской, Т. А. Лапинской, Э. Э. Фотиади и др.).

Воронежский массив

В районе г. Павловск и хутора Тихий Дон, в 150 км южнее г. Воронеж по берегам Дона обнажаются гнейсы и прорывающие их граносиениты, впервые описанные В. Н. Лодочниковым, отнесшим часть из них к группе рапакиви (район Русской Буйловки). По аналогии с рапакиви Балтийского и Украинского щитов эти породы можно было бы рассматривать как краевые, наиболее поздние интрузии Воронежской глыбы, однако петрографические исследования В. И. Лучицкого опровергли эти представления. Он отметил сильную степень инъекции и мигматизма, связанного с этими породами, что указывало скорее на их более древний возраст. Возражая В. Н. Лодочникову, В. И. Лучицкий писал: "параллелизовать стратиграфически породы Воронежского горста с рапакиви, как особенно юными докембрийскими породами, не представляется возможным" (1939). Последний вывод, позволяющий считать эти интрузивные тела весьма древними, был подтвержден и исследованиями возраста толщ, датируемых свинцово-урановым методом по выделенному из пород акцессорному циркону в 2800 млн. лет.

Буровые работы в районе Павловска показывают, что область развития этого древнего интрузивного фундамента по площади составляет около 40 000-50 000 км². На юге Воронежский массив круто обрывается в сторону Днепровского прогиба, на севере он постепенно погружается под палеозойский покров осадков. В связи с открытием в северной части массива известных железорудных месторождений (Курской магнитной аномалии) район интенсивно разбурен и сравнительно хорошо изучен петрографически.

По представлениям М. Н. Доброхотова и др., в строении докембрия КМА принимают участие два структурных яруса. Нижний ярус сложен различного рода гнейсами и развивающимися по ним мигматитами; в составе верхнего яруса две серии: нижняя - Михайловская, сложенная апоспилитовыми амфиболовыми и двуслюдяными сланцами, и верхняя - курская, в состав которой входят (снизу вверх): конгломераты, песчаники, филлитовидные сланцы, железистые кварциты, туфы, серицитовые сланцы, карбонатные породы и т. д. (табл. 51). Толщи верхнего структурного яруса смяты в складки субмеридионального простирания, погружающиеся в северном направлении; перекрываются они девонскими отложениями.

Таблица 51. Стратиграфическая схема докембрия КМА. По М. Н. Доброхотову (1961)

Согласно более ранним стратиграфическим схемам А. Д. Архангельского (1926 г.), М. Н. Воскресенской (1956 г.), Н. А. Плаксенко (1957 г.) и И. А. Русиновича (1958 г.), принималось трехчленное деление докембрия. К нижнему отделу, или свите, относились как филлитовидные сланцы, залегающие ниже железистых кварцитов К2, так и подстилающие их гнейсы. В частности, М. Н. Воскресенская именовала всю нижнюю свиту гнейсово-сланцевой. Два верхних отдела отвечали современной курской серии. Таким образом, разделение докембрийской толщи КМА на два структурных яруса, заметно отличающихся друг от друга по степени метаморфизма и возрасту пород, было впервые предложено М. Н. Доброхотовым. По данным измерений абсолютного возраста горных пород КМА эта схема имеет следующий вид.

Гнейсы и мигматиты нижнего структурного яруса КМА отличаются рядом характерных особенностей, сближающих их с древнейшими формациями других континентов. Среди них довольно часто наблюдаются реликты полосчатых магнетитовых кварцитов (район ст. Прохоровка). Гранитоиды представлены главным образом мигматитами, гранитизированными гнейсами. По М. Н. Доброхотову, гранитизация вызвана двумя типами гранитов: ранними плагиоклазовыми и поздними - микроклиновыми.

Залегающая в основании верхнего структурного яруса спилитокератофировая михайловская серия мощностью до 3 км (в северных районах КМА) почти всюду имеет интрузивные контакты с мигматизированными и гранитизированными гнейсами основания. Нормальное ее залегание на гнейсах пока нигде не установлено. В ряде южных участков КМА (Яковлево, Старый Оскол) породы этой толщи явно прорваны и гранитизированы плагиогранитами. Измерение абсолютного возраста подобных плагиогранитов из района Яковлево, выполненное свинцово-урановым методом по циркону, показало значение возраста, равное 2700 млн. лет, с более удачной сходимостью по всем изотопным отношениям, нежели полученные для гранитоидов Павловска (см. табл. 52).

Таблица 52. Геохронология докембрия КМА

Несколько ранее при проведении аргон-калиевых измерений абсолютного возраста пород КМА нами вновь были отмечены единичные древние значения возраста - 2500 млн. лет для гнейсов нижнего структурного яруса. В настоящее время это единственное определение возраста интрузии, прорывающей михайловскую кератофиро-спилитовую формацию, но оно дает основание параллелизовать михайловскую серию КМА и по составу, и по времени образования с конкско-белозерско-докриворожской спилитовой формацией Украины и нижними карелидами Балтийского щита.

Таблица 53. Аналитические данные и возраст акцессорных минералов КМА (по данным свинцово-урано-ториевого метода)

Еще более убедительные данные о возрастных соотношениях Михайловской и курской серий получены при изучении конгломератов и кварцитов нижней свиты курской серии, залегающих с явным размывом на нижележащих толщах, сохранивших следы интенсивной коры выветривания. Проведенные нами исследования возраста различных разновидностей конгломератов показали, что кварциты, в которых присутствовали исключительно кластические монацит и циркон, имеют возраст 2750±150 млн. лет, указывающий, вероятно, не столько на время седиментации кварцитов, сколько на возраст древних интрузий, денудировавшихся в момент седиментации. Эти значения возраста весьма близко совпали со значениями возраста плагио-гранитов, прорывающих михайловскую метабазитовую серию. Время седиментации конгломератов хорошо датируется по образцу урансодержащего пирита, определяемого в 2730 млн. лет. Исходя из этого, а также учитывая точность измерения возраста, можно считать, что накопление отложений курской серии началось в ту же эпоху, что и становление предкурских интрузий.

Изучение возраста интрузий, прорывающих курскую серию (Стойленский массив диоритов) и широко распространенных в кристаллическом фундаменте платформы восточнее и западнее КМА, выполненное аргон-калиевым методом по слюдам А. П. Виноградовым и Л. В. Комлевым, показало существование нескольких генераций интрузий диорит-сиенитового и плагиогранитового состава, датируемых приблизительно 2000 млн. лет, и микроклиновых гранитов, относящихся к наиболее юному циклу около 1550 млн. лет тому назад. Многочисленные измерения абсолютного возраста слюд курской серии, выполненные Л. В. Комлевым (1961 г.), дали по существу те же результаты, что и для метаморфических пород криворожской серии, варьирующие около 2000 млн. лет.

Таким образом, верхний предел возраста седиментации курской серии составляет около 2000 млн. лет, а наиболее юные изверженные породы региона - не моложе 1550 млн. лет. Кроме того, они указывают на огромную роль магматизма послекурской эпохи в метаморфизме осадочных формаций КМА. Последовательность геологических событий в КМА приводится в табл. 52,аналитические данные и возраст акцессорных минералов - в табл.53.

Фундамент Русской платформы

О магматических событиях в кристаллическом фундаменте остальной территории Русской платформы в настоящее время свидетельствует весьма ограниченное количество данных, основанных на аргон-калиевых измерениях единичных образцов керна из скважин глубокого бурения. Измерения, проведенные А. П. Виноградовым и др. в 1960 г., позднее дополнили Э. К. Герлинг, А. М. Пап и др. (1962 г.) для территории Белоруссии и А. Я. Крылов для районов Волго-Уральской области. Несмотря на то что эти данные (см. рис. 37) показывают лишь приближенно предел метаморфизма пород отдельных районов фундамента Русской платформы, они позволяют произвести оценку геологических событий в глубоком докембрии платформы. Так, четко выделяется стабильная Воронежская глыба, вокруг которой не сохранилось пород, избежавших метаморфизма и перекристаллизации 1800-1750 млн. лет назад. Метаморфизм этого времени оказался наиболее распространенным. Он охватил районы Белорусского выступа, Псковско-Выборгского и Токмаковского поднятий. В районе Белорусского выступа породы указанного возраста представлены существенно огнейсованными плагиоклазовыми гранитами, отнесенными Э. Э. Фотиади к Кировоградскому комплексу.

В эту эпоху завершается магматизм в пределах Украинского и Балтийского щитов (Коростенский, Новомиргородский, щелочной Приазовский, Выборгский плутоны), в то время как центр его активизации перемещался в район будущей позднедокембрийской платформы.

Для Пачелмского прогиба, возникшего в верхнем докембрии, характерно появление микроклиновых гранитов, впервые выделенных Л. А. Варданянцем (1957 г.) в виде так называемого Воронежско-Выборгского пояса, датируемых 1300-1400 млн. лет. Эти граниты не несут следов огнейсования, содержат ксенолиты ставролитовых сланцев и гнейсов. К этому же времени относятся и проявления микроклинизации древних гнейсов (Усть-Славянск). К несколько более юной эпохе метаморфизма можно отнести гранитоиды, вскрытые на территории Московской синеклизы и по левобережью р. Волги (950-1150 млн. лет). Напомним, что времени метаморфизма гнейсов и скважин Плявинас, Поповки, Советской, приуроченных к западной части Котласского прогиба, довольно точно отвечают значения возраста пегматоидных проявлений Южной Швеции и Норвегии, лежащих южнее "зоны рапа-киви" Балтийского щита, уже в зоне платформы.

По поводу столь поздних явлений гранитизации А. И. Педашенко писал: "Наряду с гранитами, вероятнее всего магматического происхождения, приуроченными к двум поясам, в фундаменте платформы широко проявляется также процесс образования микроклиновых средне- или крупнозернистых бластопорфировых гранитов, выделяющихся своим красным или розовым цветом. Возникновение таких гранитов связано с калиевым метасоматозом, развивавшимся совершенно одинаково по любым породам от гранито-гнейсов и гранитов кировоградского комплекса до норитов и гипербазитов. При этом образуются неправильной формы прожилки или подобия гнезд такого гранита, и лишь в относительно редких случаях мощность их выражается метрами.

В результате такого пропитывания гнейсовых и иных пород гранитным материалом возникают мигматоподобные образования - инъекционные гнейсы или втеки. Такие образования не сопровождаются контактовыми изменениями, но содержат массовые реликты вмещающих пород, практически совершенно неизмененные" (1958).

Характерно, что калиевый метасоматоз проявлялся главным образом в области поднятий, а не прогибов. Иначе говоря, этот процесс, подробно описанный позднее Л. А. Варданянцем и М. М. Веселовской, В. П. Флоренским и Т. А. Лапинской, в какой-то степени был фациальным аналогом явлений активной гранитизации осадков, протекавших в области прогибания.

Неотъемлемой чертой строения этих областей позднейшего метаморфизма является распространенность интрузий основного состава, в свою очередь подвергающихся поздней гранитизации. Так, например, интрузии габброидного состава прослеживаются в виде цепочки вдоль северного крыла Пугачевско-Жигулевского поднятия. По данным Л. 3. Егоровой, скважинами в Куйбышевском Заволжье на глубине 3500-2400 м вскрыты роговообманковые габброиды, пироксениты и габбро-диабазы, прорывающие гнейсы и чарнокиты фундамента. Многообразие микроструктурных признаков габбро-диабазов, по мнению А. В. Козлова (1963), указывает на их гипабиссальный характер.

Строгое совпадение очертаний области распространения сравнительно юных для докембрия метаморфизованных комплексов с последующими прогибами, начало которых относится к позднему докембрию, по-видимому, не случайно. Геосинклинальные зоны будущей платформы, активные в нижнепротерозойское время, сохраняют вертикальную подвижность и при позднее установившемся платформенном режиме описываемой территории. Возникающие при этом прогибы в верхнедокембрийское время приводят к расколам кристаллического фундамента, фиксируемым в нем зонами дробления. Как указывает В. С. Журавлев (1963), такие структуры особенно развиты по внешнему ограничению платформы в виде системы кулисообразных швов, местами переходивших в "авлакогены" (по Н. С. Шатскому). С этими особенностями развития фундамента Русской платформы уже в верхнедокембрийское время, вероятно, связаны проявления рифе некого вулканизма, в частности, выполнение базальтовыми покровами Котласского прогиба и др. (А. С. Новикова).

Поздний докембрий Русской платформы и Урала

Как уже отмечалось в главе I, разработанный Н. И. Полевой и Г. А. Казаковым метод измерения абсолютного возраста седиментации осадков по глаукониту позволил расчленить в первую очередь слабо метаморфизованные, а затем немые толщи позднего докембрия - рифея. Применение этой методики для расчленения уральского рифея и дальнейшее сопоставление его с разрезами позднего докембрия других районов, выполненное Г. А. Казаковым, Н. И. Полевой, Б. М. Келлером, А. П. Виноградовым и А. И. Тугариновым, показало, что Уральский разрез является наиболее полным стратотипом рифея, позволяющим принять его за основу расчленения позднего или верхнего докембрия. Выделенные на основании аргоновых измерений возраста глауконитов подразделения рифея хорошо совпали с результатами исследований обычными геологическими методами и распределением строматолитов.

В табл. 54 приводится (по Б. М. Келлеру) схема расчленения рифея ("Стратиграфия СССР", 1963). В качестве промежуточного горизонта между кембрием и верхним рифеем Б. С. Соколов и Б. М. Келлер выделяют так называемый вендский комплекс, представленный песчаниками и кварцитами, тиллитоподобными конгломератами, отличающимися богатыми комплексами спор и присутствием примитивных трилобитообразных организмов, которые сближают его с палеозоем.

Впервые выделенная Н. С. Шатским (1945) в качестве особой группы толща немых, слабо метаморфизованных отложений, залегающих ниже кембрия, резко отличных от подстилающего их кристаллического фундамента, приобрела в настоящее время большое значение, так как заполнила кажущийся перерыв в геологической хронологии между временем формирования древнего фундамента (1750 млн. лет) и кембрием (600 млн. лет). Однако столь значительная длительность рифейского времени, которому Н. С. Шатский первоначально отводил не более 100-200 млн. лет, сопоставляя его с нижним палеозоем, стала очевидной лишь после обнаружения в средних частях рифейского разреза Урала глауконитов, датируемых 1260 млн. лет, и в нижнем рифее Анабара и Алдана отвечающих возрасту 1500 млн. лет. Накопление рифейских толщ продолжалось по крайней мере 1000 млн. лет.

Таблица 54

Несмотря на столь значительную длительность седиментации, в литологии рифейских толщ наблюдается определенная последовательность, заключающаяся в преимущественном развитии песчано-терригенных фаций в начале рифея, карбонатных осадков в среднем рифее и сланцево-песчанистых толщ в заключительное рифейское время.

Но развитие седиментации в рифее не везде шло идентично. Как видно из схемы (рис. 38), заимствованной с рядом добавлений из работы Г. А. Казакова, А. И. Тугаринова (1963), неравномерная седиментация рифейских отложений наблюдается в районах Западного Урала и платформы.

Рис. 38. Геохронологическая схема позднего докембрия по данным опорных разрезов европейской и азиатской частей СССР с определениями возраста пород по глаукотину

В основании наиболее полного разреза рифея западного склона Урала залегает тараташская свита, впервые выделенная М. Гаранем в 1949 г. В настоящее время она разделяется на две подсвиты: нижнюю, сложенную инъекционными гнейсами, и верхнюю, состоящую из очковых гнейсов. Возраст тараташской свиты, содержащей железистые кварциты, одно время рассматривался как весьма древний, поскольку А. А. Краснобаевым и др. были получены цифры α/Pb методом, датировавшие ее 3 млрд. лет и более. Однако последующие измерения с применением изотопного контроля установили преимущественное значение возраста около 2000 млн. лет и лишь для Шигирского массива гранитов, прорывавшего нижнюю подсвиту тараташской свиты, было получено значение порядка 2400 млн. лет.

М. А. Гаррис (1964) сопоставляет низы тараташской свиты с татарским гнейсовым комплексом Русской платформы, датированным аргон-калиевым методом по биотиту 2010-2180 млн. лет. Ею же отмечены в верхних частях тараташской свиты гнейсы, относящиеся, судя по аргоновым измерениям возраста (1600 млн. лет), к более поздней формации, указывающей на нижнюю возрастную границу залегающего выше рифея. Такие построения правомерны лишь постольку, поскольку они вместе с возрастными данными, полученными по циркону, указывают на завершение интенсивного магматизма и метаморфизма, предшествовавшего рифейскому осадконакоплению. Прямых сопоставлений возраста метаморфических толщ по данным аргонового метода, как уже указывалось, делать нельзя.

Разрез собственно рифея на Урале начинается с айской свиты конгломератов, туфогенных песчаников и филлитовидных сланцев, залегающих с явным угловатым несогласием на тараташской свите. Перекрывающие айскую саткинская и бакальская серии представлены доломитами и углисто-серицито-глинистыми сланцами, прорванными бердяушскими гранитами, возраст которых по данным различных методов составляет 1420 млн. лет.

Вышележащие свиты юрматинской серии - машакская, зигальгинская, зигазино-комаровская и авзянская, представленные вулканогенно-осадочными породами, кварцитовидными песчаниками, филлитами и доломитами в верхней части разреза, относятся как на основании распространенных в них строматолитов, так и по прямым измерениям возраста глауконитов из авзянской свиты (1260 млн. лет) к среднему рифею. Эта дата подтверждается также определением возраста Гусинского и Рябиновского гранитных массивов, пересекающих машакскую свиту (залегающую между зигальгинской и бакальской свитами). Возраст обоих плутонов датирован 1350 млн. лет. Значительный перерыв, фиксируемый между авзянской и зильмердакской свитами, подчеркивается, кроме того, вероятным магматизмом, следы которого отмечаются в виде даек габбродиабазов, секущих авзянскую свиту, но не продолжающихся в зильмердакскую. Возраст этих даек по аргон-калиевому методу 1100-1150 млн. лет.

Залегающая выше пестрая по диалогическому составу толща песчаников, известняков, аргиллитов зильмердакской, катавской, инзерской (920- 875 млн. лет), миньярской (760 млн. лет), укской (615 млн. лет), басинской (575 млн. лет) свит относится к верхнему рифею.

Общая мощность рифея на западном склоне Урала составляет около 14 000 м.

На севере Русской платформы в области Тиманского кряжа и п-ова Канин докембрийский фундамент выступает на поверхность в виде полосы северо-западного простирания на протяжении 900 км. Согласно Р. А. Гафарову, этот фундамент представлен метаморфизованными породами рифея. В основании рифея залегают сланцы и кварциты четласской и джединской свит, выше - доломиты и мраморизованные известняки и сланцы быстру хинской свиты общей мощностью более 5 км. Перекрываются эти толщи кембрием. Измерений абсолютного возраста для этой формации не проводилось.

Таблица 55. Аналитические данные и возраст акцессорных минералов Урала

В западном направлении, уже в районе Волго-Уральской области, мощность рифея падает до 2000 м. Серафимовская свита карбонатно-терригенных пород, открывающая разрез и залегающая на кристаллическом фундаменте, датируется по глаукониту 1290 млн. лет. Следовательно, в этом районе седиментация рифея началась лишь со среднего рифея, на несколько сот миллионов лет позже, чем на западном склоне Урала. Еще западнее, после значительного перерыва, рифейские осадки впервые появляются в Пачелмском прогибе, где они представлены каверинскими и сердобскими песчаниками, датируемыми соответственно 945 и 830 млн. лет; общая мощность этих отложений 700-1000 м. Таким образом, в этом прогибе седиментация рифейских отложений наступила в то время, когда в восточных районах имели место уже глубокие опускания, заполненные более древними рифейскими осадками. На остальной части платформы фиксируются маломощные (200-600 м) покровы, представленные наиболее поздними рифейскими толщами, главным образом валдайской свиты (вендский комплекс 550-600 млн. лет), непосредственно подстилающими кембрий.

Как видно из изложенного выше, постепенное развитие Уральской рифейской геосинклинали сопровождалось появлением более мелких и позднее возникших прогибов на платформе.

С концом рифейского времени связано прекращение развития Пачелмского прогиба, сохраняется лишь Московская синеклиза.

Аналитические данные и возраст акцессорных минералов Урала приводятся в табл. 55.