Бразильский щит [1970 Тугаринов А.И., Войткевич Г.В. - Докембрийская геохронология материков]

Бразильский щит занимает центральную и восточную части Южной Америки к югу от Амазонской впадины. Поверхность щита крайне неровная и местами отличается значительными поднятиями, образующими водоразделы между крупными реками континента. Вся обширная территория Бразильского щита, или глыбы, разделяется субмеридиональной впадиной бассейнов рек Паранаиба и Сан-Франсиску на две части, которые в настоящее время рассматриваются некоторыми бразильскими геологами в качестве самостоятельных щитов - Центрального и Берегового, или Приатлантического (по определению А. Д. Архангельского, 1948).

Центральный Бразильский щит располагается западнее впадины Паранаиба - Сан-Франсиску. По принятому делению в его составе принимают участие отложения раннего, среднего (серия Барбасена-Куинаба), распространенного по восточным и южным краевым частям щита, и верхнего докембрия (серия Уатума), развитого по его северному краю. В восточных и южных частях щита отложения, относимые к докембрию, покрыты континентальными осадками верхнего мела.

Береговой Бразильский щит находится восточнее впадины Паранаиба - Сан-Франсиску и вытянут вдоль береговой зоны почти от устья р. Амазонки до устья Ла-Платы. На геологической карте Южной Америки в этом щитег главным образом по его западному краю, выделяют ранний, средний (комплекс Барбасена) и поздний (Минас-Итаколуми) докембрий. В некоторых местах докембрий покрывается отложениями континентального верхнего" триаса, морским туроном и морским палеоценом (Мария-Фарике) - в северной части и континентальным эоценом (Итабораи) - в центре.

Работами У. Кордани, Г. Мельхера, П. Вандороса (университет Сан-Паулу) при содействии П. Харли и др. (Массачусетский институт) в настоящее время создана предварительная схема докембрия Южной Америки (рис. 84), согласно которой в строении Бразильской платформы выделяются:

Рис. 84. Схематическая геологическая карта Бразильского и Гвианского щитов. По данным Р. Флуг и X. Кардани: 1 - Рсm с простиранием структур; 2 - серии спорного стратиграфического положения; 3 - фанерозой; 4 - западная граница Бразильского щита. Цифры на карте - значения возраста (в млн. лет)

Все эти выступы глубокого докембрия отличаются присутствием ядер, консолидированных около 2 млрд. лет назад. Наряду с ними в Южной Америке выделены также четыре пояса сравнительно молодой тектонической деятельности:

Районы Сан-Луиса, Токантина-Тапайо и Рондониа представляют собой продолжение Гвианского щита (характеристика его дана в предыдущей главе), разделенного бассейном Амазонки, палеозойское основание которого, по-видимому, залегает непосредственно на кристаллическом основании, сложенном средним докембрием. Действительно, все три упомянутых кра-тона характеризуются определениями возраста пород 1,9-2 млрд. лет. И лишь в Рондонии, на крайнем западе непосредственной границы докембрия, появляются более молодые даты 0,9-1,2 млрд. лет, аналогичные западному окончанию Гвианского щита. Кратон Сан-Франсиску занимает прибрежную часть Бразилии - территорию штатов Бахия, Минас-Жерайс, Гояс. В двух частях этого кратона известны определения возраста, указывающие на распространение в нем архея. Это возраст гипербазитов в северной части Бахии вблизи месторождения Бакира, достигающий 3000-3100 млн. лет согласно Ar/К методу, и возраст гранодиоритов Энженьеру в районе Минас-Жерайс, определенный Ar/К методом в 2440-2510 млн. лет. Возраст месторождения Бакира, установленный по изотопному составу свинца, дал близкие цифры - 2530 и 2570 млн. лет.

Большая часть определений Ar/К методом указывает доминирующий возраст около 1900 млн. лет. Вдоль восточной и юго-восточной границ кратона устанавливается пестрая картина значений возраста в интервале 1100-1400 млн. лет, указывающая либо на интенсивный метаморфизм в позднейшее время, либо на реювенацию древних пород Сан-Франсиску. Породы кратона перекрываются сланцевой толщей Бамбуи, для которой получена по изохроне Sr/Rb методом дата 600 млн. лет.

В Уругвае и Аргентине также известны отдельные определения возраста от 2000 до 600 млн. лет.

Все четыре орогенных пояса отличаются интенсивным развитием магматизма и складчатых движений в интервале 600-450 млн. лет.

Весьма интересно, что для 10 свинцовых месторождений Бразилии И. Кассадена были сделаны изотопные определения свинца. Согласно этому методу были выделены четыре группы со следующими значениями возраста: 2500; 1800-1650; 750-600 млн. лет и с аномальным свинцом. Месторождения Бакира (первая группа), Варзео-Квимадо (вторая группа) и Де-Мораи (третья группа) находятся на севере Бахии, Мальхада-де-Арейо и Де-Вазанто (третьей группы) - в Парагвайском поясе. В то же время месторождение Де-Блюменау (второй группы) находилось в 500 км на юг от Сан-Паулу в пределах Параибского пояса. Характерно, что в данном регионе были выявлены У. Кордани и др. среди сплошных молодых дат около 500 млн. лет два определения возраста в 1400 млн. лет, характеризующие реликтовые образования, не затронутые позднейшей гранитизацией.

После краткой характеристики геохронологии Бразильского щита остановимся более детально на двух его регионах - Минас-Жерайс и Карирской орогены, по сравнению с остальной территорией Бразилии изученные достаточно подробно.

По существующим представлениям, в штате Минас-Жерайс докембрий подразделяется на ранний, средний и поздний. Однако вопрос о выделении раннего докембрия в Бразилии во многих отношениях остается спорным. О. Барбоза выделил мощную толщу гнейсов, обнажающихся между Сантус-Думонтом и Серра-да-Мантикейра, и назвал ее серией Мантикейра. По степени метаморфизма она могла бы быть отнесена к раннему докембрию, однако наличие тектонического контакта с другими докембрийскими породами не дает однозначного ответа на вопрос о возрасте серии. В то же время, как отмечает А. В. Оливейра, после детального геологического картирования оказалось, что многие районы, ранее относимые к раннему докембрию, в действительности представляют собой высокометаморфизованные фации позднедокембрийских пород (Oliveira, 1956). Определение возраста минералов аргоновым методом из серии Мантикейра у Рио-де-Жанейро (Goldich, Ваadsgaard, Nier, 1957) показало 490 млн. лет для биотита и 405 млн. лет для микроклин-пертита. Эти данные свидетельствуют о том, что время метаморфизма серии Мантикейра скорее может быть отнесено к раннему палеозою, чем к раннему докембрию. Таким образом, степень метаморфизма горных пород в пределах Бразилии, как и в других рассмотренных выше районах, не может служить надежным критерием для отнесения данного комплекса к нижнему (раннему) докембрию.

Под хорошо известной и изученной серией Минас залегает толща метаморфизованных пород, для которых О. Барбоза предложил название серии Барбасена. Это название Г. Эберт употребляет для нижней части комплекса, выделив верхнюю часть под названием серии Лафайет. В своем обзоре геологии Бразилии А. Оливейра (Oliveira, 1956) не употребляет термина "серия Барбасена", отметив, что название это еще не получило широкого распространения. Соответствующую толщу пород он обозначает как серию до-Минас.

В районе отБарбасеныдо Лафайета серия до-Минас сложена монотонной пачкой кварцито-слюдяных сланцев и гнейсов, которые первоначально представляли собой, вероятно, слабо сортированные кварциты и граувакки. Севернее Лафайета состав серии значительно изменяется - появляются конгломераты, кварциты, доломиты, железистые формации, графитовые филлиты, туфы и лавовые потоки. Мощность всей серии составляет не менее 3000 м. По мнению А. Оливейра, серия до-Минас представляет собой типичный ортогеосинклинальный комплекс с общим северо-восточным простиранием. В южных частях серия сложена изоклинальными складками, часто срезанными и расчлененными разломами. Серию до-Минас интрудируют некоторые изверженные породы и дайковый комплекс. Среди интрузивов можно отметить ультраосновные породы, сильно измененные и превращенные в тальковые и серпентинитовые сланцы. Гранодиориты, с которыми связаны золоторудные месторождения, пересекают серию до-Минас у Конгоньяс.

Наиболее удачной является стратиграфическая схема для района Минас-Жерайс, принятая XII геологическим съездом Бразилии (Ван Дорр, 1960 г.). Краткая схема ее изложена в табл. 113.

Таблица 113. Схема докембрия Минас-Жерайе

В основании разреза лежит серия Мантикейра, несмотря на свой древний возраст, испытавшая интенсивную гранитизацию в позднейшее время.

Древнейшей толщей, широко распространенной в районе Минас-Жерайс, является Риу-дас-Вельяс, с которой связано большинство золотых и марганцевых месторождений. Взаимоотношения толщи с гранодиоритами, имеющими максимальный возраст 2500 млн. лет, в настоящий момент неясны. Ван Дорр предполагает, что указанный гранит может залегать в основании серии Риу-дас-Вельяс, хотя прямых доказательств нет. По другим источникам, один из массивов - Энженьеру прорывает эту серию. С явным крупным несогласием на ней залегает серия Минас, подстилаемая главным образом массивами глубокоразмытых гранитов. Это наиболее типичная в докембрийском разрезе Бразилии серия является вмещающей для месторождений марганца и крупных залежей железных руд, поэтому она изучена лучше других докембрийских комплексов Бразилии. Как видно из табл. 113, Ф. Джилд в районе Конгоньяс для серии Минас выделяет три отдела. Ван Дорр (1960 г.) разделяет серию Минас на три группы (снизу): 1) кварциты Караса, 2) формация Итабира и 3) формация Пирисикаба.

Кварциты Караса залегают в основании серии Минас. В нижних горизонтах они местами содержат базальный конгломерат из обломков подстилающих пород. Кварцит крупнозернистый, иногда в нем наблюдается косая слоистость. Мощность кварцитов колеблется в пределах 200-1000 м. Формация Итабира представляет собой в основном железорудную формацию и является хорошо выраженным маркирующим горизонтом в типичном разрезе серии Минас. Формация сложена итабиритами - тонкослоистой метаморфизованной породой железистой формации, доломитами с небольшими прослойками детритовых отложений, тальковыми сланцами и филлитами. Мощность формации - от нескольких до 3000 м. Формация Пирисикаба с небольшим несогласием залегает на формации Итабира и представляет собой мощную толщу конгломератов, кварцитов, железистых кварцитов и филлитов.

Серия Итаколуми выделена Д. Жимаресом в 1931 г. В типичном районе развития она достигает мощности 450 лис несогласием залегает на серии Минас. Серия сложена конгломератами и кварцитами, местами встречаются пласты филлитов. Конгломераты серии Итаколуми иногда содержат валуны и гальку филлитов и итабиритов, образовавшиеся при эрозии подстилающей серии Минас. Из серии Минас также возникла цементирующая масса гематита. Серия Итаколуми затронута складчатостью, возраст которой, очевидно, можно рассматривать как пост-Минас.

Серии Минас и Итаколуми, по мнению бразильских геологов, относятся к типичным геосинклинальным комплексам. Как отмечает А. В. Оливейра, характер осадкообразования серии Минас в типичном разрезе представляет собой обычную миогеосинклиналь в понимании М. Кэя. Границы, направление и протяженность этой древней геосинклинали выяснены недостаточно. От типичного местонахождения серии Минас намечается север-северо-восточное и северное простирание геосинклинали, протяженность ее в этом направлении не менее 300 км.

Между сериями Минас и Итаколуми известны интрузии гранитов Итабириту, которые по возрасту первоначально были оценены в 1340 млн. лет, а впоследствии Жубером по рвущим их пегматитам были датированы Аr/К методом в 1900 млн. лет. Если это так, то время накопления продуктивной серии Минас попадает в средний докембрий, типичный своими железорудными формациями (рис. 85).

Рис. 85. Распределение датированных по аргону пород одного из районов штата Минас-Жерайс: Метаосадочные породы: 1 - серия Итаколуми, 2 - серия Минас, 3 - серия Риу-дас-Вельяс; гранитные породы: 4 - 500 млн. лет, 5 - 1350 млн. лет, 6 - 2400 млн. лет, 7 - возраст не установлен

После отложения серий Итаколуми, которой предшествовал интенсивный размыв, благодаря чему она перекрывает почти все более древние серии, вышедшие на поверхность к моменту ее накопления, имели место массовые интрузии гранитов Итабира, возраст которых совпал с интенсивной гранитизацией, охватившей складчатые поясы Бразилии - 500±100 млн. лет.

Общий разрез древних отложений Бразилии завершается сериями Лаврас и Бамбуи. Для последней получена великолепная изохрона Rb-Sr методом 570 млн. лет. Возраст серии Лаврас также проблематичен - нижняя ее часть предположительно относится к докембрию, верхняя - к кембрию. А. В. Оливейра допускает, что часть серии Лаврас может быть сопоставлена с Итаколуми. Серия Лаврас состоит преимущественно из кластиче-ских осадочных пород, часть которых рассматривается в качестве тиллитов (Oliveira, 1956).

Детальное расчленение докембрийских формаций в Минас-Жерайс было проведено Г. Эбертом (Ebert, 1957). Под названием "темя Мантикейра" он понимает обширный водораздел между реками Параной и Сан-Франсиску, занимающий центральное орографическое положение. В пределах комплекса до-Минас Г. Эберт выделяет две самостоятельные серии: верхнюю - Лафайег и нижнюю - Барбасена, которые разделены небольшим несогласием. Серия Минас в исследованном Г. Эбертом районе не обнаружена. Верхний докембрий (верхний "альгонк") разделен им на четыре подразделения, в общем соответствующие серии Итаколуми. В результате картирования зоны Эспинако в Минас-Жерайс Г. Эберт пришел к заключению, что она была консолидирована в альгонкское время, а древнеальгонкская серия Минас ограничивает ее. По данным исследований, "архейские" структуры совпадают по простиранию с более молодыми структурами. В то же время довольно обширная область, которая ранее рассматривалась как ранний архей, была метаморфизована в более молодую "ассинтскую" фазу складчатости. Таким образом, результаты большинства геологических работ последнего времени свидетельствуют о значительном омоложении некоторых докембрийских комплексов Бразилии, что отчасти подтверждается и радиологическими данными.

Общая стратиграфическая последовательность горных пород и ороген-ных движений в области "темени Мантикейры" представляется, по Г. Эберту (Ebert, 1957), в следующем виде:

На северо-востоке Бразилии в области Карирского орогена в течение последних лет проводились геохронологические работы группой сотрудников университета Сан-Паулу (У. Кордани и др.), благодаря чему мы располагаем большим числом измерений возраста этой интересной провинции. В 1967 г. здесь побывал один из авторов книги, со своей стороны сделавший ряд определений возраста.

Карирский ороген представлен, согласно Ф. М. Алмейда, тремя последовательно залегающими сериями:

Эти породы, имеющие в районе северо-западнее Ресифе, отчетливое северо-восточное простирание, образуют ряд пологих складок, прорванных различными гранитоидами. Южнее весь регион в широтном направлении пересекается двумя крупными разломами - Патос и Пернамбуко, вдоль которых появляются молодые интрузивы щелочного состава. В этой (южной) части рассматриваемого региона отчетливую роль играют подстилающие толщи Сан-Франсиского кратона. Среди огромного числа определений возраста, датирующих время предкембрийской гранитизации (600-500 млн. лет), в этих породах основания изредка встречаются определения реликтовых участков, достигающие при измерении К/Ar методом амфиболов даты 1860-2000 млн. лет.

Ф. М. Альмейда, И. Леонардос и И. Валенса устанавливают среди интрузий этого региона три типа:

Возраст всей группы Сеара минимально оценен в 640 млн. лет по определению даты внедрения диабазовой дайки, рассекающей всю толщу в районе Бриуджи (вольфрамового месторождения).

Взятый нами образец ортита из гнейсов подстилающего комплекса основания в районе г. Патос показал значение возраста 750-650 млн. лет, подтвердив тем самым интенсивность воздействия гранитов на нижележащие породы.

С аналогичным эффектом воздействия этого мощного процесса гранитизации мы столкнулись и при изучении другого - Параибского пояса, простирающегося от Сальвадора до Порто-Алегре вдоль Атлантического побережья и соединяющегося с Парагвайским поясом севернее Параны. Для его южной части было выполнено У. Кордани более 50 определений возраста Ar/К методом. Согласно его данным, эти многочисленные граниты с юными цифрами возраста относятся к группе Асунгуи, в то время как древние гнейсы выходят на поверхность лишь в районах антиклиналей (1400 млн. лет).

Для обоих изученных районов оставалось неясным, является ли столь юная датировка интрузий, часто возникающих за счет наиболее древних толщ (Мантикейра), отражающей время становления интрузивов либо это след реювенации метаморфизма, связанный с миграцией продуктов распада - аргона.

Нами были произведены определения абсолютного возраста трех ортитов и четырех монацитов, взятых из окрестностей Рио-де-Жанейро и Минас-Жерайс. Во всех случаях был получен возраст 650±100 млн. лет. Лишь один из образцов монацита из штата Гояс (Монте-Алегре), возможно, оказался 900 млн. лет (?) (табл. 114). Эти определения являются весьма важными, поскольку они доказывают имевшее место выплавление гранитов из древнего субстрата, приведшее к новому соотношению радиоактивных компонентов и новому накоплению продуктов распада.

Таблица 114. Аналитические данные и возраст минералов Бразильского щита

Характерно, что столь юные проявления, чередующиеся с останцами древних кратонов вдоль побережья Атлантического океана, удивительно точно повторяются вдоль западного берега Африки: Гвианский и Гвинейский щит, область Карирского орогена и Нигерийская пангеосинклиналь, кратон Сан-Франсиску, докембрий Габона и, наконец, Параибский кратон, явно продолжающийся на территории Анголы.