Геологическое строение и история развития купольных структур Северного Приладожья

.окаймленных куполов и метаморфизованных и мигматизированных супракрустальных толщ нижнего протерозоя. Для района Северо-Западного Приладожья установлена высокая термальная активность, сопряженная с локальными проницаемыми зонами. Такие зоны, с известной долей приближения, были определены как термальные купола (В.П. Петров, 1995).

Очевидна, таким образом, необходимость дальнейшего изучения геологического строения гранито-гнейсовых куполов Северного Приладожья, их пространственного положенияопределение геодинамической позиции вещественных комплексов, слагающих обрамление куполоввыяснения основных особенностей строения термальных куполов (термальных аномалий) — и определения основных этапов reo динамического развития региона на основе анализа условий формирования купольных структур различных типов.

Цель и задачи исследования

Целью работы является изучение особенностей геологического строения куполов, проведение их типизации и тектонического районирования, а также выявления структурно-парагенетической связи с другими крупными структурными элементами этой части Балтийского щита для построения модели тектонической эволюции куполов.

В задачи исследования входило изучение: 1) вещественного состава и структуры пород, слагающих инфракрустальньш комплекс в ядрах куполов- 2) характера взаимоотношений структурно-вещественных комплексов инфраструктуры с супракрустальными толщами обрамления куполов- 3) Особенностей строения термальных куполов и их взаимоотношений с породами рамыа также проведение 4) типизации куполов, основанной на особенностях их строения- 5) тектонического районирования- 6) разработки модели тектонической эволюции куполов. 4.

Фактический материал. В основу исследований положены личные наблюдения автора, проведенные в течение 1995;1998 годов за время работы в ИЛРАН (1995;96, 1999 г. г.) и ИГ Кар НЦ РАН (г. Петрозаводск) (1997;1998 г. г.) и анализ литературных данных. Основная часть материала собрана автором в ходе полевых работ совместно и под руководством сотрудников Института Геологии Кар НЦ РАН А. П. Светова и Л. П. Свириденко (19 941 995 г. г.), совместно с A.B. Первуниной (1994;1996 г. г), а также самостоятельных исследований. Автором было просмотрено 400 прозрачно-полированных шлифов, обработано 200 полных силикатных анализов, (с привлечением опубликованных материалов А. П. Светова и Л. П. Свириденко и оригинальных химических анализов, любезно предоставленных E.H. Тереховым) — и 31 анализ редкоземельных элементов. Также были использованы данные микрозондового изучения минералов по 10 шлифам.

Методика исследований. Для решения поставленных задач использовались стандартные методы полевых исследований (геологические маршруты и площадное структурно-литологическое картирование основных структур в масштабе 1: 50.000 с применением материалов дешифрирования аэрои космических снимков) и камеральной обработки полученных материалов. Также использовались современные подходы к изучению вещественного состава метаморфических и магматических пород, выражающиеся в применении петрохимических тектоно-магматических дискриминантных диаграмм, при обработке геохимических данных, и анализ распределения РЗЭ для выявления особенностей петрогенезиса и геодинамических условий формирования исследуемых комплексов.

Объектом исследования являлся ансамбль окаймленных гранито-гнейсовых куполов Северного Приладожья (Сортавальская группа), расположенных на юго-восточном фланге Ладожско-Ботнической зоны дислокаций, в зоне контакта с Карельским массивом. Эти структуры хорошо обнажены в районе от озер Рюттюярви и Хаукаярви на севере до зал. Меллойстенлахти на юге. Для комплексного решения вопросов геодинамического развития территории в раннем протерозое были проведены работы в центральной части зоны (северная часть Путсарского синклинория), где по результатам дешифрирования космических снимков выделяются специфические кольцевые структуры неясного генезиса. Научная новизна.

Установлена гетерогенность вещественного состава ядер окаймленных куполов Северного Приладожья. В пределах Сортавальской (Западной) группы окаймленных куполов выделены два подтипа структур, различающихся по строению, составу и возрасту субстрата. Рассмотрены основные геохимические особенности метабазитов, слагающих.

———— обрамление окаймленных куполов, позволяющие уточнить их геодинамическую позицию.

I Установлено широкое развитие в центральной части Приладожья крупных кольцевых I структур, отвечающих термальным аномалиям, и выражающимся в локальных нарушениях | региональной метаморфической зональности. Формирование этого типа структур связано с i широким развитием процессов ультраметаморфизма и анатексиса в терригенных породах ладожской серии.

На основе типизации куполов и их пространственного размещения предложена схема? тектонического районирования территории и модель структурной эволюции района как м «участка Ладожско-Ботнической зоны. '.

Основными защищаемыми положениями диссертации являются:

1. В пределах территории Северного Приладожья, принадлежащей к Ладожско-Ботнической зоне дислокаций, помимо ранее известных гранито-гнейсовых куполов облекания (первый тип), впервые выделены своеобразные кольцевые структуры, отвечающие термальным куполам или аномалиям (второй тип). Анализ пространственного размещения куполов первого и второго типов показал, что окаймленные купола распространены только в северной (внешней), а термальные — в южной (внутренней) части зоны дислокаций. 5.

2. Строение окаймленных куполов принципиально уточнено в отношении природы границ между ядрами куполов и их обрамлением. Ядра куполов, образованные, как правило, гранито-гнейсами ремобилизованного фундамента, а также раннепротерозойскими параавтохтонными и аллохтонными гранитоидами, часто включают в себя прогрессивно метаморфизованные терригенно-вулканогенные породы, входящие в состав базальных горизонтов комплекса обрамления.

3. Кольцевые структуры выделенные в Северо-Западном Приладожье, отвечают термальным аномалиям. Их структура определяется не столько купольной формой изгиба слоев, смятых в изоклинальные складки, сколько очаговым характером развития более позднего метасоматоза, диафтореза и гранитообразования, отображающимся в виде кольцевых структур. Последние связаны с нарушениями региональной метаморфической зональности и локальными проявлениями палингенно-анатектического гранитообразования.

4. Купольный тектогенез в пределах юго-восточного фланга Ладожско-Ботнического подвижного пояса осуществлялся в коре континентального типа в последовательно меняющихся и, временами, сосуществующих геодинамических режимах растяжения и сжатия.

Основные положения диссертации освещены автором в 9 опубликованных работах и доложены на Конференции молодых ученых ИЛ С АН (Москва, 1996), совещании Докембрий Северной Евразии (С-Петербург, 1997), X молодежной конференции памяти К. О. Кратца (Петрозаводск, 1997), XXXII Тектоническом совещании (Москва, 1999) и Международном совещании Рифтогенез и металлогения докембрия (Петрозаводск, 1999), Научных чтениях памяти академика А. Л. Яншина (Москва, 2000) и XI молодежной конференции памяти К. О. Кратца (Петрозаводск, 2000).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом 135 печатных страниц и включает 55 рисунков, 2 таблицы, и список литературь1, включающий 134 наименования.

Благодарности. Работа выполнена в основном в Институте Литосферы окраинных и внутренних морей РАН под руководством доктора г-м. наук М. З. Глуховского, которому автор очень признателен за постоянную помощь и ценные советы. В процессе исследований автор пользовался поддержкой и консультациями М. В. Моралева, E.H. Терехова, Е. С. Пржиялговского, A.C. Балуева. Некоторые вопросы обсуждались с И. В. Козыревой и В. И. Шульдинером. Отдельно хочется поблагодарить сотрудников Института Геологии Кар НЦ РАН А. П. Светова и Л. П. Свириденко, в сотрудничестве с которыми была собрана часть использованного в работе фактического материала. Неоценимую моральную поддержку оказали автору В. Е. Вержбицкий, Г. В. Леднева, A.B. Соловьев, и Д. А. Коваленко. Огромную помощь в оформлении работы оказали Г. В. Гунина и Л. Ф. Сергачева. 6.

Выводы.

Из приведенного в данной главе материала можно сделать два основных вывода.

Геохимия метабазитов обрамления окаймленных куполов (сортавальская серия) и комагматичных им даек фиксируют преобладающую в период их формирования обстановку растяжения. Отсутствие четкой геохимической специализации, отмеченное для этих пород, их сходство с вулканитами различных геодинамических обстановок, позволяют сделать вывод об их формировании преимущественно в условиях континентального рифтогенеза. Об этом свидетельствуют и такие особенности, как обогащение метабазитов щелочными и щелочноземельными элементами, повышенное содержание легких лантаноидов. Метабазиты с геохимическими характеристиками МОЯВ-баз альтов характеризуются незначительными объемами и появляются только в период наибольшего растяжения, что подтверждается и существованием.

125 офиолитоподобных ассоциаций Оутокумпу и Иормуа в Финляндии. Их локальное проявление, приуроченность к зонам глубинных разломов не позволяют рассматривать подобные ассоциации как собственно океанические. Выявленные особенности геохимии метабазитов Приладожья характерны [83] для двух геодинамических обстановок — океанических островов и континентальных рифтов, и реализуются под воздействием потока мантийных флюидов, соответствующих «горячим точкам», или плюмам. Унаследованность геохимических черт ятулийско-людиковийского (сортавальская серия) вулканизма калевийским (метавулканиты ладожской серии), его известково-щелочная направленность и высокая щелочность также свидетельствуют о развития территории в режиме внутриконтинентального рифтинга. Это подтверждается и имеющимися данными [83] о гетерогенности известково-щелочных серий и дискуссионности их трактовки как трассеров зон субдукции. Но вопрос калевийского магматизма требует специальной разработки.

Гранитоиды, входящие в состав комплекса ядер окаймленных куполов, имеют коровую природу и образовались на коллизионном этапе в условиях интенсивного калиевого метасоматоза. Гранитоиды зоны термальных куполов также имеют коровую природу и формировались на коллизионном этапе в условиях высокой щелочности. Отмеченное геохимическое сходство гранитоидов обеих рассмотренных зон указывает на единый источник материала, но в зоне термальных аномалий гранитообразование характеризуется более высокой щелочностью и большим накоплением редких и щелочных элементов. Полученные данные хорошо согласуются с представлением об увеличении щелочности гранитообразования в Приладожье в юго-западном направлении [72] и подтверждают мнение о наличии в центральной части Приладожского мантийного диапира (плюма), обусловившего интенсивный мантийный флюидный и тепловой поток.

ГЛАВА V. МОДЕЛЬ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ СЕВЕРНОГО.

ПРИЛАДОЖЬЯ как участка Ладожско-Ботнической подвижной зоны.

На основе изложенного выше материала можно кратко сформулировать основные особенности строения Приладожья.

1. Основу структурного ансамбля северной части региона составляют купольные образования, центральная часть ядер которых сложена разнообразными гнейсами, гранито-гнейсами, мигматитами и телами метасоматических гранитоидов. Большая часть гнейсов является продуктами прогрессивного метаморфизма терригенных пород базального горизонта сортавальской серии.

2. Особенности осадконакопления в период отложения терригенных пород базальной толщи сортавальской серии показывают, что источником сноса терригенного материала с достаточной степенью достоверности можно считать комплекс тоналитов и тоналито-гнейсов раннеархейского фундамента Приладожья. Направленное изменение вещественного состава отложений во внутренних ритмах базальной терригенной толщи свидетельствует о циклическом характере седиментации в эпиконтинентальном мелководном бассейне с тенденцией к погружению. Этот бассейн развивался на медленно погружающейся консолидированной архейской континентальной коре, что подтверждают данные о распределении РЗЭ в аркозовых песчаниках, наследующих геохимические характеристики гранитоидов фундамента.

3. Мафические комплексы Приладожья могут быть подразделены на три типа. Метабазиты первого типа, наиболее древнего (ятулийско-людиковийского возраста), контаминированы архейским коровым материалом и обладают геохимическими характеристиками платформенных образований. Для них отмечаются обогащение легкими РЗЭ, К, Rb и Ва. Метабазиты второго типа, являющегося относительно более молодым (ливвийского возраста), разделяется на железистую и магнезиальную ветви и характеризует этап наиболее активного растяжения, мощно проявившегося на продолжении Ладожско-Ботнического пояса в Финляндии (офиолитовые комплексы Оутокумпу и Йормуа). Метабазиты калевия, локально развитые среди терригенных толщ ладожской серии (третий тип), также разделяются на магнезиальную и железистую ветви, но характеризуются более кислым составом вулканитов и смещением тренда от толеитового к известково-ще л очному. Его reo динамическая природа весьма спорна. На тектоно-магматических диаграммах фигуративные точки составов калевийских вулканитов соответствуют островодужным или внутриконтинентальным рифтовым обстановкам, что позволило ряду авторов [95] сделать вывод об их формировании в зоне задугового спрединга.

4. Гранитоиды, входящие в состав комплекса ядер куполов, по своим петрохимическим характеристикам относятся к S-типу и на тектоно-магматических диаграммах соответствуют главным образом коллизионным гранитам. Значительное влияние на их формирование оказали процессы калиевого метасоматоза. На это указывают как геологические, так и.

127 геохимические данные, в частности, особенности распределения редкоземельных элементов.

5. Структуры типа термальных куполов, развитые в южной части рассматриваемого района, хорошо выражены на материалах дистанционного зондирования. Как известно, на космических снимках ясно отображаются структуры, которые являются скрытыми и не выделяются методами полевой геологии, являясь отражением глубинного строения территории. Структуры термальных куполов формировались в результате локальных нарушений метаморфической зональности в пределах ослабленных зон, с которыми связан повышенный глубинный тепловой и флюидный поток. Это сложные полифациальные комплексы, в состав которых входят мигматизированные терригенные толщи ладожской серии и раннеорогенные интрузии. Формирование этих структур происходила в режиме последовательной смены термодинамических условий от высоких температур и умеренных давлений в начальные этапы к более низкотемпературной обстановке активной мигматизации субстрата до резкой декомпресии и диапирового подъема гранитоидов центральной части купола в условиях высокого глубинного флюидопотока. С диапировым подъемом связано активное проявление калиевого метасоматоза, приуроченного к наиболее проницаемым зонам. По своим геохимическим особенностям гранитоиды относятся к 8- типу.

6. Приладожье располагаются на юго-восточном фланге Ладожско-Ботнического подвижного пояса. «Окаймленные» купола приурочены к его краевой зоне, расположенной на границе с Карельским кратоном, а термальные — к внутренней (центральной). Они являются различными эрозионными срезами подвижной зоны, развивавшейся в раннем протерозое в едином геотектоническом режиме.

На основе вышеизложенного, в геологической истории купольного тектогенеза Приладожья могут быть выделены два этапа. Первый проходил в геодинамической обстановке растяжения и заложения системы разломов северо-западного и субширотного простирания. Растяжение, сопряженное со сдвигом, обусловило первичное дробление архейской коры и формирование комплекса полуграбенов, приподнятые части которых служили источником сноса терригенного материала. Зона растяжения фиксируется поясами даек, параллельных краю кратона. К ограничивающим приподнятые блоки разломам приурочены проявления протоплатформенного базитового магматизма. Данные по стратиграфическому расчленению сортавальской серии позволяют выделить три последовательных цикла растяжения, разделяемых кратковременными этапами относительного затухания вулканизма и преимущественно терригенно-карбонатного осадконакопления. Завершение этого этапа в Приладожье фиксируется формированием комплекса основных-ультраосновных метабазитов, сопоставляемых с подобными комплексами Оутокумпу и Иормуа, возраст которых определяется как 1970;1960 млн. лет. Растяжение обусловило формирование клавишной системы полуграбенов, причем ограничивающие блоки разломы различных порядков служили путями для подъема магмы. Обособленные в результате этого этапа блоки фундамента явились в дальнейшем ядрами окаймленных куполов.

Рис. 55. Принципиальная схема геодинамического развития Приладожья в раннем протерозое.

Далее, в обстановке конседиментационного опускания территории в зоне приразломного прогиба происходило накопление флишоидных толщ ладожской серии, прерываемой вулканическими импульсами. Калевийские вулканиты характеризуются толеитовым со смещением к известково-щелочному трендом и преимущественным развитием средних и кислых разновидностей в лавовой фации.

Второй этап формирования купольных структур связан со сжатием, также сопровождавшимся сдвиговыми дислокациями. В это время одновременно со складчатостью происходило внедрение интрузий Са-Ка типа с корово-мантийными изотопными характеристиками. Региональный метаморфизм достигал гранулитовой фации. Во вмещающих интрузии породах ладожской серии происходили процессы интенсивного натриевого метасоматоза и формирование плагиомигматитов. Выделяется три этапа деформаций, с каждым из которых связано несколько генераций мигматитов [44]. В зоне «окаймленных» куполов преобразования этого цикла проявились в формировании плагиомигматитов, плагиоклазового порфиробластеза и складкообразовании. Далее, после этапа относительной стабилизации, на завершающем этапе коллизии, в основном происходили хрупкопластичные деформации, выразившиеся в формировании зон бластомилонитов, накладывающихся на плагиомигматиты в зоне окаймленных куполов, и интенсивный калиевый метасоматоз. Наиболее мощные преобразования этого этапа связаны с активизированными и новообразованными разрывами, являвшимися проводниками глубинного флюидного и теплового потока. Совместно с регрессивными метаморфическими преобразованиями в условиях декомпрессии формировались автохтонные и аллохтонные тела плагиомикроклиновых гранитоидов. Интрузивные тела таких двуполевошпатовых гранитов в основном распространены в Северо-Западном Приладожье и на Карельском перешейке, южнее рассматриваемого района. С окончанием этого этапа связано внедрение калиевых гранитоидов, имеющих типично коровую природу. Во внешней зоне подвижного пояса активно проявилось надвигообразование.

Таким образом, раннепротерозойский этап развития Приладожья (в пределах Свекофеннского геоблока) определяется существованием протяженной линейной зоны деструкции. Напряженная магматическая активность корово-мантийного генезиса и формирование длительно развивавшихся, сложно построенных глыбово-купольных структур и термальных куполов связаны с разрывными нарушениями глубинного заложения. Образование разрывов может быть объяснено существованием мантийного плюма, или диапира, определившего условия внутриплитного растяжения (или рассеянного рифтогенеза) на начальных и интенсивного флюидного и теплового потока на заключительных этапах раннепротерозойского периода развития Приладожья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, на основе полученных данных можно сделать некоторые выводы о геологическом строении Приладожья и роли купольного тектогенеза в его формировании.

1. Приладожье располагается на юго-восточном фланге Ладожско-Ботнической зоны дислокаций, которая в последнее время рассматривается как крупная сдвиговая линеаментная зона. Характерной чертой геологического строения района является сочетание структурных форм «окаймленных» куполов (в северной части) и выделяемых на космических снимках своеобразных кольцевых структур, отвечающих крупным термальным аномалиям (в южной части). Последние выражаются в нарушении региональной метаморфической зональности и локальных проявлениях палингенно-анатектического гранитообразования. Эти структуры, с известной долей условности, могут быть определены как «термальные» купола.

2. Установлено, что в строении ядер куполов Сортавальской группы преобладают не диафторированные толщи архея, а прогрессивно метаморфизованные терригенные и терригенно-вулканогенные породы раннего протерозоя, в общем случае относящиеся к комплексу обрамления. Характер контакта ядер этих структур с обрамлением в большинстве случаев тектонический и определяется зонами поздних надвигов.

3. Метабазиты, залегающие в обрамлении куполов, образовались в обстановке внутриплитного растяжения и фиксируют рифтогенный этап развития территории.

4. Составляющие основу структурного рисунка центральной части района термальные купола представляют собой, по существу, сложные мигматит-плутоны, сложенные автохтонными и параавтохтонными гранитоидами, среди которых часто картируются реликты и останцы пород субстрата — гнейсов нижнепротерозойской ладожской серии, амфиболитов и ранних плагиогранитоидов. Для них характерно отсутствие резких контактов с четко проявленными эндоконтактовыми фациями. Установлена многоэтапность формирования структур этого типа.

5. На основе анализа комплекса геологических, геофизических и геохимических данных выделено два основных этапа тектонической эволюции района. Первый этап был связан с заложением системы разломов северо-западного и субширотного простирания. Второй этап связан с реализацией условий сжатия, также сопровождавшихся интенсивными сдвиговыми дислокациями. Формирование позднеорогенных гранитоидов этого времени, а затем и еще более поздних высококалиевых посторогенных гранитоидов связано с локальными термальными аномалиями и флюидопотоком, возможно имеющим мантийную природу. В результате этого воздействия происходило частичное плавление вещества коры и образование гранитных расплавов. На заключительной стадии коллизионного этапа преобладали хрупкие деформации, обусловившие формирование надвигов, направленных к внешним зонам пояса.

6. Полученные новые данные показывают различия в геологическом строении купольных структур внешней и внутренней зон района, отображающие разницу в интенсивности процессов анатексиса и, очевидно, связанную с различиями в глубине эрозионного среза. Совокупность вышеперечисленных положений позволяет заключить, что купольный тектогенез в пределах северо-восточного фланга Ладожско-Ботнического подвижного пояса осуществлялся в коре континентального типа в последовательно меняющихся, и, временами, сосуществующих геодинамических режимах растяжения и сжатия.