Динамика сдвиговых магматических дуплексов

4.1. Внутриплитный магматизм.

4.3. Детальный структурно-геологический и петрологический анализ большого числа разновозрастных магматических тел, откартированных и изученных нами в различных регионах бывшего СССР (Балтийский щит, Центральный Казахстан, Южный Урал и др.), позволил нам прийти к заключению, что многие из них были сформированы в условиях транстенсивной тектоники; впервые было отмечено, что их инициация, развитие и окончательное становление были связаны с функционированием разномасштабных сдвиговых зон. Хотя изученные разрывы сдвиговой кинематики, ассоциированные с магматическими комплексами, имели различную динамическую природу (континентальные трансформы, включенные в древние рифтовые системы Балтийского и Канадского щитов, соскладчатые и послескладчатые системы хрупких коровых сколов тельбесид Центрального Казахстана, транстенсивные области Палеоурала и др.), образовавшиеся тела обладают выраженным морфологическим и структурно-геологическим сходством. Мы рассматриваем это как следствие сходного режима развития их магматических камер, и взаимосвязанного структурного оформления глубинных и приповерхностных магматических комплексов. Выяснено, что существует несколько путей структурно-вещественной эволюции присдвиговых образований; по аналогии с приповерхностными структурами, в качестве их общего названия мы используем предложенный Вудкоком термин “сдвиговый дуплекс” (Woodcock, 1986). Структурно-геологический анализ многочисленных дуплексов, содержащих магматические тела, убеждает нас, что последние развиваются только в условиях локального присдвигового растяжения.

Условия и механизмы образования относительно небольших раннепротерозойских расслоенных массивов основного-ультраосновного состава, широко распространенных в пределах Балтийского и Канадского древних щитов, детально изучались в связи с их платинометальной минерализацией (Alapieti & Lahtinen, 1986, Brugman, Naldrett & Macdonald,1989, Gupta & Sutcliffe, 1990, Гроховская, Клюнин, 1994 и мн. др.). Уникальность этих объектов и определенная противоречивость их структурно-геологических и петрогенетических характеристик являются причиной того, что до настоящего времени остаются дискуссионными большинство их фундаментальных особенностей, включая происхождение магматической расслоенности, механизмы образования критических зон и генезис платинометального оруденения. В эту же группу проблем входят относительно слабо изученные региональные и локальные тектонические обстановки образования массивов и, соответственно, механическая эволюция их магматических камер. На нескольких хорошо изученных примерах (массивы пояса Оланга-Койллисмаа-Кеми, интрузивы фундамента рифта Печенга-Имандра-Варзуга в восточной части Балтийского щита, массивы комплекса Лак Дезиль провинции Онтарио на Канадском щите и др.) мы хотим показать, что эти массивы, разнообразные по строению и характеру взаимоотношений со вмещающими породами, тем не менее обладают целым рядом сходных особенностей, отражающих явную повторяемость обстановок и механизмов их образования. На качественном уровне эти особенности удовлетворительно соответствуют простой модели длительно расширяющейся магматической камеры, которая локализуется вблизи границы пород с вязким и хрупким деформационным поведением и механическая эволюция которой контролируется пассивным присдвиговым растяжением вмещающих камеру комплексов.

Данные о геодинамических обстановках формирования рассматриваемых массивов имеют противоречивый характер. По традиционным представлениям их становление связывается с процессами рифтогенеза в континентальной по типу коре, консолидированной в конце позднего архея (Шарков, 1980 и др.). Известно, однако, что аналоги своеобразного по составу комплекса высокомагнезиальных-низкотитанистых пород бонинитового ряда, слагающих эти массивы, образуются в настоящее время в единственной геодинамической обстановке — вблизи спрединговых центров задуговых бассейнов внутриокеанических островных дуг (Crawford, Falloon & Green, 1989 и др.). Тем не менее, в любом случае региональной динамической обстановкой образования этой группы массивов является обстановка растяжения. О характере локальных динамических условий их развития можно судить по особенностям планового строения большинства из этих массивов (включая ассоциированную с ними разрывную сеть), поразительно напоминающего строение поверхностных сдвиговых дуплексов растяжения; характерно, что конфигурация их нижних контактов соответствует профилю ложа рифтовых впадин. Латеральными ограничениями массивов являются разрывы с выявленной или достаточно вероятной сдвиговой кинематикой, которые соответственно их структурной позиции в рифтовых системах квалифицируются как трансформы. Так, около 20 расслоенных интрузивов Северокарельского пояса Оланга-Койллисмаа-Кеми образуют несколько пространственно сближенных групп массивов общей северо-восточной ориентировки, связанных сдвигами северо-западного до субмеридионального простирания, и рассматриваются как реликт ранне-протерозойской системы коротких спрединговых центров и трансформ (Grokhovskaya & Tevelev, 1995). Установлено, что интрузивные массивы, связанные с единой сдвиговой зоной, имеют как правило близкие (по простиранию сдвига) плановые размеры, соответствующие амплитуде сдвиговых смещений. Интрузивы во многих случаях ассоциируют с вулканическими депрессиями близкого возраста, которые рассматриваются как поверхностные присдвиговые впадины (магматические пулл-апарты или сдвиговые дуплексы растяжения).

В модели образования рифтовых структур, предложенной Вернике (Wernicke, 1985), постулируется, что режим растяжения реализуется на разных уровнях земной коры разными механизмами: вязкопластичным течением в нижних горизонтах и хрупким растаскиванием блоков в верхних. Граница вязкого и хрупкого деформационного поведения пород является корневой зоной листрических сбросов, ограничивающих снизу приповерхностные хрупкие структуры присдвигового растяжения. Мы полагаем, что стандартная геометрия сбросов такова, что вблизи указанной реологической границы постоянно должны образовываться воронкообразные в разрезе зоны зияния — ловушки для инфильтрующихся в область пониженных давлений магматических расплавов. Первоначальное магматическое заполнение слабопрогретых, почти плоских ловушек, отвечающих корневым зонам сбросов, формирует дайкообразные тела, сложенные породами краевых серий; при дальнейшем растяжении хорошо прогретой ловушки образуется постепенно увеличивающаяся камера (ступенчатая в профиле за счет вязкого скалывания отодвигающегося блока), заполнение которой остается жидким или частично жидким в течение всего периода активного растяжения.

Похоже, что подобно большинству пулл-апартовых бассейнов, присдвиговые магматические камеры развиваются асимметрично, удлиняясь лишь в одну сторону, что особенно очевидно для случая многофазных массивов с последовательной латеральной миграцией фаз (Sutcliffe, 1989). Заполнение магматической камеры связывается главным образом с активным ритмичным всасыванием порового расплава в область пониженных давлений расширяющейся магматической камеры, синхронным ритмике процесса растяжения (Тевелев и др., 1995). На завершающих этапах консолидации массивов динамическая обстановка в окрестностях магматической камеры модифицируется как за счет внутренних факторов, связанных с перераспределением напряжений в пространственной системе твердая фаза — остаточный расплав — газовый флюид, так и с изменением внешних тектодинамических условий (Гроховская, 1994). Как и в аналогичных приповерхностных структурах, обычно это приводит к смене локальных обстановок растяжения на обстановки сжатия и развитию соответствующих деформационных парагенезов.

По нашим представлениям, посттельбесская – домезозойская структура Цен-трального Казахстана развивалась в условиях относительно однородного поля напряжений с субмеридиональной ориентировкой оси главного сжатия и субширотной — оси главного растяжения. Преимущественно хрупкое, блоковое деформирование верхней коры региона сопровождалось формированием двух основных сдвиговых систем: северо-западной системы правых сдвигов и северо-восточной системы левых сдвигов и комплементарной им сети локальных структур растяжения (субмеридиональных) и сжатия (субширотных). Эти локальные структуры могут быть описаны как сдвиговые дуплексы, хотя внешние механизмы посттельбеского деформирования региона остаются неизвестными. Судя по размерам присдвиговых структур, амплитуды сдвигания в разных частях изученного региона существенно не различались. Поэтому естественно полагать, что различные соотношения магматических и амагматических элементов в строении этих структур – от полностью амагматичных фамен-раннекаменноугольных мульд Сарысу-Тенизского водораздела до позднепалеозойских вулкано-плутонических блок-кальдер Северного Прибалхашья – обусловлены различной тепловой историей соответствующих районов и не связаны с амплитудами присдвигового раскрытия. Правосторонние и левосторонние сдвиги на изученной территории распределены неравномерно. По общему правилу, здесь отчетливо выделяются правосторонние и левосторонние домены, в пределах которых преимущественно развиты сдвиги одного направления смещения и, соответственно, одного простирания. Локальные сдвиговые дуплексы, в том числе структуры разных возрастных генераций, интерферируют в пределах региона самым различным образом, однако общие соотношения количеств структур сжатия и растяжения явно меняются со временем, отражая, вероятно, систематические изменения компонент регионального поля напряжений.

В позднепалеозойской области Центрального Казахстана сдвиговые магматические дуплексы развиваются в правокулисных изгибах и смещениях северо-западных (правосторонних) сдвигов и левокулисных изгибах и смещениях северо-восточных (левосторонних) сдвигов. Термин "структуры присдвигового растяжения" обычно ассоциируется с поверхностными впадинами, которые Берчфилом и Стюартом (Berchfil & Stuwart, 1966) были названы pull-apart basins. Предполагалось (Aydin & Nur, 1982, Mann, Hempton, et al., 1983 и др.), что крупнейшие пулл-апарты, приуроченные к границам литосферных плит и микроплит, могут со временем трансформироваться в магматические рифты, в то время как относительно небольшие структуры выклиниваются вниз и не являются особенно глубинными. На примере изученного региона мы видим однако, что во многих случаях наблюдается сопряженное развитие поверхностных и глубинных структур присдвигового растяжения – осадочных бассейнов и магматических камер соответственно. Сформированные в такой обстановке магматические тела обладают поразительным морфологическим и структурным сходством с приповерхностными впадинами.

В простейшем случае изученные структуры присдвигового растяжения имеют плановую форму параллелограмма, в котором границы диагональных ориентировок представлены сдвигами, а субмеридиональные границы – отрывами, а также разрывными или пластическими сбросами (флексурами). В зависимости от соотношения амплитуд сдвигания и отстояния кулис, плановая форма дуплексов варьирует от удлиненной субмеридиональной (массивы Джангельды, Каражал и т.п.) до изометричной (массивы Бектау-Ата, Керегетас и т.п.) и, далее, до удлиненной диагональной (массивы Толкудук, Сортуз, Кокдомбак и т.п.). При слиянии расположенных рядом дуплексов образуются характерные ломанные или ступенчатые структуры (массив Каратас). Поверхностные структуры присдвигового растяжения (осадочные и/или вулканические мульды) могут образовываться либо как “чистые” пулл-апарты, либо как впадины присдвигового проседания – по сути небольшие пассивные рифты. Глубинные структуры растяжения также могут образовываться за счет разных механизмов и, соответственно, иметь различную морфологию. В приповерхностных холодных горизонтах с чисто хрупким деформационным поведением инициальные присдвиговые отрывы залечиваются быстро застывающими в этих условиях расплавами с образованием единичных даек или, при длительном развитии таких зон, их роями, напоминающими комплексы параллельных даек активных рифтов (многочисленные линейные тела жаксытагалинского и подобных ему комплексов). Латеральное выклинивание таких роев, напоминающее в плане “конский хвост”, происходит в зонах трансформ, при переходе отрывов в сдвиги. В более глубоких и более “теплых” горизонтах, особенно вблизи границы пород с хрупким и пластическим деформационным поведением, магматическое заполнение инициальных присдвиговых отрывов может длительное время оставаться жидким, причем весьма вероятно, что за счет перманентного прогрева эта граница с течением времени будет более или менее устойчиво подниматься. Таким образом, в области прогрессирующего глубинного раскрытия возможно развитие присдвиговой магматической камеры, импульсно заполняемой расплавом в течении всего периода активного сдвигания, что может привести к возникновению многофазных плутонов гомодромного ряда, как правило, с молибден-меднопорфировой металлогенической специализацией. В кинематическом смысле такая камера аналогична пулл-апарту.

Поскольку зоны глубинного растяжения как правило асимметричны, магматические тела, образующиеся в них, могут первоначально находиться на значительном удалении от оси соответствующих приповерхностных структур; однако последовательное развитие этой системы приводит к пространственному сближению и даже совмещению поверхностных структур растяжения и магматических камер. В условиях общего утонения коры при растяжении, завершение формирования магматической камеры происходит на меньшей глубине и соответственно в более мягких Р-Т условиях по сравнению с его началом; реактивация сдвиговых зон может привести и к тектоническому “откапыванию” интрузивных массивов.

Специфика строения многочисленных гранитоидных плутонов Восточного склона Южного Урала состоит в том, что подавляющее их большинство подверглось интенсивной постмагматической тектонической переработке. Возникнув в условиях присдвигового растяжения, они (при реактивации сдвигания) оказываются включенными в структуру субмеридиональных сдвиговых зон уже в виде твердых, хрупких тел и играют роль своеобразных “мегабудин” со всеми их атрибутами. Массивы имеют удлиненно-ромбическую или каплевидную в плане форму, их эндоконтактовые зоны на меридиональных отрезках часто представлены апогранитоидными милонитами, а вмещающие породы интенсивно рассланцованы, причем плоско-параллельные ориентировки в милонитах и сланцах пространственно совпадают (Чесменский массив). Массивы-будины в условиях малых глубин как правило выдавливаются вверх, что приводит к возникновению конформных массивам купольных складчатых структур и зон сланцеватости во вмещающих породах. В более глубинных условиях массивы выдавливаются и в горизонтальном направлении, благодаря чему фронтальные части массивов оказываются тектонически “стесанными”, а перед фронтом движущегося массива возникают блоки раздавленных пород рамы. В пределах самих массивов в поперечных отрывах возникают мощные кварцевые жилы (Черноборский массив).

 Мы предполагаем изложить результаты исследований 1996 года на 1-2 научных конференциях и опубликовать их в статье и нескольких развернутых тезисах докладов.

 4.5. Хотя сдвиговые магматические дуплексы как определенный и обособленный класс геологических образований вводится впервые, изучение разных аспектов их строения и тектонической эволюции имеет уже достаточно продолжительную историю; поэтому предлагаемые в настоящем проекте работы призваны синтезировать несколько направлений предшествующих тектонических и петрологических исследований. В первую очередь – это далеко продвинутые работы по сдвиговой тектонике, включающие теоретические и полевые исследования кинематики и динамики сдвигов (Holm, Norris, Craw, 1989, Wilcox, 1986, Christy-Blick et al., 1984, и мн. др.), тектонике и структурной эволюции присдвиговых бассейнов, в том числе пулл-апартов (Mann, Hampton et al., 1983, Tеn Brink, Ben-Avraham, 1993 и мн.др.), тектоническому развитию и динамике присдвиговых структур сжатия (Foster, Gleadow, Mortimer, 1994, Sutherland, 1994, Bazhenov, Burtman et al., 1993), обобщающие работы по теории сдвиговых дуплексов (Woodcock, 1986, Oldow, Bally et al., 1990, McBride, 1994 и др.), иccледования динамических характеристик трансформных разломов, особенно континентальных (Тевелев, 1990 и др.) и, наконец, исследования общих вопросов коровой аккреции в условиях транстенсивной тектоники (Richard, 1994, Molnar et al., 1994 и др.).

Другое сравнительно новое направление исследований, которое будет интегрировано в работах по данному проекту – это изучение специфических особенностей магматизма пассивных и активных структур растяжения и роли деформаций в образовании и развитии магматических комплексов. Эти исследования включают как общие работы по моделированию эволюции магматизма структур растяжения (Mohr, 1993, Wernicke et al., 1993, Morgan, Chen, 1993, Leeman, Harry, 1993, Kerr, 1994 и др.), так и конкретным механизмам, контролирующим динамику, структуру и морфологию магматических тел (Pickford,1994, Asmerom et al., 1994, Quick, Denlinger, 1994, Crauford, Beccaluva, Serri, 1991, Taylor et al., 1994, Fowler, 1994, Перцов, Коган, Балашов, 1977, Petford, Lister, Kerr, 1994, Tommasi, 1994, Sleep, 1993, Quick, Sinigoi, Mayer,1994 и др.). Вся эта информация будет обобщена и адаптирована в проектируемых исследованиях, что позволит провести изучение СДМ на мировом уровне.

4.6. Исследования, связанные с темой настоящего проекта, проводились нами на протяжении многих лет в рамках трех основных научно-исследовательских направлений: (1) средне- и крупномасштабного геологического картирования нескольких регионов Центрального Казахстана [5-10 и др.]; (2) изучения раннепротерозойских платинометальных расслоенных массивов восточной части Балтийского щита [1-3 и др.]; (3) среднемасштабного геологического картирования Южного Урала.

Детальное изучение платиноноcных расслоенных массивов Карело-Кольского региона привело нас к заключению, что основные петролого-геохимические закономерности формирования расслоенных интрузивов, включая процессы магматического и постмагматического концентрирования элементов платиновой группы, в значительной степени контролируются деформационными обстановками развития их магматических камер, определяющими эволюцию РТ-условий застывания внутрикамерного расплава [1-3, 14]. Нам удалось показать, что наиболее вероятной обстановкой развития массивов является присдвиговое растяжение (транстенсия) в системе коротких трансформ и спрединговых центров раннепротерозойских рифтовых областей Балтийского щита и несколько более ранних структур Канадского щита [15 -16]. Впервые было выяснено, что изначально разная тепловая история различных регионов Балтийского щита (определявшая активное или пассивное развитие структур растяжение) Контролирует всю Историю Становления Массивов, вплоть до постмагматической трансформации рудных парагенезов и перераспределения рудных компонентов [13, 17].

4.7. 1. Гроховская Т.Л. Петролого-геохимические закономерности формирования платиновой минерализации расслоенных интрузивов восточной части Балтийского щита. Автореф. канд. диссертации, Москва,1993.

8. Тевелев А.В., Кошелева И.А. Типы пермских вулканоплутонических структур Южно-Токрауской впадины (Центральный Казахстан). В кн. Вулканические структуры (проблемы образования и связанная с ними металлогения). Ташкент, 1986

18. Tevelev, Arc.V., Tevelev, Al.V & Zavrazhnov V.N. Post-Telbessian Strike-Slip-Related Compressional and Extensional Structures in Central Kazakhstan. In: Современная Геодинамика, М., Наука, 1995 (в печати).