ҚР ҰғА-ның Хабарлары. Геологиялығ сериясы. Известия НАН РК.
Серия геологическая. 2006. №6. С. 4–9
1–3Казахстан, 050013, Алматы, Сатпаева, 22. Казахский национальный технический университет им. К. И. Сатпаева.
Общеизвестно, что специфические сугубо континентальные структуры, известные в геоло- гической литературе под названием «палеозой- ские офиолитовые зоны», идентифицируются как показатели существования палеозойских океани- ческих структур, заложение, развитие и станов- ление которых объясняются с позиции прогрес- сивной геотектонической концепции современно- сти – тектоники литосферных плит. В основе ука- занной идентификации лежит то обстоятельство, что постоянно отмечающиеся в палеозойских офиолитовых зонах фрагменты разрезов и от- дельные блоки так называемой офиолитовой ас- социации пород один к одному сопоставляются с составными частями разреза современной оке- анической литосферы, состоящего из ультраба- зит-базитовых интрузивных образований в ниж- ней части разреза, толеитовых базальтов в сред- ней части и перекрывающих эти базальты глу- УДК 551.24.05:551.73:001.8(574)
Н. СЕИТОВ1, О. А. РОДЬКИН2, Т. А. ТИКЕБАЕВ3
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ПАЛЕОЗОЙСКИХ ОФИОЛИТОВЫХ СТРУКТУР КАЗАХСТАНА С ПОЗИЦИИ ВЫЯВЛЕ- НИЯ ПЕТРОХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ВУЛКАНОГЕННЫХ
ФОРМАЦИЙ КАК КЛЮЧ К СОЗДАНИЮ МОДЕЛИ ТЕКТОНОСФЕРЫ КАЗАХСТАНА
Палеозойлық офиолиттi құрылымдарды литосфералық тақталар тектоникасы тұрғысынан палеотектоникалық қалы- пқа келтiру мақсатын көздейтiн зерттеулердiң əдiстемелiк жəне əдiснамалық негiздерi ашылып көрсетiлген, бұл құрылым- дар қалыптасуының генетикалық жəне геодинамикалық болмысы туралы зерттеу қорытындылары қысқаша келтiрiлген.
Мақала iргелi ғылыми зерттеу бағдарламасы бойынша осы мақаламен атаулас тақырыпта 2003–2005 жыл-дар аралығында жҝргiзiлген арнаулы зерттеу қорытындылары бойынша жазылған.
Раскрыта суть методической и методологической основы палеотектонической реконструкции офиолитовых структур палеозоя с позиции тектоники литосферных плит, приведены краткие выводы по выявлению генетической и геодинамичес- кой сущности формирования этих структур. Статья написана по результатам научных исследований по одноименной теме, проведенных по программе фундаментальных исследований в 2003–2005 гг.
In clause the essence of a methodical and methodological basis of realization of researches on paleotectonic of reconstruction ophiolites of structures Paleozoic from a position of tectonic litoscfera of plates is opened, the brief conclusions of researches on revealing genetic and geodynamic essence of formation of these structures are given. The present article is written on the results of the same the theme which were held on the fundamental research programmer in 2003-2005.
боководных океанических осадков [1]. Данная триада (ультрабазит-базитовые интрузии, толе- итовые базальты и океанические осадки) в гео- логической литературе обособляется под назва- нием «триада Штейнманна» [2]. Удивительное сходство триады Штейнманна на дне современ- ных океанов и офиолитовой ассоциации пород в пределах офиолитовых зон континентов послужи- ло по существу той первопричиной, на основании которой эти зоны сопоставляются со «следами существования палеозойских океанов», получив- шими название «сутуры».
Термин «сутура» в переводе с английского означает «шов», или «рубец», что как нельзя луч- ше раскрывает тектоническую суть формирова- ния этих структур, поскольку швы и рубцы обра- зуются только на месте былых разрывов, а не прогибов. Иными словами геологическое содер- жание сутур (в нашем случае палеозойских офи-
олитовых зон в пределах континентов), где при- сутствуют фрагменты океанической литосферы, можно получить только путем разрыва палеозой- ской континентальной литосферы с образовани- ем океанического пространства и обратным
«захлопыванием» этого пространства с выведе- нием на уровень континентальной коры некото- рых фрагментов дна былого океана, обратным смыканием его континентальных берегов и «за- рубцеванием» былого разрыва. Если это так, то тектоническую или геодинамическую природу формирования офиолитовых зон никак нельзя объяснить без допущения существования в па- леозойскую эру развития планеты тектонических движений горизонтального (латерального) на- правления, что равносильно, по-существу, призна- нию ведущей роли тектоники литосферных плит в формировании палеозойских офиолитовых зон как специфических структур в пределах конти- нентов.
Считается, что последовательный ход фор- мирования тектонических структур континентов с позиции тектоники литосферных плит подчиня- ется циклу Уилсона [2], в котором геологичес- кие процессы в общих чертах протекают в сле- дующей последовательности: заложение на бы- лой континентальной литосфере рифтовой струк- туры, приводящей к нарушению целостности этой литосферы в условиях растяжения; расширение континентального рифта в условиях продолжаю- щегося растяжения и перерождение его в океа- нический рифт; образование океанического про- странства с постепенным отодвиганием друг от друга его континентальных берегов, формирова- ние вновь океанической литосферы (триады Штейнманна) в ареале рифтовой расщелины за счет продуктов декомпрессионного плавления пиролитов астеносферы, разверзание этой вновь образованной океанической литосферы астенос- ферными конвекционными потоками на обе сто- роны от рифта вслед за отодвигающимися бор- тами океана и разрастание дна океана толеито- выми базальтами вследствие спредингового про- цесса; обратный дрейф и смыкание континен- тальных бортов океанического пространства с постепенным сужением этого пространства в ус- ловиях преимущественной субдукции океаничес- кой литосферы под континентальные берега при незначительной роли обдукционных процессов,
выводящих на коровые уровни фрагменты триа- ды Штейнманна в виде «беспорядочно разбро- санных» затертых блоков утопающего дна океа- на – представителей будущей офиолитовой ас- социации пород; дальнейшее сужение океаничес- кого пространства в условиях субдукции, обра- зование энсиалических островных дуг как след- ствие субдукции, отодвигание формирующейся островной дуги в сторону закрывающегося оке- ана и образование окраинных морей на его кон- тинентальных плечах в условиях ограниченного растяжения согласно модели Карига; закрытие океанического пространства, «припечатание»
океанической, островодужной и окраинно-морс- кой структур друг к другу с нагромождением и перемешиванием геологического содержания этих структур (образование тектонических покро- вов, надвигов и шарьяжей); полное столкновение континентальных берегов былого океана в усло- виях продолжающегося обратного дрейфа и вос- становление целостности ранее разорванной кон- тинентальной литосферы, сопровождающиеся образованием орогенической зоны на линии «спа- ивания» структур, характеризующейся чрезвы- чайной дислоцированностью слагающих ее ком- плексов (изоклинальная складчатость ранее об- разованных тектонических покровов, надвигов и шарьяжей); прекращение тектонической актив- ности, денудация орогена с выведением глубин- ных уровней корней гор на дневную поверхность вследствие стремления вновь образованной па- леоструктуры к восстановлению своего изоста- тического равновесия, становление сутуры (офи- олитовой зоны) [3–6].
Продолжительность цикла Уилсона исчисля- ется десятками, а то и сотнями миллионов лет и воочию проследить указанные грандиозные гео- логические процессы, конечно, невозможно. Од- нако если нам удается так взаимосвязано и убе- дительно восстанавливать геологические собы- тия, то это благодаря теоретическим выкладкам концепции тектоники литосферных плит, являю- щейся главной парадигмой нынешней геологичес- кой науки. Общеизвестно, что именно парадиг- ма любой отрасли науки является той направля- ющей основой, на которую ориентируется мысль исследователя. Однако правомерность этой ос- новы, иначе говоря соответствие основных по- ложений парадигмы реальности, должна прове-
ряться конкретными исследованиями, при этом успех и эффективность этих исследований, в пер- вую очередь, зависят от правильности выбора их методики и методологии.
Главным, по-существу, единственным эффек- тивным методом палеотектонической реконст- рукции сложно дислоцированных структур, како- выми являются палеозойские офиолитовые зоны, является метод формационного анализа [7,8].
Именно геологические формации являются по- казателями геотектонических процессов, по- скольку каждая геодинамическая обстановка
«порождает» только ей свойственную геологи- ческую формацию. Другими словами, каждое из отмеченных геодинамических событий характе- ризуется только ему свойственным набором гео- логических формациий, так или иначе отличаю- щимся от набора предыдущего и последующего событий. Если составить абстрактный ряд на- боров геологических формаций, соответствую- щий описанной последовательности событий по заложению, развитию и становлению палеозойс- кой офиолитовой зоны согласно циклу Уилсона, то получится такой ряд: формации континенталь- ного рифтогенеза ® формации пассивных конти- нентальных окраин (на побережье открывающе- гося океана) и ранняя порция офиолитовой ассо- циации пород (в акватории океана) (эти два на- бора формаций – возрастные аналоги) ® форма- ции островных дуг (на побережье закрывающе- гося океана) и поздняя порция офиолитовой ас- социации пород (в акватории океана) (эти два набора формаций также возрастные аналоги) ® формации окраинно-морского рифтогенеза ® фор- мации орогенеза.
Если в палеозойских офиолитовых зонах при- сутствуют представители перечисленных геоло- гических формаций, то это будет свидетельство- вать об океанической природе этих палеострук- тур и становлении их в качестве континенталь- ной палеоструктуры согласно циклу Уилсона.
Однако, как показывает многолетний опыт ис- следования палеозойских офиолитовых зон, ус- тановить в их пределах все многообразие харак- терных для различных стадий развития структу- ры геологических формаций оказывается не про- сто. Этому препятствуют два обстоятельства.
Во-первых, исторический опыт исследований офиолитовых зон на основе фиксистской ориен-
тации геотектоники (геосинклинальной концеп- ции) предполагает выделение не геологических формаций, а различных свит и серий, обособлен- ных, как правило, на основании составления так называемых послойных опорных разрезов. Во- вторых, различные стадии развития изучаемой офиолитовой структуры зачастую «поставляют»
идентичные разновидности горных пород, кото- рые могут присутствовать в составе различных по генезису геологических формаций. Например, базальты как определенная разновидность гор- ных пород являются полноценными и довольно часто встречающимися членами таких геологи- ческих формаций, как континентального рифто- генеза; офиолитовой ассоциации пород; остро- вных дуг; окраинных морей; даже орогеничес- кой зоны (в составе вулканогенно-осадочной мо- лассовой формации). Вследствие такого «одно- образия в многообразии» установление форма- ционной принадлежности тех или иных типов гор- ных пород, проведение полноценного формацион- ного анализа в пределах офиолитовых зон на пер- вый взгляд кажется невозможным, поскольку ука- занное однообразие значительно затрудняет про- ведение качественной идентификации каждой формации в отдельности и выяснение геодина- мической (геотектонической) природы их фор- мирования. В то же время эти однообразные гор- ные породы в составе различных формаций так или иначе должны отличаться друг от друга, по- скольку каждая геодинамическая обстановка в принципе должна создавать только ей свойствен- ный вещественный состав относящейся к ней гео- логической формации. Это особенно касается магматических образований в составе геологи- ческих формаций, ибо вещественный состав маг- матитов так или иначе упорядочен по сравнению с таковым осадочных отложений и именно маг- матические образования могут оказаться глав- ными показателями генетической сущности фор- маций и соответственно создающей их геодина- мической (геотектонической) обстановки.
Таким образом, выясняется, что если наибо- лее эффективным методом палеотектоническо- го анализа палеозойских офиолитовых зон явля- ется формационный анализ, то наиболее эффек- тивная методология исследования таких зон обеспечивается нахождением легко доступного приема идентификации вулканогенных образова-
ний в составе многочисленных свит и серий, а также интрузивных комплексов в офиолитовых зонах согласно с их генезисом или же геодина- мической (геотектонической) обстановкой их первоначального формирования.
Обеспечение такой методологии возмож- но в связи с наличием базы данных по веще- ственному составу магматических образований, формирующихся в нынешний этап развития пла- неты в различных геодинамических обстановках в различных же регионах земного шара, а также с привлечением компьютерной технологии. Дело в том, что в нынешний кайнозойский этап разви- тия планеты различные геодинамические обста- новки цикла Уилсона имеют место в различных уголках земного шара, в большинстве из кото- рых широко развиты магматические процессы, причем сходные магматические образования раз- личных геодинамических обстановок современ- ности по петрохимическим особенностям так или иначе отличаются друг от друга.
Эти обстоятельства использованы нами при научных исследованиях в рамках фундаменталь- ных программ в 2003–2005 гг. по созданию гене- тической и геодинамической модели развития палеозойских офиолитовых зон по результатам изучения формационных особенностей трех пред- ставительных структур Казахстана – Жалайыр- Найманской на юге республики, Бозшакольской на севере и Сакмарской на западе. При этом пет- рохимические особенности магматических об- разований различных геодинамических обстано- вок современности, отобранных из разных час- тей света, послужили своеобразными эталонами, с которыми сравнивались особенности химичес- кого состава вулканогенных пород и некоторых разновидностей интрузивных образований объек- тов исследований. В частности, в ходе указан- ных исследований нами тщательно проанализи- рованы типоморфные признаки вещественного состава (петрохимические и геохимические осо- бенности) и строения (структурно-текстурные особенности) вулканогенных пород, характерных для геодинамических обстановок каждой из ста- дий преобразования континентальной коры в оке- аническую и наоборот, исходные данные кото- рых были изложены в прекрасном учебном по- собии двух преподавателей-геологов Московс- кого государственного университета – Т. И. Фро-
ловой и И. А. Буриковой [9]. Однако главными эталонами для сравнения вещественного соста- ва магматических образований объектов иссле- дований послужили все же результаты, сосредо- точенные в базе данных у одного их казахстанс- ких исследователей – доктора геолого-минера- логических наук А. Н. Бугайца [10]. Он в тече- ние последних двух десятков лет не только со- брал базу данных по особенностям веществен- ного состава магматических образований совре- менности различного генезиса, но и провел ком- пьютерный анализ собранных данных и постро- ил специальные двумерные (оси х и у) петрохи- мические диаграммы, на которых оконтурены поля развития практически всех разновидностей магматических горных пород, причем на этих диаграммах одни и те же разновидности горных пород, извергавшихся в различных геодинами- ческих обстановках современности, оказываются обособленными друг от друга. Эти диаграммы нами использованы в качестве своеобразных эта- лонов. При этом сравнение с эталонами и опре- деление формационной принадлежности магма- тических образований изученных офиолитовых зон Казахстана проведены в следующем поряд- ке: силикатные анализы эффузивных образова- ний изученных зон, отмечающихся в составе раз- личных свит и серий (базальты, андезиты, даци- ты-риолиты), так же, как некоторых разновидно- стей интрузивных образований объектов изуче- ния (в основном ультрабазиты, габбро и плаги- ограниты), проработаны с помощью компьютер- ной программы «Скалярное произведение векто- ров». Результаты нанесены на соответствующую двумерную эталонную диаграмму в соответствии с выявленными значениями х и у. При этом фи- гуративная точка каждой конкретной магмати- ческой породы, охарактеризованной только ей свойственным петрохимическим составом (ре- зультаты силикатного химического анализа), по- падала на то или иное поле на эталонной диаг- рамме, и были определены таким образом фор- мационная принадлежность и геодинамическая природа формирования данной горной породы.
Описанная методология исследований осно- вана в общих чертах на принципе актуализма, согласно которому предполагается идентичность геологических процессов, имевших место в древ- ней истории Земли и происходящих в ее совре-
менной истории геологического развития. Если этот принцип верен в своей основе, то идентич- ные геодинамические обстановки древности и современности должны извергать идентичные же по петрографическому составу и петрохимичес- ким особенностям магматические образования, прежде всего вулканогенные серии и генетичес- кие типы вулканогенных образований. Это и по- нятно, поскольку каждый тип геодинамических обстановок характеризуется только ему свой- ственными глубинным строением и физико-хи- мическими условиями магмообразования и со- ответственно каждая геодинамическая обста- новка будет характеризоваться специфичностью происхождения и эволюции присущих ей магма- тических образований.
В то же время данное заключение нельзя воспринимать слишком категорично, поскольку вулканогенные образования каждой геодинами- ческой обстановки не всегда являются типомор- фными по всем показателям. Например, как было указано, толеитовые базальты свойственны раз- личным стадиям развития структуры и преобра- зования земной коры, однако часто по двум-трем показателям, хотя бы по одному показателю пет- рохимии каждая из них все же будет отличаться от аналогов, выплавленных в других геодинами- ческих обстановках.
Другой немаловажный вопрос касается кор- ректности сравнения древних и современных вул- канитов в принципе. Вероятно, допустить стопро- центное тождество петрохимии древних (палео- зойских) вулканогенных пород и их современных (кайнозойских) аналогов все же нельзя хотя бы потому, что древние аналоги вулканитов в про- цессе эволюции и становления палеоструктуры претерпели метаморфические и метасоматичес- кие изменения, в результате чего их веществен- ный состав мог ощутимо измениться. Более того, палеозойские аналоги вулканогенных пород, в силу их чрезвычайной дислоцированности, могут варьировать свой состав в результате динамо- метаморфизма. Тем не менее сходные геодина- мические обстановки древности и современнос- ти в принципе должны «поставлять» идентичный вулканический материал и в каких-то своих ос- новных петрохимических и геохимических пока- зателях они должны быть все же идентичны.
В ходе исследований выяснилось, что во всех
трех изученных структурах, несмотря на регио- нальный характер их распространения (ширина – первые десятки км, протяженность, как прави- ло, несколько сотен км), широко развиты фраг- менты геологических формаций, свойственных этапу как открытия палеозойской океанической структуры (формации континентальных рифтов, офиолитовая ассоциация пород), так и ее закры- тия (формации островных дуг, окраинных морей, глубоководных желобов). При этом фрагменты всего многообразия этих формаций представле- ны, как правило, небольшими фрагментами, от- дельными затертыми блоками и олистоплаками, что свидетельствует о чрезвычайной дислоци- рованности геологического выполнения этих структур в условиях тангенциального сжатия, приведшего не только к нарушению целостности отдельных разрезов, но и «перемешиванию»
фрагментов формаций, первоначально образован- ных в различных геодинамических условиях, в различных же частях открывающегося и закры- вающегося океана. Примечательно, что даже в
«составе» местных стратиграфических подраз- делений, обособленных предыдущими исследо- вателями в качестве отдельных свит и серий, присутствуют затертые блоки и небольшие фраг- менты разрезов различных по генезису геологи- ческих формаций, далеких друг от друга как в прямом, так и в переносном смысле.
Полученные результаты позволяют прийти к следующим основным выводам по генетической и геодинамической природе палеозойских офио- литовых зон:
– повсеместное присутствие в изученных офиолитовых зонах фрагментов тирады Штейн- манна свидетельствует об океанической приро- де этих структур, заложение, развитие и станов- ление которых связаны с латеральной подвиж- ностью литосферных блоков палеозоя и объяс- няется с позиции тектоники литосферных плит, приведшей к формированию типичной сутурной структуры;
– присутствие в этих региональных структу- рах континентов (протяженность – сотни км, ширина – десяти км) фрагментов разреза, затер- тых блоков и олистоплак всего многообразия гео- логических формаций, свойственных этапу как открытия палеозойского океанического простран- ства, так и его последующего закрытия, позво- ляет заключить, что эти зоны не являются атри-
бутами гипотетических огромных океанов палео- зоя или внутриплитными структурами, как это преподносится большинством исследователей- мобилистов [11], а полноценными межплитными структурами, сформировавшимися, однако, в ус- ловиях регионального характера проявления тек- тоники плит в палеозое; попытки теоретическо- го обоснования причин регионального характера проявления тектоники литосферных плит в рифей- палеозойскую эру развития Земли нами были предприняты в наших ранних публикациях [3–5];
– доказательство сутурной природы изучен- ных палеозойских офиолитовых зон, окончатель- ное формирование которых объясняется закры- тием палеозойского микроокеанического бассей- на и столкновением его континентальных бортов, предполагает совмещение в пространстве раз- личных структурно-формационных зон (самого микроокеана, островных дуг и окраинных морей) в условиях жесточайшего сжатия, что предоп- ределяет чрезвычайную дислоцированность сла- гающих эти зоны геологических комплексов, где приведены во взаимное соприкосновение фраг- менты геологических формаций различной гене- тической и геодинамической природы; последнее обстоятельство априори предполагает отсут- ствие в офиолитовых зонах «нормальных» нена- рушенных разрезов различных свит и серий и доказывает ущербность стратиграфических по-
строений, основанных на составлении так назы- ваемых послойных опорных разрезов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пейве А.В. Океаническая кора геологического про- шлого //Геотектоника. 1969. №4. С. 5-23.
2. Миясиро А., Аки К., Шенгер А. Орогенез. М., 1985. 288 с.
3. Сеитов Н.С. Рифейско-палеозойские офиолитовые зоны Казахстана как микроокеанические сутуры // Изв.
АН КазССР. Сер. геол. 1988. №4. С. 25-33.
4. Сеитов Н.С. Тектоника плит и офиолитовые зоны Казахстана: (принципы умеренного мобилизма). Алма-Ата, 1988. 112 с.
5. Сеитов Н.С. Тектоника плит: возможные истоки и особенности проявления. Алма-Ата, 1992. 200 с.
6. Сеитов Н.С., Тикебаев Т.А. Офиолитовые суту- ры как стерженевые структуры в палеозоидах Казах- стана //Проблемы рационального использования природ- ных ресурсов: Труды международной конференции
«Инженерное образование и наука в ХХІ веке», посвя- щенной 70-летию КазНТУ им. К. И. Сатпаева. Алматы, 2004. Т. 1. С. 258-266.
7. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника. М., 1985. 327 с.
8. Цейслер В.М. Геологические формации. Вопросы выделения и тектонического анализа. М., 1979. 80 с.
9. Фролова Т.И., Бурикова И.А. Магматические форма- ции современных геотектонических обстановок. М: МГУ, 1997. 320 с.
10. Бугаец А.Н. Диагностика геодинамических обстано- вок по петрхимическим данным //Геонауки в Казахстане:
Доклады казахстанских геологов на МГК-32. Алматы, 2004.
С. 251-264.
11. Куренков С.А., Диденко А.Н., Симонов В.А. Геоди- намика палеоспрединга. М.: ГЕОС, 2002. 294 с.
