ГлавнаяВ областях развития архейских пород гранитогнейсы и граниты составляют в среднем около 70 % обнаженных районов, а зеленокаменные пояса — оставшиеся 30%. Таким образом, зеленокаменные пояса распространены более широко, чем это видно в фрагменте архейского кратона Западной Гренландии, который был рассмотрен выше. Тогда как попытки интерпретации генезиса гранитных пород касаются фундаментальной истории процессов кратонизации, зеленокаменные пояса (преимущественно вулканические и частично осадочные), очевидно, представляют остатки поверхностных отложений. Тем не менее многие особенности этих поясов вызывают большой интерес среди петрологов и их характерный структурный стиль каким-то образом должен быть связан с крупномасштабными Кировыми процессами, происходившими в архее. Широко распространено мнение о том, что значительные различия между гранит-зеленокаменными и амфиболит-гранулито-гнейсовыми областями связаны с глубиной эрозионного среза однотипных участков архейской коры. Естественно, что между ними нет закономерного различия в возрасте. Хотя зеленокаменные пояса и обладают многими характерными особенностями, во времени наблюдается тенденция к увеличению размеров и сложности их строения. Мы рассмотрим в качестве примеров два типа поясов: зеленокаменный пояс Барбертон — компактный, сравнительно древний, но и довольно большой пояс, расположенный в пределах кратона Трансвааль; и пояс Абитиби — крупнейший и, возможно, самый молодой в пров. Сьюпириор. Кроме того, будут проведены некоторые аналогии с другими районами, принципиально связанными с отчетливо выделяющимся типом магнезиальных коматиитов из верхней части разреза пояса Барбертон.
Зеленокаменный пояс Барбертон. Прекрасно обнаженные породы зеленокаменного пояса Барбертон с возрастом близким к 3,4 млрд лет, занимающие площадь с максимальными размерами 120х40 км в ЮАР вблизи границы со Свазилендом, явились объектом очень детальных исследований М. и Р. Вильюн. Там, где этот пояс не перекрыт более молодыми отложениями, он ограничен гранитами, большинство из которых встречается в виде отдельных диапировых плутонов. Гранитные породы скорее окружают, чем принизывают породы зеленокаменного пояса, и ни один гранитный плутон полностью не окружен зеленокаменными образованиями. Краевые проникающие структуры диапиров возникают на месте заливообразных вогнутых контактов собственно пород пояса (рис. 42). Разрез зеленокаменного пояса характеризуется чрезвычайно большой общей мощностью — свыше 17 км, а породы повсеместно обладают крутыми падениями и в целом образуют синклинальную структуру, подобно корпусу корабля, за исключением лишь того, что его киль не виден наблюдателю. Имеется несколько более мелких внутренних синклинальных структур, часто разделенных разломами, проходящими в местах ожидаемых антиклинальных перегибов. Обращает на себя внимание отсутствие кливажа осевой плоскости, а вертикальная линейность скорее предполагает растяжение в вертикальном направлении, чем горизонтальное сжатие. Общее северо-восточное падение пород иногда сильно меняется у контактов, переходя в конформное залегание с гранитоидами. Метаморфическая зональность изменяется симметрично от практически неизмененных пород до зеленосланцевой фации в краевых частях и местами до амфиболитовой фации в узких зонах у контактов с гранитами и в отщепленных блоках пород зеленокаменного пояса (обычно ультраосновных), заключенных в собственно гранитах. Общая структурная картина создает отчетливое впечатление о погружении и растяжении пород зеленокаменного пояса по сравнению с окружающими гранитогнейсами и гранитными диапирами.
Разрез пород зеленокаменного пояса с максимальными мощностями отдельных групп представлен в следующем виде (снизу вверх):
1. Группа Онвервахт, подразделяющаяся на две подгруппы: а) верхняя, «мафическо-фельзическая» (7,7 км), представленная повторяющимися ритмами толеитовых лав, переходящих вверх по разрезу в фельзические лавы с прослоями туфогенных осадков, туфов и конгломератов. Верхние ритмы разреза постепенно обогащаются фельзическими породами. В нижних ритмах встречается небольшое количество силлов ультраосновных пород; в) нижняя, «ультраосновная» (7,5 км), представленное коматиитовой серией (60—70 % всей подгруппы) ультраосновных лав, силлами и жилами (метаперидотиты), метабазальтами высокомагнезиального типа и небольшим количеством кислых пород, появляющихся в верхних частях разреза.
2. Группа Фиг-Три (2,1 км) — преимущественно пелитовая, с турбидитами, кремнистыми и железистыми сланцами и туфами среднего состава, латерально фациально изменчивых.
3. Группа Модис (3,7 км) — преимущественно песчанистая, состоящая из базальных конгломератов в основании разреза, которые продолжаются мощной циклической последовательностью кварцитов и сланцев.
В пределах нижней части разреза Онвервахт много мелкозернистых мафических пород, по химическому составу частично соответствующих ультраосновным разновидностям и, по-видимому, также по минеральному составу. Самые нижние части разреза повсеместно частично изменены под воздействием гранитов, степень метаморфизма наиболее высока там же, а эффекты карбонатизации, силицитизации и серпентинизации требуют весьма осторожной интерпретации химического состава пород. Тем не менее в шлифах могут быть определены первичные структуры, так что многие породы можно определить как явные лавовые потоки с шаровой отдельностью, некоторые же — с отчетливыми закалочными структурами, содержащими необычно большое количество модального оливина. Согласно химическим анализам, содержания (массовая доля) оксида магния варьируют от характерных (для обычных базальтовых пород) до 30 %.
Собирательное название коматиит было дано для этого недавно выделенного класса пород. Главные их петрохимические особенности заключаются в общем высоком содержании MgO наряду с очень высоким отношением Mg О/Fe О, низкими содержаниями щелочей, TiO2 и отношением Аl2O3/СаО менее единицы. Такие породы с концентрацией MgO 10—20 % были названы базальтовыми коматиитами, а с более высокими содержаниями MgO — перидотитовыми коматиитами. М. и Р. Вильюн учитывали значительную опасность безоговорочного признания того, что изменения были изохbмическими, и они предложили несколько классификационных графиков, на которых показаны сокращения содержаний некоторых главных породообразующих оксидов, особенно извести и щелочей с увеличением серпентинизации и количества H2O. Несмотря на такие трудности, они смогли рассчитать средние химические составы нескольких типов коматиитовых лав и обратили внимание на то, что в перидотитовых коматиитах встречаются многочисленные участки с «закалочными кристаллическими структурами», состоящие из больших (до 7 см) пластинчатых, скелетных, в настоящее время серпентинизированных кристаллов оливина, погруженных в основную массу более мелких, но сходных лейстообразных кристаллов авгита (теперь тремолитизированных).
В нижних частях группы Онвервахт имеется несколько типов расслоенных и дифференцированных ультраосновных тел, сходных по валовому составу с коматиитами. Например, тип силлов Kaaпмьюден, достигающих мощности 600 м, состоит из дунитовых и перидотитовых зон, переходящих вверх по разрезу в узкие зоны бронзитов и вебстеритов, завершающиеся при движении вверх узкой норит-анортозитовой— габбровой зоной. Другие силлы сходного общего состава характеризуются отчетливо выраженной ритмичной расслоенностью в нижней ультраосновной части разреза.
Верхнее, «мафическо-фельзическое», подразделение преимущественно вулканогенного разреза Оньервахт представлено в основном толеитами, местами с шаровой отдельностью в нижних частях разреза и со значительным количеством субаквального пирокластического материала в верхних горизонтах. Может быть выделено несколько повторяющихся ритмов мощных базальтовых прослоев с ультрабазитовыми линзами в основании, перекрытыми менее мощными потоками кислых лав и пирокластов. Необычной особенностью пород кислых лавовых потоков является шаровая отдельность Количество этих пород в ритмах увеличивается вверх по разрезу, и часто наблюдаются значительные латеральные вариации мощности прослоев. Кремнистые сланцы обычно перекрывают кислые породы, а у шахты Шеба-Куин, где подстилающие кислые породы имеют значительную мощность и, вероятно, маркируют жерло вулкана, в сланцах имеется стратиформная золотоносная пиритовая залежь. Цирконы из кислых пород дают возраст 3360 млн лет — древнейший из установленных на Барбертоне. Кислые породы представлены кератофирами, очевидно, образовавшимися по дацитам, риодацитам и, возможно, риолитам. В общем фельзитовые лавы составляют не более 10 % разреза верхнего подразделения группы Онвервахт.
Большая часть материала зеленокаменного пояса — это граниты, часто остающиеся безликими, закрашенными розовым цветом пятнами на геологических картах.
В области развития гранитов в районе Барбертона выделяются по крайней мере три характерных типа:
1. Древние тоналитовые гнейсы, включая некоторые породы гранулитовой фации, частично представляющие древнее основание собственно зеленокаменного пояса, хотя эти гнейсы, по-видимому, по крайней мере местами, окружают и прорывают края зеленокаменного пояса Несогласные, дискомформные взаимоотношения основание — перекрывающие породы не установлены в Барбертонской гранит-зеленокаменной области, хотя несогласие между несколько более молодым зеленокаменным поясом и подстилающим гнейсовым основанием недавно было продемонстрировано в Родезийском кратоне.
2. Последнее внедрение в довольно высокие горизонты земной коры обогащенных калием гранитов представлено так называемыми гранитами Худ; местами это гомогенные образования, но иногда они переходят через зоны мигматитов в тоналитовые гнейсы.
3. Средне- и крупнозернистые, часто отчетливо порфировые гранитные плутоны с возрастом 2,8—2,5 млрд лет являются явно более молодыми образованиями.
Описанная ассоциация может рассматриваться как аналогичная, хотя и образовавшаяся в более короткий временной интервал по сравнению с событиями, запечатленными в нижних горизонтах коры Западной Гренландии.
Коматииты из других районов. Хотя зеленокаменный пояс Барбертон был достаточно ясно и подробно описан, недостатком интерпретации являются плохая сохранность и метаморфизм многочисленных коматиитов — наиболее интересного типа пород, встречающегося недалеко от более молодых гранитных образований, прорывающих и мегаморфизующих их.
Аналогичная серия пород была описана Д. Вильямсом из района Маунт Монгер, области Йилгари, Западная Австралия. Разрез, установленный в районе Маунт-Монгер, имеет мощность около 11 км, обладает ритмичным строением и сравним с группой Онвервахт, содержит толеиты и коматинтоподобные породы, с несогласием перекрывает более ранний цикл, завершающийся кислыми вулканитами и осадками. Д. Вильямс столкнулся с трудностями при использовании термина коматиит из-за отличий в отношениях СаО/Аl2О3 или даже при применении этого термина, поскольку последний был предложен для измененных (вероятно, метасоматически измененных) пород. Представительные анализы пород из района Маунт-Монгер включены в табл. 33, содержание MgO в них колеблется в пределах 8—24 %, и они названы просто высокомагнезиальными базальтами. Изучение шлифов показывает, что эти породы менее изменены, чем барбертонские, на это указывают и более низкие содержания H2O. Во многих местах также отмечаются аналогичные характерные закалочные структуры с образованием лейстовидных и скелетных прорастаний кристаллов оливина и авгита, такие структуры были названы структурами спинифекс (по названию местного вида ветвящейся остролистной пустынной травы в Западной Австралии). Среди высокомагнезиальных базальтов имеются линзы ультраосновных пород мощностью 60—600 м и длиной 0,12—10 км. Очевидно, они внедрялись в виде суспензии идиоморфных оливиновых кристаллов, находившихся в жидкости; имеется много примеров того, что концентрация оливиновых первичных кристаллов происходила явно в результате процессов дифференциации в потоке. Некоторое осаждение этих кристаллов все же происходило, хотя охлаждение было сравнительно быстрым, что привело к образованию еще одной генерации оливина со скелетным закаленным габитусом. Д. Вильямс определил содержание MgO для обогащенных оливином ядер в этих линзах (около 33 %) и рассчитал массовую долю AlgO в исходной жидкости (около 25 %).
А. Налдретт и Дж. Мейсон описали аналогичные расслоенные ультраосновные силлы в провинции Сьюпириор с закаленными структурами под названиями (bird-traсk или herringbone (англ. «след птицы» или «селедочная кость»). Хотя так же необычные структуры ранее наблюдались при полевых исследованиях, это было, очевидно, их первое опубликованное определение как закалочных структур (для которых термин спинифекс теперь широко употребляется).
Вероятно, самыми лучшими обнажениями высокомагнезиальных излившихся пород на сегодняшний день являются описанные и иллюстрированные Д Пайком с соавторами (с прекрасным кратким историческим введением в проблему коматиитов) из района Мунро-Тауншип в крупном поясе Абитиби провинции Сью-пириор. Около 60 потоков обнажается в стратиграфическом разрезе мощностью около 125 м. Два анализа пород со структурой спинифекс, очевидно, представляющие состав расплава, включены в табл. 33. Низкие содержания щелочей могут быть связаны с выщелачиванием во время изменения (обратите внимание на высокие концентрации H2O+); содержания TiO2, очевидно, более постоянные при метаморфизме низких ступеней, также соответственно низки, а все эти породы, по-видимому, принадлежат к субщелочной серии.
Среди молодых пород аналогии с высокомагнезиальными базальтами редки. Некоторые примитивные высокомагнезиальные толеитовые базальты палеоген-неогенового возраста отмечены в зал. Баффин (Западная Гренландия), содержание Cr в них сравнимо с концентрациями в древних породах (см. табл. 33). В таких породах оливин иногда имеет скелетные формы, но структуры спинифекс отсутствуют. Дж. Гейл отметил обилие обогащенных магнием основных лавовых потоков в раннепалеозойской офиолитовой серии Ньюфаундленда. Содержание MgO в этих породах достигает 14%, a TiO2 имеет отчетливо низкие значения около 0,16%. Другие базальтовые коматииты из офиолитовых комплексов обсуждены в работе С. Сан и Р. Несбит в 1978 г. Остальные места обнаружения таких пород, включая высокомагнезиальные потоки Иуанетси (аналогичные образованиям зал. Баффин?), отмечены и обсуждены в работе К. Кокса.
Зеленокаменный пояс Абитиби. Этот пояс имеет возраст около 2,7 млрд лет и является крупнейшим в архейской провинции Сьюпириор (его размеры приблизительно составляют 750х200 км). Он был детально изучен А. Гудвином и Р. Ридлером, по работе которых частично сделано данное краткое описание. В связи с большими размерами в данном поясе имеется более сложный комплекс ассоциирующих пород, чем в барбертонском или многих других поясах. Из общей площади выходов пород этого зеленокаменного пояса, которая составляет около 9,5*10в4 км2: 45,6% приходится на вулканические породы (базальтовые андезиты); 2,5% — на базитовые интрузии; 3,6% — на кислые вулканические породы, 16,0% — на осадочные и 32,3% — на граниты. Среди базитовых ассоциаций, видимая мощность которых местами достигает 12 км, снизу вверх по разрезу устанавливается переход от низкокалиевых к высокоглиноземистым толеитам. Породы метаморфизованы в зеленосланцевой фации метаморфизма, но такие черты их магматического происхождения, как шаровая отдельность, гиалокластические разности, вариолитовие структуры и т, д., обычно сохраняются и предполагают образование этих вулканитов в подводных условиях. Местами встречаются высокомагнезиальные лавовые потоки со структурами спинифекс в ассоциации с расслоенными ультраосновными — основными интрузиями. В поясе имеется несколько дюжин главных антиклинальных и синклинальных складок, простирающихся примерно параллельно длинной оси всей структуры. Хотя отмечается явное сжатие этих структур в меридиональном направлении, несмотря на сложную тектоническую обстановку, все же можно выделить около семи вулканических комплексов. Это определяется по концентрации отдельных ассоциаций средних и кислых вулканитов, стратиграфически перекрывающих мощный базитовый разрез, который, очевидно, значительно не меняет мощность в латеральном направлении и обычно ассоциирует с эпизональными интрузиями Среди кислых пород дациты преобладают над риолитами, трахиты встречаются в центре, в районе Киркленд-Лейк. Этот район необычен также потому, что здесь имеются потоки базанитов в разрезе основных вулканитов.
Зеленокаменный пояс. Абитиби содержит несколько сот рудопроявлений и множество шахт и рудников, из которых 150 находятся в действии. Промышленная минерализация представлена преимущественно золотоносными кварцевыми жилами и рассеянными (до массивных сульфидных) залежами (Cu—Zn—Au—Ag); оба типа четко приурочены к вулканическим комплексам среднего и кислого состава. Осадочные породы пояса представлены следующими группами: 1) разрезы вулканогенных осадочных пород мощностью до 3 км, часто грубозернистые, полимиктовые, с отчетливо выраженными беспорядочными структурами, очевидно, образовавшиеся из средних и кислых вулканических пород; и 2) разрезы более четко стратифицированных граувакк — флишевая ассоциация мощностью до 2 км, представленные удаленными от источника сноса фациями. Железорудные породы, широко распространенные в окисных сульфидных и карбонатных фациях, являются важными стратиграфическими маркерами.
Пояс Абитиби окружен смятыми в складки гранитными породами с явными интрузивными взаимоотношениями с породами пояса, хотя некоторые из них могут относиться к более древнему ремобилизованному основанию — характерному признаку гранит-зеленокаменных поясов. Внутри пояса имеется по крайней мере семь главных плутонов, каждый диаметром 70—100 км, окруженных вулканическими и осадочными породами; большинство плутонов находится вдоль осей антиклинальных поднятий, расположение магнитных и отрицательных гравитационных аномалий указывает на то, что эти плутоны имеют корни, уходящие на большие глубины. Результаты предварительного датирования показывают, что, хотя некоторые из этих плутонов значительно моложе пояса, возраста других могут ненамного отличаться от времени образования, зеленокаменных пород. Грубая билатеральная симметрия пояса определяется наличием двух главных зон субширотного простирания, в их пределах состав пород меняется от основных до кислых, с центрами извержения которых связаны обломочные породы и железорудные породы, разделенные поперечными зонами подстилающих однородных толеитовых базальтов, тонкозернистых обломочных пород и некоторыми крупными гранитными батолитами (в противоположность несимметричной островодужной системе).
А. Гудвин и Р. Ридлер образование пояса связывают с «погружением тонкой гибкой архейской коры» или «раздвижением в стороны архейских коровых блоков».
Структурное положение областей архейской магматической деятельности. Увеличение концентрации радиоактивных элементов в архейское время должно было привести к возрастанию скорости выделения тепла и, следовательно, к более высокому тепловому потоку по сравнению с современным состоянием земной коры Высокий тепловой поток мог сказаться на: 1) повышении термических градиентов в сиалической коре, что соответствует наблюдаемому широкому развитию пород гранулитовой — высокой ступени амфиболитовой фации метаморфизма в архейских гнейсовых областях; 2) более значительной протяженности зон восходящих потоков мантийного вещества, сопровождающихся извержением базитовых расплавов, аналогичных современным зонам океанических хребтов (где имеет место значительное выделение тепла), но, вероятно, более ареального характера, что выразилось в образовании структур большой протяженности. Это приводило скорее не к разобщению твердых литосферных плит, как в настоящее время, а к тому, что грандиозные базитовые извержения способствовали перегрузке и погружению сравнительно пластичной коры, что и отражается в наблюдаемой геометрии зеленокаменных поясов.
Несмотря на различия, предпринимались многочисленные попытки сравнить магматические породы зеленокаменных поясов непосредственно с породами, характерными для конструктивных и диструктивных современных обстановок в краевых частях литосферных плит. Вероятно, наиболее убедительная аналогия с современной магматической деятельностью — это магматические породы восходящих мантийных потоков — см. работу К. Конди, где имеются данные о средних содержаниях, временной последовательности и характере распределения РЗЭ в магматических породах зеленокаменных поясов.