Текст книги "Строение и история развития литосферы"

2. Древняя платформа Восточной Антарктиды

SHRIMP-датировки убедительно подтвердили архейский возраст глубоко метаморфизованных ядер ранней стабилизации, затронутых более поздней переработкой лишь в периферических зонах и единодушно классифицируемых как (прото)кратоны большинством антарктических исследователей. Модельные возрасты T_DM протолитов континентальной коры, рассчитанные по результатам изучения изотопов Sm-Nd, в наиболее изученных кратонах (Земля Эндерби, южная часть гор Принс-Чарльз) находятся в диапазоне 4,0–2,7 млрд. лет (Михальский, 2008). При этом разрыв между временем возникновения первичного континентального субстрата и возрастом тектонической стабилизации коры, определяемым по преобладающим U-Pb датировкам цирконов, может измеряться многими сотнями миллионов лет (Грикуров, Михальский, 2002). Эти данные хорошо согласуются с глобальными закономерностями эволюции древних кратонов, повсеместно характеризующихся разновозрастностью (в пределах катархея и архея) и значительной длительностью становления (Лобач-Жученко, 2009).

На побережье моря Дюрвиля и в хр. Шеклтона в некоторых метаморфических комплексах познеархейские и палеопротерозойские SHRIMP-датировки встречаются совместно. Эти плохо обнаженные и слабо изученные (в частности, Sm-Nd методом) комплексы могут являться свидетельством существования относительно больших и сложно устроенных массивов «сквозного» раннедокембрийского развития. Их наиболее крупные представители предполагаются между 120° и 150°в.д. по положительным формам подледного рельефа и характерным магнитным аномалиям.

Породы с выраженным преобладанием палеопротерозойских U-Pb датировок встречаются редко и на очень небольших площадях, которые не могут быть показаны в масштабе рисунка. Они тесно соседствуют с архейскими кратонами и, судя по этому признаку, особенностям метаморфизма и модельным возрастам T_DM, которые практически не отличаются от присущих кратонам, представляют собой в основном переработанные архейские породы.

Депрессии коренного ложа, развитые в районе хр. Шеклтона, около полюса и вдоль 120°в.д., рассматриваются как области вероятного распространения платформенных формаций, надледные выходы которых фрагментарно обнажены на крайнем западе Земли Королевы Мод, на юго-восточном побережье моря Уэдделла, в южной части хр. Шеклтона и на приполюсном отрезке Трансантарктических гор. В хр. Шеклтона карбонатно-терригенные отложения с остатками рифейских строматолитов залегают на коре выветривания раннемезопротерозойских гранитоидов, в других местах возраст разнообразных по составу осадочных слоев, эффузивов и стратиформных субвулканических интрузий определяется менее надежно по широкому разбросу ранних K-Ar и Rb-Sr изотопных датировок в диапазоне от 1500–1300 до 600 млн. лет. Верхи подледных платформенных разрезов скорее всего представлены позднепалеозойскими слоями «биконского» чехла Трансантарктических гор, о чем свидетельствует присутствие разрозненных выходов пермских (с остатками Glossopteris) угленосных толщ.

К полосе предполагаемого распространения раннедокембрийских массивов и перекрывающего их (нео?)протерозойского-палеозойского платформенного чехла примыкает обширнейшая подледная горная страна, которая по характеру рельефа и потенциальных полей может быть охарактеризована лишь в самом в общем плане как область преобладания в эрозионном срезе пород докембрийского кристаллического фундамента («Антарктический щит»). Данные для более детального освещения этой области пока практически отсутствуют, и лишь косвенные соображения (Leitchenkov et al., 2007a) указывают на возможность присутствия в подледном массиве гор Гамбурцева комплексов с возрастом консолидации порядка 1000 млн. лет, затронутых раннепалеозойским (~500 млн. лет) изотопным «омоложением».

Протяженный и относительно обнаженный протерозойский подвижный пояс облекает архейские ядра вдоль большей части побережья Восточной Антарктиды. В пределах этого пояса массовые SHRIMP-датировки, выполненные в последние годы, образуют на гистограмме два отчетливые пика – 1200–950 млн. лет и ~570–520 млн. лет при наличии немногочисленных возрастов в интервалах 2400–1700 и 1500–1300 млн. лет и еще более редких архейских значений. На большинстве участков проявлены оба пика, и лишь в немногих местах проявлен только какой-либо один из них.

Сторонники исходного «пан-антарктического сиаля» усматривают в этих новых данных свидетельства неоднократного «омоложения» первичной раннедокембрийской континентальной коры Антарктиды, наиболее интенсивно проявившегося на рубеже мезо– и неопротерозоя и в раннем палеозое. Однако по мнению большинства исследователей оба вышеуказанных пика знаменуют проявления субдукционно-коллизионного орогенеза, происходившего в ходе амальгамации Антарктиды сначала в состав Родинии (~ 1000 млн. лет, гренвильская эпоха), а затем Годваны (~ 550 млн. лет, пан-африканское событие) (Shiraishi et al., 1992; Mikhalsky et al., 1997; Jacobs et al., 1998; Zhao et al., 1995; Grunow et al., 1996; Tessensohn, 1997; Dalziel, 1997; Boger et al., 2001), причем доказательству коллизионной природы пан-африканского тектогенеза на определенном этапе отводилось особое место (например, Fitzsimons, 2003; Boger & Miller, 2004).

Последний тезис был, однако, поставлен под сомнение целенаправленными петрохимическими исследованиями горных пород для определения геодинамических условий их формирования (Munksgaard et al., 1992; Osanai et al., 1992; Sheraton et al., 1992; Groenewald et al., 1995, Mikhalsky et al., 1996, 2001). Выяснилось, что в породах с преобладанием пан-африканских возрастов больше признаков внутриплитного, чем орогенного происхождения (Михальский, 2007). Гренвильские ортогнейсы и гранитоиды, напротив, по химизму оказались довольно близкими к известково-щелочным магматическим ассоциациям, возникающим в условиях конвергентного тектонического режима с существенным участием ювенильной составляющей. В пользу конвергентной природы гренвилид говорят и значения T_DM, которые находятся преимущественно в диапазоне от 2,4 до 1,1 млрд. лет при практически полном отсутствии архейских значений, свидетельствуя об относительной близости времени зарождения и орогенического «созревания» континентальной коры.

Детальное петрохимическое изучение лишь в очень малой степени затронуло раннедокембрийские массивы, поэтому главным критерием для суждения о геодинамической природе этих структур остаются данные Sm-Nd метода, указывающие на длительность и многостадийность их формирования при чрезвычайно большом временном разрыве между зарождением ювенильного протолита и кратонизацией коры. Это ставит под сомнение орогенную s. str. природу древнейших комплексов и подтверждает вероятность образования структур ранней стабилизации без участия конвергентных процессов, что уже неоднократно упоминалось в литературе по раннему докембрию (Лобач-Жученко, 2009; Шарков, Богатиков, 2009).

Что касается новейших данных против конвергентной природы пан-африканского тектонического события, то они лишь возрождают традиционную точку зрения отечественных геологов, всегда отстаивавших мнение о том, что 550–500 млн. лет в Восточной Антарктиде происходили процессы двух принципиально различных типов. На тихоокеанской активной окраине это был подлинный орогенез, приведший к формированию аккреционного (росского) складчатого пояса Трансантарктических гор, тогда как в остальной части Восточной Антарктиды проявилась лишь синхронная тектоно-магматическая активизация (Равич, Грикуров, 1970; Грикуров и др., 1970). Наиболее интенсивной переработке подверглась гренвильская система Земли Королевы Мод, где произошло массовое внедрение чарнокитовых интрузий, в меньшей степени были затронуты раннедокембрийские области. В целом же зоны пан-африканской активизации не продуцировали значимых объемов новой континентальной коры и по этому признаку могут быть отнесены к категории анорогенных структур, развивавшихся внутри уже существовавшей обширной материковой массы (восточно-гондванского суперконтинента).

Показателен пример хр. Шеклтона, характеризующегося сочетанием интенсивно проявленной тектоники срыва и полной амагматичности. В его чешуйчато-надвиговом строении участвуют сложно дислоцированные позднерифейско-раннепалеозойские формации и частично «омоложенные» до уровня ~ 500 млн. лет раннедокембрийские комплексы; присутствуют также офиолитоподобные ассоциации пород, датируемых в интервале от 1000 до 500 млн. лет, но не отмечается никаких проявлений конвергентного раннепалеозойского магматизма. В литературе распространено мнение о том, что хр. Шеклтона представляет собой фрагмент протяженного пан-африканского коллизионного орогена, сформированного в результате закрытия обширного (Мозамбикского) океана (Buggisch & Kleinschmidt, 2007). С нашей точки зрения более вероятно, что наблюдаемые здесь признаки коллизионной тектоники могут быть следствием транспрессивного сближения плит, случившегося практически сразу после возникновения разделившей их дивергентной границы, которая не успела еще развиться в зрелый океан. Возможно, зона смятия хр. Шеклтона занимает промежуточное положение (в пространственном и генетическом смысле) между подлинно орогенными и активизациоными структурами, подчеркивая вероятность причинно-следственной связи между палеотихоокеанскими (росскими) и внутригондванскими (пан-африканскими) событиями. С этих позиций к пан-африканской активизации вполне применимо понятие «телеорогенез», подразумевающее, что ее наблюдаемые симптомы суть проявления дистальной (внутриплитной) реакции на мощные конвергентные процессы, развившиеся на тихоокеанской окраине Гондваны в самом начале палеозоя.

3. Горно-складчатые сооружения Трансантарктических гор и Западной Антарктиды

Горно-складчатые сооружения этих районов являются компонентами Тихоокеанского подвижного пояса. Они включают несколько кулисообразно расположенных и разнородных по строению, протяженности и времени формирования складчатых систем и зон, последовательно омолаживающихся в направлении тихоокеанского побережья. Конвергентные явления, обусловившие их формирование, носили как субдукционный, так и коллизионный характер, но относительная роль этих геодинамических процессов в общем балансе аккреционного разрастания этой части материка остается во многом неясной.

Наиболее изученными звеньями тихоокеанского обрамления Антарктиды, обладающими ярко выраженными признаками надсубдукционного развития в режиме активной окраины, являются неопротерозойско-раннепалеозойский складчатый пояс Трансантарктических гор (росский ороген) и мезозойско-кайнозойская складчатая область Антарктического полуострова и прилегающих к нему островов (андский ороген, или Антарктанды). Расположенные между ними системы складчатых сооружений хуже обнажены и слабее исследованы, и их возрастная и тектоническая классификации во многом неоднозначны.

Росская складчатая система преимущественно сложена поздненеопротерозойско-кембрийскими осадочными толщами (турбидиты, известковистые и кластические осадки), прорванными известково-щелочными гранитоидами I– и S-типа. Локально присутствуют вулканогенные толщи с геохимическими признаками океанического происхождения. Складчатые комплексы и интрузии перекрыты недислоцированными девонско – триасовыми кластическими отложениями («супергруппа Бикон»), повсеместно пронизанными силлами юрских долеритов и местами увенчанными покровами одновозрастных базальтов. Заложение и развитие росского орогена на докембрийском кристаллическом цоколе подтверждается наличием переработанных выступов последнего среди складчатых комплексов Трансантарктических гор, а также значениями модельных Sm-Nd возрастов T_DM гранитоидных пород в диапазонах 900–1400, 1100–1700 и 1700–2200 млн. лет. Наиболее молодые протолиты установлены на южном, приполюсном фланге горной системы (Borg & DePaolo, 1994).

Геодинамическая история росского орогена интерпретируется как результат эволюции палеотихоокеанской рифтовой окраины Восточно-Антарктического континентального массива. Предполагается, что, возникнув в позднем докембрии вдоль некоторого океанического раскрытия, эта окраина к началу кембрия уже переродилась из пассивной в активную, что выразилось в интенсивном формировании надсубдукционных известково-щелочных магматитов. Эволюция россид носила бурный характер, хотя была относительно недолговременной (560–480 млн. лет).

Магматическая дуга Антарктанд сложена пёстрыми по составу и разнообразными по возрасту осадочными, вулканогенно-осадочными и вулканическими толщами и многочисленными плутонами известково-щелочной серии широкого возрастного диапазона, охватывающего весь мезозой и кайнозой и, возможно, часть палеозоя. Геологические свидетельства существования домезозойского фундамента ограничены редкими выходами ортогнейсов с возрастом, приближающимся к 500 млн. лет, однако значения модельных возрастов T_DM, достигающие 1000–1250 млн. лет, указывают на вероятность зарождения континентального фундамента дуги не позднее мезо-неопротерозоя. Выделяются четыре главные фазы магматической деятельности (Millar et al., 2002): пермо-триасовая (с двумя эпизодами на рубежах 260–230 и 225–200 млн. лет), которая связывается с наиболее ранними конвергентными процессами; юрская (от 185 до 155 млн. лет), обусловленная рифтингом и началом раскола тихоокеанской окраины Гондваны; меловая-палеоценовая (от 145 до 55 млн. лет с пиком в интервале 125–100 млн. лет), связываемая с интенсивной субдукцией плиты «Феникс», и миоцен-четвертичная (от 15–10 млн. лет до квартера), представленная внутриплитными магнезиально-щелочными базальтоидами.

Развитие Антарктанд в течение палеозоя и большей части триаса происходило в составе пассивной окраины гондванского суперконтинента. В конце триаса, по-видимому, началась трансформация пассивной окраины в активную и наступила кратковременная эпоха субдукции, обусловившая к рубежу триаса и юры аккрецию осадочных призм и появление первых интрузий известково-щелочной серии. Затем субдукция приостановилась, и позднетриасовая активная окраина в течение ранней юры подверглась денудации, а в начале среднеюрской эпохи стала ареной интенсивного рифтогенеза. Мощные проявления юрского кислого (корового) магматизма продолжались до начала мела, а к середине мелового периода на фронтальном фланге дуги уже в полной мере возродилась субдукция, и установившийся с этого момента режим активной окраины просуществовал вплоть до ее отмирания в позднем кайнозое.

Росский и андский орогены разделены меньшими по размеру системами складчатых сооружений. Вдоль побережья моря Амундсена фрагментарно обнажаются неравномерно метаморфизованные преимущественно магматические комплексы и обрывки складчатых стратифицированных толщ. Преобладают гранитоиды, внедрение которых происходило от 320 до 110–95 млн. лет назад (Mukasa, Dalziel, 2000), но встречаются и ортогнейсы с возрастом порядка 500 млн. лет, указывающие на вероятность присутствия раннепалеозойского или переработанного докембрийского кристаллического субстрата. С этим согласуются и величины T_DM, составляющие 600–1500 млн. лет. Юрско(?) – раннемеловой эффузивный магматизм представлен слабо деформированными, преимущественно пирокластическими толщами с подчиненными лавами среднего-кислого состава. Массивы гранитоидов и сиенитов с возрастом, близким к 100 млн. лет, имеют анорогенную природу. Приведенные сведения указывают на вероятность принадлежности данной области к энсиалической магматической дуге (средне?)палеозойско-раннемезозойского возраста, выделяемой в качестве амундсенского орогена.

На крайнем западе Земли Мэри Бэрд структуры амундсенского орогена резко сменяются толщами монотонных, интенсивно дислоцированных, слабо метаморфизованных граувакко-аргиллитовых турбидитов, содержащих обломочные цирконы с возрастами 500 и более млн. лет. Толщи вмещают массивы девонско-каменноугольных известково-щелочных гранитоидов I-типа (380–340 млн. лет; Sr_i = 0,704–0,706; Pankhurst et al., 1998), а также интрузии меловых гранитов А-типа (100–105 млн. лет). Модельные возрасты T_DM в этой зоне составляют 1300–1900 млн. лет, указывая совместно с датировками детритовых цирконов на сравнительно древнюю континентальную предысторию. Совершенно идентичные метаосадочные толщи, также вмещающие среднепалеозойские граниты, слагают крайнюю северную оконечность Трансантарктического хребта. Здесь метатурбидиты датируются ранним ордовиком на основании единственной палеонтологической находки, а также по коллизионному характеру сочленения с росским орогеном, подчеркнутому наличием сутуры с ультрабазитами и эклогитами и тектонизацией пород на рубеже около 480 млн. лет.

Деформация метатурбидитов произошла, таким образом, по крайней мере на 100 млн. лет раньше внедрения девонско-каменноугольных гранитов, что ставит под сомнение конвергентную природу среднепалеозойского магматизма и заставляет предполагать его внутриплитный характер. Пока не найдено также убедительное объяснение современного расположения раннепалеозойских метатурбидитовых толщ и заключенных в них среднепалеозойских гранитов на расстоянии более тысячи километров друг от друга, на противоположных бортах рифтогенного осадочного бассейна моря Росса. Тем не менее эти дистальные блоки принято выделять в качестве ранне-средне(?)палеозойского борхгревинкского орогена, который мог сформироваться на месте аллохтонного террейна в ходе причленения его к складчатому поясу Трансантарктических гор в эпоху росских деформаций. Возможно, что борхгревинский ороген имеет коллизионную границу не только с росским, но и с амундсенским орогеном, и что к разделяющей их сутуре приурочен вскрытый в горах Фосдик гнейсово-мигматитовый комплекс высоких ступеней метаморфизма с изотопными возрастами на уровне около 100 млн. лет. В такой интерпретации амундсенский ороген также предстает аллохтоном (возможно, частью крупного террейна, включавшего Новую Зеландию), который присоединился к борхгревинскому блоку в середине мелового периода. Растяжение и рифтинг, начавшиеся немедленно вслед за коллизией, обусловили откол Новой Зеландии от Антарктиды и быструю эксгумацию нижнекоровых уровней сутурного шва с выводом на поверхность глубинного метаморфического ядра (Smith, 1997).

Складчатые зоны, расположенные в обрамлении южной части осадочного бассейна моря Уэдделла, по нашему мнению, возникли внутри плит, а не на их границах, то есть их формирование не совершалось непосредственно в конвергентных обстановках, хотя, конечно, было отголоском взаимодействия плит, происходившего в антарктическом регионе. Неопротерозойско-раннепалеозойская складчатая зона рассматривается как внутриплитное продолжение росского орогена, отличаясь от него практически полным отсутствием гранитоидного магматизма. Позднепалеозойско-раннемезозойская зона сложена мощными кембрийскими карбонатно-терригенными и вулканогенными формациями и перекрывающими их «биконскими» кластическими осадочными отложениями среднего – верхнего палеозоя, которые здесь интенсивно дислоцированы и образуют с кембрийскими толщами единую складчатую структуру. Росские интрузии отсутствуют, но есть плутоны юрских гранитоидов, одновозрастные с трапповым магматизмом Трансантарктических гор и являющиеся, возможно, производными траппового очага. Позднемезозойская складчатая зона у основания Антарктического полуострова – единственный район в Антарктандах, где интенсивной складчатости подвергнуты (?)юрско-нижнемеловые вулканогенно-осадочные толщи, прорванные гранитоидами с возрастом порядка 100 млн. лет. Внедрение этих интрузий и деформацию вмещающих их толщ трудно увязать с субдукцией на западном побережье магматической дуги Антарктического полуострова, поэтому мы считаем внутриплитный характер этих процессов более вероятным.

Таким образом, росский и андский орогены являются с нашей точки зрения активными окраинами Антарктической платформы, последовательно сменяющими друг друга по простиранию ее тихоокеанского фланга и во времени. Пространственное положение росского орогена не изменилось со времени его возникновения, но андский ороген, возможно, отдалился от своей первоначальной позиции в ходе континентального рифтогенеза и спрединга при формировании осадочного бассейна моря Уэдделла. Внутриплитные складчатые зоны в южном обрамлении этого бассейна могут, вероятно, быть следствием деформации осадочного наполнения краевых прогибов платформы, аккумулировавших стратиграфические эквиваленты разреза близлежащих орогенов.

Палеогеодинамическая реконструкция борхгревинкского и амундсенского террейнов менее определенна. Можно лишь предположить, что они вряд ли являются экзотическими пришельцами из далеких краев планеты и скорее всего представляют собой фрагменты западно-антарктического блока Гондваны, испытавшего сложные раздвигово-конвергентные события в палеозое и мезозое, а затем глубокие преобразования в ходе позднемелового-кайнозойского растяжения, приведшего к формированию моря Росса и подледных впадин в центральной части Западной Антарктиды.