Введение к работе
Актуальность работы. Структура метаморфических комплексов на протяжении многих десятилетий является предметом острой дискуссии. Одни исследователи видят в ней отражение совершенно специфических геодинамических обстановок, реализующихся только на глубоких корових уровнях и не распространяющихся на немета-морфизованнне или слабометаморфизованныэ образования (коровая мелкоячеистая конвекция). Другие пренебрегает структурними особенностями метаморфических комплексов как малозначащими. Третьи признают структурную специфику метаморфических образований и в самом метаморфизме усматривают первопричину, вызывающую складчатость не только в метаморфическом ареале, но и в немета-морфизованном обрамлении. Не всеми принимается представление о циклическом развитии метаморфических комплексов, или принимается, но по-разному трактуется. Неодинаковый смысл вкладывается в понятие "цикл". Кардинальные разногласия вызывает механизм формирования некоторых структурных форм, в том числе определяющих структурную специфику метаморфических ареалов.
В диссертации предпринята попытка систематизировать представления о структурном развитии метаморфических комплексов и проанализировать их в неразрывной связи с немвтаморфизованныш образованиями на основе представления о тектоническом точении как механизме, определяющем дислокационный процесс в подвижных областях, то есть на единой генетической основе.
Развиваемая в работе концепция тектоно-метаморфических (деформационных) циклов дает непосредственную отдачу на тектонику, стратиграфию, петрологию и особенно актуальна для метал-логенических построений, поскольку с заключительными, стадиями циклов связано формирование месторождений многих полезных ископаемых.
Но не только этим определяется актуальность работы. Выполненные исследования, сопоставления и обобщения показали, что анализ структуры метаморфических комплексов с учетом реально действующих дислокационных механизмов дает гораздо более полное представление о коровых дислокационных процессах, нежели анализ структурного развития неметаморфизованных образований, что открыло принципиально новые пути изучения структуры подвижных областей.
Цель и основные задачи исследования. Цель работы заключалась в познании структурного развития подвижных областей с помощью метаморфических комплексов как эффективных датчиков специальной структурной информации. Для достижения этой цели решался ряд самостоятельных задач:
I. Выяснение механизма, определяющего основные особенности дислокационного процесса в подвижных областях; 2. Изучение структурных зональностей, отражающих стадийность развития важнейших структурных парагенезисов; 3. Разработка многовариаят-ной структурной модели тектоно-метаморфического цикла; 4. Структурная корреляция эндогенных процессов и выяснение закономерностей их проявления в рамках моноциклического развития; 5. Выяснение^ принципиальных структурных соотношений между ыетаморфи- ческими комплексами и их неметаморфизованным обрамлением; 6. Применение концепции тектонических потоков, разработанной для неметаморфизованных комплексов, к метаморфическим образованиям; 7.- Выяснение специфики дислокационного процесса на ранней стадия геологического развития Земли.
Фактический материал. Около 30 лет автор занимался исследованием метаморфических комплексов от архейских до кайнозойских, метаморфизованных в самых различных режимах. За эти годы им ' изучались образования Мамской кристаллической полосы, архей-
ский гранулитовый комплекс Алданского щита, нижнепалеозойские (?) метаморфические образования юго-восточной части Восточного Саяка, разновозрастные толщи Хамар-Дабана, кижнепалеозой-ский агинский комплекс и мезозойские термальные купола Восточного Забайкалья, максютовский эклогит-глаукофансланцевый комплекс Южного Урала, глаукофансланцевнй комплекс Южного и Центрального Сахалина, архейские и протерозойские толщи Юго-Западного и фанерозойские зонально метаморфизованные образования Центрального Памира, разновозрастные метаморфизованные и неме-таморфизованные комплексы Северного Нуратау, немет&чорфизован-нне толщи Горного Крыма и Дяунгарского Алатау, архейские и ниж-непрстерозойские комплексы Карельской гранит-зеленокаменной и Беломорской гранулит-гнейсовой областей.
Весь этот материал в той или иной степени использован или учтен в диссертации, но подробно рассмотреть оказалось целесообразным основные результаты исследований 1976-85 гг. Более поздние - в работу не вошли, более ранние - в большинстве случаев уже не отвечают предъявляемым требованиям, главным образом по уровни корреляции эндогенных процессов.
Методика исследования включает ряд операций, которые с определенной степенью условности мояно рассматривать как последовательные стадии исследования: I. Структурное картирование в масштабе, соответствующем характеру складчато-разрывиой структуры с детализацией узловых участков; 2. Геометрический анализ линейных и плоскостных элементов; 3. Разработка структурной шкалы; 4. Структурная корреляция эндогенных процессов на осно- . ве структурной шкалы; 5. Анализ полученной корреляционной схемы на предмет выделения тектоно-метаморфических (деформационных) циклов; 6. Анализ исследованного комплекса, подвижной области или ее фрагмента с позиции концепции тектонических пото-
ков. Помимо этого использовались специальшв методики: разработанный автором количественный анализ деформации с помощью коэффициентов сшшцивания лавовых подушек и методика эксперимен- ' тального исследования вязко-пластичных деформаций с использованием эквивалентных материалов.
Научная новизна работы определяется следующим. I. Разработана концепция тектоно-метаморфических циклов и многовариантная модель структурного выражения тектоно-метаморфического цикла, увязанная с закономерностями вертикальной структурно-метаморфической зональности и концепцией тектонических потоков. 2. Впервые структура подвижных областей рассматривается и анализируется с позиции неоднократного проявления разноориентированных тектонических потоков. 3. Продемонстрирована роль метаморфических ареалов как датчиков специальной структурной информации. 4.Впервые показано, что специфика структурно-метаморфического разви- тия архейских зеленокаыенных поясов - функция повышенного теплового потока на ранней стадии геологического развития Земли. 5. Выполнено экспериментальное исследование послойного течения, воспроизведены складки послойного течения (волочения) и проанализированы условия их формирования. 6. На основе экспериментальных и эмпирических данных показано, что структурная дисгармония и асинхронность развития структурных форм - два неизбежных следствия прогрессивной деформации. 7. Разработан новый метод количественной оценки деформации с использованием коэффициентов сшшцивания лавовых подушек, с помощью которого установлено, что сдвиговые деформации существенно повышают теплопроводность горных масс. Эти и другие новые разработки нашли отражение в защищаемых положениях:
I. Сопоставление стадийности развития важнейших структурных парагенезисов в сочетании с экспериментальными данными показало, -
-7-.
что структурообразование в подвижных областях осуществляется преимущественно в ходе прогрессивного деформационного процесса, отражающегося в пространственной дисгармонии и в асинзронности развития структурных форм. Такие пространственно-временные закономерности отвечают представлению о дислокационном процессе как тектоническом течении.
2. Специальные структурные исследования разновозрастных ме
таморфических и неметаморфизованных комплексов Балтийского и
Алданского щитов, фанерозойских складчатых зон Памира, Тянь-1а-
ня, Урала, Восточного Саяна, Восточного Забайкалья, Сахалина,
некоторых других объектов привели к заключению, что структура
подвижных областей определяется проявлением разновозрастных и,
в общем случае, разноориентярованных тектонических потоков, под которыми понимается процесс тектонического течения, сопровожда-ющийся развитием преимущественной ориентировки деформационных плоскостных и линейных элементов.
3. В структурной эволюции метаморфических комплексов обна
ружены признаки цикличности, что позволило выдвинуть концепцию
тектоно-метаморфических циклов. Под ниш понимается выражение
коровых термальных аномалий в эндогенных процессах - деформации,
метаморфизме, ультрамзтаморфизме, магматизма. Структурные закономерности тектоно-метаморфического цикла определяются, во-первых, падением и последующим нарастанием вязкости как функции подъема и падения температуры; во-вторых, - тектоническими потоками, проявившимися за время существования термальной аномалии. Наиболее обычен случай закономерной смены горизонтального потока вертикальным.
4. Изучение зеленокаменных поясов Карелии, сопоставление по
лученных' результатов с архейскими зеленокаменными поясами Афри
ки, Австралии, Индии, Канады показало, что для их структурно-
метаморфической эволюции характерна общая тенденция, выражающаяся в двух последовательно проявленных тектонических эпизодах. Первый эпизод приводит к линейной складчатости и сопровождается низкотемпературным метаморфизмом, второй - к становлению глыбо-во-купольных структур ремобилизованного фундамента, повторной структурной перестройке и сопровождается краевым зональным метаморфизмом, достигающим амфиболитовой фации. Эти тектонические эпизода отвечают признакам самостоятельных тектоно-метаморфиче-ских циклов или сливаются в единый цикл, что может свидетельствовать о их генетическом единстве.
Практическое значение работы. Рассмотренные в диссертации общие закономерности развития метаморфических комплексов, их принципиальные соотношения с неметаыорфизованными образованиями, различные типы структурной и структурно-метаморфической зональности, отражающие пространственно-временные особенности развития структурных форм, позволяют геологам-съемщикам, особенно при проведении крупномасштабного геологического картирования, целенаправленно получать и правильно интерпретировать специальную структурную информацию, расшифровывать важнейшие особенности региональной структуры и структуры рудных полей, цикличность их развития, выявлять структурные факторы, контролирующие пространственную локализацию месторождений полезных ископаемых.
Реализация результатов исследований осуществлялась разными путями. Автор явился одним из инициаторов создания постоянно действующей Всесоюзной школы "Структурный анализ кристаллических комплексов" и принимал самое активное участие в ее работе, на протяжении многих лет на общественных началах читал лекции на геологическом факультете ЛГУ, проводил занятия, семинары, консультации, в процессе проведения полевых работ делился опытом структурного картирования с геологами производственных и каучн* .:
организаций, руководил стажировкой молодых специалистов ИГиГ СО АН СССР и ИГ Бурятского филиала СО АН СССР (в рамках договора о научном содружестве). Выделение тектоио-метаморфических (деформационных) циклов давно вошло з практику структурных исследований. На основе или с использованием концепции тектоно-метаморфи-ческих циклов успешно защищен ряд кандидатских и докторских диссертаций. Разработанный автором метод анализа структуры подвижных областей с позиции концепции тектонических потоков использован сотрудниками ПГО "Аэрогеология" при расшифровке и интерпретации структуры Анабарского щита. В ИГГД АН СССР разрабатывается петрологическая модель тектоно-метаморфического цикла.
Цубликашя и апробация работы. По теме диссертации опубликовано около 70 работ, в том числе 4 монографии. Результаты исследований докладывались на ХХУП сессии МГК (Москва, 1984), на Всесоюзном тектоническом совещании "Тектоника и некоторые проблемы металлогении раннего докембрия" (Москва; 1984), Всесоюзном совещании "Гранито-гнейсовые купола" (Иркутск, 1983),.Всесоюзном симпозиуме по метаморфизму (Свердловск, 1977), Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и прикладной геологии" (Новосибирск, 1982), Всесоюзной школе "Структурный анализ кристаллических комплексов" (Ногинский научный центр, 1986; Иркутск, IS87; Тбилиси, 1988), 17 петрографическом совещании по Европейской части СССР (Петрозаводск, 1987), коллоквиуме Геологического Института АН СССР (1983), региональном совещании "Тектоника Средней Азии" (Душанбе, 1981), семинаре "Принципы и методы изучения структурной эволюции метаморфических комплексов" (Ленинград, 1976), выездных сессиях Комиссии по метаморфизму и метаморфогенному рудообразо-ванию (Миасс, 1980; Петрозаводск, 1987), ленинградской секции Общества испытателей природа (1981), школе-семинаре' "Метаморфизм
и метаморфические комплексы Урала" (Мнасс, 1982).
Построение я объем работы. Диссертация, помимо введения и заключения, состоит из двух частей, подразделенных на 7 глав,-имеет объем стр., из них основного текста - стр., сопровождается 70 рисунками (картами, схемами и др.), 16 таблицами и списком литературы из 355 названий. В конце каждой главы даны краткие вывода. В первой части изложены общие закономерности структурного развития метаморфических комплексов, во второй -приведены примеры, иллюстрирующие эти закономерности и позволяющие сделать некоторые дополнительные выводы и обобщения. В заключении делаются общие выводы и сопоставления, суммируются доказательства первого завдщаемого положения, рассеянные по разным главам, обосновывается формулировка второго защищаемого положения.
Рассмотренные примеры: метаморфические и неметаморфизованные комплексы Северного Нуратау (гл.5), Центрального Памира (гл.6), архейские зеленокаменные пояса Карельской гранит-зеленокаменной области (гл.7) - не являются уникальными и незаменимыми. Существо работы никак не изменится, если, например, вместо Северного Нуратау и Центрального Памира рассмотреть некоторые.фанерозой-ские сооружения Западной Европы, вместо зеленокаменных поясов Карелии - аналогичные структуры Африки, Австралии или Канады. С другой стороны, эти примеры никоим образом не исчерпывают темы,. что в какой-то степени восполнено ссылками на- литературные источники.
Совместно с автором в исследованиях принимали участие: на Центральном Памире - М.С.Дюфур, В.А.Глебовицкий, И.С.Седова, Г.М.Другова, Р.И.Милькевич; на Северном Нуратау и в Карелии -Р.И.Милькевич. Все названные лица, занимающиеся преимущественно исследованием вещества, - метаморфизмом, гранитообразованием, палеолитологическими реконструкциями, - передали в распоряжение
- II -
втора полученную ими структурную информацию и одновременно яв-яются авторами представленных в диссертации геологических арт. При картосоставлении автор использовал любезно предостав-енные в его распоряжение первичные и(или) картографические ма-ериалы О.А.Старцева (по Северному Нуратау), М.С.Дюфура (по [ентральному Памиру), Н.А.Арестовой, С.Б.Лобач-Жученко, С.И.Ры-акова, В.И.Коросова, А.И.Световой, В.ПЛекулаева '(по Карелии). В.В.Белоусов, Н.Б.Лэбедева, Т.М.Гептнер любезно предостави-и автору возможность постановки опытов в тектонофизической ла-оратории МГУ. В.Г.Талипкий и Ю.М.Горелов оказали неоценимую :омощь в техническом осуществлении экспериментов и совместно с ругими сотрудниками тектонофизической лаборатории приняли ак-ивное участие в обсуждении полученных результатов. Работа в ;елом или отдельные ее фрагменты обсуздались с В.А.Глебовицкиы, І.С.Дюфурои, С.И.Рыбаковым, В.Н.Кожевниковым, К.А.Щуркиным. Вы-юлнению этой работы всячески способствовали А.Н.Казаков, а акже ныне покойный А.Н.Неелов. Всем этим лицам автор выракает :скреннтз) признательность.
Часть I. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРНОГО РАЗВИТИЯ МЕГАШРФИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ