Физико-географические условия раннего протерозоя

Соотношение изотопов кислорода в кремнистых породах Австралии указывает на среднюю температуру мелководного моря в середине раннего протерозоя порядка 60°С. Широкое развитие карбонатных пород свидетельствует о снижении содержания углекислого газа в атмосфере и, как следствие, о снижении парникового эффекта. Среди карбонатных пород преобладают доломиты, легче выпадавшие в осадок по сравнению с кальцитом при сравнительно высоком содержании уг­лекислого газа в атмосфере и воде.

В раннем Карелии имели место четыре глобальных оледенения. Похолодания были резкими и кратковременными, т.е. вызывались скорее всего космическими причинами.

Для древнейших образований нижнекарельской эратемы (комплекс Доминион-Риф) харак­терны, с одной стороны, очень зрелые породы (кварциты), с другой - граувакки, полимиктовые конгломераты. Это указывает на сочетание равнинных и относительно пересеченных участкод Основные лавы верхней части комплекса изливались в мелководных условиях, кислые - на суше.

Формирование золото-урановых конгломератов (комплекс Витватерсранд, Южная Африка) было возможно при относительно стабильном платформенном или субплатформенном режиме, наличии обширных областей пенепленизированной суши и мелководных бассейнов и, кроме того, только в бескислородной среде или при очень малом содержании кислорода в атмосфере. Однако, уже в середине раннепротерозойского зона впервые появляются красноцветные и окисленные же­лезорудные породы. Массовое распространение получают микроскопические остатки цианобион-тов, обладавших фотосинтезом, что и привело к появлению кислородной атмосферы. Поэтому в середине зона произошло важное изменение состава атмосферы: из бескислородной она стала кислородсодержащей, хотя количество кислорода, вероятно, не превышало первых единиц про­центов от современного содержания. По мнению Л.И.Салопа, содержание кислорода, равное 1 % от современного (уровень Пастера), было достигнуто только во второй половине раннепротеро-зойской эры, когда появились первые эукариоты.

Наличие эвапоритов (галит, гипс) в некоторых сланцево-карбонатных отложениях (например, в удоканской надсерии) указывает на то, что имелись бассейны с повышенной минерализацией воды.

Источниками железа и кремнезема для образования полосчатых железисто-кремнистых по­род могли быть коры выветривания и подводные вулканические излияния. Широкая миграция же­леза возможна только при отсутствии или дефиците свободного кислорода, поскольку беспрепят­ственно могут переноситься в воде только его двухвалентные соединения. Зоны осаждения железа - прибрежные участки морей - являлись также зонами широкого развития цианобионтов, проду­цирующих кислород.

Обогащенные фосфором песчано-карбонатные породы - признак биогенных процессов. Уг­леродистые сланцы с вкрапленностью сульфидов (черносланцевая формация) - следствие сероват дородного заражения бассейнов.

Гл ав а 7

ПОЗДНЕПРОТЕРОЗОЙСКИЙ ЭОН (ВЕРХНЕПРОТЕРОЗОЙСКАЯ ЭОНОТЕМА) - PR,

РИФЕЙ-R

Общая характеристика

Позднепротерозойский эон продолжался с 1650 до 570 млн. лет. Большую его часть составля­ет рифей, ранг которого не совсем ясен, последние 80-100 млн. лет - венд, продолжительность ко­торого соответствует интервалу периода. Отложения верхнего протерозоя гораздо слабее, чем предшествующие, затронуты метаморфизмом (геосинклинальные породы только в зеленосланце-вой фации), часто вообще неметаморфизованы. Для расчленения верхнепротерозойских отложе­ний, как уже говорилось выше, в принципе возможно применение биостратиграфического метода. По этим соображениям авторы сочли возможным выделить поздний протерозой в отдельную гла­ву. Верхнепротерозойская эонотема развита весьма широко во всех регионах мира.

" Рифейская группа" была выделена в 1945 г. Н.С.Шатским (Рифей - древнее название Трала" ) в Башкирском антиклинории. Под этим названием объединялись верхнепротерозойские толщи от бурзянской серии внизу до каратавской серии вверху. Согласно действующей стратиграфической схеме докембрия России (табл. 1, цв. вкл.), рифей, как и поздний протерозой, большей частью ко­торого он является, имеет ранг зона.

Рифей подразделяется на три эры: раннерифейскую - R, (-1600-1350), среднерифейскую - R₂ (1350-1000) и позднерифейскую - R₃ (1000-650 млн. лет). На совещании в г.Уфе в 1990-гг^ля этих подразделений приняты также наименования соответственно бурзяний, юрматиний и каратавий, однако целесообразность употребления этих названий обсуждается.

В течение рифея осуществлялись пять фаз складчатости: кибарская II порядка (1400-1300), авзянская III порядка (1250-1200), гренвильская I порядка (1100-1000), луфилианская II порядка (780), байкальская (катангская) I порядка (680-650 млн. лет).

Органический мир

Важнейший рубеж в развитии органического мира совпадает с началом позднего протерозоя, когда повсеместно появились достоверные эукариоты - организмы, клетки которых имели обо­собленные ядра. Эукариоты перешли частично к кислородному дыханию или могли чередовать кислородное дыхание с брожением в зависимости от меняющихся условий обитания. Среди них появились первые планктонные организмы.

Второй важнейший рубеж совпадает с началом среднего рифея, когда появились примитив­ные многоклеточные организмы среди растений и животных. В составе последних были уже не только неподвижные бентосные формы, но и подвижные илоеды. Предполагают, что следами жиз­недеятельности последних являются катаграфии, встреченные в отложениях с возрастом 1200 млн. лет. В среднем рифее отмечены также акритархи, которые по внешнему виду напоми­нают споры растений, но представляют остатки фито- и зоопланктона. Таким образом, в среднем рифее жизнь на Земле стала более обильной и разнообразной. Особенно пышное развитие полу­чили цианобионты (сине-зеленые водоросли), остатки жизнедеятельности которых - стромато­литы - имеют важное значение для стратиграфии рифея. В России впервые была разработана ме-

тодика их изучения и практического применения. По строматолитам удалось выделить четыре подразделения рифея; для каждого из них установлены свои характерные группы родов, различа­ющиеся по морфологии построек (рис. 4.1).

Рис. 41. Строматолиты рифея Урала и некоторых других районов России. По Б.М.Келлеру (1968) /, 2, 4-6, 8-16 - общий вид построек; 3, 7, 17 - продольное сечение столбиков; 1-3 - Kussiella; 4-7 - Baicalia; 8-10 - Tungussia; 11-13 - Minjaria; 14-17 - Gymnosolen

Этап развития органического мира, начавшийся в среднем рифее, связан с достижением точ­ки (уровня) Пастера. В это время содержание кислорода в атмосфере превысило 0, 2%, что обеспе­чивало защиту организмов от ультрафиолетового излучения дополнительно к метровому слою воды. Животные полностью перешли к кислородному дыханию и смогли подниматься к водной поверхности. Типичной эдиакарской фауны в отложениях позднего рифея с достоверностью обна­ружить не удалось, однако, судя по новейшим данным М.Б.Гниловской (Притиманье, юго-восток Синокорейского кратона), выявляются остатки древнейших аннелидоморфных организмов, извес­тных у китайских исследователей как Protoarenicola и др. (Соколов, 1999); изотопный возраст по глаукониту 738, 5 млн.лет. В целом же для рифея характерен значительно более разнообразный

бактериально-фйтопланктонный биос. В мелководных эпиконтинентальных теплых морМ, ' на шельфах и в лагунах резко доминировал цианобактериальный бентос, обычно формировавший мощные толщи строматолитов. А пелагиали были заселены разнообразным фитопланктоном. **ew

Структуры земной коры и породообразование

Вслед за позднекарельским этапом дробления земной коры, подъема термального фронта, мощными излияниями кислых лав, в раннем рифее начался интенсивный процесс формирования крупных платформ в границах, близких современным, а также процесс заложения новых геосинк­линальных систем, многие из которых продолжали развиваться на протяжении всего позднего до­кембрия и фанерозоя. Этот этап тектонического развития называют байкальской эпохой складча­тости.

Байкальской складчатостью Н.С.Шатский (1932) назвал складчатость конца протерозоя и начала кембрия. Он показал, что байкальская складчатость включала события того же характера, что и выделенные Э.Зюссом и М.Бертраном последующие каледонская, герцинская и альпийская складчатости. В байкальскую эпоху также произошли крупные орогенические движения, в резуль­тате которых обширные геосинклинальные области превратились в крупные складчатые системы, а затем в платформы, то есть перешли в новые геотектонические условия своего развития. В за­вершающую фазу байкальской эпохи тектогенеза в одних случаях произошло наращивание со­зданных ранее платформ, в других - слияние отдельных платформ друг с другом. На некоторых участках земной коры, где диастрофические движения были менее сильными, впоследствии во­зобновилось геосинклинальное осадконакопление.

Восточно-Европейская платформа приобрела очертания, близкие современным. Она огра­ничивалась со всех сторон миогеосинклинальными поясами (Эокаледонским, Гиперборейско-Ти-манским, Рифейским и др.). Выполненные рифейскими отложениями авлакогены образовывали систему из двух перпендикулярных направлений (СЗ и СВ), примерно параллельных прямоуголь­ным границам платформы и обрамляющих ее геосинклинальных поясов. К Восточно-Европейс­кой платформе присоединились складчатые структуры Тимана, Большеземельской тундры, полу­островов Канин, Рыбачий, Варангер.

Сибирская платформа по размерам превосходила современную. Она объединяла Ангарс­кий, Чарский, Алданский кратонные блоки и некоторые межкратонные древние складчатые пояса. Южнее ее обрамляли Енисейско-Саянская, Байкальская и Охотская геосинклинали. На северо-во­стоке платформу ограничивала Колымская миогеосинклинальная область. От геосинклиналей в сторону платформы ответвлялись узкие клиновидные авлакогены, заполнявшиеся отложениями рифея. К Сибирской платформе присоединились байкалиды Западного Забайкалья, Патомского нагорья, северо-востока Восточного Саяна, Енисейского и Туруханского кряжей.

Индийская платформа располагалась южнее Центрально-Азиатской геосинклинальной сис­темы. В рифее с ней граничили Древнегималайская, Афганская и Восточно-Гатская области пра-Тетиса.

Китайская платформа образовалась в результате слияния Китайско-Корейской, Южно-Ки­тайской и Таримской платформ.

В Африке слились четыре крупные платформы: Западно-Африканская, Нильская, Нео-Касаи и Трансвааль-Родезийская. Вместе с Аравийской платформой они образовали единую Африкано-Аравийскую платформу.

В Австралии образовалась одна большая платформа, * востоку от которой находилась гео­синклиналь Маунт-Айза.

В Северной Америке вместо небольших протоплатформ возникла огромная Северо-Амери-канская платформа, ограниченная подвижными геосинклинальными областями: на северо-запа­де и севере Иннуитской, на юго-востоке Гренвиллской, на западе Кордильерской.

В Южной Америке в рифее существовали большая Южно-Американская платформа и платформа Сан-Франсиску. Эти платформы разделялись Парагвай-Арагуайской геосинклина­лью. В результате байкальской складчатости возникла обширная Южно-Американская платформа.

Итак, в результате байкальской складчатости окончательно сформировались следующие
платформы: Севере-Американская, Восточно-Европейская, Сибирская, Китайская, Южно-Амери­
канская, Африкано-Аравийская, Индийская, Австралийская, Антарктическая. Последние пять
южных платформ имеют много общего в геологическом строении и большинством исследовате­
лей объединяются в единый стабильный блок земной коры - суперплатформу Гондвана (рис. 37,
схема I - см. цв. вкл. в конце книги)? *^ «мни ^ '■ '*.

Между платформами и вокруг них располагались тектонически активные пояса и отдельные геосинклинали. Между Восточно-Европейской, Сибирской и Китайской платформами был распо­ложен Урало-Монгольский подвижный (геосинклинальный) пояс. Между Северо-Американс-кой и Восточно-Европейской платформами располагалась Грампианская геосинклинальная об­ласть Северо-Атлантического подвижного пояса, Северо-Американскую платформу окаймляли с севера Иннуитская геосинклинальная область, с юго-востока Аппалачская геосинклиналь этого же пояса. Вокруг всей береговой части Тихого океана располагался громадный Тихоокеанский под­вижный пояс с двумя ветвями - Западно- и Восточно-Тихоокеанской геосинклинальными облас­тями. Наконец, между Гондваной и платформами Северного полушария располагался субширот­ный Средиземноморский подвижный пояс (см. схему I, цв. вкл.).

* Большое значение имеет Тихоокеанское кольцо рифейских отложений, обрамляющих со всех сторон океаническую впадину.

По мнению Л.И.Салопа, складчатые пояса вокруг Тихого шсеана-бьТЯй заложены вскоре пос­ле тафрогенного этапа позднего Карелия (и частично в течение него). Естественно допустить, что в это же время возникла и впадина самого океана, конечно, в границах, отличающихся от совре­менных. По всей видимости, в рифее расширились" и углубились впадины, существовавшие на месте современного Атлантического океана. *^; В целом в начале позднего рифея в ряде райо­нов мира были заложены новые геосинклинальные пояса и платформы. Затем продолжались дальней­шее развитие геосинклинальных поясов и стабили­зация платформ.

Стратотипическим является рифейский комп­лекс Башкирского антиклинория Южного Урала. Общая мощность отложений 13 км, абсолютный возраст 1680-570 млн. лет (рис. 42).

Отложения стратотипа рифея формировались в условиях миогеосинклинали и разделены на три эра-темы (" протосистемы", фитемы): бурзянскую, юрма-тинскую и каратавскую (соответственно R_b R₂, R₃). Каждая из них делится на свиты и подсвиты.

Рис. 42. Разрез рифейских отложений западного склона Южного Урала (Башкирский антиклинорий). (Заимствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985)

Отложения эратем отличаются ритмичностью. Ритмы начинаются базальными конгломератами и песчаниками, выше глинистые сланцы, филлиты, еше выше - карбонатные породы (известняки и до­ломиты). Такая ритмичность является характерной чертой разрезов рифея во многих районах мира. Строение каждого ритма указывает на постепенное

наступление моря; затем этот процесс прерывается кратковременной регрессией, о чем свидетель­ствует размыв в основании следующей эратемы. В бурзянской и юрматинской эратемах иногда на­блюдаются покровы эффузивов. Каждая из серий содержит своеобразные комплексы строматоли­тов, онколитов и катаграфий.

Эратемы или серии разделены крупными перерывами и несогласиями. Каждая из них имеет свои особенности. Так, в бурзянской эратеме присутствуют диабазы, спилиты, туфы, а в верхней части залегают мощные пачки кристаллического магнезита (Саткинское месторождение), а также сидерита и бурого железняка (Бакальское месторождение). Породы этой серии прорваны Бердя-ушским массивом гранитов-рапакиви и связанных с ними нефелиновых сиенитов. Продолжитель­ность эры 200-250 млн. лет.

В юрматинской эратеме встречаются пластообразные залежи бурых железняков (Катав-Ива-новское месторождение). В колнце юрматиния - складчатость и внедрение интрузивов. Продол­жительность эры до 300-350 млн. лет.

В каратавокой эратеме преобладают породы красновато-коричневого цвета (в предыдущих - темно-серые). Прогиб захватил значительную часть Башкирского поднятия и зону Уралтау. Про­должительность около 500 млн. лет. Мощность 1, 1-4 км. В конце каратавия - складчатость завер­шает байкальский мегацикл, имевший продолжительность около 1 млрд. лет.

На рифее с размывом залегает также смятая в складки толща полимиктовых песчаников, кон­гломератов и алевролитов мощностью до 1, 5 км, выделяемая в ашинскую серию. Эта серия отно­сится к венду и представляет собой молассовую формацию, соответствующую орогенному этапу байкальской эпохи тектогенеза.

Рифейские осадки западного склона Урала формировались за счет продуктов разрушения суши, располагавшейся к западу, и накапливались в мелководном морском бассейне в условиях жаркого климата, на что указывают мощные карбонатные толщи со строматолитовыми рифами, косая слоистость и знаки ряби на поверхности напластования пород.

В течение рифея происходит опускание отдельных платформенных участков под уровень моря, хотя в целом на платформах резко преобладают поднятия. Исключение в этом отношении представляют Сибирская, Китайско-Корейская и Южно-Китайская платформы, которые примерно со второй половины рифея наполовину были заняты морем. В целом же осадконакопление проис­ходило преимущественно в пределах линейных, ограниченных разломами впадин - авлакогенов (рифтовых зон платформ). Это свидетельствует, что опускание платформ сопровождалось раска­лыванием их фундамента. Иногда (преимущественно в раннем и среднем рифее) по разломам из­ливаются базальтовые магмы. Они известны на Восточно-Европейской, Северо-Американской, Индийской и других платформах.

В целом, по подсчетам А.Б.Ронова, В.Е.Хаина и К.Б.Сеславинского, больше половины ниж­не- и среднерифейских отложений платформ представлено терригенными породами, реже встре­чаются доломиты и известняки. Во вторую половину рифея роль терригенных осадков еще боль­ше возрастает; исключением служит Сибирская платформа, где карбонатные отложения этого воз­раста составляют около половины общего объема осадков.

Рифейские отложения представлены платформенными терригенно-карбонатными толщами, слагающими чехол древних кратонов. Среди геосинклинальных отложений лучше известны мио-геосинклинальные с большим количеством грубообломочных пород, с мощными карбонатными (доломитовыми) или сланцево-карбонатными толщами. Часто встречаются ритмично-слоистые толщи типа флиша. Для эвгеосинклинальных отложений характерны граувакко-сланцевые толщи с кислыми вулканитами.

Широко распространены мелководные отложения, красноцветные породы, нередко с глауко­нитом. Часто встречаются эвапориты. Осадочные железные руды представлены в основном гема-титовыми и сидеритовыми пластовыми залежами (уральского тила; ).

Роль вулканитов, хотя и часто встречающихся, гораздо меньше, чем в более древних толщах. Их состав: на платформах - " древние траппы", в эвгеосинклиналях - базальтоиды, андезиты, рио-литы. Мощности отложений от 3-5 до 10-12 км.

Платформенные формации залегают горизонтально или слабо наклонно. Только вблизи раз­ломов наблюдаются дислокации. Геосинклинальные толщи смяты в линейные складки.

На Восточно-Европейской платформе выходы рифея установлены по периферии Балтийского щита, на западе и юго-западе Украинского щита и в Белоруссии. На остальной территории рифей вскрыт скважинами под покровом более молодых отложений на глубинах до 500 м, а местами до 3-4 км.

Как правило, рифейские отложения выполняют авлакогены и лишь в позднем рифее выходят за их пределы. Возможно, что первоначально эти отложения имели более широкое площадное распространение, позднее они частично были размыты и сохранились лишь в наиболее прогнутых участках платформы.

На западе и в центральных районах Восточно-Европейской платформы рифей представлен красноцветными терригенными толщами и эффузивами, а восточнее - карбонатными и терриген-но-карбонатными породами. По обрамлению Балтийского щита к нижнему и среднему рифею от­носится толща разнозернистых песчаников, гравелитов и конгломератов общей мощностью свы­ше 1 км, которая делится на две свиты: приозерскую и несогласно залегающую на ней салминс-кую, содержащую горизонты базальтов и их туфов. В центральной части платформы (Пачелмский авлакоген) в основании верхнего рифея выделяется толща красноцветных песчаников с прослоя­ми гравелитов и конгломератов мощностью 1, 1 км. Выше залегают глауконитовые песчаники и алевролиты мощностью 250 м, которые сменяются доломитами с остатками микрофитолитов, из­вестных в верхнем рифее Урала, и толщей зеленовато-серых аргиллитов, алевролитов и песчани­ков мощностью свыше 500 м. Абсолютный возраст этой части разреза оценивается по глаукониту £ 750-765 млн. лет.

В целом для верхнего рифея других регионов мира также характерны континентальные крас-ноцветные толщи. Иногда наблюдаются прекрасная окатанность песчаных зерен И косая СЛОИС­ТОСТЬ эолового и потокового типов.

В Байкальской горной области аналогом рифея является патомская серия, на Енисейском кря­же - сухопитстя, тунгусикская и ослянская серии, в Северном Китае - синий, на Канадском щите - надсерия Кивино, в Северо-Американских Кордильерах - надсерия Белт, в Экваториальной Аф­рике - надсерия Кибара.

Литостратиграфические комплексы среди рифейских отложений не выделены из-за отсут­ствия специфических формаций.

Условия осадконакопления

Терригенные породы: псефиты, псаммиты, глинистые породы; много красноцветов. Наблю­даются признаки мелководья. В позднем рифее - много медистых песчаников.

Карбонатные породы: мощные мелководно-морские платформенные и геосинклинальные от­ложения, содержащие строматолиты и микрофоссилии.

Вулканизм в рифее продолжался, но уже в меньших масштабах, чем в позднем Карелии. Вул­каниты преимущественно кислого состава, основные породы имеют подчиненное распростране­ние (толеитовые базальты).

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: