3505-1 (654232), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

2. Историко-тектонические обстановки

Когда же началось окисное Fe-Mn рудообразование в Мировом океане? С одной стороны, будучи процессом осадочным, в принципе рудогенез может быть синхронным началу океанского осадкообразования на Земле. С другой стороны, все современные ЖМО сформированы в современных океанах, где наиболее древние осадки, в соответствии с данными глубоководного бурения, имеют возраст около 170 млн лет. Встает вопрос, имеются ли прямые признаки существования древнейших океанских ЖМО? По распространенным представлениям водные бассейны на Земле возникли еще в раннем архее, т.е. 3,5-4,0 млрд лет назад, когда в обширных впадинах земной коры стала скапливаться вода, а точнее раствор, образовавшийся при дегазации планеты и находившийся в равновесии с породами ложа океана и первичной атмосферой [Пущаровский, Новикова, 1992]. Слоистые осадки раннеархейского возраста обнаружены в Западной Гренландии, Западной Австралии, Южной Африке и на Украине. Они свидетельствуют о существовании в это время терригенного сноса и формировании кор выветривания. В Западной Гренландии возраст водно-слоистых осадков более 3850 млн лет [Nutman et al., 1997]. Авторы утверждают, что в это время не только существовала гидросфера, но и происходили хемогенно-осадочные процессы, причем условия, удовлетворяющие стабильности жидкой воды, означают, что температура поверхности суши была сходна с современной. Изотопы углерода графитовых микровключений в апатите соответствуют их биоорганическому происхождению, что позволяет говорить о следах жизни на Земле даже более 3850 млн лет назад. Иными словами получены прямые доказательства существования субаквальной седиментации для раннеархейской Земли, а следовательно можно предполагать вероятность существования протоокеанических бассейнов. По-видимому это было также началом накопления в них Mn и Fe.

Заметим, что все известные палеореконструкции, воспроизводящие расположение древнейших континентов во времени и пространстве, начиная с 3-х млрд лет, подразумевают существование Мирового океана, на фоне которого происходили глобальные процессы создания суперконтинентов и их распада на отдельные блоки. Для данной работы особенное значение имеет тектоническая история суперконтинента, сформировавшегося в самом конце архея и развивавшегося в раннем протерозое [Сорохтин, Ушаков, 1993; Хаин, Ломизе, 1995]. В период 2500-2200 млн лет назад тектонический режим в его пределах был спокойным. Имеются высказывания, что это был крупнейший спокойный период в истории Земли с очень медленным отложением пелагических и химических осадков [Barley et al., 1997]. Переломным моментом в структурном развитии суперконтинента (древнейшей Пангеи) оказался рубеж 2200 млн лет назад, когда началось его дробление. Однако, процесс этот не был скоротечным, а происходил длительно и неравномерно. В результате возникло несколько материковых массивов, особенностью которых было высокое стояние, зафиксированное шельфовой или континентальной седиментацией. Между массивами развивались подвижные пояса, замыкавшиеся гетерохронно. Окончательно этот режим прекратился в эпоху мощного раннепротерозойского орогенеза, отвечающего времени ~1900 млн лет назад, когда возникла новая Пангея [Сорохтин, Ушаков, 1993; Хаин, Ломизе, 1995]. Вся эта диастрофическая эпоха (2200-1900 млн лет назад) должна рассматриваться как эпоха неустойчивого геодинамического режима, характеризующегося сложным сочетанием в земной коре условий тектонического растяжения и сжатия. В палеогеографическом отношении здесь можно говорить о распространении суши, шельфов и разноглубинных водных бассейнов.

Иные палеотектонические и историко-геологические представления принадлежат Дж. Роджерсу [Rogers, 1996]. Им предложена схема, согласно которой первым континентом на Земле был континент Ур, образовавшийся 3 млрд лет назад. Спустя 0,5 млрд лет возник континент Арктика, а еще через такой же промежуток времени - континент Атлантика. Соединившись 1 млрд лет назад эти континенты образовали первый суперконтинент Родинию. Но эту схему сам автор определяет как умозрительную, базирующуюся лишь на предположениях. В особенности это относится к древним континентам.

Однако заметим, что слово "Родиния", введенное в 1991 году, все чаще используется в литературе, хотя в сущности оно относится к ранее выделявшемуся суперконтиненту (рифейская Пангея). О распространенности понятия свидетельствует, например, отчет по итогам изучения Гондваны (проект IGCP #288), в котором Родиния является отправной позицией [Urung, 1996]. Заметим также, что мысли Дж. Роджерса лежат в русле концепции схождения и дисперсии континентальных блоков в истории Земли, получившей широкое признание. В то же время очевидно, что для более определенных представлений, особенно в отношении геологической истории планеты в архее и протерозое, необходимы новые факты и подходы.

3. Океанское марганценакопление

Весьма весомым и аргументированным свидетельством существования древнего океана являются раннепротерозойские хемогенно-осадочные месторождения Fe и Mn руд - крупнейшие носители основной массы мировых ресурсов этих металлов. Д. Шиссель и Ф. Аро предложили новый подход к тектоническому положению крупнейших осадочных бассейнов этого возраста [Schissel and Aro, 1992]. Основываясь на палеореконструкции Д. А. Пайпера [Piper, 1982], предположившего амальгамирование протерозойского суперконтинента между 2000-1800 млн лет, они показали, что большинство крупнейших бассейнов с Fe- и Mn-формациями образовывались в условиях пассивных тектонических окраин без признаков существенного вулканизма, на мелководных континентальных шельфах. Ранний протерозой (2,5-1,9 млрд лет) в истории Земли характеризуется развитием основной массы крупнейших железорудных формаций, составляющих свыше 90% всех мировых запасов. С ними ассоциируют крупнейшие Mn-рудные месторождения в Южной Африке, Бразилии и Индии; только одно гигантское поле Калахари (Южная Африка) содержит более 75% мировых запасов Mn. Такая ассоциация железорудных и марганцевых месторождений имеет прямую связь с океаническим источником этих металлов. Модель образования подобных месторождений подразумевает апвеллинг глубинных восстановленных вод, обогащенных Fe и Mn, в области континентального склона и шельфа и последовательное отложение, сначала Fe-формаций при пониженных величинах редокс потенциала, затем карбонатных и окисных Mn руд, при возрастании окисленности прибрежных вод [Hem, 1972; Krauskopf, 1957]. Она применима и к другим крупным осадочным месторождениям Mn, в частности, к олигоценовым.

Д. Шиссель и Ф. Аро считают, что глубинные воды протерозойского океана были восстановлены и насыщены растворенными Fe и Mn. Мы придерживаемся иной точки зрения, поскольку в соответствии с данными [Галимов, 1988; Гаррелс, Маккензи, 1974] общая масса воды в океане, а также ее состав, уже 2,5-2 млрд лет назад были близки к современным. К тому же выше были приведены новые данные, свидетельствующие о существовании воды на Земле 3850 млн лет назад [Nutman et al., 1997], т.е. по меньшей мере за 1,5 млрд лет до описываемых событий. Все это означает, что на океанском дне уже тогда мог происходить процесс окисного осадочного рудообразования, сходный с современным. По-видимому, огромные массы Fe и Mn могли быть высвобождены при растворении ЖМО в период образования протерозойского суперконтинента, когда сходящиеся континентальные блоки замкнули часть океана.

Принципиальное различие в этих представлениях связано с тем, что в восстановленных морских водах протерозойского океана соотношение Mn и Fe не могло сильно отличаться от соотношения этих металлов в породах ложа (0,017), что не позволило бы сформировать Mn-рудные формации, представленные в таких масштабах. По-видимому, огромные массы Fe и Mn могли быть высвобождены при растворении предварительно сконцентрировавших их ЖМО, и в период образования протерозойского суперконтинента,когда сходящиеся континентальные блоки замкнули часть океана, были выброшены на берег. Сильное сжатие привело к активизации глубинных процессов на океанском дне, следствием их стало возникновение восстановительных условий, несовместимых с сохранностью ЖМО. К тому же все это сопровождалось возникновением сильного апвеллинга и трансгрессией океана. Именно образование гигантских месторождений Mn и Fe руд в условиях пассивных континентальных окраин является геологическим следом внутриокеанических глубинных тектонических событий в раннем протерозое. Возможная модель этого процесса приведена на рис. 2.

Сходство условий отложения, вещественного состава и единое время образования рудных формаций объединяют Южную Африку, Бразилию и Индию в составе раннепротерозойского суперконтинента. В обстоятельной статье Д. Шисселя и Ф. Аро [Schissel and Aro, 1992] дано подробное описание стратиграфических разрезов, приведенных на рис. 3. Кратко оно сводится к следующему.

Наиболее изученная формация Хотазель в Южной Африке показывает 3 цикла образования Fe-слоев, пелитового гематита и смешанных Mn-карбонатных и Mn-окисных слоев, отвечающих трем морским трансгрессиям. В гигантском поле Калахари протяженность Mn-рудного тела достигает 90 км и несет следы 5 эрозионных циклов. Минералогический комитет ЮАР оценивает его ресурсы в 12,7 млрд тонн, что превышает, как уже указывалось, 3/4 мировых запасов.

Из-за метаморфизма и деформаций пород геологические разрезы Бразилии и Индии менее ясны, но стратиграфия метаморфизованных осадков обычно показывает переходы от Fe-формаций к карбонатным марганцевым и затем к марганцевым окисным формациям. Все три последовательности перекрываются регрессивными карбонатными отложениями, которые завершают Fe и Mn седиментацию.

В Бразилии наиболее крупные отложения находятся в провинции Минас Жериас; исторически они были важнейшим мировым источником Mn, но по мере истощения, их значение уменьшилось.

В Индии в провинции Орисса Mn-отложения также ассоциируют с Fe-формациями, перекрывая их. Они тоже играли важную экономическую роль, хотя сейчас в значительной мере выработаны.

Авторы заключают, что описанные осадочные Mn- и Fe-рудные отложения образовались, по-видимому, внутри сходных тектонических условий. Попытки графически изобразить раннепротерозойский суперконтинент крайне ограничены. В. Е. Хаин и Н. А. Божко предложили реконструкцию для раннего рифея (рис. 4) [Хаин, Божко, 1988]. В их книге говорится: "Реконструкция Пангеи 1 (имеется в виду раннепротерозойское время) представляет собой трудновыполнимую задачу" (с. 157), но авторы предполагают, что гипотетическая Пангея 1 напоминает более молодую Пангею. Последняя изображается в виде компактного блока, на котором рисуются контуры современных континентов, причем расположение их сравнительно мало отличается от палеореконструкции, предложенной Х. Дженкинсом [Jenkins, 1993] для триаса. Удивительно, что столь разновременные реконструкции представляются довольно сходными по расположению интересующих нас континентов. Мы также предприняли попытку воспроизвести возможное расположение континентальных блоков, несущих единовременные Fe- и Mn-рудные формации на раннепротерозойском суперконтиненте

(рис. 5). Что касается Антарктиды, то на нашей схеме она использована для получения замкнутой картины как по форме, так и по существу, хотя из-за слабой изученности этого континента в геологическом отношении, прямых данных для этого пока недостаточно. Однако здесь отмечены корки пустынного загара на выходах коренных пород, аномально обогащенные Mn [Dorn et al., 1992]. Возможно это признак погребенного подо льдами месторождения, что вполне соответствует геохимическим свойствам Mn.

Сколько же времени просуществовал протерозойский суперконтинент? На основании палеомагнитных данных Д. А. Пайпер [Piper, 1982] высказал идею, что он существовал в течение всего протерозоя. Геологические данные, по мнению Д. Шисселя и Ф. Аро [Schissel and Aro, 1992], свидетельствуют о его существовании между 1800 и 1100 млн лет. В то же время модель Дж. Роджерса [Rogers, 1996] вообще показывает, что первый суперконтинент Родиния возник лишь 1000 млн лет назад, т.е. отрицает существование раннепротерозойского суперконтинента. Такие противоречия в области трактовки геологической истории Земли свидетельствуют о недостаточности научного фундамента для достоверных палеореконструкций, особенно для древнейших эпох развития Земли. В этом случае целесообразно шире использовать такие важные признаки, как существование хорошо датируемых и тектонически определенных крупнейших в мире рудных формаций.

Характеристики

Список файлов реферата