Общая характеристика докембрия. Архей

 

Самые распространенные тектонические структуры  – гнейсовые и гранито-гнейсовые  купола, диаметром 10–40, но не более 100 км. Купола окаймляются зеленосланцевыми породами и образуют целые группы, слагающие протяженные «гранит-зеленокаменные пояса», располагающиеся между относительно стабильными массивами – протоплатформами.

Зеленокаменные  пояса представляют собой, наиболее вероятно, обширные прогибы, осложненные  разломами и возникшие в результате глобального растяжения земной коры. Системы прогибов и разделяющих их поднятий следует рассматривать как древнейшие геосинклинальные области – протогеосинклинали.

Зеленокаменные  пояса распределены неравномерно. Области  развития нижнеархейских толщ, лишенные зеленокаменных поясов, являются древнейшими более стабильными элементами земной коры, которые могут быть названы протоплатформами. Наиболее полные и лучше всего изученные разрезы верхнего архея находятся в Южной Африке, Канаде и Западной Австралии.

Поле  развития надсерии Свазиленд (ЮАР, Свазиленд) – стратотипа верхнего архея – находится в горном районе Барбертон и представляет собой в структурном отношении Свазилендский синклинорий.

Породы  надсерии Свазиленд характеризуются, низкими ступенями метаморфизма (зеленосланцевая фация) с хорошо различимыми первичными структурами. Снизу вверх в этой надсерии выделяются три серии: Онвервахт, Фиг-Три и Модис.  

 

Серия Онвервахт подразделяется на три  формации:

•  Нижний Онвервахт: основные подушечные лавы и линзы ультрабазитов, тонкие прослои черных кремнистых пород, кислые туфы. Ультраосновные и основные породы богаты Mg и бедны А1 и К и выделены в особую группу коматиитов мощностью более 2 км .

•  Средний Онвервахт (формация реки Комати): подушечные базальты и ультраосновные лавы, полевошпат-порфировые интрузивы (3- 4 км ).

•  Верхний Онвервахт – циклическое повторение подушечных базальтов или андезитов, кислых лав и кремнистых пород ( 5 км ).  

 

Серия Фиг-Три (фиговое дерево) включает (снизу  вверх):

•  хемогенные осадки (полосчатые кремнистые, тальк-карбонатные, кварц-серицитовые породы);

•  граувакки, глинистые сланцы, полосчатые кремнистые породы;

•  граувакки, глинистые сланцы, железистые кварциты, туфы. Общая мощность серии Фиг-Три более 2 км .

Серия Модис лежит с несогласием и представлена полимиктовыми конгломератами, полевошпатовыми песчаниками, алевролитами, глинистыми сланцами (мощность 3,1 км ). Общая мощность надсерии Свазиленд до 16 км . После отложения пород серии Модис все толщи надсерии Свазиленд были смяты в складки, разбиты крутыми надвигами на чешуйчато и веерообразно расположенные пластины и интрудированы многочисленными телами гранитоидов, древнейшие из которых имеют возраст 3–3,4 млрд. лет. Надсерия Свазиленд относится к древнейшим образованиям зеленокаменных синклинориев.

На  Канадском щите в качестве парастратотипа верхнего архея рассматриваются  осадочно-вулканогенные толщи провинции  Сьюпериор (оз. Верхнее). Они слагают  зеленокаменные пояса – удлиненные изолированные участки синклинорного  строения. Зеленокаменные пояса разделены полями гранитоидов, гранито-гнейсов и гнейсов.

Зеленокаменные  толщи обычно имеют трехчленное  строение: внизу и вверху - обломочные породы, иногда вулканиты, в средней  части преобладают вулканиты. Все  зеленокаменные толщи прорваны крупными массивами биотитовых и амфиболовых гранитов и гранодиоритов с возрастом 2,6-2,8 млрд. лет.

На  Балтийском щите образования верхнего архея лучше всего изучены  в Карелии, на Кольском п-ове и  на востоке Финляндии. В качестве регионального стратотипа принимается гимольская серия, развитая в Карелии вблизи границы с Финляндией. Для этой серии характерно двучленное строение: внизу основные эффузивы, выше осадочные породы и кислые вулканиты.

На  Украинском щите верхний архей наиболее полно представлен в бассейне среднего течения Днепра, где развита конкско-верховцевская серия, залегающая несогласно на гнейсах нижнего архея. В основании серии присутствуют высокоглиноземистые или чистые кварциты. Выше залегают метабазиты, средние и кислые вулканиты, реже метаосадочные породы (мощность до 5 км ). В средней части серии встречаются джеспилиты. Породы серии залегают в узких, изогнутых в плане синклиналях, расположенных между куполами гнейсо-гранитов нижнего архея. Возраст гранитоидов, прорывающих зеленокаменные породы 2600–2800 млн. лет. Верхняя часть конкско-верховцевской серии приблизительно соответствует серии Фиг-Три.

Отложения верхнего архея по своему составу  в различных районах мира очень  похожи друг на друга. Среди них выделяется четыре глобально выраженных литостратиграфических комплекса: 1) коматиитовый (3,55–3,4 млрд. лет); 2) киватинский (3,4–3,2 млрд. лет); 3) тимискамингский (3,2–3,0 млрд. лет); 4) Модис (3,0–2,8 млрд. лет).

1. Коматиитовый комплекс. Назван по типичной для него толще ультраосновных и базальтовых вулканитов, сформировавшихся на относительно небольших глубинах. Они известны в Южной Африке (стратотип), Северной Америке, Австралии, Индии, на Балтийском и Украинском щитах. С ними связаны месторождения хрома, никеля, асбеста. Кроме коматиитов в состав комплекса входят обломочные породы (граувакки, конгломераты, сланцы). Эти породы метаморфизованы в условиях зеленосланцевой фации. В прослоях кремнистых пород встречены первые, очень редкие микроскопические остатки прокариот. Мощность комплекса первые километры (в стратотипе).

2. Киватинский комплекс. Стратотип – серия Киватин Канады; подсерия Телук Южной Африки и другие подразделения на всех континентах. Внизу – основные вулканиты (толеитовые базальты, диабазы, спилиты). Встречаются кремнисто-карбонатные породы крайне мелководного генезиса. Вверху – кислые и основные вулканиты и их туфы; туффиты, обломочные и кремнистые породы, джеспилиты. Мощность до 9–10 км. Формирование комплекса завершилось довольно слабой свазилендской складчатостью, которая сопровождалась небольшими интрузиями гранитов и гранодиоритов.

3. Тимискамингский комплекс. Стратотип – серия Фиг-Три Южной Африки или серия Тимискаминг Канады. На киватинском комплексе залегает со стратиграфическим перерывом или слабым угловым несогласием. Состав – терригенные породы (главным образом граувакки) с подчиненными вулканитами и туфами, кремнистые породы, конгломераты, джеспилиты. Наблюдается угасание вулканической активности, усиление колебательных движений. Осадконакопление происходило в мелководных бассейнах. Для осадочных пород часто характерна ритмичность.

4. Комплекс Модис . Стратотип – подсерия Модис в Южной Африке. Состав – главным образом осадочные породы, сформированные в дельтовых условиях и прибрежной зоне: конгломераты, граувакки, кварциты, джеспилиты. Комплекс распространен не повсеместно. Верхняя граница комплекса определяется проявлением беломорской (кеноранской) складчатости I порядка (2600 млн. лет). Значительны в составе комплекса интрузии гранитоидов. На заключительном этапе внедрялись тела основных и ультраосновных пород, например, Великая Дайка Зимбабве.

В целом четыре комплекса слагают  единый ряд – полный тектонический  цикл:

•  коматиитовый – заложение подвижных зон, раздробление фундамента;

•  начало киватинского комплекса – возникновение тектонических поднятий; далее – вулканизм толеит-риолитового типа, геосинклинальные погружения;

•  тимискамингский комплекс – общая инверсия тектонического режима – свазилендский диастрофизм;

•  комплекс Модис – молассоподобные образования.

В позднем архее произошло  утолщение коры по сравнению с  ранним археем. Глубинный магматизм  был несколько слабее, чем в  раннем архее, но по масштабам оставался  значительным. Образовывались крупные  посторогенные интрузии основных и  ультраосновных пород. Например, Великая Дайка Зимбабве (длина ~ 500 км , ширина ~ 6 км ), пластовая расслоенная интрузия Стиллуотер (США) и др. Формирование крупных дайкоподобных тел указывает на то, что в результате кеноранской (беломорской) складчатости земная кора стала настолько жесткой, что в ней могли возникать глубокие гигантские трещины – разломы, достигавшие верхней мантии.

К концу архея можно предполагать существование уже довольно мощной (до 30–40 км) и зрелой континентальной  коры. Не вполне ясно, была ли она сосредоточена в одном месте, образуя гигантский материк, Пангею, которой противостоял не менее гигантский океан – Панталасса, или же блоки сиалической коры были распределены по поверхности земного шара так, что между ними оставались пространства с корой океанского типа. Возможны разные варианты, но существование в архее, может быть даже в раннем архее, блоков земной коры сиалического (континентального) и океанского типов вполне вероятно.

Все же представления о возникновении  первого в истории Земли суперматерика в конце позднего архея наиболее вероятны. Об этом свидетельствует широкое распространение архейских пород, слагающих фундамент молодых протерозойских складчатых поясов и систем. Но если был суперматерик, в который «стянулись» все участки земной коры континентального строения, то что было на другой половине Земли, при условии, что ее радиус не изменялся? Там могло существовать только пространство с океанской корой, покрытое водной массой, близкой по объему к современной, возможно меньшей. Таким образом, уже на такой ранней стадии развития Земли возникла ее диссимметрия.

Физико-географические условия.

Судя по изотопному составу  кислорода и отношению дейтерия к водороду в гидроксиде кремния  различных пород верхнего архея  температура воды составляла примерно от 90 до 65 °С в конце позднего архея. Атмосферное давление было ниже, чем в раннем архее, поскольку в конце раннего архся появились карбонатные осадки, указывающие на то, что значительная часть углекислоты была изъята из атмосферы. Атмосферное давление в позднем архее оценивается примерно в 10–20 атм.

В первой половине позднего архея  содержание СО 2 в атмосфере все  же оставалось значительным. Об этом свидетельствуют  высокая температура поверхности (парниковый эффект), интенсивный вулканизм, малое количество карбонатных пород.

В атмосфере было много паров  воды, но отсутствовал свободный кислород. О восстановительном характере  атмосферы свидетельствует также  отсутствие в разрезе верхнего архея  красноцветных пород.

Полезные ископаемые архея.

Залежи полезных ископаемых в архейских породах относительно невелики. С одной .стороны, это связано с небольшим развитием этих пород, а с другой – с низкой скоростью выноса рудных элементов из мантии в земную кору.  

 

Наиболее важными месторождениями  полезных ископаемых архейского возраста являются месторождения Fe , Mn , А u , а также Cr - Ni - Ti , Co , С u и графита.

По условиям залегания они делятся  на месторождения вулканических  комплексов зеленокаменных поясов и  месторождения пегматитов. Среди  пегматитов известны месторождения Li и Be . В зеленокаменных поясах известны железные руды, золото-кварцевые и золото-теллуридные месторождения гидротермального происхождения и сульфидные руды С u , Pb - Zn - Sb , а также хромиты и Ni - Co в ультраосновных и основных интрузиях.