О методике определения возраста платформы
(Статья печатается в порядке обсуждения.)
В.Г. ВАСИЛЬЕВ
Определение возраста платформы и вопросы соотношения толщи нормальных осадочных пород с метаморфизованными и кристаллическими породами фундамента имеют большое значение при районировании крупных территорий в связи с перспективами их нефтегазоносности.
В объяснительной записке к тектонической карте СССР, отражая мнение большого коллектива геологов, акад. Н.С. Шатский и проф. А.А. Богданов пишут, что возраст складчатости определяется временем последних интенсивных движений геосинклинального типа. Далее авторы записки отмечают, что возрастом складчатости следует считать время превращения складчатой геосинклинальной области в платформенную область, т. е. складчатость завершается на рубеже перехода от геосинклинального развития к периоду платформенного развития рассматриваемого крупного тектонического элемента. Можно считать установленным, что по крайней мере с протерозоя во все эпохи и века существовали как платформы, так и геосинклинальные системы. Эти основные тектонические единицы характеризуются противоположными свойствами. Первые из них - устойчивые, мало подвижные стабильные сегменты земной коры; вторые, наоборот, являются мобильными, чрезвычайно подвижными зонами. Таким образом, при составлении тектонической карты СССР было принято, что платформа образуется непосредственно вслед за замыканием геосинклинальной области.
Принимая в качестве критерия для выделения платформенных участков их консолидированность, объединяются в одну группу столь непохожие по своему строению крупные участки земной коры, как, например, районы Забайкалья, Дальнего Востока, с одной стороны, и Русская, Восточно-Сибирская и Западно-Сибирская платформы (Вместе с рядом сибирских геологов мы считаем целесообразным платформу, отвечающую территориально Западно-Сибирской низменности, именовать Западно-Сибирской и соответственно Сибирскую платформу - Восточно-Сибирской.), с другой стороны. По-видимому, описанный ход развития земной коры не совсем отвечает действительности.
Известно, что замыкание геосинклинали приводит к воздыманию всей области, охваченной складчатым процессом, в результате которого возникают горные сооружения. Горообразование в геосинклинальной области является как бы заключительным аккордом складчатости и сопровождается увеличением мощности сиалической оболочки, т.е. резким прогибом поверхности Махаровичича и образованием крупных структурных подъемов и прогибов. Сложно построенные положительные структуры, морфологически выраженные горными хребтами, часто состоят из разновозрастных структурных элементов. Для них характерно резкое снижение уровня гравитационного поля, который часто выражается цифрами меньше минус 170 мгл. Такого типа структуры следует называть геоантиклиналами; примером их могут являться такие сооружения, как Монгольский Алтай, Хангай и др. В таком понимании к геоантиклиналам могут быть отнесены только хребты, характеризующиеся резко выраженной отрицательной характеристикой гравитационного поля. Между этими крупными структурами земной коры располагаются области прогибания, которые в зависимости от стадии их развития могут быть как очень крупными, так и незначительными. Эти области прогибания принято называть межгорными впадинами (наиболее крупные - депрессиями), что не совсем удачно, поскольку этот термин отражает прежде всего морфологию рельефа, а не геологическое строение. Нередко такого рода прогибы возникают и при отсутствии окружения в виде высоких гор. Для межгорных впадин характерно повышение гравитационного уровня до минус 50-70 мгл по сравнению со значениями минус 150-170 мгл геоантиклиналов, что, видимо, связано с уменьшением мощности земной коры, заметным поднятием поверхности Махаровичича (рис. 1).
В процессе формирования межгорных депрессий происходит выпирание клиньев фундамента (рис. 2) - поднятие более плотных масс, что ведет к формированию относительно положительных аномалий силы тяжести. Такие структуры в отличие от срединных массивов геосинклинальных областей, возникающих, видимо, по тому же закону, мы в дальнейшем будем называть внутренними массивами, поскольку они возникают внутри прогиба земной коры в процессе его формирования. Морфологически такие внутренние массивы вырисовываются в форме хребтов относительно небольшой высоты; примером могут служить Моностойский хребет и Забайкалье. Поднятие внутренних массивов сопровождается их надвиганием в сторону прилегающей части впадины с образованием складок в осадочном чехле впадины. Характерной особенностью таких складок является их асимметрия, так как они характеризуются крутыми крыльями, обращенными в сторону впадины с развитием их над прогибом. Примером может служить надвигание Моностойского хребта на Гусиноозерскую и Боргойскую впадины. Для описания положительных структур характерна интрузивная деятельность с внедрением магмы кислого состава, а для отрицательных - эффузивная и интрузивная деятельность с внедрением магмы основного состава. Тектоническая жизнь весьма активна, размах вертикальных движений достаточно велик, но меньше, чем в геосинклинальной области.
Таким образом, крупный структурный элемент, возникающий после замыкания земной коры, имеет свои особенности, отличающие его как от геосинклинальных областей, так и от платформ. Мы предлагаем такие структурные элементы, охватывающие крупные сегменты земной коры, называть полуплатформами, а этап их развития - межгорновпадинным.
При рассмотрении особенностей платформ видно, что они связаны с прогибами, захватывающими крупные сегменты земной коры, развивающиеся в течение очень длительных этапов геологической истории и характеризующиеся небольшой мощностью земной коры, не превышающей 30-45 км. Поверхность Махаровичича слабо и неравномерно выпукла. Размах вертикальных движений и градиенты движений незначительны. Характерно проявление прогибов и выпуклостей большого радиуса кривизны - синеклиз и антеклиз. Интрузивная деятельность на первых этапах жизни платформы нередко практически отсутствует, а на последующих этапах проявляется интрузивной и эффузивной деятельностью с внедрением магмы основного состава. Кислые интрузии неизвестны.
Обычно в состав платформы включаются плиты, т. е. прогибы, в которых складчатое основание покрыто чехлом неметаморфизованных осадков, и щиты, т. е. крупные участки фундамента, не покрытые осадками. Такое понимание относится к древним платформам, развившимся на докембрийском основании. Для молодых платформ обычно щиты не выделяются, хотя структурные элементы, аналогичные щитам, в связи с ними известны. Примером могут служить герциниды северного Казахстана, являющиеся элементом Западно-Сибирской платформы, которая территориально отвечает Западно-Сибирской низменности.
Из истории развития щитов и плит видно, что они развиваются сопряженно и в противоположных направлениях. Если первые являются положительными, то вторые - отрицательными структурами длительного развития. Противоположная направленность вертикальных движений этих структур приводит к резкому различию геологической истории их развития. Щиты по сравнению с примыкающими к ним плитами характеризуются резко выраженной гравитационной депрессией, отражающей нарастание мощности земной коры. Щиты - это геоантиклинальные структуры, формирующиеся сопряженно с плитами как крупными региональными прогибами. Как антиклиналь и синклиналь нельзя объединить в одну структуру, хотя их развитие и сопряженно, так и щиты с плитами нельзя объединить в одну структуру-платформу, ибо развитие обеих этих структур совершенно различное и морфологически они также резко отличаются друг от друга.
Наименование платформ следует сохранить лишь для структур, соответствующих только плитам в понимании классической геологии, а щиты выделить в самостоятельные структурные элементы, именуемые нами геоантиклиналами.
В понимании А.Д. Архангельского и других плиты характеризуются двухъярусным строением и представлены сильно дислоцированным и метаморфизованным фундаментом (нижний Структурный этаж) и плащом осадков, покрывающим его, отличающимся слабой метаморфизацией и дислоцированностью (верхний структурный этаж). Изучение Русской и Западно-Сибирской платформ показывает, что в составе платформы, кроме этих двух структурных этажей, необходимо выделять еще средний, промежуточный, которому соответствуют осадки, выполняющие прогибы в нижнем структурном этаже. Для Русской платформы к среднему структурному этажу должны быть отнесены осадки от верхнего протерозоя (редкинекие слои) до нижнего девона включительно, выполняющие Рязано-Саратовскую впадину, каньоны Западной Башкирии (бавлинские отложения), глубокие впадины Саратовской области, Прибалтийскую и другие впадины. Таким образом, средний, или промежуточный, структурный этаж является прерывистым, для него характерно наличие эффузивной деятельности, связанной с внедрением основной магмы. В среднем девоне вся обширная территория Русской платформы стала прогибаться, покрываясь сплошным осадочным покровом; формирование этого прогиба закончилось в юре, когда обширная область герцинид, развитая к югу от линии Астрахань - северная окраина Донбасса, была также вовлечена в прогиб и покрылась плащом мезозойских осадков. Таким образом, Русская платформа в ее современных границах как единая структура закончилась формироваться в мезозое. Большое количество скважин, пробуренных на Русской платформе до ее фундамента, вскрывает глубоко метаморфизованные осадки древних толщ, свидетельствующих о глубоких срезах некогда существовавших здесь горных сооружений. Территории впадин так называемого среднего, промежуточного, яруса существенно меньше территорий поднятий, их разделяющих. Это также говорит в пользу очень глубокого среза, упоминаемого выше.
Из сопоставления структуры ныне существующих полуплатформ и погребенных под плащом осадков платформы можно себе представить Следующую историю формирования платформ.
В полуплатформе, возникающей вслед за замыканием геосинклинали и испытывающей тенденцию к поднятию, эрозией постепенно срезаются положительные формы, размеры их по площади возрастают за счет одновременного уменьшения площадей впадин. Такую структуру нам представляется полезным назвать почти платформой, ибо дальнейшая смена знака движения приводит к образованию регионального прогиба, к формированию платформы. Примером такой почти платформы может служить западное Забайкалье. Естественно напрашивается вопрос, что при формировании платформенного прогиба на базе почти платформы происходит съедание «корней гор», уменьшение мощности земной коры. Без такого предположения нельзя объяснить современное распределение мощностей земной коры на платформах и в окружающих горных сооружениях. Весьма интересно, что даже в такой молодой платформе, как Западно-Сибирская, мощность земной коры не превышает 35 км. Перемещение сиалевого материала из-под прогибов в смежные области (поднятия), видимо, и является причиной столь ярко выраженной закономерности, выражающейся в сопряженности прогибов и поднятий крупных сегментов земной коры. С этим процессом, видимо, связано поднятие Сибирской платформы в середине мезозоя, четко определившееся во время формирования Западно-Сибирской платформы. С процессом перемещения сиалевого материала тесно связан и процесс перераспределения энергии в земной коре и в зонах, расположенных непосредственно ниже, ибо кислый материал по сравнению с основной магмой несет избыток радиоактивных веществ.
В Западно-Сибирской платформе нижний структурный этаж сложен сильно дислоцированными осадками палеозоя, прогибы которого, иногда узкие и глубокие, выполняются осадками рэт-лейса, соответствующими среднему структурному этажу. Осадки этих прогибов и разделяющие их выступы фундамента перекрываются отложениями юры, мела и кайнозоя, являющимися верхним структурным этажом. Отложения каждого структурного этажа обладают не только особыми чертами сложения, но и характерной тектоникой. Наиболее интенсивно дислоцированы отложения нижнего структурного этажа. Отложения среднего, или промежуточного, структурного этажа нередко характеризуются тектоникой, сходной с тектоникой межгорных впадин. Тектоника верхнего структурного этажа, часто унаследованная от промежуточного структурного яруса, наиболее спокойна.
Из сказанного следует, что за возраст платформы следует принимать возраст плаща осадков первых эпиконтинентальных бассейнов, развивающихся на полуплатформенной структуре, а не возраст фундамента и не возраст первых осадочных толщ, развивающихся на последнем, как это обычно принимается в настоящее время. Таким образом, время формирования Русской платформы определится от среднего девона до нижней юры, Западно-Сибирской платформы соответственно от нижней юры до мела, а возраст Восточно-Сибирской платформы от верхнего протерозоя до нижнего кембрия включительно.
Платформы в процессе дальнейшего своего развития начинают в отдельных своих частях перерождаться и переходить в другие структурные формы, что особенно хорошо видно на примере наиболее древней Восточно-Сибирской платформы. Весьма интересна связь тектонического режима платформы с их возрастом. Так, если Западно-Сибирская платформа, как самая молодая, представлена слабо дислоцированными, часто почти горизонтально лежащими осадками верхнего структурного этажа, то на Русской платформе осадочный чехол платформы везде дислоцирован и местами довольно интенсивно. Особенно интенсивно дислоцированы осадки верхнего структурного этажа Восточно-Сибирской платформы. Структурные формы осадочного чехла этой платформы во многих районах так резко выражены, что они местами приобретают черты, не свойственные структурам платформенного типа, а приближаются к типу межгорновпадинных. В пределах Сибирской платформы развита интенсивная вулканическая деятельность, неизвестная в пределах двух других упомянутых выше платформ. Тунгусская впадина по характеру тектоники и проявлению вулканизма более близка к межгорным впадинам, чем к синеклизам, выделенным в пределах Западно-Сибирской низменности и Русской платформы.
Тунгусская впадина не является типично платформенной, а должна рассматриваться как структурный элемент, характеризующий перерождение структуры Сибирской платформы.
Часть Восточного Саяна и часть Прибайкалья, некогда явно входившие в состав Сибирской платформы, в настоящее время оказались вовлеченными в поднятие, и вошли в состав геоантиклиналов, окаймляющих Сибирскую платформу с юга и юго-востока. Таким образом, перерождение отдельных частей платформы происходит как через глубокие прогибы, так и через крупные поднятия окраинных частей платформы. Тенденция к перерождению намечается и в Русской платформе, в пределах весьма своеобразной структурной формы - Прикаспийской впадины, но эта тенденция здесь выражена не так ярко, как в Сибирской платформе.
Признаки перерождения совершенно не выражены в пределах Западно-Сибирской платформы. Такое сравнение позволяет сделать заключение о том, что платформенные структуры, так же как и другие крупные структурные элементы, возникают и исчезают на определенных этапах развития земной коры. Для понимания процессов, приводящих к перерождению структуры платформ, весьма интересна их сравнительная гравитационная характеристика.
Гравитационное поле Сибирской платформы в отличие от платформ Русской и Западно-Сибирской является отрицательным, характеризуясь средней величиной минус 38 мгл, в то время как гравитационное поле Русской платформы измеряется средней величиной плюс 6 мгл. Гравитационное поле юга Сибирской платформы характеризуется средней величиной минус 70 мгл.
Западное и Восточное Забайкалье характеризуются средней аномалией Буге минус 105 мгл, отличаясь от Сибирской платформы на 67 мгл. Таким образом, Восточное и Западное Забайкалье по средней величине аномалий Буге отличаются от Сибирской платформы в целом примерно так же, как юг Сибирской платформы от Русской платформы. Мощность земной коры Русской платформы в районе Тулы оценивается цифрой порядка 30 км, на юге Сибирской платформы в районе г. Иркутска 40-45 км, в Западном Забайкалье в районе восточного побережья озера Байкал 65-70 км. Из приведенных цифр видно, что в первом приближении различия в средних аномалиях Буге находятся в довольно тесной и прямой зависимости от мощности земной коры сравниваемых регионов. Нарастание мощности земной коры Сибирской платформы по сравнению с Русской платформой свидетельствует о наличии длительной тенденции к воздыманию этой территории, которая, по-видимому, связана с процессом нарастания легкого сиалевого вещества, обусловливающего воздымание рассматриваемой территории. С этой точкой зрения вполне увязывается и резкое увеличение в Прибайкалье мощности земной коры.
Прогибание Русской платформы можно проследить на всех этапах истории ее развития - в палеозое, мезозое и кайнозое.
В четвертичное время, когда развились великие континентальные ледники, Русская платформа также испытывала погружение. Только с послеледникового времени она испытывает общее поднятие.
Большая же часть Сибирской платформы, начиная с девона и по наши дни, переживает преимущественно континентальный этап развития, являясь все время областью относительно приподнятой. Известное нарушение в этой закономерности создают Тунгусская и Вилюйская синеклизы. Таким образом, геологическая история развития вполне увязывается с данными гравиметрической разведки, показывает, что перерождение структуры Сибирской платформы происходит на фоне ее общего воздымания.
По-видимому, анализ структурного плана платформы следует производить, с одной стороны, путем выявления основных тектонических тенденций, заложенных в полуплатформенной структуре, в среднем, промежуточном, структурном этаже, и с другой - путем выявления тектонических закономерностей, приведших к созданию платформенного чехла. Иными словами, тектоника платформенного чехла зависит от закономерностей развития тектонического плана среднего структурного этажа, продолжающего развиваться под платформенным чехлом и непосредственно влияющего на него, а также от закономерности развития платформы как единого геологического тела.
В соответствии с изложенным за современные границы платформы принимаются границы распространения осадков чехла. Для случая Сибирской платформы граница проводится на юге по контуру распространения отложений кембрийской системы, на востоке по контуру распространения мезозойских осадков платформенного типа - по их контакту со складчатостью Верхоянского горного сооружения геосинклинального типа, на севере по контакту осадков верхнего палеозоя платформенного типа с каледонскими складчатыми сооружениями. Западная граница этой 'платформы проводится по контакту палеозойских отложений этой платформы с осадочным чехлом Западно-Сибирской платформы. Кроме того, выделяются зоны, которые в кембрии входили в состав прогиба и заполнялись осадками кембрийского моря, но в последующем вошли в состав окружающих платформу геоантиклиналов. Этим зонам дано название зон платформы вовлеченных в поднятие геоантиклиналов.
Западные окраины Восточно-Сибирской платформы продолжаются под осадочным чехлом Западно-Сибирской платформы, граница которой проводится по предполагаемому глубинному разлому, возникшему на этапе палеозойского развития, местами отстоящему от р. Енисей почти на 300 км. В этой зоне под мезокайнозоем должны встретить палеозойский чехол Восточно-Сибирской платформы.
ВНИИГеофизика
Рис. 1. Принципиальная схема строения земной коры для различных региональных геологических структур.
1 - глубинные разломы; 2 - разломы типа надвига. Примерный вертикальный масштаб: выше уровня моря 1 см-2 км; ниже уровня моря 1 см -10 км.
Рис. 2. Примерный вертикальный масштаб: выше уровня моря 1 см-2 км; ниже уровня моря 1 см -20 км.
