Каледониды Казахстана и Северного Тянь-Шаня: строение, тектоническая эволюция и процессы формирования континентальной коры

Основные защищаемые положения

1. 
   В каледонидах Казахстана и Северного Тянь-Шаня выделены протяженные Сарыаркинский и Чингиз-Северотяньшаньский вулканические пояса, испытавшие вторичные деформации. В строении поясов принимают участие главным образом изверженные породы раннепалеозойских островодужных систем различных типов и сопряженных с ними бассейнов с океанической корой.
   
2. 
   Сарыаркинский вулканический пояс имеет сложную покровно-складчатую структуру и сформирован в результате тектонического совмещения (в середине аренига и середине лланвирна) комплексов ранне-среднекембрийской и позднекембрийско-раннеордовикской энсиматических островных дуг и бассейнов с океанической корой.
   
3. 
   Чингиз-Северотяньшаньский вулканический пояс характеризуется достаточно простой складчатой структурой и образован средне-позднеордовикскими вулканическими и плутоническими ассоциациями энсиалической островной дуги, которые залегают на гетерогенном фундаменте, сложенном комплексами Сарыаркинского пояса и докембрийскими сиалическими образованиями.
   
4. 
   Континентальная кора Чингизского сегмента каледонид Казахстана в ее верхней части представлена породами раннепалеозойских островодужных систем и аккреционных призм, участвующих в строении Сарыаркинского и Чингиз-Северотяньшаньского вулканических поясов, а также средне-позднепалеозойскими континентальными изверженными породами. Глубинные горизонты коры этого сегмента сложены преимущественно базитовыми породами раннепалеозойских надсубдукционных комплексов.
   
5. 
   Верхняя часть континентальной коры Степнякского сегмента каледонид Казахстана представлена породами средне-позднеордовикских островодужных комплексов Чингиз-Северотяньшаньского пояса и рифтогенными кислыми вулканитами раннего ордовика. Средние горизонты коры сложены сиалическими породами рифея, раннего протерозоя и, вероятно, архея, а нижние горизонты - позднедокембрийскими изверженными породами преимущественно основного состава.
   

Диссертационная работа подготовлена в Лаборатории геодинамики позднего докембрия и фанерозоя Геологического института РАН при благожелательной поддержке ее заведующих А.А. Моссаковского† и С.А. Куренкова†, которым автор искренне признателен.

Автор благодарен своим коллегам из Лаборатории геодинамики позднего докембрия и фанерозоя и других лабораторий Геологического института РАН: М.Л. Баженову, С.В. Дубининой, Н.Б. Кузнецову, А.Б. Кузьмичеву, Н.М. Левашовой, М.В. Лучицкой, Г.Е. Некрасову, С.В. Руженцеву, А.В. Рязанцеву, Г.Н. Савельевой, С.Г. Самыгину, С.Д. Соколову, А.А. Третьякову, А.А. Федотовой, Е.В. Хаину, Т.Н. Херасковой, А.С. Якубчуку, а также сотрудникам кафедры региональной геологии и истории Земли Геологического факультета МГУ В.И. Борисенку, Ал.В. Тевелеву, В.С. Милееву, А.М. Никишину и др. за очень полезные консультации на разных этапах написания диссертации.

Проведение полевых работ в Казахстане и на Тянь-Шане было бы невозможно без участия в них М.Л. Баженова, Н.М. Левашовой, А.В. Миколайчука, О.И. Никитиной, А.Р. Орловой, А.В. Рязанцева, А.А. Третьякова, Т.Ю. Толмачевой, К.Н. Шатагина, А.С. Якубчука, которых автор сердечно благодарит.

Получение новых геохронологических и изотопно-геохимических данных явилось результатом совместных работ с сотрудниками Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН К.Н. Шатагиным и Института геологии и геохронологии докембрия РАН А.Б. Котовым, В.П. Ковачем, Е.Б. Сальниковой, которым автор выражает глубокую признательность и надеется на дальнейшее плодотворное сотрудничество.

В проведении биостратиграфических исследований принимали участие С.В. Дубинина, Л.А. Курковская, А.Р. Орлова, Т.Ю. Толмачева, которым автор искренне признателен.

Особую благодарность автор хочет выразить М.В. Лучицкой, взявшей на себя труд прочтения многих глав диссертации, и А.В. Рязанцеву, с которым неоднократно обсуждал многие аспекты работы и проводил полевые работы в течение более 20 лет.

Особую благодарность автор хочет выразить М.В. Лучицкой, взявшей на себя труд прочтения многих глав диссертации, и А.В. Рязанцеву, с которым в течение более 20 лет проводил совместные полевые работы и неоднократно обсуждал многие аспекты работы.

Огромная поддержка при проведении полевых работ была оказана автору и его коллегам руководством (Ю.А. Трапезниковым†, Г.Г. Щелочковым и А.К. Рыбиным) и всем коллективом Научной станции РАН в г. Бишкеке, которым автор хочет выразить свою искреннюю признательность.

Автор выражает свою благодарность В.А. Котову и Н.А. Голионко, которые оказали большую помощь в подготовке работы.

Исследования Работы по теме диссертации проводились при финансовой поддержке РФФИ (проекты 00-05-64646, 03-05-64782, 06-05-65311) и Программ фундаментальных исследований ОНЗ РАН: «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского складчатого пояса: от палеоокеана к континенту» (2003-2005 гг.), «Центрально-Азиатский подвижный пояс: геодинамика и этапы формирования земной коры» (2006-2008 гг.), «Строение и формирование основных типов геологических структур подвижных поясов и платформ» (2009-2011 гг.).

ВВЕДЕНИЕ

Структура палеозоид Казахстана и Северного Тянь-Шаня

В строении палеозоид Казахстана и Северного Тянь-Шаня участвуют сиалические массивы с докембрийской континентальной корой, а также комплексы палеозойских активных континентальных окраин различных типов. Формирование структуры палеозоид Казахстана и Северного Тянь-Шаня связано с несколькими этапами каледонских и варисцийских деформаций. В ходе варисцийского тектогенеза общий структурный рисунок этой области определялся коллизией Восточно-Европейского, Сибирского и Таримского континентальных блоков, которая сопровождалась «раздавливанием» расположенных между ними палеозойских складчатых систем. Отражением этих дислокаций явилось формирование Казахстанского ороклина – крупной горизонтальной складки, в которую деформированы палеозойские и более древние складчатые зоны. Подобные структуры являются характерными элементами тектоники латерального выжимания, проявляющейся при коллизионном взаимодействии крупных континентальных блоков. Особенностью Казахстанского ороклина является его формирование в условиях продольного изгиба складчатых структур в горизонтальной плоскости, что может быть связано с отсутствием жесткого блока во внутренней части ороклина [Копп, 1997; Рязанцев, 2001].

Казахстанский ороклин, сформировавшийся в результате нескольких фаз варисцийских деформаций, маркируется Казахстанским девонским и Балхаш-Илийским позднепалеозойским вулкано-плутоническими поясами, которые обрамляют внутреннюю Джунгаро-Балхашскую варисцийскую складчатую область. Девонский пояс первоначально имел очертания близкие к прямолинейным, а его изгибание, начавшееся в среднем девоне продолжалось до конца палеозоя [Levashova et al, 2003; Abrajevich et al., 2007, 2008]. Эволюция позднепалеозойского пояса началась на фоне продолжающихся варисцийских деформаций, поэтому его первичные очертания, скорее всего, были не прямолинейными. Последовавшие в конце палеозоя деформации привели к еще большему ороклинальному изгибанию этого пояса и уменьшению радиуса его кривизны. В раннем триасе Казахстанский ороклин был нарушен серией крупных северо-западных правых и субширотных левых сдвигов, которые еще более исказили первичную структуру палеозоид и вызвали дополнительное поперечное сокращение ороклина [Читалин, 1991; Chitalin, 1996].

Девонские и позднепалеозойские комплексы вулкано-плутонических поясов представлены континентальными вулканогенными и вулканогенно-осадочными толщами, имеющими достаточно простую складчатую структуру, для которой характерны крупные брахиморфные складки с падениями пластов на крыльях под углами не более 30-40˚. Эти комплексы со стратиграфическим и угловым несогласием залегают на подстилающих нижнепалеозойских и докембрийских образованиях. Следовательно, изгибу в горизонтальной плоскости, в результате которого образовался Казахстанский ороклин, подвергались как средне-позднепалеозойские вулкано-плутонические пояса, так и более древние структуры фундамента этих поясов. Поэтому при реконструкции каледонской структуры Казахстана и Северного Тянь-Шаня необходимо учитывать наложенные варисцийские и киммерийские деформации, которые привели к ороклинальному изгибу всех более древних структур и смещению их сегментов по крупным сдвигам.

Докембрийские и нижнепалеозойские комплексы, кроме средне-позднепалеозойских деформаций, связанных с образованием Казахстанского ороклина, подверглись интенсивным раннепалеозойским дислокациям, среди которых наибольшее значение имеют системы тектонических покровов, крупные сдвиги и изоклинальные горизонтальные складки. Каледонские структуры в пределах Казахстана, Северного и Срединного Тянь-Шаня образованы комплексами, формирование которых происходила как на континентальной (сиалические массивы, перекрытые терригенно-карбонатными чехлами, рифтогенные зоны, энсиалические островные дуги), так и на океанической (энсиматические островные дуги, океанические бассейны) коре.

При рассмотрении каледонских структур Казахстана, Северного и Срединного Тянь-Шаня от внешних частей ороклина к внутренним наиболее крупными из них являются следующие: Ишим-Нарынская зона, зона массивов с докембрийской континентальной корой, Сарыаркинский вулканический пояс, массивы с докебрийской континентальной корой, Ерементау-Бурунтауская зона, Чингиз-Северотяньшаньскй вулканический пояс, Ескембай-Балкыбекский офиолитовый пояс, Байдаулет-Акбастауский вулканичеаский пояс, Джунгаро-Балхашская область (рис. 1):

1 – докембрийские сиалические массивы и их V-O чехлы; 2 – Ишим-нарынская рифтогенная зона; 3 – Ерементау-Бурунтауская рифтогенная зона; 4-6 – раннепалеозойские вулканчиеский пояса; 4 – Сарыаркинский, 5 – Чингиз-Северотяньшаньский, 6 – Байдаулет-Акбастауский; 7 – Ескембай-Балкыбекский офиолитовый пояс; 8 – Джунгаро-Балхайская область варисцид; 9 – наиболее крупные раннепалеозойские тектонические покровы; 10 – наиболее крупные раннепалеозойские сдвиги; 11 – наиболее крупные средне-позднепалеозйоские сдвиги и надвиги. Цифры в кружках: 1-5 – сегменты Ишим-Нарынской зоны: 1 – Джаркаинагачский, 2 – Байконурский, 3 – Каратауский, 4 – Чаткальский, 5 – Нарынский; 6-13 – докембрийские сиалические массивы: 6 – Кокчетавский, 7 – Ишкеольмесский, 8 – Улутауский, 9 – Чуйско-Кендыктасский, 10 – Таласско-Каратауский, 11 – Северо-Тяньшаньский, 12 – Актау-Джунгарский, 13 – Жельтавский; 14, 15 – Восточный и Северо-восточный сегменты Сарыаркинского и Чингиз-Северо-Тяньшаньского поясов; 16 – Северный сегмент Сарыаркинского пояса; 17 – Северный сегмент Чингиз-Северо-Тяньшаньского пояса; 18 – Юго-восточный сегмент Сарыаркинского и Чингиз-Северо-Тяньшаньского поясов; 19 – Южный сегмент Чингиз-Северо-Тяньшаньского пояса; 20 – Южный сегмент Сарыаркинского пояса

Докембрийские массивы обладают многими общими чертами строения комплексов фундамента и чехла. Нижние части разреза фундамента массивов образованы в основном нижнерифейскими, реже нижнепротерозойскими, метаморфическими комплексами (Кокчетавский, Улутауский, Ишкеольмесский массивы); в ряде случаев можно предполагать присутствие архейских образований (Степнякская зона) [Филатова, 1983; Ранний докембрий …, 1993; Kröner et al., 2008]. Верхнерифейские образования в пределах большинства массивов представлены эффузивами и вулканогенно-осадочными породами кислого состава повышенной щелочности. Венд-нижнеордовикские комплексы, слагающие чехол докембрийских массивов, имеют в большинстве случаев терригенно-карбонатный, реже кремнисто-сланцевый состав [Никитин, 1972; Чу-Илийский …, 1980; Геология …, 1987; Спиридонов, 1987]. Отличительной особенностью Степнякской зоны является присутствие в основании ее палеозойского разреза контрастной риолит-базальтовой серии нижнего ордовика [Дегтярев и др., 2008].

Сарыаркинский пояс с внутренней стороны ороклина сопряжен с различными докембрийскими и раннепалеозойскими структурами. В западной части Казахстана и на Северном Тянь-Шане к ним относятся рифтогенные зоны и массивы с докембрийской континентальной корой, а на северо-востоке и востоке Казахстана – вулканические и офиолитовые пояса.

На северо-востоке и востоке Казахстана Сарыаркинский и Чингиз-Северотяньшаньский пояса с внутренней стороны ороклина сопряжены с Ескембай-Балкыбекским офиолитовым и Байдаулет-Акбастауским вулканическим поясами.

В Джунгаро-Балхашской варисцйской складчатой области каледонские комплексы приурочены к узким сложно построенным зонам (Тектурмасская, Северо-Балхашская, Агадырская), возникновение которых связано с варисцийскими деформациями. Нижнепалеозойские образования этих зон представлены различными частями офиолитовых разрезов раннего-среднего ордовика, среднего-позднего ордовика и позднего ордовика-раннего силура, которые представляют собой фрагменты коры крупного океанического бассейна [Якубчук и др., 1989; Якубчук, 1991; Дегтярев, 1999; Тевелев и др., 2003].

Таким образом, в строении палеозоид Казахстана и Северного Тянь-Шаня участвуют допалеозойские и палеозойские комплексы, формировавшиеся в различных геодинамических обстановках. При этом палеозойские образования в основном являются реликтами различных окраинно-континентальных структур. В раннем палеозое значительную роль играют покровные дислокации, проявление которых связано с коллизией островных дуг с докембрийским континентальным блоком или друг с другом и закрытием бассейнов с океанической корой. В среднем-позднем палеозое произошло образование крупной горизонтальной складки – Казахстанского ороклина, в которую были деформированы и все более древние структуры. Формирование структуры палеозоид Казахстана и Северного Тянь-Шаня завершилось в конце палеозоя-начале мезозоя, когда ороклин был рассечен системой крупных сдвигов, преимущественно, северо-западного и субширотного простираний.
ЧАСТЬ I