Учебное пособие для студентов геологических специальностей высших учебных заведений

Галогенная формация, по определению А.А. Иванова (1977), понимается как «пространственно развитое крупное геологическое тело (комплекс отложений), сложенное свитами, толщами галогенных пород, иногда называемых хемогенными (гипсы, ангидриты, соли и др.), с которыми парагенетически связаны так называемые несоляные породы (галопелиты, аргиллиты, мергели, карбонатные породы, алевролиты, песчаники и др.)».

Особенности состава, строения и формирования галогенных формаций описаны в работах А.А.Иванова, Ю.Ф.Левицкого, М.А.Жаркова, М.П.Фивега, Н.М.Страхова, С.М.Кореневского, А.Л.Яншина, В.С.Лучникова, Л.Г.Гаврильчевой, И.Н.Тихвинского, Д.П.Хрушова, В.В.Благовидова, Г.А.Мерзлякова, В.И.Копнина, А.И.Азизова, В.И.Седлецкого, Ю.В.Баталина, Е.Ф.Станкевича, Г.А.Беленицкой, Э.А.Высоцкого, Р.Г.Гарецкого, В.З.Кислика, В.С.Конищева, С.М.Обровец, Д.М.Ерошиной и др.

Классификация галогенных формаций была разработана А.А.Ивановым (1972) на основе парагенезов слагающих их пород, с учетом условий образования пород и особенностей их седиментационных преобразований. Он подразделил галогенные формации на три группы и дал им названия по главным породам галогенного ряда: гипсо-ангидритовые, соленосные и калиеносные. Гипсо-ангидритовые составляют около 70% всех формаций, соленосные –20% и калиеносные   10%. По показателям максимально достигнутой интенсивности галогенеза и содержанию негалогенных (терригенных или карбонатных) пород эти группы формаций были им подразделены на типы: галогенно-калиеносный, галитовый, карбонатно-сульфатный и терригенно-сульфатно-карбонатный.

Галогенно-калиеносные формации накапливались в условиях аридного климата в лагунах, крупных морских заливах виррильского типа и морских бассейнах, сообщавшихся с океаном через ряд полуизолированных промежуточных бассейнов.

В зависимости от состава компонентов – галогенных (соляных и гипсово-ангидритовых) и негалогенных (карбонатных, мергельных и песчано-глинистых)   и их количественного соотношения формации указанных типов подразделяются на субформации.

Мощности галогенных формаций и площади их распространения колеблются в широких пределах. Их мощности изменяются от первых десятков метров до 3-4 км, площади распространения – от первых тысяч (неогеновая формация Предкарпатского прогиба, раннепермская формация Верхнепечорского и Верхнекамского бассейнов) до 2-3 миллионов квадратных километров (нижнекембрийская галогенная формация Сибирской платформы). Галогенные формации распространены в широком стратиграфическом диапазоне, в то же время четко выделяются периоды максимальной интенсивности галогенеза: ранний кембрий, средний поздний девон и пермь.

Размещение галогенных формаций в структуре земной коры имеет четкий тектонический контроль. Они распространены преимущественно в пределах платформ и приурочены к крупным отрицательным структурам земной коры: внутриконтинентальным, межконтинентальным и окраинноконтинентальным рифтовым зонам и образованным над ними синеклизам и зонам перикратонных опусканий, окраинным синеклизам и краевым прогибам, иногда к межгорным прогибам складчатых областей. Накапливались они в этапы наиболее интенсивного погружения этих структур.

Структурные условия накопления галогенных формаций определяют их морфологию. Галогенные формации рифтовых зон, краевых и межгорных прогибов имеют вытянутую форму, их протяженность во много раз превышает ширину. Галогенные формации внутренних и краевых впадин платформ имеют близкую к изометричной форму площади при очень больших размерах.

Изучая галогенные толщи Северной Америки, В.К.Крумбейн (1951) выделил четыре типа взаимоотношений галогенных формаций с подстилающими и покрывающими отложениями (рис. 19): галогенная формация 1) залегает между образованиями морского генезиса; 2) залегает на морских и перекрывается континентальными красноцветными отложениями 3) залегает на континентальных красноцветных и перекрывается морскими отложениями; 4) располагается среди континентальных красноцветных отложений.

Первый тип взаимооотношений соответствует развитию осадочного процесса, при котором морские условия накопления осадков сменяются лагунными, а затем вновь морскими. Это является следствием обычно неоднократного прекращения и возобновления связи солеродного бассейна через тектонические и вулканические пороги с питающими бассейнами и с мировым океаном. Такие формации характерны для инундационных частей вертикальных формационных рядов и образуются во внутриконтинентальных и межконтинентальных рифтах. Примерами таких формаций могут быть девонские галогенные формации Припятско-Днепровско-Донецкого палеорифта на Восточно-Европейской и Вилюйско-Патомского палеорифта на Сибирской платформе. Такова же миоценовая соленосная формация межконтинентального Красноморского рифта и Суэцкого грабена. Аналогичными были условия накопления миоценовой галогенной формации Средиземного моря, связь которого с океаном через Гибралтарский прогиб неоднократно прерывалась, что приводило к высыханию моря и накоплению солей полициклической галогенной формации в его наиболее погруженных частях.

При втором типе взаимоотношений накопление галогенных осадков было приостановлено поступлением в солеродный бассейн большого количества обломочного материала с водными потоками с окружающей суши. Такие формации характерны для регрессивной стадии тектоно-седиментационных циклов и накапливались они в орогенные стадии в краевых прогибах и синеклизах платформ. Примерами таких формаций являются нижнекембрийская галогенная формация Сибирской платформы и кунгурская галогенная формация Предуральского краевого прогиба и Прикаспийской впадины, а также нижнепермская соленосная формация Днепровско-Донецкого прогиба. Они подстилаются морскими отложениями, перекрыты континентальными красноцветными породами молассовой формации и накопились в орогенные стадии каледонского и герцинского тектонических этапов.

При третьем типе взаимоотношений галогенные формации подстилаются континентальными и перекрываются морскими отложениями и, следовательно, при их накоплении континентальные условия осадконакопления сменялись лагунными, на смену которым пришли морские условия осадконакопления. Подобные формации накапливались в трансгрессивные стадии тектоно-седиментационных циклов. Примерами таких формаций могут служить юрские и нижнемеловые формации периферии Атлантического океана. Формирование океана началось с образования рифтов, выполненных мощными толщами обломочных континентальных отложений. При последующем поступлении вод мирового океана в пределы рифта образовался крупный морской залив. В результате неоднократного прекращения или затруднения связи этого залива с мировым океаном в нем в юрское и раннемеловое время накопились галогенные формации. Позднее рифтогенез сменился спредингом с образованием океана и галогенные формации, оказавшиеся по его периферии на окраинах Африканского, Южно-Американского, Северо-Американского и Европейского континентов, были погребены морскими карбонатными и терригенными формациями шельфа и континентального склона.

К четвертому типу относятся разрезы, в которых галогенные отложения залегают среди континентальных красноцветных пород. Накопление галогенных осадков в этих случаях происходило в континентальных или лагунных условиях. Такие формации развиты преимущественно в межгорных впадинах и характерны для мезозойских и кайнозойских отложений. Подобные галогенные формации маломощные, представлены чаще гипсом и ангидритом и лишь в редких случаях содержат залежи каменной соли. Иногда они формируются за счет растворения солей в сводах соляных куполов и их переотложения в прислоненных компенсационных синклиналях. Таковы соленосные отложения в уфимских, казанских и татарских красноцветных и пестроцветных терригенных отложениях молассовой и молассоидной формации Прикаспийской впадины.

Различия во взаимоотношениях галогенных формаций с вмещающими отложениями отмечается не только по разрезу, но и в латеральном ряду, при этом замещение в этом ряду может быть симметричным и асимметричным.

Асимметричная зональность особенно характерна для галогенных формаций краевых частей платформ. Примером асимметричного распределения осадочных комплексов может служить кембрийская галогенная формация Сибирской платформы (Жарков, 1966). Здесь в направлении с юго-запада на северо-восток прослеживается фациальный ряд, имеющий последовательность толщ: красноцветная – соленосная – ангидрито-доломитовая – доломитовая – известняковая – известняково-сланцевая (рис. 20). Асимметричная зональность характерна также для галогенных формаций краевых прогибов. Так, в кунгурской галогенной формации Предуральского краевого прогиба ее западная часть сложена карбонатно-ангидритовыми породами, в центральной части распространены собственно соленосные отложения, восточная часть, расположенная на восточном склоне Урала, сложена преимущественно обломочными породами с небольшим количеством прослоев гипса.

Для галогенных формаций внутриплатформенных структур типа авлакогенов и рифтов характерна симметричная смена осадков. Так, в Припятско-Днепровско-Донецком авлакогене в франской, фаменской и нижнепермской соленосных формациях от центральных частей к периферии наблюдается последовательность: соленосная формация, содержащая пласты и пачки калийных солей, ангидрито-доломитов и терригенных пород, сменяется терригенно-карбонатными отложениями, а последние, в свою очередь, прибрежными песчано-глинистыми образованиями.

Полезные ископаемые галогенных формаций – каменные и калийные соли, самородная сера, бораты, бишофит, целестин, флюорит.

Класс кремнистых (силицитовых) формаций объединяет формации, в которых значительная роль принадлежит силицитам (яшмам, спонголитам, радиоляритам, трепелам, опокам). В качестве второстепенных членов парагенезов в них присутствуют известняки, глины (глинистые сланцы), пирокластические породы и лавы, железистые породы. Кремнистые формации известны в отложениях докембрия, палеозоя, мезозоя и кайнозоя и развиты преимущественно в геосинклинальных областях. К геосинклинальным относятся яшмовая, кремнисто-сланцевая, кремнисто-железистая (джеспилитовая), углеродисто-кремнистая и кремнисто-диатомитовая формации. К орогенным принадлежит туфодиатомитовая формация, к платформенным – опоковая. Ниже они описаны по данным Э.Н.Янова (1984).

Яшмы состоят из довольно однородной микро или криптокристаллической халцедоново-кварцевой массы и содержат небольшое количество опала. Характерны остатки радиолярий, изредка встречаются спикулы кремниевых губок. Довольно широко развиты глинистые разности.

Существуют две конкурирующие гипотезы образования яшмовых формаций: батиметрического контроля и вулканогенная. Сторонники первой гипотезы считают, что яшмы накапливались в абиссали, поэтому они бескарбонатны, что объясняется растворением кальцита на глубине. Они сопоставляются с современными радиоляриевыми илами, которые накапливаются на глубине более 4600-5000 м в экваториальной зоне океана. Согласно вулканогенной гипотезе образования яшм вынос кремнезема происходил при подводных извержениях за счет взаимодействия раскаленной лавы и пирокластов с морской водой, а затем при газово-гидротермальном выносе вещества. Яшмы накапливаются в различных, но не абиссальных глубинах, и иногда чередуются с мелководными осадками.

Кремнисто-сланцевая формация, которую иногда называют фтанитовой, сложена темноокрашенными кремнистыми сланцами (кремнисто-глинистыми, кремнисто-туфовыми, или более чистыми яшмовидными). Сланцы углистые, нередко битуминозные. Кремнистые сланцы переслаиваются с глинистыми и углисто-глинистыми, местами в них появляются пачки и толщи туфов, граувакк, линзовидные слои известняков, прослои типичных «сургучных» яшм.

Кремнисто-сланцевые формации, как и яшмовые, отлагались в морских условиях на разной глубине (от сравнительно мелководных в архипелагах вулканических островов до более глубоководных, но не абиссальных). Их образование связано с подводным вулканизмом, но, по мнению Н.С.Шатского, они могут быть удалены от зон вулканических извержений дальше (на 50-100 км), чем яшмовая формация.

По мнению одних исследователей (Белевцев и др., 1957, 1959), кремнисто-железистые формации имеют осадочное происхождение, и железистые кварциты накапливались в небольших внутренних прогибах геосинклиналей в результате поступления с окружающей пенепленизированной суши в виде гелей огромных масс железа и кремнезема, образованных при химическом выветривании преимущественно основных пород. Другие связывают их образование с подводной и наземной вулканической деятельностью. Вероятнее всего, существуют и осадочные и вулканогено-осадочные кремнисто-железистые формации.

Углеродисто-кремнистые формации накапливались в проливообразных морских бассейнах, ограниченных подводными барьерами, в резко восстановительной среде при сероводородном заражении и пониженной циркуляции вод.

Кремнисто-диатомитовые формации накапливались в морских условиях при относительно небольших глубинах в эпохи снижения тектонической активности и вулканической деятельности, при этом пирокластический материал поступал из относительно удаленных источников. Обилие тонких витрокластических туфов способствовало развитию кремнистого планктона.

Породы формации первоначально, видимо, представляли собой диатомовые илы, накопившиеся в открытых морских бассейнах, и являются относительно мелководными образованиями (не более 100-150 м). Они формировались в эпохи пенепленизации окружающей суши, трансгрессии и смены трансгрессий регрессиями. Обычно они накапливались в условиях гумидного климата и интенсивного химического выветривания, недалеко от участков суши, откуда шло поступление растворенного кремнезема и тонкой терригенной муки (Каледа, 1966)

Опоковые формации распространены в верхнемеловых и палеогеновых отложениях. Примерами опоковой формации могут служить кремнистые толщи верхнего турона и сантона северного крыла Днепровско-Донецкого прогиба, северного Подмосковья, палеогена южной части Волго-Уральской области и Зауралья, сенонские отложения Парижского бассейна и др.

Породы кремнистых формаций широко используются в качестве полезных ископаемых: декоративных и технических камней (яшмы), абразивных материалов (новакулиты), как адсорбционный материал для очистки минеральных и пищевых масел (опока, трепел), в металлургии (ферросилиций) и т.д. С этими формациями связаны месторождения железа (джеспилиты), марганца, фосфоритов, молибдена, ванадия и урана. Формация железистых кварцитов служит основной железорудной базой (КМА, Кривой рог и др.). Месторождение железистых кварцитов (Околовское) открыто в кристаллическом фундаменте.

Магматические и метаморфические формации слагают консолидированную земную кору, магматические формации развиты также в осадочном чехле, поэтому большая часть земной коры образована именно магматическими и метаморфическими формациями. Состав и строение магматических и метаморфических формаций отражают процессы, протекающие как в земной коре, так и мантии, поэтому они представляют особый интерес для понимания эволюции геосфер Земли. Магматические и метаморфические формации содержат разнообразные полезные ископаемые, что определяет практическое значение их изучения, при этом часто полезные ископаемые приурочены к пневмато-гидротермальным формациям, которые тесно связаны с магматическими и метаморфическими формациями.

Истоки учения о магматических формациях уходят к середине XIX в., когда в геологических сочинениях появляются упоминания о группах, сериях или свитах изверженных пород, обнаруживающих общие черты. Термин «формация» при описании магматических пород был использован Ф.Ю.Левинсон-Лессингом в 1886 г при описании олонецкой диабазовой формации Беломорья, а позже, в 1900 г. им была описана габбро-пироксенит-дунитовая формация Денежкина Камня на Урале. В прошлом веке большой вклад в изучение магматических формаций внесли такие исследователи, как Ф.Тернер и Д.Ферхуген, Г.В.Тиррель, А.Н.Заварицкий, Ю.А.Билибин, Г.Штейманн, Ю.А.Кузнецов, Н.С.Шатский, Н.Л.Херасков, А.А.Полканов, Е.К.Устиев, Г.Д.Афанасьев, Ю.М.Шейнманн, Д.С.Штейнберг, Л.С.Бородин, В.Л.Масайтис, В.Н.Москалева, В.И.Попов, Т.И.Фролова, Н.А.Румянцева, Н.П.Михайлов, К.А.Шуркин и многие другие.

В основу формационного анализа ставилось изучение повторяемости отдельных разновидностей пород, единства их магматического источника, сходства химизма и металлогенических особенностей.

Е.К.Устиев (1970) от имени многих исследователей магматизма при определении понятия «магматическая формация» предлагал учитывать следующие необходимые условия: 1) закономерная повторяемость устойчивых по составу (часто и по количественным соотношениям) магматических сообществ; 2) парагенетическая связь всех членов сообщества, которая является следствием либо единства магматического источника, либо общего структурообразующего и породообразующего процесса; 3) единства структурно-геологического положения и тектонического режима формирования; 4) связь с единым этапом тектоно-магматической эволюции; 5) сходство петрографических, петрохимических и металлогенических признаков. На основании этого он считал, что «магматическая формация – это закономерно повторяющееся сообщество преимущественно монофациальных магматических пород и связанных с ними метаморфических и гидротермальных образований, возникшее в общих структурно-геологических условиях при одинаковом тектоническом режиме в связи с единым этапом тектоно-магматической эволюции. Отношение между всеми членами одной магматической формации определяется единством либо магматического источника, либо только структурообразующего и породообразующего процессов».

С появлением монографии Ю.А.Кузнецова (1964) учение о магматических формациях окончательно оформилось в качестве самостоятельного раздела учения о геологичеких формациях и приобрело большую популярность среди советских петрологов. Метод формационного расчленения магматических образований и анализа магматических формаций был взят на вооружение не только научными, но и производственными организациями. Наиболее крупным достижением формационного анализа магматических образований является карта магматических формаций СССР, составленная коллективом ВСЕГЕИ, а также ряд монографических работ, среди которых наиболее значительными являются двухтомник «Магматические формации СССР» (1979) и трехтомник «Магматические формации раннего докембрия территории СССР» (1980).

При формационном анализе магматических образований магматическая формация понимается как естественная ассоциация изверженных пород, – эффузивных и (или) интрузивных,   закономерно проявляющихся в определенной геологической обстановке в ходе формирования однотипных тектонических элементов земной коры.

В целях научного обобщения и систематизации Ю.А.Кузнецов (1964) ввел самостоятельный термин «формационный тип», относящийся к тождественным или близким по составу формациям, свойственным для однотипных, но разновозрастных и часто весьма удаленных друг от друга структур.

«Формационный тип – термин, отвечающий абстрактному понятию, в котором обобщены главные особенности, свойственные ряду тождественных или близких по составу конкретных магматических комплексов, которые могут иметь различный возраст и могут залегать в различных и зачастую удаленных друг от друга, но однотипных геологических структурах. Формационные типы, следовательно, отличаются друг от друга, прежде всего, характерными наборами пород, некоторыми особенностями их петрохимии и минерального состава, металлогенической специализацией и приуроченностью к определенным типам геологических структур» (Кузнецов, 1964).

Формации объединяются в ряды (временной ряд, формационный ряд). Под формационным рядом понимается совокупность формаций, характеризующих тот или иной геодинамический режим в истории развития отдельных крупных структур земной коры и последовательно сменяющих друг друга во времени.

Е.К.Устиев предложил иерархию понятий для оценки рангов сообществ магматических пород: магматическое тело – комплекс – формация (и субформация) – ряд формаций – группа формаций – серия формаций – система формаций. Области распространения ряда формаций соответствуют структурно-формационной зоне, группе и серии формаций отвечает петрографическая область, системе формаций – петрографическая провинция.

Формации классифицируются на основе различных признаков, главным из которых является состав горных пород, существенными признаками являются также геолого-структурное положение, морфология и внутреннее строение формаций. Свое название формация обычно получает по преобладающей горной породе (например, базальтовая, гранитная, трапповая и др.) или по двум-трем главнейшим разновидностям (дунит-гарцбургитовая, тоналит-плагиогранит-гранодиоритовая, нефелиновых и щелочных сиенитов и др.).

Магматические формации являются продуктам трех типов магм: ультрабазитовой, базальтовой и гранитной и все многообразие формаций определяется дифференциацией магм, их смешением и асиммиляцией магматическим расплавом вмещающих пород.

Систематика магматических формаций на основе их вещественного состава была разработана В.Г.Поляковым, А.Ф.Белоусовым, В.Н.Довгаль и др. (1976). Все магматические формации они делят на плутонические и вулканические. Среди плутонических формаций выделяются: ультрабазитовые; сложные существенно ультрабазитовые, базитовые; сложные существенно базитовые, гранитоидные, сложные существено гранитоидные; сиенитоидные; сложные существенно сиенитоидные, а среди вулканических  –базальтоидные, сложные существенно базальтоидные, риолитоидные, щелочно-салические базальтоидно-трахитовые.

Предложено много классификаций для базальтоидных, гранитоидных и щелочных групп формаций, при этом наменования формаций существенно различаются у разных авторов.

Поскольку магматические формации тесно связаны с глубинными процессами, их классификации нередко основаны на тектоническом принципе – приуроченности магматических формаций к основным структурным зонам земной коры и этапам их развития. Такие классификации были разработаны Ю.А.Билибиным, Ю.А.Кузнецовым, В.И.Поповым, Е.К.Устиевым и др.

Ю.А.Билибин выделял в геосинклинальных областях формации начала цикла (норит-трондьемитовая, анортозит-чарнокитовая, габбровая, гипербазитовая), середины цикла (гранитоидная с тремя субформациями, постгранитоидные – посторогенная диоритовая, посторогенная габбро-гранитовая, кенталлеритовая) и заключительной стадии цикла (эссекситовая и монцонитовая) и считал, что на платформах, и особенно на щитах платформ, ряд магматизма редуцирован.

Ю.А.Кузнецов также группировал формации исходя из их приуроченности к основным структурным зонам земной коры и этапам их развития. Он выделял формации собственно геосинклинальных этапов развития подвижных зон (спилито-кератофировая группа, габбро-плагиогранитная группа, гипербазитовая формация); орогенные формации (базальт-андезит-риолитовая, габбро-диорит-гранодиоритовая, гранитоидная группы), формации устойчивых областей (ряд эффузивно-интрузивных формаций, ряд формаций центральных интрузий и трубок взрыва), а также некоторые особые типы формаций щитов и ранних стадий развития древних платформ (ряд мигматитовых формаций, ряд габбро-гранитных формаций).

Эти и многие подобные им классификации основаны на классификации магматических формаций по тектоническому принципу с последующим их разделением по составу.

В отличие от осадочных формаций выделение магматических формаций основано на группировании пород, номенклатура которых хорошо разработана и каждое наименование породы подразумевает ее состав и структуру. Благодаря разработанной номенклатуре магматических пород, каждая магматическая формация, выделенная как парагенезис горных пород, несет в себе вполне определенное генетическое содержание.

Магматические формации на основании их кислотности и щелочности делятся на несколько групп: 1) группа формаций преимущественно ультраосновного состава (например, дунит-перидотитовая); 2) группа формаций, состоящих из ультраосновных и основных пород (например, перидотит-пироксенит-норитовая); 3) группа формаций, сложенных породами основного, среднего и ультраосновного (щелочного) составов (например, габбро-диоритовая, габбро-сиенитовая и др.); 4) группа формаций с преобладанием кислых пород (гранитовая, лейкогранитовая, аляскитовая и другие формации). Первая и последняя группы формаций являются наиболее дифференцироваными в сторону кислотности и в сторону основности, две средние группы смешанные, непрерывные. Наибольшие различия в кислотности пород характерны для формаций щелочного ряда (например, габбро-сиенит-гранитная формация и др.).

Габбро-диабазовая и анортозитовая формации характеризуются относительно выдержанным составом. В крупных дифференцированных плутонах в них появляются также кислые разности (до плагиогранитов) и ультрамафические (пикриты, клинопироксениты) породы, являющиеся второстепенными членами породных ассоциаций (до 10%). Строение формационных тел зависит от их размеров. Маломощные дайки, однородные по составу, различаются только структурой пород от центра к периферии тел; в крупных телах отмечается асимметрия – от более меланократовых пород в лежачем крыле к более лейкократовым в висячем.

С перидотит-пироксенит-норитовой и габбро-анортозитовой формациями связаны промышленные скопления хромитовых руд. Промышленные концентрации никелевых и медно-никелевых руд типичны для перидотит-пироксенит-норитовой, пироксенит-перидотитовой, верлит-габбровой формаций и интрузивных фаций базальт-долеритовой формации. Все формации габбровой группы являются титаноносными.

К ультрамафическо-мафической группе относятся также формации щелочных ультраосновных пород – сиенитов и карбонатитов. Среди них выделяются формации натриевого ряда, это маймеча-катуйский и уджинский комплексы на Сибирской платформе, африканда-ковдорский – на Кольском полуострове. Формациям калиевого ряда соответствует красномайский комплекс Центрального Казахстана, инаглинский и чадобецкий Сибирской платформы. Оба типа формаций характеризуются массивами с отчетливо выраженным зональным строением, дифференцированными по составу. В зависимости от размеров и глубины эрозионного среза их минерагения несколько различается. В целом для них характерны месторождения апатита, нефелина, редкометальное оруденение, вермикулит и др.

К мафитовым щелочным формациям относятся также формации двух рядов: щелочных мафитов натрового ряда – щелочных базальтоидов, фонолитов, щелочных габброидов и нефелиновых сиенитов. Это озерский комплекс на Кольском полуострове, кия-шалтырский, чикский в Забайкалье и др. щелочных мафитов калиевого ряда – щелочных базальтоидов и лейцитофиров, щелочных габброидов, псевдолейцит-нефелиновых сиенитов (ыллымахский комплекс на Алдане, ирисуйский – в Таласском Алатае и др.). Формации содержат апатитовую, нефелиновую, медно-кобальтовую и ильменит-титаномагнетитовую минерализацию.

Мафически-сиалические формации сложены основными, средними и кислыми породами при преобладании пород среднего состава. Эту группу называют грано-диоритовой. В составе группы выделяются тоналит-плагиогранит-гранодиоритовая (сарбай-соколовский, тельбесский, магнитогорский, абхазский, турьинский и другие комплексы); диорит-гранодиоритовая (кызылсайский, топарский, шахтаминский, охотский, нижнеамурский комплексы); габбро-диорит-плагиогранитовая (саский комплекс на Северном Урале); монцонит-сиенитовая формации. Формации связаны с орогенным режимом развития земной коры.

Тоналит-плагиогранит-гранодиоритовая формация является ассоциацией плагиогранитов, гранодиоритов, тоналитов с более ранними габбро и габбро-диоритами и представлена крупными батолитовыми интрузивами.

Габбро-диорит-плагиогранитовая формация включает набор пород от пироксенитов до плагиогранитов при резком преобладании амфиболовых пород среднего состава. Массивы имеют многофазное строение. Дайковый комплекс представлен габбро, диоритами. По петрографическим и геохимическим особенностям формация близка к тоналит-плагиогранит-гранодиоритовой.

Диорит-гранодиоритовая формация представляет собой ассоциацию диоритов, гранодиоритов, лейкократовых гранитов с габбро, габбро-диоритами, граносиенитами. Включает сложные многофазные батолитоподобные гипабиссальные интрузивы, штоки и нередко ассоциирует с дацит-риолитовой формацией.

Монцонит-сиенитовая формация сложена щелочными и субщелочными среднекислыми породами. Она образует мелкие гипабиссальные тела, штоки, дайки, реже – крупные массивы. В гранодиоритовой группе формаций наибольший интерес представляют месторождения железа, золота, меди, молибдена.

С мафически-сиалическими формациями тесно связана группа фонолитовых и нефелин-сиенитовых формаций. В нее входят три формации: нефелиновых агпаитовых сиенитов (Хибинский, Ловозерский массивы); псевдолейцит-нефелиновых сиенитов и трахитов (сыннарский комплекс Прибайкалья); нефелиновых миаскитовых и щелочных сиенитов (ильменско-вишневогорский, бердяушский, кувшиновский комплексы на Урале, заангарско-среднетатарский на Енисейском кряже и др.). Они образуют расслоенные интрузивные массивы с концентрически зональным строением, при этом строение массивов существенно зависит от их размеров. С ними связаны месторождения нефелиновых, апатитовых и редкометальных руд.

Все сиалические формации характерны для орогенного режима эпигеосинклинальных складчатых областей, а также для областей эпиплатформенной тектоно-магматической активизации.

С гранитовой группой формаций связаны гидротермальные, пегматитовые, скарновые месторождения вольфрама, молибдена, олова, полиметаллов, железа, тантало-ниобатов, флюорита и других полезных ископаемых, причем каждая формация имеет свои особенности в специализации рудных концентраций.

Вулканические формации образованы лавами и пирокластами и обычно вмещают осадочные породы в различных соотношениях. Помимо собственно вулканических к ним относятся и субвулканические породы. Вулканические формации подобно интрузивным комплексам классифицируются по их химизму.

Формация однообразна по петрографическому составу и на 95-98% состоит из базальтов, долеритов и габбро-диабазов. Форма проявления трапповой формации как эффузивная, так и интрузивная (гипабиссальная). Эффузивная деятельность нередко сопровождалась туфами, туфолавами, пирокластическими и эксплозивными выбросами. Эффузивная деятельность была преимущественно наземной и представлена в форме трещинных излияний, реже – в виде извержений вулканов центрального типа. Для формации характерно горизонтальное залегание горных пород в виде покровов эффузивов и интрузивных залежей в форме силлов и даек. Мощность силлов в отдельных случаях достигает 600 и даже 900 м (долериты Карру). Площадь распространения интрузивных траппов часто значительно превышает площадь, занятую эффузивами и туфами (трапповые формации Южной Африки и Сибири). В других случаях, наоборот, преобладают эффузивы (траппы Декана, бассейна рек Колумбии и Параны). Наиболее древние трапповые формации известны в протерозое (район Верхнего озера, Карелия), в кембрии (Сибирская платформа), в девоне (Восточно-Европейская платформа). Однако главнейшие трапповые формации мира приурочены к триасу и юре (Сибирская платформа, восточные триасовые бассейны Северной Америки, Южная Африка, бассейн реки Параны в Южной Америке, Тасмания и Антарктида). Другая эпоха массового развития траппового магматизма – это конец мела палеоген (траппы Декана в Индии, бассейна реки Колумбии в Северной Америке, лавы Западной Австралии и др.).

К группе ультрамафически-мафических и мафических формаций относятся нередко связанные между собой щелочно-ультраосновная и щелочно-базальтоидная формации, которые в Припятском прогибе объединяются в одну щелочно-ультраосновную щелочно-базальтоидную формацию.

Характерно, что базальтовые формации типичны для геосинклинальных областей и платформ, для океанов и континентов.

В целом, сиалические формации типичны для орогенного режима, ассоциации повышенной щелочности присущи рифтовым структурам. Дацит-риолитовая, риолитовая, трахириолитовая формации нередко располагаются в ассоциации с интрузивными формациями гранитовой группы. Парагенезы гранитовых и риолитовых формаций характерны для эпигеосинклинальных орогенных областей и областей повторной тектоно-магматической активизации.

С риолитовыми формациями в областях развития вулкано-плутонических структур обычно связаны месторождения ртути, сурьмы, олова, алунита, меди, золота, свинца и цинка.

2. Метаморфические формации

Метаморфической формацией называется естественно-историческое сообщество петрогенетически связанных, сопряженных метаморфических горных пород, образовавшихся в земной коре за счет представителей любой другой группы формаций (осадочной, магматической или же пневматолито-гидротермальной) в результате глубинных термодинамических изменений в условиях определенной геологической среды (т.е. метаморфической фации), возникшей на том или ином этапе или стадии геолого-исторического развития данного региона (Попов. Запрометов, 1985).

Следует отметить, что в понимании и определении метаморфических формаций существуют значительные разногласия и даже по вопросу о целесообразности их выделения есть две взаимоисключающие точки зрения, поэтому в Геологическом словаре (1973) отмечено, что метаморфическая формация – термин свободного пользования. Он не получил какого-либо общепринятого определения и вызывает острую дискуссию среди петрографов, занимающихся проблемой формационного анализа.

Некоторые исследователи (Половинкина, 1970; Дюфур, 1978; Кушев, 1981) отрицают необходимость выделения метаморфических формаций, предполагая, что процессы метаморфизма не создают новые формации, а только изменяют ранее возникшие. В геологии известно только два процесса накопления вещества в земной коре: магматизм и седиментация; метаморфизм лишь меняет ранее накопленное вещество, метаморфизует его; поэтому формационная принадлежность геологических образований остается прежней, но затушевывается наложенным метаморфизмом. Поэтому они считают, что формационный анализ к метаморфическим толщам может быть применим только после реконструкции, т.е. после восстановления формационной принадлежности исходных, позднее метаморфизованных пород. Однако большинство исследователей метаморфических пород считает, что необходимо выделять метаморфические формации наряду с осадочными и магматическими, поскольку при метаморфизме происходят значительные минеральные преобразования, часто с привносом и выносом вещества, и возникают новые материальные субстанции (Добрецов, 1981). В.В.Жданов (1986) показал, что метаморфизм ведет к формированию пород с новыми структурой, текстурой, минеральным, а иногда и химическим составом, совершенно отличными от первичных пород. Таким образом, метаморфизм – это петрогенетический процесс, равный по значению процессам магматизма или метасоматоза; его продукты и составляют элементы формаций метаморфического генезиса. К тому же метаморфические формации содержат свой набор полезных ископаемых, образованных в процессе метаморфизма, а степень изменения пород при метаморфизме является важным показателем тектонического режима, поэтому и для решения прикладных вопросов выделение метаморфических формаций представляется необходимым.

Главные задачи при анализе метаморфических комплексов – реставрация их первоначального состава и выделение «фаций метаморфизма». Именно они определяют состав, структуру и набор полезных ископаемых метаморфических формаций. Реставрация первоначального состава метаморфических комплексов необходима для восстановления истории геологического развития Земли, особенно на ранних этапах. Однако проблема восстановления первичного состава метаморфических пород сложна и не всегда решается однозначно. По сумме устойчивых признаков достаточно надежно устанавливается первичный состав продуктов зеленосланцевой, иногда эпидот-амфиболитовой фаций. В то же время установление природы пород амфиболитовой и гранулитовой фаций, особенно при интенсивном развитии процессов гранитизации, затруднено и весьма проблематично.

Метаморфические формации, также как осадочные и магматические, выделяются и называются исходя из их породного состава: например, серпентинитовая, тальк-актинолитовая, амфибол-биотитовая, гранат-дистен-сланцевая и т.д. Иногда при этом указываются признаки структуры (зональная, диафторитовая, мигматитовая и т.д.). При решении частных задач иногда используются дополнительные названия: тектонические (эвгеосинклинальные, протогеосинклинальные и т.д.), палеогеологические или палеоседиментологические (метааридные, метагумидные, метаолистостромовые и т.д.), металлогенические (железорудные, пегматитоносные, апатитоносные и т.д.). Конкретным формациям иногда присваиваются собственные имена (побужская, бердичевская и т.д.)

При классификации метаморфических формаций учитываются такие признаки, как химический и минеральный состав породных ассоциаций, их фациальная принадлежность, строение (однородность) формационных тел, тип и генетическая модель метаморфизма, степень метасоматических изменений и т. д. Было предложено ряд классификаций метаморфических формаций (Попов, 1985; Хорева, 1967, 1968; Бакиров, 1977; Добрецов, 1981; Жданов, 1986 и др.), однако общепринятая систематика метаморфических формаций пока не разработана. Наиболее определенными критериями можно считать минеральный состав пород, входящих в формации, который определяет фацию метаморфизма и принадлежность пород к определенной группе по их химическому составу, а также строение формаций, свидетельствующее о степени преобразования пород и частично о строении первоначального комплекса. Поэтому одной из наиболее удобных для систематического описания является классификация метаморфических формаций, принятая составителями терминологического справочника (1982). В этой классификации выделены следующие группы метаморфических формаций и их виды.

1. Ультрамафические формации: серпентинитовые, тальк-серпентинитовые, тальк-актинолитовые, биотит-амфиболитовые и др.

2. Мафические формации: актинолит-эпидот-сиенитовые, эпидот-биотит-хлорит-сланцевые, глаукофан-сланцевые, альбит-гранат-амфиболовые, амфиболитов и амфиболовых гнейсов, гиперстен-диопсид-плагиоклазовые, эклогитовые, амфиболито-гранулитовые и др.

3. Сиалические формации: лептитовые, биотитовых гнейсов, биотитовых и биотит-амфиболовых гнейсов, биотит-гранатовых и гранатовых гнейсов, биотит-гиперстеновых гнейсов, кварцито-сланцевые, амфиболо-гнейсовые и др.

4. Высокоглиноземистые формации: слюдяных сланцев, гранат-дистен-сланцевые, графитистых высокоглиноземистых гнейсов и др.

5. Кремнеземистые формации: кварцитовые, пироксен-кварцито-гнейсовые.

6. Ферро-кремнеземистые формации: сланцево-лептитовая железисто-кремнистая, амфибол-магнетитовых кварцитов и гнейсов, графитовых гнейсов, мраморов и железистых кварцитов, джеспилитовые, таконитовые, железисто-сланцево-гнейсовые и др.

7. Кабонатные: серицит-хлорит-мраморные, эпидот-актинолит-карбонатно-сланцевые, мраморно-эпидозитовые, диопсид-плагиоклаз-кальцифировые, мраморно-гнейсовые и др.

Метаморфические комплексы содержат разнообразные месторождения полезных ископаемых. Наиболее важными являются железорудные месторождения, связанные с джеспилитами, пироксеновыми магнетитовыми кварцитами и скарнами, амфиболитовыми магнетитовыми кварцитами и амфиболитами. В них также широко распространены месторождения высокоглиноземистого сырья (кианитовые, корунд-кианитовые сланцы, кордиерит-силлиманитовые сланцы с графитом, фосфатами). Метаморфические формации являются источником графитового, керамического сырья, слюд, редкометальных пегматитов.

3. Пневмато-гидротемальные формации

Пневмато-гидротермальные (пневматолито-гидротермальные, гидротермально-метасоматические, гидротермалитовые) формации представляют собой естественно-исторические сообщества петрогенетически связанных сопряженных постмагматических горных пород, отложенных ювенильными пневматолитическими и гидротермальными растворами, т.е. впервые поднявшимися снизу нагретыми газообразными веществами и водными растворами газов и солей (Попов, 1968). В пневмато-гидротермальные формации объединены как рудные, так и безрудные образования, причем в обоих случаях в формации включаются как различные конкреционные – жильные (трещинные) образования вместе с сопутствующими им околожильными метасоматическими, так и целиком образовавшиеся благодаря метасоматозу.

Существует резкое отличие между истинными магмами как силикатными расплавами с определенным ограниченным содержанием воды и остаточными постмагматическими растворами (в основном вода с ограниченным содержанием кремнезема). В литературу давно вошли термины «гидротермальные» образования, а позднее «пневматолитические». В гидротермальных растворах всегда имеются газообразные вещества, и поэтому трудно обособить собственно гидротермальные и пневматолитические формации. Граница между гидротермальными и пневматолитическими образованиями теряется при надкритическом состоянии воды.

Пневмато-гидротермальные формации делятся на рудные и безрудные.

Под рудной формацией понимают группы месторождений, отличающихся от других групп не только устойчивой ассоциацией минералов и химических элементов, но и геологическими условиями образования. Примером может быть кварц-касситеритовая формация со щелочными полевыми шпатами, мусковитом, лепидолитом, топазами и сопряженная с кислыми и ультракислыми гранитоидными интрузиями.

С рудными пневмато-гидротермальными формациями тесно сопряжены безрудные, которые распространены гораздо шире. Вещественный состав таких формаций указывает на то, что при их отложении активную роль играли не только жидкая вода, но и газообразные вещества: водяные пары, углекислота, сероводород и др. Безрудные пневмато-гидротермальные формации тесно связаны с вполне определенными магматическими: например, серпентинизированные и оталькованные – с ультрабазитовыми, карбонатизированные – с базитовыми, пропилитизированные – с сиалическими формациями. В целом безрудные образования обладают гораздо большим объемом и массой, чем рудные.

Пневмато-гидротермальные формации включают как гидротермальные породы, выполняющие трещины и пустоты, образующие иногда довольно сложные системы, так и окружающие их породы, возникшие благодаря метасоматозу. Под метасоматозом понимают такой процесс, при котором в породу привносится вещество, причем обогащение привнесенным веществом происходит путем химических реакций, в которых принимает участие как первоначальный, так и привнесенный материал. При этом метасоматоз происходит без существенного изменения объема замещающихся горных пород.

Выделяется три главных морфогенетических типа пневмато-гидротермальных формаций. При первом типе преобладает заполнение трещинных пустот веществом, отложенным из растворов (жильный тип), с подчиненными околожильными метасоматическими образованиями, при втором (жильно-метасоматический) отмечается значительный метасоматоз боковых пород вдоль трещин, при третьем (массивно-метасоматический тип) вмещающие породы целиком или почти целиком замещены метасоматическими породами.

Нередко пневмато-гидротермальные формации тесно сопряжены с магматическими, при этом их определенные типы связаны во времени и пространстве также с определенными интрузивными или эффузивными магматическими формациями и называются постмагматическими. Исходя из этого, выделяются три петрогенетических ряда пневмато-гидротермальных формаций: 1) постультрабазитовый, 2) постбазитовый, 3) постсиалический. При этом рудные пневмато-гидротермальные формации нередко различаются между собой по вещественному составу и геохимическим особенностям в зависимости от их связи с интрузивными породами разного состава. Так, давно подмечена связь месторождений олова, молибдена, вольфрама с сиалическими формациями, титана, железа, меди – с базитовыми, хрома и платиноидов – с ультрабазитовыми.

Пневмато-гидротермальные формации сложены в основном алюмосиликатными породами, реже карбонатными и карбонатизированными, кремнистыми и сульфидными; последние ближе к поверхности иногда замещаются железорудными гематитовыми или баритовыми, иногда выделяются флюоритовые и др.

Пневмато-гидротермальные формации связаны не только с интрузивными, но и с эффузивными, вулканогенными формациями, Почти все они несут отчетливые следы воздействия пневмато-гидротермальных процессов, в том числе рудных, причем последние проявляются нередко вне какой-либо зависимости от близости или удаленности интрузивов.

Между пневмато-гидротермальными и магматическими формациями существует тесная пространственная и временная сопряженность, которая носит как генетичесий, так и парагенетический характер, поскольку как магма, так и пневматолитические гидротермы используют одни и те же пути, а глубинная дегазация может происходить на значительных глубинах и не иметь прямой связи с магмогенезом.

Пневмато-гидротермальные формации по фациям глубинности подразделяются на глубинные или гипотермальные, среднеглубинные или мезотермальные и малоглубинные или эпитермальные.

Было предложено большое количество классификаций пневмато-гидротермальных, жильных, метасоматических формаций. В основу классификаций формаций положены их породный и минеральный состав, связь с магматизмом и группами магматических пород того или иного состава, глубинность, температурные условия минералообразования, химический состав растворов и т.д. (Богданович, 1903; Жариков, 1956; Власов, 1963; Наковник, 1966; Казицын, 1966, 1970; Радкевич, 1966; Попов, 1968; Котляр, 1970; Шлыгин, Мирошниченко, 1972; Рундквист, Павлова, 1974; Щербань, 1975;. Рехарский, 1977; Крюков, 1978; Жариков, Омельяненко, 1978 и др.). Обзор этих классификаций дан в терминологическом справочнике (Геологические формации. Том. 1. 1982).