Воронежский кристаллический массив

В основании разреза основания Воронежского массива залегает обоянская серия нижнего архея (возраст 3-3,5 млрд. лет), сложенная биотитовыми, биотит-амфиболовыми, пироксен-амфиболовыми, гранат-пироксеновыми, гранатсодержащими силлиманитовыми, кордиеритовыми и другими по составу гнейсами и гранито-гнейсами. Метаморфизованная в амфиболитовой фации серия в реликтах содержит минеральные ассоциации гранулитовой фации. В полях ее развития широко проявлены процессы мигматизации и гранитизации.

Метаморфизованная в условиях эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций михайловская серия (верхний архей. возраст 2,7-2,8 млрд. лет) сложена амфиболитами, метаперидотитами, зелеными сланцами, гнейсами и метапесчаниками. Вулканиты нижней части, разреза представлены толеитовыми и магнезиальными базальтами, перидотитами и пироксеновыми коматиитами, верхней - андезитами, дацитами и риодацитами. Мощность серии варьирует от 2-3 до 10 км.

Верхнепротерозойские отложения залегают на разных горизонтах михайловской и обоянской серий с угловым несогласием и местами на метаморфизованной коре выветривания.

В разрезе нижнего протерозоя выделяют курскую железорудную, оскольскую и воронцовскую серии.

По составу курская железорудная серия напоминает криворожскую и, по-видимому, имеет тот же возраст (2,3-2,6 млрд. лет). Сложена она (снизу вверх): базальными полимиктовыми метаконгломератами, переслаивающимися с метагравелитам и метапесчаниками, кварцитами и кварц-слюдистыми сланцами → железистыми кварцитами, разделенными пачками слюдистых сланцев → маломощной пачкой метапесчаников и метааргиллитов Общая мощность серии 2-5 км.

Средняя (железисто-кварцитовая) толща имеет мощность от сотен до 2-2,5 км. Она заключает крупные запасы железных руд. Около половины запасов представлено богатыми рудами (сложены мартитом, железной слюдкой, лимонитом, сидеритом; содержание железа – 53-62%) - продуктами окисления и природного обогащения первичных бедных руд и связано с фанерозойскими корами выветривания. Первичные бедные руды представлены железистыми кварцитами (рудные компоненты – магнетит и гематит) с содержанием железа 32-38%.

Ингулецкой серии Украинского щита на Воронежском массиве соответствует оскольская серия, представленная (снизу вверх): конгломератами и гравелитами с обломками железистых кварцитов → карбонатно-слюдистыми сланцами с горизонтами мраморизованных известняков и доломитов → метатерригенными, в том числе углеродсодержащими, и метавулканическими породами основного, среднего и кислого состава. Общая мощность серии – 2,5-4 км.

Породы, слагающие курскую и оскольскую серии, смяты в сильно сжатые (до изоклинальных) складки.

Раннепротерозойский этап развития Воронежской антеклизы завершился становлением двух многофазных интрузивных комплексов с возрастом около 2 и 1,7 млрд. лет. Формирование каждого из них начинается с внедрения габбро. Позднее внедряются гранодиориты и, наконец, калиевые плагиоклаз-микроклиновые граниты и сиениты.

В восточной части Воронежского массива к нижнему протерозою относится воронцовская серия, сложенная гнейсами, слюдистыми и другого состава сланцами, представляющими собой метаморфизованные в амфиболитовой фации углисто-терригенные породы и образующими флишоидную толщу. Породы смяты в систему сильно сжатых складок, образующих протяженный (сотни километров) и широкий (около 100 км) Восточно-Воронежский синклинорий юго-восточного простирания.

Хотя метаморфические комплексы архея - нижнего протерозоя Курской мегазоны Воронежского массива и аналогичны таковым Приднепровской мегазоны Украинского щита, они не находятся в непосредственной тектонической связи, но как бы смещены по зоне Днепрово-Донецкого авлакогена на несколько десятков километров.

Данные бурения характеризуют различные районы Русской плиты неравномерно: основная масса материала характеризует Белорусскую и Волго-Уральскую антеклизы. Геофизические данные позволяют наметить лишь общий структурный рисунок фундамента.

По данным бурения на большей части плиты фундамент сложен преимущественно гнейсами и гранито-гнейсами, амфиболитами и кристаллическими сланцами, метаморфизованными в условиях гранулитовой и амфиболитовой фаций. Широко развиты здесь и комплексы плутонических пород от основных и ультраосновных до плагиогранитов и калиевых гранитов.

В фундаменте Русской плиты выделяют два типа структур (по К.О.Кратцу):

- поля – массивы (мегаблоки) округлой, овальной, линзовидной и серповидной в плане формы с мозаичным, редко концентрически-зональным размещением частных структурных элементов;

- межи – разделяющие поля относительно узкие (до 100-200 км), протяженные прямолинейные или дугообразные зоны со сложной в целом линейной внутренней структурой, выраженной интенсивными полосовидными положительными магнитными аномалиями, связанные с развитием в их пределах магнетитсодержащих пород (вулканических и интрузивных пород основного состава и железистых кварцитов архейского и раннепротерозойского возраста); межи образуют сложную систему, отдельные звенья которой имеют преимущественно северо-западное и северо-восточное, реже, субширотное и субмеридиональное простирания.

По представлениям С.В.Богдановой, общим древнейшим субстратом массивов и меж является наиболее древний комплекс гиперстеновых и высокоглиноземистых плагиогнейсов, близких по химическому составу диоритам и среднему составу континентальной коры. Предполагается, что уже в раннем архее этот субстрат подвергся раздроблению и распался на отдельные массивы, разделенные линейными зонами – межами. Последние представляли собой ограниченные продольными разломами троги, в которых происходили излияния основных и ультраосновных (коматиитовых) лав и внедрение их интрузивных комагматов. Названные комплексы превращены в амфиболиты и основные кристаллические сланцы гранулитовой фации. В пределах массивов происходило накопление вулканитов основного, среднего состава, а также терригенных и железо-кремнистых отложений, их метаморфические преобразования и становление габбро-анортозитов и ультраметаморфических плагиогранитных и чарнокитовых комплексов. Как в линейных зонах, так и в массивах широко распространены проявления архейского метаморфизма гранулитовой фации, на который наложен ретроградный метаморфизм амфиболитовой фации. В раннем протерозое в гранито-гнейсовых массивах протекали процессы гранитообразования, формировались гранито-гнейсовые купольные структуры и широко проявились процессы ретроградного метаморфизма.

В целом фундамент плиты, за исключением ее западной части существенно отличается от фундамента щитов отсутствием в пределах последних раннепротерозойских протогеосинклинальных прогибов. Вероятно, с этим и связано обособление щитов как областей длительного устойчивого поднятия, а плит как областей устойчивого опускания. В позднем протерозое межи контролировали развитие авлакогенов. Они специфичны для тех частей фундамента, которые в дальнейшем были перекрыты плитным чехлом. Области, где авлакогены выклиниваются, вошли позднее в состав щитов.

В приложении 3 приведена характеристика основных стратиграфических таксонов и структурно-вещественных комплексов и история основных геологических событий в пределах Волго-Уральского сегмента ВЕП.

Отметим, что поверхностные горизонты фундамента в пределах северной части Татарского свода сложены преимущественно отложениями отрадненской серии, а южной его части (в девонских-каменноугольных отложениях перекрывающего ее чехла сконцентрированы нефтяные месторождения) – породами, принадлежащими большечеремшанской серии.

ПЛАТФОРМЕННЫЙ МЕГАКОМПЛЕКС
По современным представлениям континентальные блоки, известные в настоящее время как Восточно-Европейская, Сибирская, Северо-Американско-Гренландская древние платформы Лавразийской группы и Африкано-Аравийский, Южно-Американский, Индийский, Корейско-Китайский, Австралийский и Антарктический кратоны Гондванской группы, в конце раннего протерозоя входили в состав единого суперконтинента (континентального мегаблока) – Пангеи.

На рубеже раннего и позднего протерозоя на ее территории закончился этап кратонизации фундамента. Термический режим и тектоническая подвижность земной коры существенно понизились и с начала рифея Пангея вступила в более спокойный, платформеннный этап своего развития.

Однако в то же время в теле Пангеи возникли линейно-вытянутые области повышенной мобильности – подвижные пояса (Урало-Азиатский, Северо-Атлантический, Средиземноморский и Тихоокеанский), развитие которых привело к фрагментированию и расчленению Пангеи на отдельные изолированные друг от друга блоки, в контурах которых продолжалось господство платформенного режима. Одним из таких «фрагментов», начиная с рифейского времени, и являлась ВЕП в современных ограничениях.

Осадочный платформенный чехол (мегакомплекс) ВЕП подразделяется на два мегаэтажа: авлакогенный (нижний) и плитный (верхний). Формирование названных этажей происходило во временных рамках одноименных (авлакогенного и плитного) мегаэтапов развития ВЕП.

Процессы тектонического растяжения и раздробления в пределах ВЕП были сосредоточены в узких линейных грабенообразных (ограниченных сбросами) прогибах – авлакогенах. Именно эти структуры в течение рифея - раннего венда являлись основными областями седиментации (преимущественно терригенной) на ВЕП.

Авлакогены простирались в основном в северо-восточном и юго-западном направлениях, реже имели субширотное и субмеридиональное простирания. Они образовывали довольно плотную сеть. Интересно отметить, что большая часть авлакогенов маркирует древние линейно вытянутые зоны в фундаменте – архейские гранулитовые пояса («межи»). Часть авлакогенов (Камско-Бельский, Абдуллинский, Пачелмский) «вдавалась» в тело ВЕП под прямым или косым углом из смежных подвижных поясов, часть возникла внутри платформы в виде изолированных, затухающих на обоих концах, структур, простиравшихся параллельно ее границам с обрамляющими подвижными поясами. Формирование ряда авлакогенов сопровождалось проявлением существенного базальтового вулканизма.

Отметим здесь, что тектонические условия формирования и геологическое строение авлакогенов ВЕП во многом идентичны грабенообразным (горсто-грабеновым) структурам, формирующимся в пределах подвижных поясов неогея в областях господства геодинамического режима внутриконтинентального рифтогенеза.

Продолжительность авлакогенного мегаэтапа составляет около 1 млрд. лет и ограничена рамками 1б50±50 - 620±15 млн. лет.

В раннем рифее возникли Камско-Бельский и Абдуллинский авлакогены, «открывавшиеся» в сторону Уральского палеоокеана, заложение которого также относится к началу позднего протерозоя.

В среднем и позднем рифее многочисленные авлакогены формируются в центральной, северо-западной и юго-западной частях ВЕП, тяготеющих к заложенным в среднем рифее Северо-Атлантическому и Средиземноморскому подвижным поясам.

Заполняющие авлакогены верхнепротерозойские отложения несогласно залегают на метаморфических породах архея и нижнего протерозоя и характеризуются горизонтальным и субгоризонтальным залеганием.

Среди рифейских и нижневендских отложений основное место принадлежит песчано-алеврито-глинистым осадкам преимущественно кварцевого (или аркозового) состава, образующимся за счет размыва обширных внутриплатформенных поднятий, сложенных кристаллическими породами фундамента ВЕП. Базальные горизонты в ряде авлакогенов представлены грубообломочными гравийно-галечниковыми слабоотсортированными континентальными образованиями.

На разных стратиграфических уровнях рифея и нижнего венда в разрезе авлакогенов присутствуют вулканогенные образования. Это базальтовые лавы, пирокластиты (туфы, пеплы), образующие пачки мощностью до первых сотен метров, и связанные с ними пластообразные (силы) и секущие (дайки) интрузивные тела. Особую группу отложений представляют ледниковые образования лапландского горизонта нижнего венда, известные в Пачелмском и Ладожском авлакогенах и сложенные гляциальными (валунные суглинки), лимногляциальными (ленточные глины) и флювиогляциальными отложениями.

В течение позднего рифея и раннего венда некоторые авлакогены прекращают свое развитие, другие – расширяются, постепенно превращаясь в синеклизы.

Эпоха байкальской складчатости (конец раннего - начало позднего венда) ознаменовалась прекращением развития большинства авлакогенов ВЕП.

В Камско-Бельском авлакогене развиты отложения кырпинской свиты (R₁) мощностью до 3-5 км, представленные (снизу вверх): красноцветными песчаниками с отдельными потоками миндалекаменных базальтов и порфиритов → серыми аргиллитами с прослоями алевролитов, мергелей и доломитов → толщей доломитов → толщей глинисто-карбонатного состава.

Этот разрез по общей последовательности напоминает нижнерифейскую серию Башкирского Урала. В Абдуллинском авлакогене описан сходный разрез нижнего рифея, но имеющий меньшую мощность.

Средний рифей распространен значительно шире. К нему относятся толщи красноцветных преимущественно грубообломочных отложений (конгломераты, гравелиты, песчаники и алевролиты), залегающие в основании разреза многих авлакогенов различных районов ВЕП.

Мощность среднего рифея в западных авлакогенах (Ладожском, Крестцовском) составляет 0,5-1 км, в более восточных (Московском, Пачелмском и др.) – 1-1,5 км, в Солигаличско-Яренском – 2-3 км.

На поверхность среднерифейские (и, частично, вероятно, нижнерифейские) отложения (терская серия) выходят в северном борту Кандалакшского авлакогена.

Средний рифей в названных авлакогенах представлен в основном терригенными образованиями, подчиненное положение в разрезе занимают эффузивные, эффузивно-кластические и интрузивные (силы и дайки) породы.

В западной части Балтийского щита (Швеция) средний рифей (иотний) представлен кварцитовидными косослоистыми песчаниками, перемежающимися с покровами базальтов общей мощностью до 1 км.

К среднему рифею относится также овручская серия, развитая в авлакогенах северо-западной части Украинского щита и сложенная (снизу вверх): основными и кислыми эффузивами → кварцитовидными песчаниками и пирофиллитовыми сланцами.

В верхней части разреза верхнего рифея в некоторых авлакогенах (Пачелмском и др.) распространены толщи доломитов.

Мощность верхнерифейских отложений в целом растет в восточном направлении: от 500-800 м в западной и центральной частях ВЕП до 1,5 км (Пачелмский авлакоген) и 2-3 км (Камско-Бельский авлакоген) в восточных.

Нижний венд, объединяемый в вильчанскую и волынскую серии, заполняет Пачелмский, Ладожский авлакогены, Оршанскую и Волынскую впадины, а также перикратонный прогиб на юго-западе ВЕП (здесь он лежит на отложениях нижнего протерозоя).

Вильчанская серия общей мощностью 200-500 м сложена красноцветными песчаниками и ледниковыми отложениями лапландского горизонта. Последние представлены валунными неслоистыми глинами, песчано-глинистыми флювио- и лимно-гляциальными отложениями, в том числе ленточными глинами. Мощность ледниковых отложений достигает десятков и даже первых сотен метров.

Волынская серия сложена лавами и пирокластическими породами базальтового и дацитового состава, которые подстилаются (нижняя часть разреза) и латерально замещаются терригенными отложениями (конгломератами, песчаниками и аргиллитами). Мощность отложений, входящих в состав серии, не превышает 300-500 м.

Плитный мегаэтаж
В позднем венде, т.е. примерно 600 млн. лет назад, на ВЕП начинают формироваться более широкие и плоские по сравнению с авлакогенами тектонические депрессии – синеклизы, знаменующие ее переход в плитный (называемый также синеклизным) мегаэтап своего развития, продолжающийся до настоящего времени. Не кажется случайным поэтому, что центральные (осевые) части синеклиз часто оказывались приуроченными к ранее существовавшим авлакогенам.

В составе плитного мегаэтапа развития ВЕП выделяют три этапа, отвечающие каледонскому, герцинскому и альпийскому этапам развития обрамляющих ее подвижных поясов. Каждый из названных этапов выражен в виде крупного цикла вертикальных движений и седиментации со свойственным ему планом расположения зон поднятий и опусканий. В начале каждого цикла происходила перестройка тектонического плана платформы, усиливались погружения, достигавшие максимума примерно в середине цикла, а во второй его половине области погружений сокращались и начинали преобладать поднятия, охватывавшие в конце его почти всю территорию ВЕП. В начальные стадии циклов происходило накопление в основном терригенных отложений, в средние – карбонатных и, частично, кремнистых осадков и в завершающие – терригенных, в том числе и широко развитых континентальных.

Каледонский этап развития начался на ВЕП в позднем венде и завершился в раннем девоне (на границе пражского и эмского веков). В его возрастных рамках выделяются два частных этапа (подэтапа): салаирский (поздний венд - средний кембрий) и собственно каледонский (поздний кембрий - ранний девон). В течение обоих этапов в погружение вовлекались в основном северо-западная и юго-западная зоны ВЕП, простиравшиеся параллельно Северо-Атлантическому (обширный Палеобалтийский прогиб, отделенный от последнего Балтийским щитом) и Средиземноморскому (примыкавший к поясу Львовско-Кишиневский перикратонный прогиб) подвижным поясам.

В каледонской структуре плитного мегакомплекса ВЕП наиболее отчетливо выражена зональность северо-восточного направления, которой подчинены четыре главные зоны преобладающих поднятий и опусканий (приложение 1):

- Балтийская зона поднятий, выраженная одноименным щитом;

- Прибалтийско-Среднерусская зона опусканий, маркируемая Прибалтийской, Московской и Мезенской синеклизами;

- Сарматская зона поднятий (Сарматский каледонский щит), охватывающая Украинский щит, Воронежскую, Белорусскую и Волго-Уральскую антеклизы и разделяющие их авлакогены;

- Прикаспийская зона опусканий, реально фиксируемая с ордовикского периода в виде одноименной сверхглубокой синеклизы.

Верхний венд. В поздневендскую эпоху области аккумуляции на ВЕП значительно расширились, на месте авлакогенов были сформированы обширные плоские перикратонные и внутрикратонные (типа синеклиз) впадины.

Отложения верхнего венда ВЕП объединяются в валдайскую серию, в составе которой выделены два горизонта (подсерии): редкинский и котлинский.

Основание редкинского горизонта сложено базальными гравелитами и конгломератами, выше залегают аргиллиты, перемежающиеся с редкими пачками алевролитов и песчаников. В восточной части Палеобалтийской впадины, а также в Приднестровье и Приуралье редкинский горизонт включает также ряд прослоев туфов и туффитов.

Отложения котлинского горизонта, несогласно (и трансгрессивно) залегающие на нижележащих породах, сложены: в Палеобалтийской впадине – песчаниками и глинами, в восточной приуральской части платформы – пестроцветными песчаниками, алевролитами и аргиллитами, объединяемыми в бухбулянскую и верхнебавлинскую серии.

Общая мощность отложений валдайской серии изменяется от 200-500 м в западной и центральной частях ВЕП до 1-1,5 км – в восточной и северо-восточной частях Палеобалтийской впадины и Приуралье.

В конце венда - начале кембрия в некоторых районах Балтийского щита формируются интрузивные массивы центрального типа, сложенные ультраосновными, щелочными породами и карбонатотапами (массивы Африканда, Ковдорский и др.).

В течение раннего палеозоя осадконакопление в пределах ВЕП происходило в мелководных морских водоемах в условиях господства тропического климата.

Кембрийские отложения выполняют Палеобалтийский прогиб (синеклизу), отделяющий Балтийский щит от южной и восточной частей ВЕП, и Львовско-Кишиневский перикратонный прогиб, располагавшийся в ее западной периферии. На дневную поверхность они выходят в северных районах Эстонии и Ленинградской области, залегая несогласно на вендских, а в западной части Палеобалтийского прогиба – на нижнерифейских отложениях.

В раннем (среднем?) кембрии завершился начавшийся в позднем венде салаирский этап терригенной седиментации на ВЕП.

Кембрийская система на ВЕП представлена в основном своим нижним отделом.

Нижнекембрийские отложения объединяются в балтийскую серию, состоящую из трех горизонтов (ровенского, лонтовского и пиритаского). Характер залегания отложения балтийской серии на нижележащих образованиях различается: на верхневендских отложениях они залегают согласно или со следами перерыва и корой выветривания в основании, на метаморфитах нижнего протерозоя – трансгрессивно.

Ровенский горизонт, отвечающий нижней части томмотского яруса Сибирской платформы, сложен светло-зелеными и пестроцветными песчаниками с прослоями гравелитов, алевролитов и глин с остатками червей и акритарх. Мощность горизонта 10-30 м.

Лонтовский горизонт, отвечающий верхней части томмотского яруса, сложен голубовато- и зеленовато-серыми глинами (толща синих глин) с прослоями алевролитов и песчаников общей мощностью 60-130 м. В отложениях данного горизонта отмечены единичные находки остатков трилобитов.

Отложения пиритаского горизонта (атдабанский ярус) сложены кварц-глауконитовыми глинистыми песчаниками с линзами гравелитов, прослоями глин, алевролитов и конкрециями фосфоритов. В отложениях пиритаского горизонта отмечены остатки первых (наиболее ранние виды) брахиопод и головоногих моллюсков, присутствуют также и остатки водорослей. Мощность горизонта варьирует от 2 до 50 м.

Общая мощность отложений балтийской серии в средней и восточной частях Палеобалтийского прогиба достигает 100-200 (и даже 300) м, в западной, сложенной в основном мелководными песчаными фациями, – 50-100 м.

На отложениях балтийской серии залегает маломощный (до 40 м) ижорский (фукоидный) горизонт, сложенный кварцевыми песчаниками с прослоями глин и алевролитов. В песчаниках отмечаются знаки ряби и косой слоистости. Возраст ижорской свиты (ранне- или среднекембрийской) недостаточно ясен.

Ордовикские отложения, как и кембрийские, распространены на северо-западе и западе ВЕП, где выполняют Палеобалтийский и Подольский перикратонный прогибы. На поверхность они выходят в Белоруссии и Приднестровье.

Отложения тремадокского яруса общей мощностью до первых десятков метров трансгрессивно перекрывают различные горизонты кембрия. Сложены они кварцевыми песчаниками с прослоями фосфоритов, некоторые несогласно перекрываются глауконитовыми песчаниками и глинами леэтского горизонта. Тремадокские отложения содержат остатки граптолитов и беззамковых брахиопод.

Выше отложений тремадокского яруса залегает карбонатный комплекс, содержащий обильные остатки трилобитов, брахиопод, головоногих моллюсков, иглокожих и мшанок, но лишенный граптолитов. Он сформировался в обширном мелководном заливе эпиконтинентального морского бассейна, открывавшегося на запад и обрамлявшегося в это время низкой выровненной сушей. Разрез карбонатного комплекса подразделяется на 2 части.

Нижняя часть карбонатного комплекса (онтикский и пуртский надгоризонты арениг-раннекарадокского возраста) сложена доломитизированными известняками, доломитами, глинистыми известняками, мергелями и известковистыми глинами, В средней части пуртского надгоризонта (низы карадока) выделяется кукерскитовый горизонт. В его составе отмечено 4-6 сближенных прослоев общей мощностью до 2 м, сложенных кукерскитами (разновидность горючих сланцев), состоящими на 20-70% из керогена – органического вещества, образовавшегося в результате биохимических преобразований сине-зеленых водорослей.

Верхняя часть карбонатного комплекса (невский надгоризонт позднекарадокского - ашгилского возраста) также имеет карбонатный состав и представлена известняками, доломитовыми известняками, доломитами и глинистыми известняками.

Общая мощность ордовикских отложений в восточной части Палеобалтийской впадины достигала 300-500 м, в западной – не превышала 200-250 м.