Хаин Виктор Ефимович √заслуженный профессор Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, действительный член Европейской академии наук, почетный член Лондонского, Французского и Болгарского геологических обществ, лауреат Государственных премий СССР и России, Ломоносовской премии МГУ, автор более 700 публикаций, в том числе более 30 монографий и учебников, многие из которых переведены на иностранные языки.

В.Е. Хаин

МИНЕРАГЕНЕЗ В ТЕКТОНИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Эволюционное направление в истории распределения месторождений полезных ископаемых во времени получило наибольшее развитие в нашей стране. В.И. Смирнов уделял ему значительное внимание в своем научном творчестве, опубликовав в 1982-84 гг. несколько работ, посвященных этой проблеме. В своем анализе В.И. Смирнов в основном следовал господствовавшей в то время у нас геосинклинально-орогенно-платформенной концепции с одним, однако знаменательным, отступлением от ее ортодоксально-фиксистской трактовки: он справедливо отмечал, что развитие геосинклиналей начинается в условиях растяжения, а заканчивается в обстановке сжатия. В дальнейшем эволюция минерагенеза рассматривалась в трудах В.И. Казанского (1995 г. и др.) применительно к докембрию, а в учебнике В.И. Старостина и П.А. Игнатова (1997 г.) также в отношении фанерозоя. В этих трудах уже учитывались идеи тектоники литосферных плит, правда, наравне с геосинклинальной концепцией [1-5].
В настоящем докладе предпринята новая попытка рассмотреть эволюцию эндогенного и экзогенного минерагенеза на фоне тектонической истории Земли. Данные о распространении эндогенных месторождений сведены в табл. 1, в которой сопоставлены основные этапы тектонического развития Земли и геодинамические обстановки с характерными для них концентрациями рудных элементов. В табл. 2 показано распределение наиболее важных типов осадочных или, по крайней мере, первичноосадочных полезных ископаемых во времени, опять же, по основным этапам тектонической истории Земли. Разумеется, эти построения достаточно схематичны.
Как известно, каменная геологическая летопись начинается с 4,0 млрд. лет до н.э. Однако период 4,0 √ 3,5 млрд. лет, выделяемый в ранний архей, характеризовался практически лишь формированием комплекса, так называемых серых гнейсов, точнее ассоциации тоналитов-трондьемитов-гранодиоритов, пользующихся весьма ограниченным распространением на земной поверхности и практически стерильной в металлогеническом отношении, что отмечал уже В.И.Смирнов в цитированных выше работах. Комплекс Исуа в юго-западной Гренландии, в котором появляются железистые кварциты, составляет исключение, не меняющее, однако, общей картины.
В среднем и позднем архее (3,5 √2,5 млрд. лет) получают широкое развитие зеленокаменные пояса, а вместе с ними целый набор важнейших рудных полезных ископаемых. В восходящем разрезе выполнения зеленокаменных поясов закономерно сменяют друг друга коматиты и толеитовые базальты с силлами ультрамафитов, средние и кислые вулканиты, в позднем архее приобретающие явно островодужный характер, свидетельствующие о субдукционном происхождении и, наконец, обломочные осадки и, в конце архея, щелочные магматиты. С основными и ультраосновными магматитами связаны месторождения сульфидов меди и никеля, со средними √ кислых вулканитов свинца, цинка, меди и золота, с поздними гранитоидами - литиевых пегматитов. Среди этих образований встречаются и залежи железистых кварцитов в некоторых регионах крупного промышленного значения (Венесуэлла, Кольский полуостров - Оленегорск, Карелия √ Костамукша, Алдан, Китай √ Аньшань).
В позднем архее, начиная с 3,0 √ 2,8 млрд. лет появились уже первые стабилизированные блоки континентальной коры √ эократоны, среди которых Каапваальский эократон в Южной Африке. На его поверхности в процессе рифтинга возник осадочный бассейн, в котором накопились знаменитые золото- и урансодержащие конгломераты Витватерсранд.
В концу архея был сформирован первый в истории Земли суперконтинент, вобравший в себя все кратонизированные к тому времени участки земной коры. Это привело к появлению в раннем протерозое целой группы новых типов месторождений полезных ископаемых. К ним прежде всего относятся местрождения, связанные с расслоенными плутонами мафит-ультрамафитового состава, среди которых такие крупные как: Бушвельд, Седбери, Стиллуотер, Мончегорск, Джугджур, а также Великая Дайка Зимбабве. Эти плутоны несут достаточно разнообразную рудную минерализацию: хромиты, сульфиды меди и никеля, платину, титаномагнетиты, руды урана и ванадия.
Несколько особое место среди этого типа оруденения занимает в структурном отношении Печенга, поскольку она приурочена к линейной зоне переходного характера от континентального рифта к тылу Лайлакдской вулканической островной дуги, к окраинному бассейну с корой океанского типа.
В раннем протерозое появляются также кимберлиты и карбонатиты, прежде всего опять-таки в Южной Африке, последние с присущим им урано-ториевым оруденением.
В начале раннего протерозоя в некоторых регионах (Южная Америка, Западная Африка) еще продолжалось формирование зеленокаменных поясов с характерным для них оруденением. Во второй половине раннего протерозоя (2,2 √ 2, 0 млрд. лет назад) эпцирхейский суперконтинент стал подвергаться деструкции с обособлением отдельных континентальных блоков, в дальнейшем развивавшихся в платформенном режиме. Их обычно называют протоплатформами. Между ними возникли глубоководные бассейны, давшие затем начало складчато-надвиговым сооружениям. В ряде таких сооружений установлено присутствие офиолитов; наиболее типичный пример находится в Восточной Финляндии, в Ладожско-Ботническом поясе, пограничном с Карельским эократоном. Здесь развито типичное для океанской коры сульфидное медно-никелевое оруденение и в той же зоне распространены островодужные образования с полиметаллическими рудами. В общем, раннепротерозойские подвижные системы (╚протогеосинклинали╩) в своей стадийной эволюции и структуре обнаруживают уже большое сходство с более поздними , позднепротерозойско-фанерозойскими аналогами, вплоть до появления коллизионных гранитных батолитов. Соответственно в них развито полиметаллическое (Cu, Pb, Zn) и урановое оруденение. Типичные примеры (кроме Фенноскандии) известны в Австралии (Маунт Айза, Брокен Хилл) и Канаде.
Еще один тип подвижных поясов √ гранулито-гнейсовые , они появляются в позднем архее (Беломорский пояс), но достигают максимального развития в протерозое, заканчивая его уже в кембрии. Наиболее характерными для этих поясов являются слюдоносные пегматиты (мусковит флогопит), но встречается и другое оруденение, в том числе и урановое.
Весьма разнообразный комплекс полезных ископаемых распространен в осадочном чехле раннепротерозойских протоплатформ. В их числе продолжают встречаться рудоносные (U, Au), конгломераты, в частности, в Канаде - медистые песчаники (Удокан), черные сланцы с ураном, благородными металлами, но особое место принадлежит железистым кварцитам, для которых ранний протерозой явился эпохой наиболее широкого распространения (Кривой Рог, КМА, оз. Верхнее и Лабрадор в Северной Америке, Минас в Бразилии, Хамерсли в Австралии и т.д.). В Южной Америке, Южной Африке и Южной Индии с железными рудами ассоциируются и марганцевые руды.
Вопрос о причинах и условиях раннедокембрийского железонакопления является дискуссионным и заслуживает специального внимания. Основным источником железа и марганца являлись, очевидно, гидротермы, приуроченные к спрединговым хребтам и, возможно, горячим точкам над мантийными плюмами. Разнос рудного вещества стал возможен, как впервые отметил О.Г. Сорохтин, после того, как спрединговые хребты оказались перекрытыми водами океана. Осаждению руд способствовало постепенное повышение содержания в морской воде кислорода; оно и привело к смене закисных руд архея окисными в раннем протерозое. Наконец, преимущественное распространение раннепротерозойских железистых кварцитов в пределах шельфов пассивных континентальных окраин заставляет отвести определенную роль в доставке металлов из центральных частей бассейнов процессу апвеллинга вдоль таких окраин.
К концу раннего протерозоя (1,7 √ 1,65 млрд. лет назад) подвижные пояса, за небольшими исключениями (Аравалли-Дели в Индии, Маунт Айза √ Вильяма в Австралии), заканчивают свое развитие и формируется новый суперконтинент (Пангея I или Мегагея). Этот суперконтитент, судя по имеющимся данным, довольно устойчиво существует в течение первой половины среднего протерозоя, т.е. в раннем рифее до 1,4 √ 1,35 млрд. лет, а затем подвергается частичному, видимо, довольно ограниченному распаду в начале среднего рифея и возрождается позднее в виде Родинии, понятие о которой ныне получило широкое признание. Соответственно средний протерозой характеризуется преобладанием в пределах современных континентов платформенных условий √ низкая суша, мелкое море. В.И.Смирнов (1982-84 гг.) назвал этот интервал истории Земли интергеосинклинальным, имея в виду его промежуточное положение между ранним протерозоем с его ╚протогеосинклиналиями╩ и поздним протерозоем √ фанерозоем с ╚настоящими геосинклиналями╩.
Из этой ситуации естественно вытекало преимущественное распространение в среднем протерозое осадочных полезных ископаемых. Среди них мы встречаем алмазоносные конгломераты Бразилии (Сьерра де Эспуньясу), ураноносные черные сланцы (Габон в Африке), а в пределах континентальных рифтов появляются телетермальные месторождения полиметаллов (Австралия, бассейн Мак Артур). Терригенно-карбонатные отложения чехла становятся перспективными на нефть, поскольку, в отличие от нижнепротерозойских, они уже практически не метаморфизованы.
Однако внутриплитный магматизм продолжался и в среднем протерозое, сосредоточившись, правда, в основном на окраинах суперконтинента. Его специфической формой явились крупные плутоны гранитов√рапакиви, часто в сочетании с габбро-анортозитами в составе расслоенных интрузий. Происхождение гранитов√рапакиви обычно и достаточно логично связывается с взаимодействием основной магмы мантийного происхождения с мощной континентальной корой, но остается неясным, почему распространение этих гранитоидов ограничилось средним протерозоем, хотя, казалось бы, соответствующие условия существовали уже в раннем протерозое. Как бы то ни было, граниты-рапакиви несут специфическое оруденение: олово, вольфрам, молибден, литий и некоторые другие металлы. Наряду с этим, нельзя не отметить уникальный по масштабу мафитового магматизма среднерифейский рифт Мидконтинента США и Канады с его Дулутским лополитом, несущим медно-никелевое сульфидное оруденение.
При общем решительном преобладании платформенных условий отдельные зоны все же характеризовались в среднем протерозое повышенной подвижностью. Среди них заслуживают особого внимания Кибариды в Центральной Африке. В них в условиях глубокого прогибания накапливались мелководные морские обломочные и карбонатные осадки очень большой мощности, которые затем были деформированы и пронизаны интрузиями коровых гранитов, несущих оловянное оруденение.
Возникший или возрожденный в конце среднего протерозоя суперконтинент Родиния в начале позднего протерозоя, точнее примерно в середине позднего рифея, в интервале 800-750 млн. лет испытывал деструкцию, которая привела к новообразованию крупных океанских бассейнов, затем развивавшихся в течение остального позднего протерозоя и палеозоя. Эти океанские бассейны (Палеоатлантический - Япетус, Палеотетис, Палеоазиатский) явились затем родоначальными для байкальских, каледонских и герцинских складчато-надвигово-покровных сооружений √ орогенов. На пассивных окраинах этих океанов в позднем рифее, но особенно в венде и раннем кембрии происходил очень важный процесс накопления черных сланцев, обогащенных золотом, серебром, медью, ванадием, ураном; здесь же началось крупномасштабное накопление фосфоритов. В более внутренних районах в ту же эпоху стали накапливаться, в частности на Сибирской платформе, каменная и калийные соли (эвапориты известны с раннего протерозоя, но они подверглись метаморфизму и не образуют промышленных залежей). С того же времени встречаются бокситы. В целом венд-раннекембрийская эпоха имела выдающееся минерагеническое значение. С ней совпадает также формирование (в результате байкальского орогенеза) мегаконтинента Гондвана. Его западная половина, состоявшая из Южной Америки и Африки, сомкнулась с восточной, включавшей современные Индию, Австралию и Антарктиду, в результате замыкания Мозамбикского океана и образования на его месте мощного гранулито-гнейсового пояса с уникальными месторождениями драгоценных и полудрагоценных камней в пегматитах. Это был самый молодой из подобных поясов.
В каледонских и герцинских сооружениях содержится полный набор полезных ископаемых, связанных со стандартными стадиями развития орогенов, однако с явным преобладанием месторождений, приуроченных к более поздним стадиям √ субдукционной, островодужной и коллизионной. Пожалуй, только на Урале полно представлены рудные скопления в породах офиолитового и непосредственно постофиолитового надсубдукционного мафит-ультрамафитового комплекса √ хромиты, платиноиды, титаномагнетиты. Гораздо шире и повсеместно распространены колчеданные полиметаллические руды в островодужных образованиях, а коллизионные и постколлизионные гранитоиды, особенно в герцинидах, несут наиболее богатое и разнообразное оруденение: золото, уран, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден и т.д.
В палеозое основное нефтегазо- и фосфатонакопление происходило на пассивных окраинах континентов, а угле- и соленакопление √ в межгорных прогибах каледонид и в передовых и межгорных прогибах герцинид, и в меньшей степени, во внутриплатформенных бассейнах. В пределах Гондваны позднепалеозойские ранне-мезозойские рифты явились основными зонами угленакопления, а в Сибири девон был главной эпохой алмазоносного кимберлитообразования.
Последнее наблюдалось и в Восточной Европе (Архангельская провинция), где, кроме того, в это же время возникли щелочные плутоны Кольского полуострова с апатитовым и редкоземельным оруденением. В Сибири с тунгусской траповой формацией, ее интрузивными мафит-ультрамафитовыми членами, связано уникальное медно-никель-кобальт-платиноидное оруденение.
В позднем палеозое завершилось формирование последней Пангеи. Она просуществовала до конца триаса, а затем начался ее распад, приведший, в конечном счете, к образованию современной конфигурации континентов и океанов. Начался новый, мезозойско-кайнозойский этап развития Земли. На этом этапе основными подвижными поясами были Циркумтихоокеанский и Средиземноморский (Альпийско-Гималайский). Первый из этих поясов и восточная часть второго (начиная с Памира) пережили два тектонических цикла √ киммерийский и альпийский, второй пояс, пережил по существу, один цикл √ альпийский. В обрамлении Тихого океана и в тяготеющей к нему территории Восточной Азии основное и притом очень крупное металлогеническое значение принадлежит краевым вулкано-плутоническим поясам с золотым, серебряным, полиметаллическим, медно-молибденовым оруденением во внешних и оловянно-вольфрамовым √ в более внутренних зонах. Следует отметить, что первое появление поясов подобного типа относится еще к среднему протерозою, когда они возникли на периферии эпираннепротерозойского суперконтинента. Заметную роль они стали играть в девоне, по окончании каледонского цикла, еще большую √ в позднем палеозое, в конце герцинского цикла, в основном в пределах Европы, в области Палеотетиса и Палеоазиатского океана. Но подлинного расцвета они достигли уже в мезозое и кайнозое в Тихоокеанском сегменте Земли.
Что же касается Тетиса, точнее Неотетиса, то в его пределах в мезозое и кайнозое примерно в равной степени распространены месторождения всех стадий развития подвижных поясов. Здесь известны связанные с офиолитами месторождения хромитов и колчеданных руд; эти же руды широко развиты в островодужных вулканических системах, в частности в поясах, протянувшихся от Баната до Малого Кавказа и через Центральный Иран и Афганистан. Развито и оруденение, связанное с коллизионными и постколлизионными гранитоидами, в частности на Большом Кавказе.
Расколу Гондваны предшествовало и сопутствовало внедрение по периферии будущих океанов, особенно в Бразилии, кольцевых плутонов ультраосновного - щелочного состава с тантал-ниобиевым-циркониевым-ториевым и редкоземельным оруденением.
Мезозой и кайнозой явились временем образования основных запасов нефти и газа, сосредоточенных как на пассивных континентальных окраинах (Мексиканский залив, Атлантика, особенно Южная), так и в передовых и межгорных прогибах Альпийско-Гималайского пояса, в впадинах Центральноазиатского пояса возрожденных гор, в особенности в Китае, в уникальном внутриплатформенном Западно-Сибирском бассейне и в преддуговых, междуговых и задуговых прогибах тихоокеанского кольца.
Значителен и масштаб мезозойского угленакопления, в основном, во внутриплитных бассейнах Восточной Сибири. Мощный пояс позднемелового- раннепалеогенового фосфатонакопления протянулся вдоль южной пассивной окраины Неотетиса от Марокко до Сирии. С ним связаны основные запасы фосфоритов.
Значительное соленакопление происходило в конце триаса и юре. На начальном этапе раскрытия Атлантики по ее будущей периферии и в Мексиканском заливе. В поздней юре оно имело место на юге Скифской и Туранской молодых платформ. Другая крупная эпоха соленакопления относится к миоцену и к передовым и межгорным прогибам Альпийско-Гималайского пояса.
К мелу и кайнозою относится образование основных залежей бокситов, приуроченных к позитивным структурным элементам как внутри подвижных поясов √ микроконтиненты, островные дуги, так и в пределах платформ бывшей Гондваны, расположенных в Тропическом поясе.
Заканчивая на этом свой краткий обзор, автор должен отметить, что он сознательно отвлекался в нем от различий в конкретном механизме минерагенеза, в особенности рудообразования, от его полигенетичности и полихронности, полагая, что они не могут затушевать зависимость эволюции минерагенеза от общей эволюции структуры земной коры и литосферы.

Литература.

Конторович А.Э., Вышемирский В.С. Неравномерность нефтеобразования в истории Земли как результат цикличного развития земной коры // Докл. АН. √ 1997. - 356, ╧ 6. - С. 794-797.
Рундквист Д.В., Минц М.В., Ларин А.М. и др. Металлогения рядов геодинамических обстановок раннего докембрия.- М., 1999. - 399 с.
Смирнов В.И. Эндогенное рудообразование в геологической истории // Геол. рудн. м-ний. - 1982, ╧ 4. - С. 3-20.
Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. - 217 с.
Kazansky V.I. Evolution of ore-bearing Precambrian structures. - New Delhi √ Bombay √ Calcutta: Oxford a JBH Publishing Co., 1995.- 207 p.