Средне-палеозойское развитие Урало-Казахстанской складчатой системы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Урало-Монгольский складчатый пояс является одним из главных горно-добывающих регионов страны и уникальным полигоном для всего спектра геологических исследований. Многие теоретические разработки, выполненные в различных частях пояса Н.Г. Кассиным, Н.С. Шатским, А.А. Богдановым, М.В. Муратовым, Ю.А. Зайцевым, Л.П. Зоненшайном, А.В. Пейве и многими другими, перешли в ранг общегеологических концепций, успешно применяемых при анализе геологического развития других регионов.

Результаты исследований последних 20-25 лет принципиально изменили взгляды на геологическое строение и историю развития Урала и Казахстана, а также на их место в общей структуре и эволюции Урало-Монгольского пояса. Прорыв к новым представлениям осуществлялся сразу по нескольким направлениям. Среди наиболее важных необходимо отметить следующие: (1) стремительное развитие конодонтовой стратиграфии, которая позволила с высокой точностью определить возраст большинства ранее "немых" комплексов и фактически создала абсолютно новую базу не только для внутри- и межрегиональных корреляций, но и для большинства видов геологических исследований; (2) массовое применение тонких аналитических методов, включая изучение редких элементов, изотопные исследования, микрозондовый анализ состава минералов и т.п., что привело к принципиально новому пониманию механизмов магмогенерации, эволюции магматических очагов, параметров метаморфизма и т.д.; (3) активное внедрение в геологию компьютерных технологий, в том числе геоинформационных систем; (4) интенсивная разработка новых теоретических представлений о характере эволюции отдельных структурных элементов и тектоносферы в целом: бурное развитие плейт-тектонической концепции, исследования в области внутриплитной тектоники и кинематики сдвиговых зон, новые разработки по тектонике плюмов и т.д.

Вместе с тем, быстрое развитие новых методов геологических исследований и связанный с этим мощный поток принципиально новых данных породили едва ли не больше вопросов, нежели ответов, причем это касается как геологического строения отдельных районов, так и эволюции крупных складчатых сооружений. Представления о геологическом строении и развитии Урало-Монгольского складчатого пояса всегда в очень большой степени основывались на концепциях, разработанных при региональных исследованиях его двух главнейших (и хорошо изученных) регионов - Урала и Казахстана. Однако, с момента выделения Урало-Монгольского пояса М.В. Муратовым в 1965 году и до настоящего времени Уральский и Казахстанский его сегменты в большей степени противопоставлялись друг другу, чем сравнивались, несмотря на обыкновенно декларируемое историко-геологическое единство пояса. Только в самые последние годы (во многом - в связи с тем, что часть геологов, занимавшихся ранее Казахстаном, сменили район исследований на Урал) начали появляться данные о сходстве геологических событий в этих регионах. Актуальность представленной работы состоит в необходимости увязки всех накопившихся материалов и пересмотра представлений о геологической эволюции этих регионов с учетом выявленных региональных закономерностей.

Целью исследований является анализ палеозойской истории развития Урало-Казахстанской складчатой области в рамках разработки общей модели ее эволюции на протяжении среднего-позднего палеозоя.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели потребовалось решить ряд конкретных задач, главными из которых являются:

1 - изучение стратиграфии, магматизма и тектоники ключевых районов Урало-Монгольского пояса в процессе региональных геологосъемочных работ;
2 - анализ и систематизация обширного потока материалов по различным аспектам геологии и истории развития Урала и Казахстана;
3 - детальная корреляция палеозойских геологических событий этих регионов, включающая анализ региональных несогласий и основных этапов складчатости, зональный анализ вертикальных и латеральных формационных рядов;
4 - анализ эволюции магматизма, выявление синхронных и асинхронных однотипных и различающихся событий;
5 - анализ структурных парагенезов, связанных с формированием магматических комплексов и разработка кинематических моделей развития сдвиговых зон и связанных с ними участков транпрессивной и транстенсивной тектоники.

Фактический материал. В основу настоящей работы положены региональные геологические работы, которые автор проводил в течение последних 33 лет сначала в Центральном Казахстане, а в последние 10 лет - на Южном Урале. Практически все эти исследования представляли собой крупно- и среднемасштабные геологосъемочные работы, а также подготовку к изданию листов Государственных геологических карт: 1 - объемное геологическое картирование м-ба 1:25 000 (5 листов), 2 - геологическая съемка и доизучение м-ба 1:50 000 (21 лист), 3 - геологическое доизучение м-ба 1:200 000 (7 листов, 1 из которых находится в редподготовке на картфабрике ВСЕГЕИ). Кроме того, в работе использованы материалы по позднему палеозою всего Казахстана, подготовленные автором при составлении Атласа палеотектонических карт (4 временных среза) в большом коллективе исследователей (под ред. Ю.А. Зайцева), а также Атласа литолого-палеогеографических, структурных, палинспастических и геоэкологических карт Центральной Евразии (3 временных среза). Изучение магматизма зон присдвигового растяжения было поддержано грантом РФФИ (1996-1998).

Научная новизна. В работе впервые показано, что главные средне-позднепалеозойские фазы тектогенеза и этапы магматической деятельности синхронно проявлены на всей территории Урало-Казахстанской складчатой системы. Для отдельных крупных зон этого региона (Южно-Токрауская впадина, Сухтелинский аллохтон, Жаман-Сарысуйский, Восточно-Уральский и Зауральский мегаблоки) разработаны новые стратиграфические схемы и схемы магматизма с учетом современных аналитических данных, впервые полученных для большинства магматических комплексов. Установлена и расшифрована покровно-складчатая структура Восточно-Уральского и Жаман-Сарысуйского мегаблоков, в разрезе последнего впервые выделены, изучены и фаунистически доказаны олистостромовые комплексы силура. Впервые показано, что разномасштабные участки магматических поясов Урало-Казахстанской складчатой системы (от целых сегментов до конкретных магматических тел) были сформированы в условиях транстенсивной тектоники. Разработаны модели формирования различных присдвиговых магматических камер, решающие в целом проблему пространства для гранитоидных плутонов. На примере девонского и позднепалеозойского вулканических поясов Центрального Казахстана впервые продемонстрирована возможность, проанализированы причины и механизм геодинамических трансформаций вулканических поясов в ряду: островная дуга - окраинно-континентальный пояс - внутриконтинентальный пояс, а также связанные с этим процессом трансформации преддуговых бассейнов в задуговые. Впервые показано, что характер развития магматических поясов Урало-Казахстанской складчатой системы определяется кинематикой конвергирующих плит - в периоды преобладания сдвиговой составляющей в пределах поясов формируются зоны растяжения и связанные с ними локальные присдвиговые бассейны и плутоны, а в при конвергенции, нормальной к границе плит, преобладает вулканизм.

Публикации и апробация работы. Основные положения и разделы работы опубликованы автором в 89 работах, в том числе - в 3 монографиях, 19 статьях в монографических сборниках, 12 статьях в реферируемых периодических журналах, 8 отчетах по научно-исследовательским работам, 7 кратких сообщениях в периодических и продолжающихся изданиях, 37 тезисах докладов на конференциях различного ранга (в т.ч. - на 10 международных) и в 1 нормативно-методическом документе. Результаты исследований неоднократно представлялись на различных конференциях и совещаниях, а также на научных заседаниях кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ. Основные положения и концепция работы были представлены и доложены на Международных Совещаниях по тектонике плит (1995, 2001), на совещаниях рабочих групп по программе EUROPROBA (1998, 2000), Международных Тектонических совещаниях (1997-2003), Ломоносовских чтениях МГУ (1995-1999), на международной конференции "Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы" (Екатеринбург, 1998), на конференциях Европейского Геологического Союза (Страсбург, 1997. 1999), на Международном Геологическом Конгрессе (Китай, 1996), Всероссийских и региональных петрографических совещаниях (1984-2000).

Теоретическая и практическая значимость. Составленные автором и под его руководством комплекты разномасштабных геологических карт на различные участки Урало-Казахстанской складчатой системы представляют в настоящее время наиболее современную основу для проведения на этих площадях геолого-поисковых и прогнозных исследований. Вывод о синхронности проявления фаз тектогенеза на обширной территории от Восточно-Европейской платформы до Сибирской доказывает взаимосвязное развитие разнородных участков Урало-Монгольского пояса. Представления о геодинамических трансформациях палеозойских вулканических поясов и связанных с ними придуговых прогибов дают принципиально новые возможности для геодинамических реконструкций. В работе обосновано выделение нового типа синкинематических структур - сдвиговых магматических дуплексов, принципиально важных для понимания условий формирования и структурных характеристик разномасштабных магматических тел, а также особенностей локализации в них оруденения. Новые стратиграфические схемы Северного Прибалхашья и Восточного Урала, во многих случаях впервые обоснованные палеонтологически, и схемы развития магматизма этих регионов утверждены в качестве легенд Новой серии Государственных геологических карт масштаба 1:200 000, и используются различными организациями при проведении региональных геологических исследований и решении общих геотектонических и прогнозных задач. Теоретические разработки и фактические данные, изложенные в работе, используется при проведении учебных курсов "Геоинформационные технологии в геологических исследованиях" и "Избранные главы региональной тектоники", которые читаются автором на геологическом факультете МГУ, а также при подготовке магистрантов и аспирантов кафедры региональной геологии и истории Земли.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех частей, включающих 11 глав, заключения и списка цитируемой литературы (386 названий, в том числе 38 на иностранных языках). Объем работы 345 стр. текста, она содержит 323 рисунка и 68 таблиц. Во "Введении" содержатся официальные сведения о работе, сформулированы ее цель и задачи. В первой части "Особенности геологического строения Урало-Казахстанской складчатой системы" изложены результаты региональных геологических исследований, проведенных автором в Центральном Казахстане и на Южном Урале, представленные в главах: 1.1. "Восточно-Уральский мегаблок"; 1.2. "Зауральский мегаблок"; 1.3. "Жаман-Сарысуйский мегаблок"; 1.4. "Токрауский мегаблок"; 1.5. "Актау-Моинтинский и Кызылэспинский блоки", а также интерпретация этих материалов в связи с корреляцией геологических событий в пределах региона. В главе 1.6. "Корреляция фаз складчатости" подробно рассматриваются проявления различных фаз складчатости на пространстве от Восточно-Европейской платформы до Сибирской и показывается синхронность тектонических событий. В главе 1.7. "Корреляция проявлений магматической деятельности" проанализированы изотопные датировки плутонических пород девона - перми в пределах Южного-Среднего Урала и Казахстана и продемонстрирована синхронность проявления однотипной магматической деятельности в этих регионах. Вторая часть "Магматические структуры зон присдвигового растяжения" посвящена описанию вновь выделенного типа структур - сдвиговых магматических дуплексов и состоит из двух глав: 2.1. "Магматические структуры зон присдвигового растяжения Центрального Казахстана и Южного Урала" и 2.2. "Кинематические и эволюционные модели формирования сдвиговых магматических дуплексов". В первой содержатся описания наиболее представительных магматических структур присдвигового растяжения, изученных автором в Казахстане и на Урале, а также обобщены более ранние работы по сходной тематике, сформулированы основные понятия, предложена классификация магматических структур зон присдвигового растяжения. В главе 2.2 рассмотрены возможные эволюционные и кинематические модели формирования сдвиговых магматических дуплексов. Третья часть "Геодинамические обстановки формирования Урало-Казахстанской складчатой области в среднем-позднем палеозое" посвящена анализу среднепозднепалеозойской геодинамики этого региона. В "Заключении" сформулированы основные результаты работы и защищаемые положения.

Благодарности. Диссертационная работа подготовлена на кафедре региональной геологии и истории Земли при постоянном благожелательном внимании со стороны заведующих кафедрой академика Е.Е. Милановского и профессора А.М. Никишина. Особенную благодарность автор хотел бы выразить И.А. Кошелевой, с которой проработал все эти годы. Ее моральная поддержка и помощь во многом повлияли на решение автора систематизировать и оформить результаты своих исследований. Автор искренне благодарен коллегам, с которыми ему посчастливилось проводить многолетние совместные региональные исследования в Казахстане и на Южном Урале: Е.А. Бабичеву, В.М. Бесстрашнову, В.И. Борисенку, И.А. Буриковой, Е.Ф. Бурштейну, А.Б. Веймарну, Н.А. Герасимовой, Ю.А. Зайцеву, С.Е. Иткис, М.Я. Кацу, М.В. Коротаеву, М.Ю. Коротаеву, Р.И. Костиной., И.Е. Кузнецову, Л.А. Курковской, Л.Ф. Мигдисовой, В.С. Милееву, О.В. Минервину, М.З. Новиковой, А.Р. Орловой, В.С. Попову, И.А. Пославской, Т.Б. Соколовой, Ю.А. Тевелеву, Г.Т. Ушатинской, И.З. Филиппович, Н.Л. Чечик, А.Ф. Читалину, В.С. Шарфману, М.Н. Щербаковой, Ю.В. Юнаковской, а также особо Арк.В. Тевелеву за необычайно интересные совместные работы по изучению казахстанских и уральских сдвиговых зон. Чрезвычайно полезными были неоднократные обсуждения различных аспектов работы с сотрудниками и преподавателями факультета А.С. Алексеевым, Б.Я. Журавлевым, Л.М. Расцветаевым, Э.М. Спиридоновым, П.Л. Тихомировым, Т.О. Федоровым, П.А. Фокиным, А.А. Ярошевским, с московскими коллегами К.Е. Дегтяревым, Н.Б. Кузнецовым, С.А. Куренковым, А.В. Рязанцевым, Г.Н. Савельевой, Т.Н. Херасковой (ГИН РАН), А.М. Курчавовым (ИГЕМ), Е.А. Успенской (МГГА), Ю.А. Морозовым (ОИФЗ) с уральскими коллегами Е.А. Белгородским, С.А. Беляковым, К.С. Ивановым, Л.В. Кашиной, А.М. Косаревым, А.А. Краснобаевым, Г.П. Кузнецовым, В.И. Ленныхом, В.В. Масленниковым, В.М. Мосейчуком, В.Н. Пучковым, М.С. Рапопортом, И.Б. Серавкиным, Т.Н. Суриным, Г.Б. Ферштатером, А.В. Ярковой, с петербургскими коллегами Н.Г. Власовым, А.Х. Кагармановым, Л.И. Лукьяновой, Б.К. Львовым, А.Н. Мельгуновым, Ю.П. Ненашевым, Н.А. Румянцевой, Л.Н. Шарпенок, а также с казахстанскими коллегами И.В. Безуглыхом, М.С. Гранкиным, Б.С. Зейликом, В.Я. Кошкиным, Ю.И. Лялиным, Э.Ю. Сейтмуратовой, В.И. Серыхом, Л.И. Скринник. Автор особо признателен О.В. Артюшковой, В.А. Маслову, Р.Р. Якупову и их коллегам за исключительно плодотворное сотрудничество в разработке стратиграфии вулканогенно-осадочных комплексов. Большое спасибо студентам геологического факультета МГУ Е.В. Гавриловой, Б.В. Георгиевскому, А.С. Густовой, Е.А. Калининой, Н.В. Правиковой за техническую помощь в оформлении диссертации. Автор благодарен А.Ф. Морозову, А.Ф. Карпузову, Т.В. Чепкасовой (МПР РФ) за всемерную поддержку работ на Южном Урале, а также РФФИ за финансовую поддержку одного из ключевых разделов исследований.