Abstract

O.M.Розен, В.С.Федоровский
ГРАНИТЫ И ГРАНИТОГНЕЙСОВЫЕ АРЕАЛЫ

В земной коре активных горных сооружений существуют квазистационарные расплавные горизонты, установленные в последнее время геофизическими, главным образом сейсмическими, методами. Они залегают на глубине 10-15 км, имеют мощность примерно 10 км при ширине до 250 км (Гималаи и Кавказ). По своим физическим свойствам они отвечают граниту в субликвидусном состоянии. Причиной их появления является парциальное плавление вещества коры вследствие коллизионного разогрева, обусловленного сложением радиогенной (коровой) составляющей теплового потока в ансамблях надвинутых пластин. Этот термальный источник является вполне достаточным, как показывают исследования Гималайской коллизии, однако не меньшее значение может иметь еще и теплота трения между пластинами. Два других источника тепла, возможно вызывающие парциальное плавление и гранитообразованние - подстилающая перегретая (аномальная) мантия или базитовые интрузии в основании коры - по существу не обязательно связаны с коллизией и возникающие при этом гранитоиды не образуют обширных гнейсово-купольных ареалов, а реализуются в виде локальных интрузий, нередко многочисленных. Возникающий в разогретой области коры гранитный расплав поднимается вверх до тех пор, пока не будут достигнуты условия изостатического (плотностного) равновесия с вмещающими породами. На этом уровне происходит накопление гранитного вещества в виде расплавного горизонта, локализации которого способствуют ослабленные субгоризонтальные поверхности срыва (деколлементы). Подъем гранитного материала вызывает обогащение верхних горизонтов коры литофильными элементами и, как показали результаты расчетного геохимического моделирования, в подстилающих горизонтах нижней коры происходит комплементарное истощение этими элементами (базификация). Таким образом возникает геохимическая расслоенность континентальной коры на верхнюю - существенно гранитную, и нижнюю - гранулито-базитовую. Слою гранитного материала, разогретому до субликвидусных температур, свойственны конвективные перемещения масс (внутрислоевая конвекция) вследствие естественных неоднородностей теплового поля. Это является причиной формирования определенного типа структурных ансамблей, связанных с купольным тектогенезом. Наблюдаемые в эродированных коллизионных зонах гранито-гнейсовые ареалы имеют именно такое строение. При прекращении субдукции и приостановке коллизионного поддвигания одной сиалической плиты под другую, достаточно быстро (в течение 30 млн.лет, по некоторым оценкам) происходит эрозия верхних складчатых комплексов возникшего при коллизии горного сооружения. В первую очередь на поверхность выходит накопившийся существенно гранитный (гнейсово-купольный) слой. Его изначальная мощность, как сейчас установлено, составляет примерно 10 км, что соответствует мощности верхней коры изостатически уравновешенных (пенепленизированных) древних щитов. Именно здесь, на огромных площадях древних кратонов, преобладают гнейсово-купольные ансамбли. Очевидно, что по крайней мере часть этих ансамблей возникла вследствие процессов коллизии сиалических масс, и вероятно, что эти процессы повторялись неоднократно. Древние кратоны позволяют наблюдать также и более глубокие срезы коллизионных областей, демонстрирующие комплексы нижней коры (северо-восток Сибирского кратона). В этих ситуациях, требующих для своей расшифровки достаточно трудоемких изотопно- геохимических и гехронологических исследований, на поверхности оказываются древние террейны, сочлененные по коллизионным (сутурным) швам. Для каждого отдельного террейна ювенильное, поступившее из мантийных источников в кору, вещество оказывается разновозрастным и различным по своим геохимическим характеристикам. Сравнительно узкие сутурные швы (коллизионные разломные зоны) между террейнами оказываются на этом уровне глубинности единственным вместилищем для гранитоидов. Очевидно, эти швы представляли собой каналы подъема выплавлявшихся из нижней коры гранитных расплавов и поступления их в верхнюю кору. Последняя была полностью эродирована позднее, после прекращения коллизионного сжатия. Фундаментальным свойством этой нижнекоровой системы в условиях коллизии оказывается одновременность, синхронность гранитообразования и локального метаморфизма внутри сутурных швов и ареального (последнего) метаморфизма в террейнах. Единственным объяснением этой синхронности представляется однородное повышенное тепловое поле в глубоких сечениях коллизионного горного сооружения, когда метаморфизму одновременно подвергалось как вещество террейнов, так и вещество, выполнявшее сутурные швы. Формирование гранито-гнейсовых ареалов, как показывает приведенный материал, связано с коллизионной геодинамикой и импульсами гранитного процесса, генерированными в недрах нижней коры. Становление же самих гранито-гнейсовых ареалов происходит уже в верхней коре. Структурное выражение процесса на этом уровне - купольный тектогенез. Основные закономерности локализации, строения и эволюции гранито-гнейсовых ареалов, изученные на примере коллизионной системы Ольхонского региона Центральной Азии, имеют, по-видимому, более общее значение. Они таковы:
1. Формирование тектонической расслоенности верхней коры. Это - одно из главных условий куполообразования, а соответственно и локализации гранито-гнейсового ареала. В нашем примере возникновение такой расслоенности документируется ранними эпизодами фронтальной коллизиии типа "дуга-террейн" и обдукцией на древнюю континентальную кору палеозойских островодужных и океанических аллохтонов. Обдукция сопровождается подъемом теплового фронта и многоэтапной синметаморфической деформацией покровных аллохтоных пластин. Формирование гранито-гнейсового ареала начинается еще до окончания покровного тектогенеза. Судя по имеющимся определениям возраста, весь интервал времени от начала магматизма в условиях островной дуги (530 млн лет) до последовавших затем коллизии, обдукции, метаморфизму, складчатости, куполообразованию (480-490 млн лет) и формированию жильных синметаморфических гранитов (449 млн лет) занял около 80 млн лет. Несомненно, что формирование собственно гранито-гнейсового ареала и куполообразование были менее продолжительными;
2. Кровля слоя гранито-гнейсовых ядер растущих куполов бронируется (экранируется) подошвой пакетов покровных аллохтонных пластин. Это и определяет морфологию верхней топологической поверхности формирующегося гранито-гнейсового ареала. Вместе с тем, купольный тектогенез не ограничивается только рамками собственно гранито-гнейсового слоя. Купольные структуры, но уже без гранито-гнейсов, развиваются и в вышележащей части коры, в коллизионных аллохтонах, деформируя пакеты более ранних покровных складок. По-видимому, в этом заключена специфика купольного тектогенеза: возникающие купольные структуры развиты гораздо шире, чем собственно гранито-гнейсовые ареалы, давшие импульс их развитию. Если гранито-гнейсовые ядра куполов ограничены в своем развитии вверх подошвой покровных аллохтонов, то купольный тектогенез не считается с этой границей и охватывают не только те уровни коры, которые заняты гранито-гнейсами, но и значительные ее объемы, расположенные непосредственно над гранито-гнейсовыми ареалами. Там же нередко локализованы и жильные граниты. Формирование гранито-гнейсов происходило в субликвидусных условиях и сопровождалось возникновением локальной гранитной жидкости, свидетельством чего и являются жильные граниты, секущие структуры куполов;
3 . Купола и межкупольные синформы формируют структурные ансамбли сложной морфологии. Как правило они составляют многоэтажгные композиции, деформируют в процессе своего роста не только выщележащую оболочку, но и друг друга. Купольный тектогенез сопровождается возникновением структурного несоответствия ядра и обрамления, связанного с реализацией тепловой конвекции вещества и формированием интерференционных структур в ядрах куполов. С другой стороны, одновременное проявление последних эпизодов покровных деформаций и начальных этапов куполообразования завершается формированием и других специфических интерференционных композиций, линеаризацией растущих куполов;
4. Ресурсы гранитообразования на этапе фронтальной коллизии типа дуга-террейн оказываются практически исчерпанными. Но становление коллизионной системы еще не закончилось. Последние эпизоды коллизионной геодинамики связаны со столкновением типа террейн-континент, которое происходит в режиме косой коллизии и тотального проявления сдвигового тектогенеза. Последние эпизоды купольного тектогенеза совпадают с регрессивной ветвью регионального метаморфизма и начальными событиями сдвигового характера, что снова приводит к возникновению интерференционных структур. Поздние синметаморфические сдвиговые деформации накладываются на все более ранние, в том числе и на купольные структуры, полностью искажая присущую им морфологию.
5. Концентрация гранитного материала в пределах верхней коры - один из основных результатов коллизионной геодинамики. Вместе с тем на формирование гранито-гнейсовых ареалов гранитно-метаморфического слоя, как показывает материал статьи, "работает" вся мощность земной коры. Локализованные только в верхней коре, эти ареалы и присущий им купольный тектогенез, на самом деле являются следствием коллизионной геодинамики нижней коры. Свойственный гранито-гнейсовым ареалам купольный тектогенез проявляется на протяжении всей геологической истории и может рассматриваться как прямой структурный индикатор коллизии.
Работа выполнена по заказу Министерства природных ресурсов РФ и при поддержке РФФИ, проекты 97-05-64463 и 99-05-65642