Термин «авлокоген» (aulacogen) возник из греческих слов, означающих «канал», «канава» и «генезис». Впервые его использовал советский геолог Шатский (1964). Он обратил внимание на то, что на Русской платформе развиты огромные грабеноподобные структуры, погребенные под палеозойскими слоями. Шатский описал Днепровско-Донецкую структуру, расположенную южнее Москвы, и предложил для нее название «авлакоген», чтобы отличать ее от других структур, так как история развития этой области в некоторых отношениях совершенно отличается от истории развития мобильных поясов или бассейнов седиментации в кратонных областях. Итак, каковы особенности авлакогенов? Как они связаны с орогенными зонами и с другими геологическими структурами? С какими областями, наблюдаемыми на Земле в настоящее время, можно сравнить историю их развития? Шатский умер, не успев подвести итог своим исследованиям по этим структурам, но его работа была продолжена его бывшими студентами и коллегами — Богдановым и др. Авлакогены описываются так: «Это огромные линейные грабены, простирающиеся на несколько сотен километров через континентальную кору платформенных регионов и погребенные под мощными осадочными отложениями. На ранних стадиях развития авлакогена проявлялась вулканическая деятельность, а фаза осадконакопления напоминает-миогеосинклинальную. Местами также можно обнаружить проявление слабого метаморфизма» [75]. Такие структуры впоследствии были установлены по всей территории СССР и термин «авлакоген» стал общеупотребительным.
Морфология авлакогенов и одно из объяснений их тектонической истории представил Шмидт-Томё (1972). Он допустил,, что авлакогены являются геологическими структурами, демонстрирующими черты ранней фазы геосинклинального развития,, или структурами, наблюдаемыми в зонах, переходных между геосинклиналями и кратонами. Напротив, Салоп и Шейнсманн (1969) указывали, что авлакогены — это грабенные зоны, формирующиеся в кратонном регионе и на концах соединяющиеся с геосинклиналью, окружающей кратон. Американские геологи Хоффман [57], Хоффман и др. [59], а также Бёрк и Дьюи [16] дали следующее объяснение: поскольку авлакогены связаны с орогенными зонами сочленениями, имеющими Т или Y очертания, геосинклинали и авлакогены развились из бывших тройных сочленений (triple junction). Их объяснение развертывается так: мантийный выброс, поднимаясь из глубины Земли,, оказывает давление на континентальную кору, вызывая ее дробление и образование разрыва, развивающегося в трех направлениях. В двух из этих направлений развитие разрыва происходит интенсивно, с образованием океана и разделением континента на две части. Впоследствии океан снова закрывается и возникает орогенная зона. В третьем направлении,, однако, разрыв пронизывает кратон, сохраняя грабенообразную форму, и постепенно заполняется осадочным материалом. Этот оставшийся «недоразвившийся рукав» и есть авлакоген. В качестве хорошего примера связи авлакогенов и орогенных зон эти ученые привели авлакоген Атобаска и геосинклиналь, Коронейшен на Канадском щите [56—59].
Геология северо-западной части Канадского щита
Докембрийские породы, широко обнажающиеся на северо-западе Канады, в соответствии с их структурой и радиометрическим возрастом можно разделить на области оз. Большого Невольничьего, оз. Б. Медвежьего и р. Черчилл, как показано на рис. 2.VII.1.
Возраст вулканических и плутонических пород области Б. Невольничьего озера в основном 2600—2300 млн лет, а главный диастрофизм произошел 2480 млн лет назад. Древнейший возраст, установленный Rb-Sr методом для пород этой области, составляет 3000 млн лет, этот возраст определен для гранито-гнейсов северо-западной части области Б. Невольничьего озера (Фриц и др., 1977).
В области р. Черчилл возраст составляет 2600—1600 млн. лет, и, несомненно, местами в этой области встречаются и архейские породы. К раннему протерозою обе эти области полностью консолидировались, развившись в кратоны, названные Хоффманом [57] кратоном области Б. Невольничьего озера и кратоном области р. Черчилл, соответственно.
Раннепротерозойские породы обнаружены в области Б. Медвежьего озера; причем их возраст в основном составляет 2100—1600 млн лет. Подобно этому, раннепротерозойские породы также обнаружены вокруг восточного рукава Большого Невольничьего озера. Эту территорию Хоффман [57] назвал «авлакогеном Атабаска». Рельеф и распространение пород в этих областях определяются разломом Макдональда, который простирается в направлении восток-северо-восток — запад-юго-запад. Этот разлом, удивительно непрерывный, до сих пор ясно различим. Возраст мусковита (1700—1800 млн лет), обнаруженного в рассланцованных гранитах, развитых вдоль разлома, а также структуры на его западном продолжении свидетельствуют, что движение по разлому происходило в течение среднего протерозоя и палеозоя. Однако, главное смещение произошло в раннем протерозое, при развитии авлакогена.
Южнее зал. Коронейшен в область Б. Невольничьего озера вдается фиорд Батерст. Рельеф этой территории и особенности обнаруженных здесь горных пород вызвали мнение, что эта область аналогична авлакогену Атабаска [16, 57].
На огромной территории, занимающей около 1000 км с востока на запад и 1600 км с севера на юг и протягивающейся от региона гор Маккензи на севере Канады до пров. Саскачеван, развиты многочисленные диабазовые дайки, простирающиеся параллельно в направлении северо-северо-запад — юго-юго-восток. Длина отдельных даек достигает иногда 250 км. Каждая дайка фактически рассекает все формации докембрий-ских пород в областях Б. Медвежьего, Б. Невольничьего озер и р. Черчилл субвертикально, причем по прямым линиям. По' расчетам они внедрились около 1300 млн лет назад. Докембрийские движения на территории северо-западной Канады полностью прекратились до внедрения даек Маккензи.
Орогенический пояс Коронейшен
Раннепротерозойские породы, развитые в области Б. Медвежьего озера, судя по их литологии, мощности и наблюдаемым здесь осадочным структурам, расположены в субмеридиональ-ном направлении, из чего можно заключить, что по условиям осадконакопления эта область ранее соответствовала так называемой геосинклинали. В начале протерозоя этот бассейн осадконакопления (геосинклиналь Коронейшен) развивался, расширяясь на территории континента, сложенного архейскими породами.
Протерозойские комплексы области Б. Медвежьего озера разделяются с запада на восток на батолит Б. Медвежьего озера и вулканический пояс, батолит Хепберн и метаморфический пояс, зону надвига и платформенную зону (рис. 2.VII.2).
Батолит Б. Медвежьего озера и вулканический пояс сложены, главным образом, вулканическими и плутоническими породами и связаны с расположенными восточнее батолитом Хепберн и метаморфическим поясом по крутопадающему разлому. Покрытые наносами гнейсовые купола обнаружены на юге батолита Хепберн, ближе к области Б. Невольничьего-озера, среди метаморфических пород, образовавшихся из конгломератов, песчаников, аргиллитов, доломитов и др. Формации батолита Хепберн и метаморфического пояса чрезвычайно осложнены складчатостью и рассланцованы. Мощность обломочных фаций увеличивается к западу и по расчетам достигает примерно 7000 м. Количество как доломита, так и изверженных пород в осадочном комплексе увеличивается к востоку, тогда как обломочные слои становятся тоньше. Основной источник сноса обломочного материала в эти формации, складывавшиеся на ранней и средней стадиях осадконакопления, располагался на востоке, но осадочные текстуры в обломочных породах, отложившихся впоследствии, свидетельствуют о палеотечении с запада на восток.
В надвиговой зоне, расположенной восточнее батолита Хепберн и метаморфического пояса, обнаружены многочисленные шарьяжи. Все они образовались при надвиговых движениях, направленных с запада на восток. Однако, еще восточнее» в платформенной зоне толщи осадочных пород почти не деформированы. Большинство их представлено континентальными отложениями, несогласно залегающими на архейских породах. История развития геосинклинали Коронейшен была обобщена Хоффманом [57] (рис. 2.VII.3). Эта протерозойская’ геосинклиналь имеет много общего с орогенными поясами, которые в палеозое и мезозое развивались вдоль западного края Северо-Американского континента. Эти совпадения включают в себя:
- а) общий структурный план, т. е. характер распространения горных пород, сланцеватость и направление осей складок субмеридиональны, простирание параллельно краю континента;
- б) с запада на восток тектонические пояса располагаются в следующем порядке: метаморфическая зона, складчатая зона, зона надвигов и кратонная платформа;
- в) осадочные толщи мощнее на западе и тоньше на востоке;
- г) воздымание гранитной зоны обеспечивало снос обломочного материала в конце мезозоя, вслед за чем последовало надвигание шарьяжей с запада на восток.
Авлакоген Атабаска
Над группой Большого Невольничьего озера называются формации горных пород, слагающих зону усеянного островками восточного рукава Б. Невольничьего озера. По спилитовым базальтам надгруппы Rb-Sr методом был определен возраст 1872 ±10 млн. лет (Баадсгаард и др., 1973), что свидетельствует об образовании надгруппы в интервале 2200— 1800 млн лет.
В общих чертах надгруппу Б. Невольничьего озера можно подразделить на верхнюю и нижнюю части. Нижняя часть имеет мощность 2000—3000 м. В ней преобладают песчаники и известняки, образовавшиеся в условиях морского мелководья. Однако, восточнее она становится менее мощной и характеризуется отложениями картонного типа. Напротив, на юго-западе обнаружены глубоководные глинистые сланцы и турбидиты, прорванные вулканическими породами, такими как вышеупомянутые спилитовые базальты. Снос обломочного материала в то время происходил с северо-северо-востока на юго-юго-запад), из глубины континента к его окраинам. В верхней части надгруппы Б. Невольничьего озера направление сноса полностью обратное, с юго-юго-запада на северо-северо-восток, или в глубь континента. Она имеет мощность 2000—3000 м и в основном состоит из чередующихся слоев турбидитов, известняков и аргиллитов, которые вверх по разрезу сменяются мелководными отложениями. В обломочных породах содержатся обломки более древних песчаников, глинистых сланцев, известняков и вулканитов, которые обычно встречаются в орогенных зонах, и, следовательно, можно сделать вывод, что область, из которой сносился этот обломочный материал, представляла собой орогенную зону.
Грубообломочные формации, местами достигающие мощности 5000 м, образовались в области авлакогена Атабаска, перекрыв с угловым несогласием надгруппу Б. Невольничьего озера. В основном они имеют континентальное происхождение и содержат фангломераты и оползневой материал, местами переходящие в озерные отложения. Бассейны, в которых отлагался этот материал, ограничены крутопадающими сбросами и сформировались в период экстенсивных блоковых движений. Местами в них встречаются вулканические лавы основного состава, не оставляя сомнений, что блоковые движения сопровождались вулканической деятельностью.
Давайте посмотрим на вертикальный поперечный разрез авлакогена Атабаска (см. рис. 2.VII.4, г). Сброс Макдональда служит южной границей авлакогена и отделяет архейский фундамент от протерозойских толщ. В середине авлакогена находится грабенная зона, выполняющие которую мощные толщи осадочных и вулканических пород смяты в складки в результате последующих движений. Однако, часть материала, отложившаяся на севере грабенной зоны, перешла в кратонные фации, наложившиеся на фундамент.
Хоффман и др. [57—59] разработали тектоническую модель, чтобы объяснить историю развития авлакогена Атабаска (рис. 2.VII.4). Структурные движения начались с воздымания всей территории, за чем последовали образование грабена, плавное региональное погружение и, наконец, интенсивное сжатие и глыбовые движения. Грабенная зона, образовавшаяся на ранней стадии сбросовых движений, имела субширотное простирание, слегка открываясь к западу, и, возможно, она соединялась с геосинклиналью Коронейшен. Как объясняет Дикинсон (1976), авлакоген, имеющий на карте клинообразную форму, на глубине характеризуется иными структурами. Внутри кратона его структура напоминает структуру платформы, тогда как внутренняя структура континентальных окраин имеет черты, характерные для мобильных поясов. Миогеосин-клинальные особенности нижней части разреза надгруппы Б. Невольничьего озера, на которые указывал Хоффман, вполне возможно отражают обстановку, сложившуюся в зоне сочленения авлакогена Атабаска и геосинклинали Коронейшен.
Образование авлакогенов
Авлакоген Атабаска был первой структурой в Северной Америке, изученной и определенной как авлакоген. Однако, нельзя сказать, что нет других примеров хорошо изученных областей, в которых можно обнаружить аналогичные структурные особенности. Еще один пример — авлакоген южной Оклахомы.
Палеозойский бассейн осадконакопления в южной Оклахоме, определяющийся как интракратонная гесинклиналь, называли «геосинклиналью южной Оклахомы» (Хэм, 1969). Эта структура ограничена крутопадающими сбросами (рис. 2.VII.5) и является длинной, узкой и глубокой. Она выполнена осадочными отложениями, мощность которых достигает 12000 м. Осадконакопление происходило в период от позднего кембрия до перми. Осадочный комплекс залегает на среднекембрийских вулканических породах кислого состава, мощность которых превышает 2000 м. В этот период, кроме того, существовал океан, занимавший регион от Арканзаса до южной Оклахомы и западного Техаса, называемый геосинклиналью Уошито. Там и сформировалась система гор Уошито, которая характеризуется девонскими кремнистыми сланцами, углесодержащими отложениями и пермскими турбидитами. Геосинклиналь южной Оклахомы зародилась в континентальной коре, сложенной протерозойскими породами. Она была клинообразной, слегка открывающейся к юго-востоку, где развивалась обширная геосинклиналь Уошито. Кроме того, в геосинклинали южной Оклахомы происходило интенсивное глыбовое разломообразование. Бёрк и Дьюи [16] и Хоффман и др. [59], которые изучали эти территории, установйли, что геосинклиналь южной Оклахомы по структурным особенностям напоминает описанные выше авлакогены, и назвали ее «авлакогеном южной Оклахомы».
Взаимоотношение геосинклинали Коронейшен и авлакогена Атабаска, наблюдаемое в протерозойских отложениях северо-западной Канады, очень похоже на взаимоотношение геосинклинали Уошито и авлакогена южной Оклахомы в палеозойском комплексе на юге США. В отношении пространственной организации орогенических зон и сопровождающих их авлакогенов описанные структуры напоминают тип RRR тройного сочленения с тремя рукавами радиальных рифтов, по классификации тройных сочленений, разработанной Маккензи и Морганом (1969). Бёрк и Дьюи [16], Хоффман и др. [59] объяснили взаимоотношения авлакогенов и орогенных зон процессами, проиллюстрированными на рис. 2.VII.6. Над мантийным выбросом возникает локализованное куполообразное поднятие земной коры, и образование трех радиальных рифтов с последующим расширением двух из них приводит к развитию океанического бассейна. Этот бассейн в конце концов превращается в складчатую зону на окраине континента, в то время как оставшийся недоразвившийся рифт заполняется осадками, а в дальнейшем и обломочным материалом, сносимым с растущего орогена.
Бёрк и Дьюи [16] указывали, что образовавшиеся подобным образом геологические структуры можно обнаружить по всему миру, причем возраст их различен. Они перечислили 30 примеров — от системы Красное море — Аденский залив — депрессия Афар, которая и в настоящее время отчетливо выражена, до протерозойского авлакогена Атабаска (см. рис. 2.1 на с. 22). Наиболее типичным примером из современных аналогов является, вероятно, взаимоотношение грабена (дельты) Бенуэ в Африке и Атлантического океана. Отложения дельты Бенуэ, развившейся на территории Нигерии, заполнили один из трех радиальных рифтов, сформировавшихся 120—80 млн. лет назад; при этом два других рифта расширялись, став частью современного Атлантического океана.
Конфигурация авлакогенов и орогенных зон свидетельствует о наличии «ископаемых» тройных сочленений, что дает нам важный ключ к созданию моделей тектоники плит для прошлого. Анализируя всю историю, относительно таких структур, мы сможем, вероятно, восстановить широко распространенные во всем мире структуры, развитые в древние времена. Существование грандиозной земной коры и мантийного выброса, поднимающегося снизу и взламывающего ее, — основная причина образования авлакогенов и орогенных зон. Хоффман [58] и [Бёрк] 15 заявили, что в архейских породах нет никаких структур, напоминающих описанные выше авлакоген Атабаска и связанную с ним орогенную зону Коронейшен. Если это так, тогда, по-видимому, тип движений, которые приводят к образованию тройных сочленений, расширение океанических бассейнов и дрейф континентов, сопровождаемые образованием орогенных зон, возникли не раньше протерозоя, т. е. около 2500 млн лет назад. Интенсивная магматическая деятельность неизменно проявляется на ранних и средних стадиях развития авлакогенов. Это скорее черта, характерная для континентов, значительно отличающаяся от так называемых офиолитов. Минерализация часто ассоциирует с этой активностью и приводит к образованию рудных месторождений таких металлов как медь или цинк. На более поздних стадиях развития авлакогена в области, где соединяются океанический бассейн и авлакоген, формируются огромные дельты. Осадки в них относительно тонкозернистые и содержат органическое вещество. Так как скорость осадконакопления высока, а период времени продолжителен, органическое вещество аккумулируется в осадках и позже может превратиться в ископаемые горючие вещества. Таким образом, авлакогены представляют большой интерес, не только как своеобразные геологические структуры, но и как области, концентрирующие значительные природные ресурсы. Действительно, Шатский приступил к изучению авлакогенов в начале второй мировой войны, и считается, что эти исследования входили в программу поисков нефти в СССР.
