地台基底形成的基本阶段
目前主流观点认为,最古老的原始地壳属于大多数现代大陆35亿年前形成的古地台,其成分要么是花岗闪长岩和石英闪长岩(英云闪长岩),要么是闪长岩。对于这些岩石,常用一个统称——灰色片麻岩,已被台中、北美、格陵兰、南非、印度、澳大利亚的太古宙绿岩带基底澄清。东欧地台基底的古太古代片麻岩和花岗片麻岩可与之相比。除了摩尔曼斯克地块、白海和卡累利阿绿岩带的基底、乌克兰地盾第聂伯河沿岸的巨大带和库尔斯克磁异常区,还有俄罗斯地台东部的古老斜长片麻岩基底(努尔拉克杂岩)。所谓灰色片麻岩,是指角闪岩相变质、中性或中基性火山-深成杂岩(变质沉积岩较少),与后期成分相似的岩浆岩不同,其铝、钙、钠含量较高,而钾含量较低。被称为灰色片麻岩的岩石可以根据其成分(从花岗闪长岩到闪长岩)、成因和年代(从太古代到太古代)进一步分类。几乎在灰色片麻岩遭受中压变质的同时,深部形成了高压高温的麻粒岩相岩石的变质条件,太古代或元古代的深部岩石被抬升至地表。
太古宙(35亿~ 26亿年)基底岩石可分为几种主要类型,显示了上地壳结构-物质组成和发展阶段的不均一性。
第一类为斜长花岗岩和斜长花岗岩,含斜长片麻岩、罕见的结晶片岩和斜长角闪岩(莫尔曼克地块)。可以想象它们是由太古代灰色片麻岩原地壳(原大陆)的区域性花岗岩化形成的。
第二种是绿岩带,发育在古老的灰色片麻岩之上的狭窄而深的洼地中。它由具有太古代特有的浅变质基性和超基性岩成分(科玛特岩)的火山岩、具有安山岩和英安岩成分的火山岩以及陆源和含铁沉积物组成。绿岩带的发展过程最初是沉积物的褶皱变形,然后片麻岩基底强烈花岗岩化形成钠质花岗岩,最后以钾质为主的变质花岗岩结束,部分花岗岩突破绿岩带槽而变形。绿岩带形成于太古代(前第聂伯纪)或新太古代,但区域花岗岩化发生在太古代末期(27亿年前)。绿岩带与相邻的花岗片麻岩基底结合形成花岗岩绿岩带区,通常近于槽状。花岗岩绿岩区(卡累利阿、白米尔科夫斯克、第聂伯河沿岸、库尔斯克带)宽度数百公里。
第三种是厚层状的表壳岩,主要是片麻岩,其次是斜长角闪石、石英岩、变质砾岩和铁石英岩,充填在一个几百米厚的广阔洼地中(中部和南部科拉带、南部沃伦-波托斯卡、基洛夫格勒和西部亚速海沿岸带)。这些杂岩由酸性和基性变质火山岩组成,与沉积岩互层,主要为陆源物质。沉积物可能来自邻区,可识别早期中压麻粒岩相和晚期角闪岩相退积。根据俄罗斯地台的太古宙构造和发育,俄罗斯地台的花岗片麻岩很可能与该类型相似,但就后期热改造强度而言,与盾区的类似构造不同。
第四类为厚层片麻岩-斜长角闪岩杂岩,由火山岩组成,以基性熔岩为主(白海群)。这类杂岩(同第三类)的堆积基本发生在太古代,此后经历了多次变质改造和变形。
第五种至今未被研究,其特征是许多宽200 ~300km的线性拉长带,见于俄罗斯地台,中间有狭窄的弱磁性物质。推测这类古基底斜长片麻岩杂岩(Nurlak杂岩)在太古代被拉张断裂,形成这些狭窄的海槽和张裂缝,被基性-超基性岩质火山岩充填,被橄榄岩、辉长岩、斜长石和斜长花岗岩注入,太古代末期的线性带被挤压,形成由中压和高压麻粒岩相岩石组成的岩楔、板和岩石。这个过程可能在古元古代重复。拉普兰-科尔维茨麻粒岩带就是一个例子,向北延伸,即地台基底的阿汉格尔斯克和坎达拉-唐珂线性带。该麻粒岩带可能是在古元古代挤压形成的。
大多数太古宙杂岩(绿岩带除外)具有多期变质作用的特征,始于递进变质作用(达到麻粒岩相),形成于其沉降过程中,后为角闪岩相的退变质作用,可能伴有多次太古宙地层变形。太古宙末发生区域性花岗岩化,结果是大部分混合岩杂岩超变质斜长花岗岩体出现在地台上,然后(不是到处)出现斜长石-微斜长石花岗岩。这个过程与第一次岩浆活动给上地壳带来大量钾有关。花岗岩化增加了太古宙地壳的体积,在岩石的强高温和高静水压条件下,具有高塑性和均匀流变性。由于加热的横向不均匀性和物质的向上流动,形成平面上大小不一的圆形和椭圆形底辟穹窿构造(按лии salop,椭圆形隆起或花岗片麻岩穹窿),被狭窄的穹窿间向斜隔开,因较小的变形而复杂化。
太古宙岩石深部多期变质的主要因素之一是高热条件,太古宙热流高于其后期。在太古代早期,地球表面被稠密的大气所包围。V.i. Shuldner等人认为大气温度可以达到300 ~ 500℃。太古代-古元古代时期,地壳温度整体上逐渐降低。这与上地壳几乎所有的岩石都发生过不同程度的变质作用密切相关。显然,区域性麻粒岩相岩石只在太古代广泛出现,而角闪岩相甚至绿片岩相岩石在新太古代就出现了。同时,角闪岩变质岩常叠加在早期经历麻粒岩相变质作用的岩石上。然而,地球深部热条件的总体下降往往因热流的偶尔增加而变得复杂。目前表现为全球特征:太古宙末(26亿~ 27亿年前)广泛发育的麻粒岩相变质作用导致大规模花岗岩化,伴随钾从地幔带入上地壳,或在地壳内重新分配,区内发生原生或叠加变质作用(退变质作用)。
太古宙区域变质的另一个因素是高压。如果岩石的变质改造达到角闪岩相,则可能产生于2× 108 ~ 5× 108 Pa的压力下,深度应为今天的6 ~ 15 km。而麻粒岩相则需要5× 108 ~ 8× 108 Pa甚至10 × 108Pa的压力,目前深度为15 ~ 30km。由于东欧地台(尤其是俄罗斯地台)的上基底广泛分布有区域性麻粒岩相变质作用,可以推断其自形成以来经历了深部沉降和变质作用,之后又经历了高隆升。同时,剥蚀使太古代(及部分元古代)地层被切割15 ~20km。这个假设不太靠谱。因此,一些科学家认为太古代的地球引力大于现代,使岩石变质为麻粒岩相所需的压力可能出现在更小的深度。当深度比今天浅时,太古代已达到麻粒岩相变质所需的温度(750 ~ 800℃),重力值较大。只能设定太古代的地球体积更小,质量不变的情况下平均密度增加(ф。п.米特罗万,ка。舒尔金е。所以地球的直径可能会变小25% ~ 30%,而重力会增加1.5 ~ 2倍。因此,岩石麻粒岩相变质所需的深度不是15 ~ 30km,可能相当于10 ~ 20km甚至7。5 ~ 5km。当然,这个有趣的假设需要充分的验证。
虽然太古宙构造的形状在很大程度上与其塑性状态有关。塑性状态是由地球深部的强烈加热决定的。在其形成过程中,地壳中不同岩石之间的相互构造运动起着决定性的作用,包括垂向(一系列剖面中存在石英岩、变质砂岩和变质砾岩)和水平向。在一些大型绿岩带中,太古宙绿岩带的线性构造形态和平行性可以解释沉积期间的沉降和绿岩带槽中火山活动的强度。它们受到横向拉伸,并被一系列纵向拉伸断层破坏,沿断层发展成线性凹陷或裂陷。相反,在绿岩带槽发育的末期,有侧向挤压作用,导致充填其中的火山沉积火山岩发生褶皱。一些科学家(аф格雷耶夫、всс费多罗夫)认为是由绿岩槽前的伸展作用和花岗岩化过程中物质的卸载固结作用决定的。作者认为,由于挤压作用,该区整个花岗绿岩带的整体宽度减小。
地盾和俄罗斯地台基底中太古宙主要构造带的条带状或透镜状轮廓以及几乎平行的构造界面都表明太古代水平运动的存在。火山岩和基性-超基性岩体分布在地台范围内的太古宙线性带系中,与基底的水平延伸有关。其中,变质麻粒岩相的条带状体分布是由于线性带中局部深部物质板块的挤压和向上挤压。
古元古代(36亿~ 1.65亿年)。太古代末期,强烈的花岗岩化作用扩散到地台的大部分地区,导致原陆壳形成较厚的成熟陆壳。与太古宙相比,元古代的热状态普遍较低。很明显,地表温度(与今天接近)和平均热通量有所下降,但热状态的下降是复杂的,会因短期的热增强而呈波浪式变化,其中最强的是654.38+0.9亿~ 654.38+0.8亿年前的上地壳加热,太古代(尤其是太古代)到处都表现出高流动性(高活动性-лии salop),靠近地壳表面的岩石具有高塑性和高流变性小构造形态极其复杂,平面高度弯曲,走向极不稳定,大断层相对不发育。然而,古元古代地台的不同部分的结构变得非常不同。在活动带,变形具有明显的线性特征,同时线性褶皱明显增强,经常受到强烈挤压(直至等长褶皱)。与此相关的是,在水平挤压条件下,出现了许多逆断层和逆掩断层。除了复杂的活动带之外,在元古宙太古宙基底之上的一些地区开始形成厚而弱变形的原地台盖复合体。
东欧地台的古元古代历史可分为三个阶段:26亿至22亿至23亿年,22亿至3亿年至654.38+0.8亿至654.38+0.9亿年,654.38+0.8亿年至654.38+0.6亿年,第一、第二阶段发生拉张条件,发育不同类型的深凹和坳陷。在许多情况下,沉降伴随着强烈的火山活动;第二阶段末期,发生挤压变形(里芬褶皱),花岗岩深成作用和区域变质作用广泛发育。第三阶段(哥特时期),地台大部分地区以构造稳定性增强为特征,主要是地台整体上升和大面积均一化的热事件。只有在地台的西部,地壳受到构造-热事件的影响,这些事件显示了单个火山-深成杂岩的发展和放射性同位素时代基底岩石的再生。
根据其组成、构造-岩浆作用和古元古代的特征,可以识别出大范围内活动最强烈、沉降最深、变形最强的带。除了局部沉降和变形外,它们与新元古代地槽非常相似,具有与新元古代和显生宙原始地台相似的特征。但从活动性、变形性、岩浆活动强度和变质作用来看,元古代原地台大大超过新元古代地台面积。原地槽区及相邻凹陷充填古元古代复杂变形,原地台区基本属于基底主隆起区。地台的西北和西南是波罗的海地盾、乌克兰地盾和沃罗涅日地台背斜及其斜坡。俄罗斯地台的沉降基底(地台的中部和东部)大部分是原始地台区,在该区未发现元古代的深而宽的坳陷。因此,对东欧地台基本构造区的演化阶段和构造特征有多种推测,即其地盾(及其相邻的活罗尼耶里地台背斜)和俄罗斯地台的许多元古代(原地海槽和原地地台)。
古元古代地槽区的地台基底出现在宽阔的(横断面距离接近千千米)近等轴的里芬区,狭窄的(数百公里)东沃罗涅日带,以及亚速海沿岸中部和乌克兰地盾边缘的奥斯尼带。乌克兰地盾边缘带与里芬地区和东沃罗涅日地区的构造位置和关系尚不清楚,但毫无疑问,这些地槽被原地台型地区所包围,甚至是封闭的。元古代原地地槽的范围和面积比显生宙地槽小得多。原地海槽凹陷的填充物为沉积岩,主要为陆源物质,包括复理石(东沃罗涅日带,瑞芬地区东部)和沉积火山岩(瑞芬地区内带,亚速海沿岸中间带,Osny带)。同时,火山岩出现在其剖面的上部。相对而言,它们可以与显生宙地槽中的地槽带和优地槽带相比较,对应的是原地槽带和原优地槽带。在原始上地槽带的剖面上,酸性火山岩广泛发育,但蛇绿岩套缺失,被认为是洋壳带存在的标志。因此,我们推测它和原地槽是由大陆地壳发展而来,只是厚度较薄,被岩浆岩破坏了。
元古界原地槽区和窄克拉通间原地槽区的特征是:元古界第二期(22亿~ 1.9亿a)沉降最强烈,以裂谷期褶皱变形和充填物角闪岩相或绿帘石角闪岩相区域变质结束,广泛发育酸性深成侵入体。与太古宙花岗片麻岩基底在上地壳强烈加热条件下的再活化有关,并伴有钾的引入。
在原地槽线性凹陷和外带,瑞芬地区的褶皱构造沿走向延伸,而瑞芬地区的方位发生变化,这可能是由于深部底辟引起的花岗岩穹窿整体变形。总之,元古代原地地槽的强度低于显生宙地槽,这显然是因为其水平挤压低于显生宙地槽。
目前,在地台缺乏元古代原位海槽区的地区,有原位地台。整个古元古代是这些地区漫长而复杂的克拉通化阶段,即变质基底逐渐固结,过渡到古地台特征。这一主要阶段可分为三个阶段,第三阶段相当于哥特阶段,可分为两类原始地台:第一类原始地台以窄深断陷和地堑坳陷(第一、二阶段)、短轴坳陷(第二、三阶段)及相邻隆起带为特征, 这些地台分布在波罗的海地盾的东部和乌克兰地盾与沃罗尼地块的中部,其中第二类原始地台的特征是现今俄罗斯地台的大部分基底,其研究程度很低。 以隆起为主,古元古代沉降带缺失或不太发育。许多带在第二阶段经历了构造热活化。
第一类元古代原始地台区在构造特征和发育历史上不同于原始海槽及其邻近的新元古代和显生宙古地台,其特征如下:
(1)风化壳广泛发育,表明其长期剥蚀,地形变平,结构稳定。风化壳原本(?)出现在古元古代沉积物的底部,但亚图利群及其类似层位的底部尤为常见,即约为25亿-26亿a。
(2)由应时成分组成的陆源碎屑组成的法拉霍夫组和高铝变质岩组发育良好,厚度小到中等,推测为不连续或化学风化壳再沉积后的产物。化学风化壳是典型的地台盖层。Karpos的Moromov组属于化学风化壳,位于古元古代(Yatuli、Inguletskkoskori群等)的中层。).
(3)部分地区曾发生过多次强烈的岩浆活动,主要由玄武岩组成,本质上为暗色岩,其形成包括火山溢流和地表或浅水中产生的层状贯穿侵入体。岩浆作用可分为三个阶段:第一阶段为苏米亚-萨利奥里火山岩,第二阶段为贝亨加-伊曼达-瓦尔楚格群、亚图里、苏萨里火山岩,第三阶段为维普西玄武岩。其中第二阶段最厚,分布最广。
(4)中、晚元古代形成了一些厚度小、具有短轴或等轴面的平底凹陷,类似显生宙向斜,但变形程度较高(如卡累利阿带凹陷充填了图图利群和维普西群)。
(5)深而窄的线性相邻断陷和地堑广泛分布,类似于大陆裂谷带。它们形成于新元古代和显生宙古地台,有的形成于元古代第一阶段(充满苏米亚-萨利奥里杂岩),有的形成于第二阶段(贝亨加、伊曼达-瓦尔楚格坳陷),第三类介于这两个阶段之间,有间断(库奥诺-维戈泽尔、克里沃罗格带、库尔斯克磁异常坳陷)。这些相邻的断陷和地堑式凹陷常被称为原始裂谷带,或者为了强调它们与裂陷槽的相似性,即古地台具有在年轻的裂谷期形成的裂谷构造,被称为古裂陷槽或原始裂陷槽。与Rife海槽和地台上较年轻的裂谷带相似,元古代原始裂谷带是在垂直于其走向的地壳拉应力作用下发展起来的,但在其形成末期受到强烈的侧向挤压,导致其轴部成为强烈扭曲的向斜或向斜,并被纵向逆掩断层复杂化(相反,在海槽中,端部的挤压变形很弱或完全不存在)。
根据充填物的性质和变形情况,原裂谷带可分为两种基本类型:①充填物主要为沉积建造,上段为陆源碳酸盐岩,下段为碧玉铁岩(Krivorog,库尔斯克群)。它们的发育过程以等腰褶皱变形结束;②厚层火山岩主要为基性岩(Bechenga、Emandra-Valzug凹陷、Kuono-Vigezele带等。),而且它们是不对称的。
M.B. Muratok认为克里沃罗格-库尔斯克坳陷是原始裂谷带(或古坳拉槽),这是有争议的。有研究者将其归为原始地槽类型,认为是古元古代的宽褶皱带,是深度侵蚀后留下的。相反,克里沃罗格-库尔斯克坳陷的古元古代沉积厚度适中,与典型的古元古代原地槽带的变质作用相比相对较弱,该带太古宙缺乏古元古代变质作用的叠加,或者说较弱。因此可视为元古代(如第聂伯海岸带)原地槽蚀底盘的裸露部分。
原始裂谷带出现在邻近的原地槽区附近,其走向几乎平行于其边缘。它们的动力机制是一样的,发展初期拉伸填充,沉降后挤压(大约654.38+0.9亿年前)。这种变形的同时性很容易解释为元古宙原始地台和原始海槽基底水平挤压和拉伸的脉动。碧玉铁矿的形成是古元古代原始裂谷带的特征,而不是里菲坳陷、地台上其他裂谷和一般地台盖层的沉积特征。此外,碧玉铁岩的形成在太古宙绿岩带(罗克西群、康斯克-维霍夫纳维特群、米哈伊诺夫斯克群及其在其他地台基底的形成)中起着重要作用。虽然太古宙绿岩带碧玉铁矿的形成主要是火山岩,而元古宙裂谷带碧玉铁矿的形成主要是陆源物质,但碧玉铁矿的形成可以指示亲缘关系。一些原始裂谷带,如克里沃罗格坳陷和库尔斯克磁异常坳陷,在空间和构造上都与太古宙绿岩带有关。
元古宙原始地台区的物质在建造成分、基性火山作用和构造方面与新元古代和显生宙古地台相似。他们也有很大的不同。李飞-显生宙地台不具备原地台的特征,但应存在以下类型的矿床:碧玉铁矿、半石墨、不仅基性而且超基性岩和酸性火山岩,它们受到弱或中等强度变质作用和水平挤压变形(从22亿至23亿年至弱-中等强度局部变形,约654.38+9亿年至强变形)广泛分布的岩浆侵入体,其成分多样,从超基性岩体到基性-酸性和碱性岩体
元古宙,新地台西部有原地台地凹陷和洼地,中间被隆起带隔开,为碎屑物质提供了源区。根据其成分中存在大量的应时和高铝变质岩,判断该地区长期存在平原地形。除了少数时期,其隆起的特点是弱到中等强度,有时它们被薄的碳酸盐岩地层所覆盖。元古代这些隆起的特征与古地台中的地盾区非常相似,但在规模上与地盾不同。许多隆起经历了构造-热事件,从22亿年至23亿年开始,最强烈的事件约为654.38+0.9亿年,它使构成地盾的太古宙杂岩倒退并使其同位素年龄年轻化(白海巨型带、沃罗涅日地块和乌克兰地盾西部的基底),而大面积的太古宙基底发育花岗岩和混合岩化(主要是乌克兰地盾)。
俄罗斯地台中东部相对沉降基底属于另一个元古代原地台区,目前研究很少。按照现在的观点,以不发育的古元古代坳陷和优势隆起区为特征,由太古代变质岩组成,局部含蓝晶石片岩。有研究者认为它是太古宙基性超基性岩风化壳再沉积的产物。根据伏尔加-乌拉尔地区(C.B. Bogdanov)的基底研究资料,在太古宙地块或大岩块内的中元古代(22亿~ 654.38+0.8亿年)发生了花岗岩化,产生了广泛分布的以钾质花岗岩和花岗片麻岩为主的超变质穹丘,并伴有环状和放射状断裂系统。显然,花岗岩化对分隔大岩的太古宙角闪岩相和麻粒岩相变质岩组成的线性带影响不大。但这并不意味着该线性带在古元古代构造热活化期间没有出露。相反,可以想象它周期性地经受挤压和拉伸变形。比如波罗的海地盾中的拉普兰-坎达拉麻粒岩带,就明显类似于俄罗斯地台基底的线性带。
古元古代的哥特阶段(从654.38+0.9亿年到654.38+0.8亿年到654.38+0.7亿年到654.38+0.6亿年)。在所有东欧地台中,广泛的隆起和剥蚀占主导地位,而线性凹陷和剪切变形缺乏。但在地台西部有几个平缓对称的向斜小洼地,充填陆源沉积物,主要由应时组成,还包括酸性和基性火山岩(威普西、下约特尼和白海群)。很明显,它们一开始面积很大,后期被侵蚀留下了。
分布在波罗的海地盾的里芬带和乌克兰地盾西北部(白俄罗斯和波罗的海海岸)的一些地区受到哥特阶段新的热改造的影响,导致其基底的同位素年龄较年轻,为654.38+7亿~ 654.38+5亿年。在该地区,以及波罗的海地盾、乌克兰地盾和沃罗涅日地块内,有许多花岗岩(辉石斑岩花岗岩)、辉长岩斜岩(乌克兰地盾)和最早的碱性岩杂岩(东部它们的就位是一个长期、复杂、渐进的过程,新地台的基底逐渐固结,这就是克拉通化的结束。
瑞芬带和地台西北、西南其他带的原地海槽发育在654.38+0.9亿年前的瑞芬褶皱阶段结束,有研究者认为哥特阶段类似于显生宙地槽造山运动的末期。然而,其他研究者认为其克拉通化滞后于东地台。在这一阶段,在瑞芬西部地区形成了垂直延伸的哥特火山深成杂岩带,构成了下约特尼的斑岩建造及其同源岩浆花岗岩体。总的来说,在东欧地台内部,古元古代末期最终形成了厚层成熟大陆地壳。