Структурная позиция мезозойских трубок щелочно-ультраосновных пород гряды Чернышева
Рассмотрены основные структурно-тектонические факторы, контролирующие размещение лампроитоподобных пород гряды Чернышева. Показано, что данную структуру можно отнести к внутрикоровой транспрессивной зоне, сформировавшейся в течение раннеюрского коллизионного этапа. Положение известных трубок щeлoчнo-ульmpaocнoвныx пород в бассейне р. Шарью определяется локальными концентраторами растягивающих напряжений в условиях общего сжатия или сжатия со сдвигом (транспрессии).
Обнаружение в пределах гряды Чернышева в бассейне р. Шарью штоков, даек и трубок щелочно-ультраосновных пород (предположительно калиевых базальтоидов или близких к лампроитам пород) позволяет рассматривать данный район в качестве потенциально перспективного для поисков месторождений алмазов. Выполненные небольшие объемы шлихоминералогических работ (ИВ-Деревянко, В.А.Жарков, 1996) показали наличие в аллювиальных отложениях рек Заостренная, Шарью, Большая Сарьюга хромита, перовскита, хромсодержащего пиропа; известна также единичная находка кристалла алмаза в аллювии р. Заостренная. Штоки, дайки и трубки щелочно-ультраосновных пород размером от 10-30 до 300 м прорывают палеозойские породы и имеют интрузивные контакты с триасовыми долеритами, на основании чего предполагается их позднетриасовый, возможно, ранне-средне-юрский возраст.
Гряда Чернышева представляет собой крупную (20-45х350 км) дугообразную в плане, сложнодислоцированную структуру, южная часть которой разделяет Большесыннинскую и Косью-Роговскую впадины, а северная ограничивает с запада Предуральский краевой прогиб. Гряда имеет складчато-надвиговое строение и сложена дислоцированными силурийско-нижнепермскими карбонатными и верхнепермско-нижнетриасовыми терригенно-вулканогенными отложениями.
Структура гряды Чернышева сформировалась в постраннетриасовое время. Исходя из имеющихся данных, есть все основания полагать, что внедрение щелочно-ультраосновных магматитов происходило на заключительных стадиях становления данной структуры или непосредственно после структурообразующих процессов. Намечающаяся временная корреляция между этими событиями позволяет предположить, что структуры и магматические объекты гряды могут быть составными частями единого деформационно-магматического структурного парагенеза (по В.А.Галкину, 1997). Как показывает анализ строения кимберлитовых и лампроитовых полей, внедрение трубок и даек осуществляется в динамически активной среде. Определение механической обстановки (сжатие, растяжение, сдвиг и др.) в течение этапа тектономагматической активизации и анализ структуры позволяют выделить концентраторы сжимающих и растягивающих напряжений в условиях неоднородной геологической сред, т.е. выявить зоны повышенной проницаемости в данных кинематических условиях. Таким образом, в рамках более общей задачи оценки алмазоносного потенциала гряды Чернышева нами делается попытка ответить на вопрос о влиянии структурно-тектонических факторов на размещение известных объектов щелочно-ультраосновных пород.
Представления о тектонической природе зоны складчато-надвиговых дислокаций гряды Чернышева подробно приводятся в работах. Она рассматривалась в качестве горста, ограниченного с востока и запада крупноамплитудными сбросами, антиклинория, ответвляющегося от Урала, или мегаантиклинали, выступа складчатого основания в пределах краевого прогиба и т.д. В настоящее время можно считать достоверно установленным чешуйчато-надвиговое строение гряды, однако генетические аспекты формирования этой структуры трактуются по-разному. Одно из главных противоречий связано с существованием (или отсутствием? ) под грядой разлома глубокого заложения. Вместе с тем, от решения именно этого вопроса зависит характер взаимосвязей между тремя факторами структурой гряды на поверхности, глубинным строением фундамента и локализацией щелочно-ультраосновных магматических комплексов, Зона разломов в фундаменте может рассматриваться в качестве магмоконтролирующей, определявшей как проявления триасового базальтового и юрского (? ) щелочно-ультраосновного магматизма, так и формирование внутренней структуры гряды в целом. Если считать, что поверхностная структура гряды Чернышева отражает только надвиговые дислокации уральской орогении, то любое совпадение поверхностных и глубинных структур будет случайным, и тогда тектонические прогнозные построения будут вспомогательными при главенствующей роли геофизических методов исследования.
Н.И, Тимонин и Б.И, Тарбаев признавали значительную роль надвигов в строении гряды, но, основываясь на геофизических данных, считали, что под ней располагается зона разлома глубокого заложения. С глубинным разломом связывали наличие в гравитационном поле интенсивного линейного максимума, резко ограничивающего с юго-востока гравитационный максимум северозападного простирания, приуроченный к Адзвинскому поднятию фундамента. По данным сейсморазведки и бурения в фундаменте дислокациям гряды Чернышева отвечает уступ, отделяющий западную приподнятую область, где глубины залегания основания осадочного чехла составляют 5-7 км, от восточной, где мощность палеозойской осадочной толщи 10-12 км. Этот уступ существенно влиял на осадконакопление на протяжении среднего позднего палеозоя (главным образом в перми). Кроме того, субмеридиональная и северо-восточная ориентировка гряды резко наложена на северо-западную, субтиманскую, ориентировку структур фундамента. Влияние структур фундамента на положение гряды Чернышева отмечал и В.Г.Гецен (1987), выделяя в пределах Восточно-Печорской эвгеосинклинальной зоны байкалид (тиманид) Хорейверский срединный (микроконтинентальный) массив, который служил "жестким" упором в фундаменте при образовании шовной структуры гряды.
С другой стороны, ряд исследователей считает, что чешуйчато-надвиговое сооружение гряды Чернышева бескорневая структура. Однако предположение о том, что эта структура представляет собой тектонический останец, переброшенный с Урала, требует доказательств общей западной уральской асимметрии структур как в западной, так и в восточной части гряды, в то время как структура гряды дивергентна. Последнее обстоятельство сторонниками гипотезы о бескорневой структуре гряды связывается с моделью вдвиговой аллохтонной тектонической пластины, "вклиненной" в осадочное выполнение Печорской плиты на уровне ордовикских соленосных толщ, или с моделью складчато-надвиговой структуры, сформировавшейся в результате послойного срыва по верхнеордовикским соленосным отложениям на фронте Косью-Роговской пластины. В последнем случае Восточно-Чернышевский надвиг рассматривается в качестве ретронадвига. Многие из предложенных В.В.Юдиным доводов в пользу бескорневой природы поднятия достаточно спорны. Так, нельзя утверждать, что в пределах гряды Чернышева отсутствуют разновозрастные магматические образования (здесь распространены триасовые базальты и долериты, юрские щелочно-ультраосновные породы). Можно отметить также спорный тезис об отсутствии существенной разницы в глубинах залегания фундамента; сомнительна точность (первые десятки километров) палинспастических реконструкций.
Вместе с тем, ответ на вопрос о тектонической природе поднятия содержится непосредственно в его структуре, подробно охарактеризованной в работах. Надвиги на западном и восточном краях поднятия (соответственно Западно-Чернышевский и Восточно-Чернышевский) доказаны бурением, геологическими наблюдениями и сейсморазведкой. Углы падения сместителей составляют от первых градусов до 40-50ш при амплитуде перемещений до 10 км и более. Нередко отмечаются левосдвиговые составляющие перемещения по разрывам. Н.И.Тимонин выделяет парагенезис структур, включающий крупноамплитудные пологие надвиги, переходящие на отдельных участках в шарьяжи, и сжатые складки. Установлены также взбросо-сдвиги или сбросо-сдвиги, сопряженные с надвигами и косоориентированные по отношению к общей структуре, которые расчленяют поднятие на пять кулисообразно расположенных блоков-чешуй. По данным Н.И.Тимонина, двусторонняя вергентность надвигов характеризует структуру гряды Чернышева не на всем ее протяжении, а только в северной части; для южного сегмента характерна западная вергентность, отражающая однообразное надвигание тектонических чешуй с востока на запад.
Помимо надвигов, структурный рисунок гряды Чернышева обусловливается наличием разрывов сдвиговой кинематики. В южной части гряды установлены правые сдвиги северо-восточного простирания, и, кроме того, на правосдвиговые перемещения в южном сегменте указывает кулисообразное расположение надвиговых чешуй. Для северного сегмента гряды характерны разрывы левосдвиговой кинематики субмеридионального простирания; при этом общий структурный рисунок гряды определяется как левосдвиговый. Сдвиговый структурный парагенез подчеркивается также наличием в северо-восточной части поднятия виргации разрывов (типа "конского хвоста"), что является одним из определяющих признаков структурных рисунков зон сдвига. Отмечаются также сбросы уральского простирания по восточному борту в южной части гряды, по западному в северной.
Таким образом, общий структурный рисунок гряды Чернышева характеризуется наличием серии надвиговых чешуй (при моновергентном западном положении поверхностей сместителей в южном сегменте гряды и дивергентном в северном) в сочетании со сдвигами. Сбросы, по всей видимости, могли образоваться позднее надвиго-сдвигового парагенеза структур.
Исходя из приведенных данных, можно сделать выводы о структурной эволюции гряды Чернышева. Северный сегмент гряды отличается строением, свойственным зонам транспрессии. Тектонический режим транспрессии в механическом плане соответствует сочетанию обстановок чистого и простого сдвигов. В коровом масштабе сильная транспрессия реализуется через горизонтальное укорочение и преимущественно вертикальное удлинение, что приводит к выдавливанию материала из зон транспресии. Если в нижней части коры деформация локализуется в субвертикальных шовных зонах, то в приповерхностных условиях (5-7 км) перемещение материала чаще всего происходит по дивергентным системам выполаживающихся надвигов, что в совокупности создает в поперечном сечении характерную структуру "пальмового дерева" . Обязательный элемент зон транспрессии сдвиговые деформации.
Дивергентная система надвигов, система секущих левосторонних сдвигов, виргация разрывов северного сегмента гряды, также указывающая на левосдвиговую кинематику, свидетельствуют об образовании структуры гряды Чернышева в обстановке транспрессии. Это предположение подтверждается геофизическими данными, согласно которым в фундаменте Печорской плиты под грядой Чернышева отмечаются локальные кулисообразно расположенные узкие выступы основания различной амплитуды. С северо-запада и юго-востока выступы ограничены разломами, сходящимися в зону единого дизъюнктива на глубине 6-8 км, чем обусловлена клиновидная форма структур в поперечном сечении и что, вероятно, является следствием "выдавливания" материала из зон транспресии.
Тектонические режимы транспрессии и транстенсии (растяжение+сдвиг) часто сопряжены друг с другом. В единой тектонической зоне одновременно могут быть установлены элементы транспрессивных и транстенсивных структур, а знакопеременный характер сдвиговых перемещений один из признаков структурных ансамблей, возникающих в подобных механических обстановках. В структуре описываемой зоны нижнетриасовые базальты, образовавшиеся на этапе растяжения, тяготеют к ее северо-восточному обрамлению. Если виргация надвиговых разрывов в северо-восточной части гряды указывает на левосдвиговую кинематику перемещения в условиях транспрессии, то закономерное асимметричное расположение базальтов может рассматриваться как результат правосдвиговых перемещений вдоль зоны в условиях транстенсии на рубеже пермского и триасового периодов, когда и возник этот деформационно-магматический структурный парагенез.
Формирование чешуйчато-надвиговой структуры западной (общеуральской) вергентности южного сегмента гряды происходило в условиях субширотного сжатия. По всей видимости, в этой же механической обстановке на более поздних этапах деформации сформировались секущие сдвиги северо-восточного простирания
Таким образом, в течение раннеюрского коллизионного эпизода механические обстановки формирования структуры южного и северного сегментов гряды Чернышева отвечают соответственно сжатию и транспрессии (сжатие+левый сдвиг). Такая интерпретация в целом дугообразной структуры гряды позволяет предложить следующую кинематическую модель ее развития.
В начале триаса (периода ослабления складчатых деформаций в Уральском регионе) в течение кратковременного растяжения образовались покровы базальтов в северо-восточной части гряды и ее обрамлении, закономерное асимметричное расположение которых можно рассматривать как результат правосдвиговых перемещений по разлому в фундаменте. Этот эпизод связан с общей тектонической обстановкой растяжения на рубеже палеозоя и триаса, когда территория Урала находилась на окраине гигантской области рассеянного рифтогенеза и траппового магматизма.
На рубеже триаса и юры процессы структурообразования в пределах гряды были обусловлены взаимодействием блоков фундамента в условиях субширотного регионального сжатия и их отражением в чехле. Этим объясняется различие в строении южного и северного сегментов. Западное ограничение Косью-Роговского блока, над которым располагается южный сегмент гряды Чернышева, представляло собой зону сжатия. Взаимодействие блоков привело к перемещению Косью-Роговского блока к северу. В результате этого развитие северного сегмента поднятия протекало в тра.нспрессивном режиме, что нашло отражение в дивергентных надвлговых структурах чехла (см. рис, 3, III, IV). Правосдвиговые разрывы южного сегмента зоны, отражающие общее латеральное перемещение вещества к югу, могут выступать в качестве элементов общего структурного парагенеза. Они синкинематичны по отношению к транспрессивным структурам северного сегмента. Общая левосдвиговая кинематика зоны проявилась и в наиболее поздних, наложенных по отношению к надвигам, сбросах, выделенных по восточному борту в южной части гряды, по западному в северной и выступающих в качестве элементов аккомодационного структурного парагенеза.
Структурная позиция щелочно-ультраосновных даек и трубок взрыва в пределах гряды (высококалиевых санидиновых пород с высокобарической ассоциацией минералов) может быть определена как зона сочленения южного и северного сегментов складчато-надвигового сооружения, пространственно совпадающая с участком его изгиба. Анализ поверхностного структурного рисунка и предложенная кинематическая модель его образования дают логичное объяснение структурной позиции щелочно-ульраосновных пород, внедрение которых происходило в позднем триасе юре, т.е. субсинхронно с выделяемым для Уральского региона раннеюрским коллизионным эпизодом. Внедрение шелочно-ультраосновных пород в осадочный чехол происходило на участке концентрации растягивающих напряжений в зоне динамического влияния выступа (клина) Косью-Роговского блока в общей механической обстановке субширотного сжатия. Одновозрастность (в масштабе геологического времени) деформационных и магматических событий, а также их генетические взаимосвязи позволяют рассматривать щелочно-ультраосновные дайки и трубки в составе единого деформационно-магматического структурного парагенеза.
Нужно учитывать масштабное несоответствие между изученными в данной работе поверхностными структурами и глубинным (верхнемантийным) источником щелочно-ультраосновных магм. Концентраторы растягивающих напряжений не определяют положение глубинного источника (мантийного плюма, глубинного очага и т.д.), но отвечают наиболее благоприятным для внедрения магматических образований участкам верхней коры. Созданная кинематическая модель позволяет определить локализацию верхнекоровых концентраторов растягивающих напряжений в общей механической обстановке сжатия, по сути отвечающих традиционно выделяемым при прогнозировании кимберлитовых и лампроитовых полей зонам повышенной проницаемости. Помимо участка с известными проявлениями щелочно-ультраосновного магматизма, можно выделить в качестве объектов возможного проявления магматических образований юрского возраста прилегающую к гряде Чернышева южную часть Косью-Роговского блока (предполагаемая тень давления этого блока, возникшая при его отжимании к северу) и северо-западный фланг гряды, в которых могли возникнуть структуры растяжения, аккомодирующие левосторонний сдвиг. Дополнительным подтверждением могут служить структуры растяжения (сбросы) в отмеченных участках гряды Чернышева.
Предложенная качественная модель, учитывающая взаимодействие структур фундамента и чехла, может быть проверена при тектонофизическом моделировании. Вместе с тем, сделанные выводы актуальны и для варианта бескорневой тектонической природы гряды Чернышева. В этом случае сохраняются все отмеченные закономерности структурообразования. Основным структурообразующим фактором будет не взаимодействие между собой блоков фундамента, а воздействие на чехол Печорской плиты крупной Косью-Роговской надвиговой пластины, на фронте которой могла сформироваться чешуйчатонадвиговая структура гряды Чернышева. При такой интерпретации концентраторы растягивающих напряжений сохраняют свою структурную позицию, но только в осадочном чехле, а их роль в качестве потенциальных магмоактивных структур фундамента неясна.
Оценить общий алмазоносный потенциал территории на основании тектонических критериев довольно сложно. Данные о возрасте фундамента (байкальский или раннедокембрийский) интерпретируются неоднозначно. Кроме того, регион отличается повышенными глубинами залегания фундамента (4-6 км и более), не характерными для регионов с известными промышленными месторождениями алмазов, где мощность осадочного чехла обычно не превышает 2-3 км. Проницаемость мощного осадочного чехла может объясняться наличием концентраторов растягивающих напряжений в фундаменте и чехле в указанных выше структурных позициях. Лампроитоподобные породы гряды Чернышева, исходя из представленных в работе И.В.Деревянко и В.А.Жа.ркова (1996) анализов, наиболее близки некоторым разновидностям мезозойских лампроитов Алданской провинции или лампроитоподобных пород Тянь-Шаня, формировавшимся в коллизионной геодинамической обстановке в отличие от алмазоносных лампроитов Западной Австралии, становление которых связывают с рифтогенными обстановками. Локальные области растяжения, в которые происходило внедрение лампроитовых расплавов в пределах Алданской провинции, контролируются разрывными нарушениями сдвиговой кинематики. Просматривается определенная аналогия, а именно связь проявлений внутриплитного магматизма в обоих случаях с коллизионными событиями в пределах складчатых поясов и активными проявлениями сдвиговых (транспрессивных? ) режимов. С другой стороны, эта аналогия не может считаться полной, так как изучаемые объекты принадлежат к различным тектоническим элементам земной коры. Таким образом, с точки зрения тектонических критериев, поднятие Чернышева можно рассматривать как малоперспективную в отношении алмазоносности структуру, по крайней мере до появления новых данных.