К региональной геологии Южного Урала. Особенности меланжа Магнитогорского сиклинория

Размещено на http://allbest.ru

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Институт геологии

К региональной геологии Южного Урала. Особенности меланжа Магнитогорского сиклинория

Т.Т. Казанцева, доктор геологоминералогических наук,

академик АН РБ, главный научный сотрудник,

Аннотация

В статье освещается формационная принадлежность, характер состава и строения в земной коре Южного Урала особых кластических образований, известных как серпентинитовый меланж, являющийся цементирующей массой как основного продукта океанической коры - гипербазитовых тел, так и тектонически подстилающих их осадочно-вулканогенных образований континентальной коры. Масштабность распространения этой формации является одной из важнейших особенностей региональной геологии Магнитогорского синклинория, расположенного на восточном склоне данного горного сооружения. Приводится описание изученных автором совместно с Ю.В. Казанцевым меридиональных зон, где меланж закартирован, хорошо выражен и детально изучен. Здесь он, сопровождая гипербазитовые тела, сосредоточен в составе трех субмеридиональных ветвей. Западной из них является Главный Уральский надвиг, восточнее простирается Юлдашевско-Аслаевская ветвь, а еще восточнее - Ларинско-Миасская. Показано, что характер распространения зон меланжа, их состав и строение свидетельствуют о шарьяжно-надвиговом механизме формирования земной коры Южного Урала, его обдукционном принципе развития. Большие площади распространения меланжа и тел гипербазитового состава, их мощности накопления важны для возможности практического использования серпентинитового сырья в промышленности, как нейтрализатора отходов нефтехимических предприятий Башкирии. При этом конечными продуктами являются сернокислый магний, гидрокремнезем и гидроокислы железа, также используемые в промышленности. Следовательно, решаются проблемы как фундаментального характера, так и прикладного назначения. Ключевые слова: меланж, массивы, гипербазиты, пояса, ветви, формация, аллохтон, деформации, синформа, кластические образования

Abstract

Key words: melange, massifs, ultrabasites, belts, branches, formation, allochthon, deformation, synform, clastic unitsbe

Введение

Термин «меланж» нам известен из публикации 1969 г. А.В. Пейве, который, характеризуя гипербазитовые комплексы Альпийско-Гималайского пояса, определил его как «...тектонит, состоящий из смеси пестрых по составу и цвету пород» [1]. Особое внимание им обращено на хаотичность структуры, смятость, развальцованность обломочного материала и сланцеватый характер включающей их серпентинитовой основы. В тот же год опубликована и статья Т.Т. Казанцевой и М.А. Камалетдинова «Об аллохтонном залегании гипербазитовых массивов западного склона Южного Урала» в Докладах АН СССР. Представил её академик А.В. Пейве [2].

Прошло пятьдесят лет, в течение которых меланж детально изучен и описан в районах развития гипербазитовых аллохтонов, как западного склона Южного Урала, так и в зоне Главного Уральского надвига, маркирующего пограничную зону его с восточным склоном Урала. Однако актуальность изучения данной проблемы, её фундаментальность сохраняется и в наши дни, что объяснимо масштабной распространённостью и характером дислоцированности продуктов вторичных изменений пород океанической коры - серпентинитов, решая дискутируемый вопрос в пользу обдукционного характера тектонического совмещения разнотипных кор. Появились успешные разработки прикладного назначения, рассматривающие основную составную часть меланжа - серпентиниты, как возможные нейтрализаторы кислотных и щелочных отходов нефтехимических производств Башкирии.

В соответствии с сущностью понятия «формация», заложенной отечественной школой тектонистов, считаем меланж особой геологической формацией, появление которой связываем с неоднократностью тектонического перемещения океанической коры, представленной преимущественно гипербазитами, её совмещением с платформенными образованиями сопредельного континента. Как правило, в породном составе глыб меланжа преобладают: гипербазиты, габброиды, спилиты, пелагические осадки, сцементированные сланцеватыми серпентинитами. Особое место в составе меланжа занимают и рифогенные известняки с определяющей фауной, соответствующей временной периодизации тектонического совмещения разнородных кор [3].

Общепризнано, что развитие гипербазитовых пород на Урале определяется первым местом по сравнению с другими складчатыми областями мира. Естественно, что такое же распространение свойственно и зонам меланжа. Мы обращаем особое внимание на факты частого соседства меланжа с глыбовыми образованиями, цементом которых являются осадочные породы. Их называют олистостромами. При значительной степени деформированности их относят к микститам. Эти факты явились основанием рассматривать все грубокластические образования как формации, возникшие в деформационные периоды развития, что согласуется с шарьяжно-надвиговой теорией формирования земной коры Казанцевых-Камалетдинова, либо орогенного этапа теории геосинклиналей. Впервые понятие «меланж на Урале» внедрено Т.Т. Казанцевой в 1970 г. Позже, совместно с Ю.В. Казанцевым, они были детально изучены и описаны во всех зонах Южного Урала. В данной статье мы остановимся на особенностях состава и строения, характера их распространения только на восточном склоне этого горного сооружения.

Серпентинитовый меланж восточного склона Южного Урала

Хорошо изученным регионом развития серпентинитового меланжа здесь является Магнитогорский синклинорий, который, по данным Ю.В. Казанцева, Т.Т. Казанцевой и др., является синформой. Эта структура сложена осадочными и изверженными породами палеозойского возраста, осложненным чешуйчато-надвиговым строением и залегающим на меланократовом основании регионального тектонического нарушения - Главного Уральского разлома.

Мы закартировали здесь три меридионально вытянутые меланжевые ветви, западной из которых является зона Главного Уральского надвига, центральной - Юлдашево-Аслаевская, а восточной - Ларино-Миасская. Строение названных структур представлено на рис. 1, 2 и 3, составленных Ю.В. Казанцевым и Т.Т. Казанцевой, с использованием материалов исследователей научных и производственных организаций.

Особенности меланжа Главного Уральского надвига ( далее - ГУН). Это пограничное тектоническое нарушение, разделяющее западный и восточный склоны Урала. Почти на всем протяжении сопровождается гипербазитами и серпентинитовым меланжем, которые надвинуты с востока на запад на образования рифея и нижнего палеозоя Уралтауской структуры. Присутствие крупных гипербазитовых аллохтонов с телами габброидов, их небольшая глубина соответствуют близости подошвы Магнитогорской структуры. урал магнитогорский геология континентальный кора

Массивы серпентинитов здесь, согласно геофизическим данным, представляют собой плоские тела, полого погружающиеся к востоку. Мощность их в западной краевой части минимальна - 0,9-1,5 км, к востоку возрастает до 2-2,5 км и достигает 3,5 км у южного конца [4].

Согласно материалам геологических съемок, бурения и геофизических наблюдений, в частности, сейсморазведки, происходит погружение рифейских пород зоны Уралтау под массивы серпентинитов. Как пример, район Байгускаровского массива, где углы такого наклона находятся в пределах от 10 до 30°.

Рис. 1. Геологическое строение северной части Магнитогорского синклинория.

По данным Ю.В.Казанцева и автора статьи. Использованы материалы исследователей: И.С. Анисимова, В.В.Бабкина, В.П. Иванова, B.C. Коптева-Дворникова, Б.Д. Магадеева, Ю.П. Меньшикова, К.П. Плюснина, Б.М. Садрисламова, Г.И. Фроловой и др.

Условные обозначения (рисунки от 1 до 6 включительно). Породы: 1 - карбонаты, 2 - терригенные, 3 - кремни, 4 - вулканиты; 5 - граниты; 6 - гипербазиты (а), меланж (б), буквы в квадрате - гипербазитовые тела (Н - Нура- линский; С - Сыростанский); 7 - структурные линии; 8 - углы наклона пород; 9 - границы: стратиграфические (а) - установленные, (б) - предполагаемые; 10 - региональные надвиги, среди них (а) - установленные (ГУН - Главный Уральский, ЮА - Юлдашево-Аслаевский, ЛМ - Ларино-Миасский); (б) - предполагаемые (Ас - Аскаровский, К - Кизильский, Ам - Амангильдинский, Кзм - Казмашевский, Бз - Бузхангайский, Нз - Ниязгуловский, и другие: Ян - Янгельский, Из - Извозный, См - Смеловский, Мл - Мулдакаевский, Бр - Браиловский, Кп - Копаловский); 11 - надвиги, образующие покровы (Ат - Атавдинский, Аю - Аюсазовский, Б - Биягодинский, И - Ирендыкский, Ст - Суртандинский, Уз - Узункырский. И другие: Ам - Амамбайский, Бр - Браиловский, НВ - Нововоронинский, М - горы Магнитной, Ус - Урлядинско-Сухореченский, Сб - Сабановский, КН - Краснинско-Нагайбакский, Кс - Кассельский, Ку - Кацбахский, ЗС - Зингейско-Субутакский, Сх - Сухтелинский, ОХ - Остроленско-Хлебинский; Об - Обручевский, 12 - главные сдвиги, среди них: Тп -Топаковский, Жл - Желтинский).

Хронологическая последовательность основных стратиграфических подразделений девона и карбона на рис. 1, 2, 3: нижний девон, баймак-бурибаевская свита (D1&&); средний девон, ирендыкская свита эйфель- ского яруса (D2e2/r); карамалыташская свита верхнего отдела эйфельского и нижнего отдела живетского ярусов (D2e2-zv1Ar); улутаус- кая свита верхнего отдела живетского яруса (D2zv2< верхний девон, франский ярус (D3f) и мукасовский горизонт (D3fmfc); зилаирская свита фаменского яруса верхнего девона - нижнего отдела турнейского яруса нижнего карбона (D3fm-C1t1z/); нижний карбон, березовская свита верхнего отдела турнейского и нижнего отдела визейского ярусов (C1t2-v1); кизильская свита среднего и верхнего отделов визейского яруса (C1v2-3).

Рис. 2. Геологическое строение Магнитогорского синклинория в пределах широт от д. Орловка на севере до д. Юлдашево на юге

Рис. 3. Геологическое строение Магнитогорского синклинория в пределах широт д. Красинский - д. Первомайский

В свою очередь гипербазиты, совместно с блоками осадочно-вулканогенных образований палеозоя, полого погружаются под верхнедевонские отложения Присакмарской зоны южной части Магнитогорского синклинория.

Подтверждают вывод о небольшой толщине гипербазитовых тел данные геофизики и в пределах бассейна рек Атлян-Миасс. Характер распределения физических полей и результаты их геологической интерпретации позволяют сделать вывод о сближении и слиянии гипербазитовых толщ на глубине в единое меланжевое тело.

В северной части Магнитогорской мега- синформы, где данный разлом образует пологую синформную центриклиналь, меланж ГУН имеет особо широкое развитие, а меланжированные серпентиниты двух соседних аллохтонообразующих надвигов объединены в единое тело. Здесь нами закартированы отдельные участки, а площадь работ, включая бассейны рек Атлян, Уй и Миасс, охватила всё северное замыкание синклинория. Широкое площадное развитие полей серпентинитового меланжа, в отличие от выходов их полосами на юге, объясняется тем, что здесь обнажается центриклинальная часть сместителя ГУН. Последующее изучение в камеральный период позволило определить состав меланжа, а также прийти к заключению о формационной природе его и эволюции структуры в геодинамических условиях тангенциального сжатия.

Представительная зона серпентинитового меланжа Главного Уральского надвига прослеживается на местности изогнутой полосой от широты села Кирябинского до озера Тургояк в субмеридиональном направлении на 85 км. Сместитель надвига перебурен скважинами на восточном склоне горы Валежной, к северо-западу от пос. Верхний Атлян. Падение надвига здесь ориентировано на восток под углами от 10 до 50°. На Выдринском профиле падение отражающих площадок в области ГУН также восточное под углами 30°- 50°. Но особенно четко отражения следятся на глубинах 3-6 км, что вытекает из данных Ю.П.Меньшикова и др. 1983 г.

В междуречьи Кара-Елги и Каран-Елги по дороге из с. Кучуково к с. Сураманово (восточнее г. Миндяк) полоса вытянута вдоль восточного крыла хр. Крыктытау. Серпентиниты часто превращены в серпентинитовые сланцы, содержащие отдельные обжатые обломки и глыбы осадочных и вулканогенных пород.

Размеры глыб колеблются от нескольких сантиметров до нескольких метров в поперечнике. С краев они, как правило, сдавлены. В приустьевой части р. Каран-Елга, на контакте с гипербазитами, закартировано небольшое тело перекристаллизированных известняков, превращенных в пятнистые листвениты.

Благодаря хорошей обнаженности, особенно отчетливое полосовое распределение глыб в серпентинитах запечатлено на горе Карюкмас, по левому берегу р. Краснохты.

Небольшой размер примерно равновеликих (3-5 м в поперечнике) обломков инородных пород позволяет одним взглядом охватить картину их линейной субмеридиональной вытянутости среди серпентинитов и даже увидеть, как эти полосы в виде «пластов» полого погружаются на восток. Такое же, кстати, восточное падение имеют и слои осадочных пород на соседней к западу вершине.

Нередко блоки в меланже Главного Уральского надвига сосредоточены в виде перемежающихся полос, состоящих из собственно гипербазитов с обильными обломками, глыбами и блоками инородных пород и полос монотонных гипербазитов.

Это можно наблюдать в бассейне р. Малый Кизил у д. Абзаково (рис. 4). Здесь разными исследователями неоднократно отмечалась перемежаемость пород в последовательности с запада на восток. Гипербазиты (или меланж), затем несогласно, через конгломераты, кремни мукасовского горизонта франа.

Рис. 4. А - геологический разрез на широте Халиловского гипербазитового массива; Б - зона меланжа в районе д. Абзаково

Выше следует толща терригенного флиша зилаирской свиты фаменского яруса верхнего девона - турнейского яруса нижнего карбона. Затем также несогласно залегают известняки нижнего карбона.

Все породы погружаются на восток. Далее, опять-таки на восток, снова обнажаются гипербазиты, следом опять появляются кремни, затем флиш и известняки. Выше вновь повторяется аналогичная последовательность. В этом случае нижние части в них могут быть представлены кремнями мукасовского горизонта или же непосредственно зилаирским флишем, лежащим то на известняках карбона, то прямо на породах зилаирской свиты.

По методике [5] закартировано и строение меланжа в районе деревни Бурангулово, в верховьях р. Урал. Здесь ГУН оказывается надвинутым вначале на верхнедевонско- нижнекаменноугольные осадочные отложения, а затем уже совместно с ними и подстилающими гипербазитами на рифейско-нижнепалеозойские толщи. Вероятно, это свидетельство того, что постелью Магнитогорского синклинория, кроме рифейско-нижнепалеозойских метаморфических пород, являются также осадки девона-карбона, которые, очевидно, могут быть встречены и в достаточно погруженной части мегааллохтона.

В пределах Юлдашево-Аслаевской ветви наблюдалась зона меланжа в районе оз. Алакуль, и в 1,5 км северо-восточнее вершины г. Круглой (рис. 5).

Рис. 5. Зоны меланжа: А - в районе оз. Алакуль; Б - восточного крыла Круглогорской структуры. Использованы данные И.С. Анисимова, Л.Н. Сопко, Г.Н. Савельевой, Е.А. Шумихиной, В.С. Мухиной и В.П. Иванова

Дополнительные условные обозначения. Надвиги: Дс - Досчаный, Кл - Колющинский, Кс - Киселевский, Уб - Убалинский.

Проведен сбор многочисленных органических остатков в глыбах органогенных известняков, изучение которых раскрыло беспорядочность залегания различных по составу и возрасту блоков пород, которые представлены: мраморизованными известняками палеозойского возраста; ритмичного переслаивания песчаников, алевролитов, аргиллитов, кремней и кремнистых туффитов нижнего и среднего девона; туфобрекчий андезитовых порфиритов, характерных для эйфельского яруса среднего девона; кремней, кремнистых сланцев, эффузивов основного состава, туфоаргиллитов и туфоалевролитов ллан- доверийского яруса нижнего отдела силура. Самый крупный блок силура в меланже на этом участке вытянут с юго-запада на северо-восток.

В рельефе он выражен вершиной горы Алкашай, отметка которой 513,9 м. Возраст кремней и кремнистых сланцев по фауне граптолитов и радиолярий определен как средне-верхнелландоверийский.

Закартировано аналогичное строение серпентинитового меланжа в междуречьи Барала и Берси, что находится севернее участка Калканово-Юлдашево (рис. 6).

Рис. 6. Зоны меланжа: А - в районе междуречья Берси и Барала; Б - на окраине с. Юлдашево

Дополнительные условные обозначения. Надвиги в кружках: Бг - Бигильдинский, Дф - Диафрактауский.

Меланж Юлдашево-Аслаевского аллохтона, расположенного восточнее предыдущего, содержит блоки преимущественно нижне-среднедевонских отложений, которые представлены на севере мраморизованными известняками рифогенного облика, содержащими банки брахиопод. В центральной же части и на юге - пачками терригенного флиша, включающими прослои кремней с нижне-средне-девонскими радиоляриями. В плане размеры блоков колеблются от 200 до 500 м. Наиболее крупный из них (0,5*1,0 км) находится в районе горы Истукай, восточнее села Юлдашево.

Местоположение и характер строения Ларино-Миасской ветви меланжа показаны на рис. 1, 2 и 3. Эта ветвь известна как Серовско-Кацбахский гипербазитовый пояс, являющийся пограничной областью между Магнитогорским синклинорием и ВосточноУральским поднятием. Здесь характерна серия сближенных разрывных нарушений, маркируемых протяженными полосовыми выходами серпентинитов и серпентинитового меланжа от города Миасса на севере через населенные пункты южнее: Ларино, Выдрино, поселок Арсинский, Фершампенуаз и другие. Геологическое строение показано на профиле северо-восточнее вершины Маяк, что отображено на рис. 7.

Рис. 7. Геологический разрез в 2,5 км северо-восточнее вершины Маяк. Данные В.В. Рябкова, Ю.Н. Павленина, В.И. Соколовского, В.П. Иванова

Согласно приведенным материалам, меланж Южного Урала представляет собой особую геологическую формацию, являющуюся вещественно-структурным образованием деформационного периода. Как правило, он сопровождает крупные аллохтонные офиолитовые зоны (гипербазитовые пояса), а также отдельные ультраосновные массивы и тела. Многочисленные горные выработки, данные бурения и наблюдения в обнажениях позволили установить, что контакты этих пород всегда тектонические. Хорошо выраженная дислоцированность свойственна внутренней структуре каждого блока. Складчатые дислокации представлены отдельными фрагментами антиклиналей, ядра которых непостоянны как по составу, так и по возрасту.

Форма, состав и строение блоков пород, глыб и различного размера обломков, погруженных в катаклазированные и серпентинизированные гипербазиты, свидетельствуют о горизонтальном перемещении как надвигаемых образований океанической коры, так и поднадвиговых толщ сопредельного континента. Перемятость и брекчирование, мозаичное, лоскутное размещение в плане различных пород палеозойского и частично докембрийского возраста и формационного состава, широкое развитие милонитов и других динамических проявлений свидетельствуют об исключительно мощных тектонических напряжениях, способствующих не только формированию меланжа, но и неоднократности их горизонтального перемещения, то есть неоднократности надвиго- и складкообразования в режиме тектонического сжатия. Множественность процесса их тектонического становления подчёркивает полицикличность процесса формирования земной коры.

Мы уже обращали внимание на фундаментальный характер проблемы, связанный с происхождением и развитием меланжа. Обратимся к его прикладной сущности, которая заключается в следующем. Как известно, среди вторичных изменений минералов, слагающих гипербазиты, наиболее существенной является серпентинизация.

Серпентиниты развиваются по дунитам и пироксенитам, преимущественно в краевых частях гипербазитовых тел и массивов, а также в зонах разрывных нарушений. Они служат и цементирующей массой кластических образований, появляющихся в процессе тектонического перемещения гипербазитов. Потому их запасы, как и запасы гипербазитов, весьма впечатляющи. Ценность же серпентинитового продукта, как нейтрализатора промышленных кислотных и щелочных отходов предприятий Республики Башкортостан, обоснована исследованиями Б.А. Шкуропата и В.А. Борисовой [6] в Институте геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН по договору с Академией Наук Республики Башкортостан. Результатом явилась полная утилизация промышленных отходов нефтехимических предприятий. В качестве нейтрализаторов использовались серпентиниты и малоизмененные ультраосновные породы. Конечными продуктами стали сернокислый магний, гидрокремнезем и гидроокислы железа. Первый служит быстродействующим магнезиальным удобрением, а также исходным сырьем для получения солей магния в отдельных сферах промышленности. Второй используется как эффективный сорбент. Третьи применяются при производстве керамики, декоративного стекла, опалового фарфора и др., а также содержат примеси хрома, никеля, марганца, кобальта, которые являются качественным легированным железорудным концентратом. Технология внедрена.

Нам представляется, что приведенные материалы иллюстрируют:

1) впечатляющую на Южном Урале масштабность распространения меланжа, свидетельствуя, скорее всего, об обдукционном характере развития процесса;

2) большие запасы минерального сырья, в данном случае серпентинитов, которые важны для практического использования в современной промышленности.

Литература

1. Пейве А.В. Океаническая кора геологического прошлого // Геотектоника. 1969. №4. С. 5-23.

2. Казанцева Т.Т., Камалетдинов М.А. Об аллохтонном залегании гипербазитовых массивов западного склона Южного Урала // Доклады АН СССР. 1969. Т. 189. №5. С. 1077-10 80.

3. Камалетдинов М.А., Казанцева Т.Т., Казанцев Ю.В. О характере залегания некоторых выходов рифогенных известняков нижнего и среднего палеозоя на Южном Урале // Доклады Академии наук СССР. 1969. Т. 188. № 3. С. 641-644.

4. Бучковский Э.С. К геологии Байгускаровского ультраосновного массива в связи с его рудо- носностью. Мат-лы по геологии и полезн. ис- коп. Южного Урала. М.: Госгеолиздат, 1962. Вып. 3. С. 148-158.

5. Казанцев Ю.В., Казанцева Т.Т. О методике картирования дислокаций горизонтального сжатия // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1990. № 1. С. 113121.

6. Шкуропат Б.А., Борисова В.А. «Пустые» горные породы и промышленные отходы - источники минерального сырья ближайшего будущего // Геология. Известия отделения наук о Земле и экологии. 1998. № 3. С. 143149.

References

1. Peyve A.V. Okeanicheskaya kora geologichesk- ogo proshlogo [Oceanic crust of the geological past]. Heotekytonika - Geotectonics, 1969, no. 4, pp. 5-23. (In Russian).

2. Kazantseva T.T., Kamaletdinov M.A. Ob allo- khtonnom zaleganii giperbazitovkh massivov zapadnogo sklona Yuzhnogo Urala [On the allochthonous occurrence of hyperbasic massifs on the western slope of the South Urals]. Doklady Akademii nauk SSSR - Reports of the USSR Academy of Sciences, 1969, vol. 189, no. 5, pp. 1077-1080. (In Russian).

3. Kamaletdinov M.A., Kazantseva T.T., Kazantsev Yu.V. O kharaktere zaleganiya nekotorykh vykhodov rifogennykh izvestnyakov nizhnego i srednego paleozoya na Yuzhnom Urale [On the pattern of occurrence of some outcrops of Lower and Middle Paleozoic reef limestones in the South Urals]. Doklady Akademii nauk SSSR - Reports of the USSR Academy of Sciences, 1969, vol. 188, no 3, pp. 641-644. (In Russian).

4. Buchkovsky E.S. K geologii Bayguskarovskogo ultraosnovnogo massiva v svyazi s ego rudonos- nostyu [On geology of the Bayguskarovo ultrabasic massif in connection with its ore potential]. Materialy po geologii i poleznym iskopaemym Yuzhnogo Urala [Materials on geology and minerals of the South Urals]. Moscow, Gosgeolizdat, 1962, vol. 3, pp. 148-158. (In Russian).

5. Kazantsev Yu.V., Kazantseva T.T. O metodike kartirovaniya dislokatsiy gorizontalnogo szhatiya [On the method of mapping horizontal compression dislocations]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Geologiya i razvedka - Bulletin of Higher Educational Institutions. Geology and Exploration, 1990, no 1, pp. 113-121. (In Russian).

6. Shkuropat B.A., Borisova V.A. «Pustye» gornye porody i promyshlennye otkhody - istochniki mineralnogo syrya blizhayshego budushchego [«Empty» rocks and industrial waste as sources of mineral raw materials in the nearest future]. Geologiya. Izvestiya otdelenija nauk o Zemle i ekologii - Geology. Bulletin of the Department of Earth and Ecology Sciences, 1998, no. 3, pp. 143-149. (In Russian).

Размещено на Allbest.ru