Восточно-Европейская платформа (ВЕП)

5.1. Общая характеристика

Географически занимает территории Среднерусской и Среднеевропейской равнин, охватывая обширную территорию от Урала на востоке и почти до побережья Атлантического океана на западе. На этой территории расположены бассейны рек Волга, Дон, Днепр, Днестр, Неман, Печора, Висла, Одер, Рейн, Эльба, Дунай, Даугава и др.

На территории России ВЕП занимает Среднерусскую возвышенность, характеризующуюся преимущественно равнинным рельефом, с абсолютными отметками до 500 м. Только на Кольском полуострове и в Карелии проявлен горный рельеф с абсолютными отметками до 1 200 м.

Границами ВЕП являются: на востоке – Уральская складчатая область, на юге – структуры Средиземноморского складчатого пояса, на севере и северо-западе – структуры Скандинавских каледонид.

5.2. Основные структурные элементы

Как и любая платформа, ВЕП имеет двухъярусное строение.

Нижний ярус – это архейско-раннепротерозойский фундамент, верхний ярус – рифейско-кайнозойский чехол.

Фундамент на ВЕП залегает на глубинах от 0 до (по геофизическим данным) 20 км.

Фундамент на поверхность выходит в двух регионах: 1) в Карелии и на Кольском полуострове, где он представлен Балтийским щитом, занимающим также территории Финляндии, Швеции и части Норвегии; 2) в центральной Украине, где он представлен Украинским щитом. Область залегания фундамента на глубинах до 500 м в районе г. Воронеж называетсяВоронежским кристаллическим массивом.

Область распространения платформенного чехла рифейско-кайнозойского возраста называется Русской плитой.

Основные структуры Восточно-Европейской платформы показаны на рис. 4.

Рис. 4. Основные структуры Восточно-Европейской платформы

1. Граница платформы. 2. Границы основных структур. 3. Южная граница Скифской плиты. 4. Докембрийские авлакогены. 5. Палеозойские авлакогены. Цифры в кружках обозначают названия структур, не подписанные на схеме: 1-9 – авлакогены (1 – Беломорский, 2 – Лешуконский, 3 – Вожже-Лачский, 4 – Среднерусский, 5 – Кажимский, 6 – Калтасинсикй, 7 – Серноводско-Абдулинский, 8 – Пачелмский, 9 – Печоро-Колвинский); 10 – Московский грабен; 11 – Ижма-Печорская впадина; 12 – Хорейверская впадина; 13 – Предкавказский краевой прогиб; 14-16 – седловины (14 – Латвийская, 15 – Жлобинская, 16 – Полесская).

Областям относительно глубокого (более 2 км) залегания фундамента отвечают пологие отрицательные структуры – синеклизы.

Главнейшими из них являются: 1) Московская,занимающая центральную часть плиты; 2) Тимано-Печорская (Печорская), расположенная на северо-востоке плиты, между структурами Урала и Тиманским кряжем; 3) Прикаспийская, расположенная на юго-востоке плиты, занимающая междуречье Волги и Эмбы, на склонах Волго-Уральской и Воронежской антеклиз.

Областям относительно приподнятого положения фундамента отвечают пологие положительные структуры – антеклизы.

Главнейшими из них являются: 1) Воронежская, расположенная над одноименным кристаллическим массивом; 2) Волго-Уральская, расположенная в восточной части плиты, ограниченная с востока структурами Урала, с севера Тиманским кряжем, с юга – Прикаспийской синеклизой, с юго-запада Воронежской антеклизой, с запада – Московской синеклизой.

В пределах синеклиз и антеклиз выделяются структуры более высоких порядков, такие как валы, своды, впадины и прогибы.

Тимано-Печорской, Прикаспийской синеклизам и Волго-Уральской антеклизе отвечают одноименные нефтегазоносные провинции.

Между Украинским щитом и Воронежским кристаллическим массивом (и одноименной антеклизой) расположен Днепровско-Донецкий (Припятско-Донецкий) авлакоген –это узкая структура грабенообразного погружения фундамента и увеличенной (до 10-12 км) мощности пород чехла, имеющая запад-северо-западное простирание.

5.3. Строение фундамента

Фундамент платформы образован архейскими и раннепротерозойскими комплексами глубокометаморфизованных пород. Их первичный состав не всегда расшифровываются однозначно. Возраст пород определяется по данным абсолютной геохронологии.

Балтийский щит. Занимает северо-западную часть платформы, и граничит со складчатыми структурами Скандинавских каледонид по разломам глубокого заложения, имеющим надвиговую природу. К югу и юго-востоку фундамент ступенчато погружается под рифейско-кайнозойский чехол Русской плиты.

Комплексы раннего архея (кольская серияAR₁)в разных блоках Балтийского щита представлены разнообразными гнейсами, кристаллическими сланцами, железистыми (магнетитовыми) кварцитами, амфиболитами, мраморами, мигматитами. Среди гнейсов выделяются следующие разновидности: амфиболовые, биотитовые, высокоглиноземистые (с кианитом, андалузитом, силлиманитом). Вероятным протолитом амфиболитов и амфиболовых гнейсов являются породы типа базитов (базальтоиды и габброиды), высокоглиноземистых гнейсов – осадочные породы типа глинистых осадков, магнетитовых кварцитов – железисто-кремнистые отложения (типа яшмоидов), мраморов – карбонатные отложения (известняки, доломиты). Мощность образований AR₁ не менее 10-12 км.

Образования раннего архея (AR₁) формируют структуры типа гнейсовых куполов, в центральных частях которых располагаются крупные массивы олигоклазовых и микроклиновых гранитов, с которыми связаны пегматитовые поля.

Комплексы позднего архея (AR₂)слагают узкие синклинорные зоны в образованиях AR₁. Они представлены высокоглиноземистыми гнейсами и сланцами, конгломератами, амфиболитами, карбонатными породами, магнетитсодержащими кварцитами. Мощность образований AR₂ не менее 5-6 км.

Образования раннего протерозоя (PR₁) мощностью не менее 10 кмвыполняют узкие грабен-синклинальные структуры, врезанные в архейский субстрат. Они представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами, метаморфизованными субщелочными базальтоидами, кварцито-песчаникми, гравелитами, местами доломитами, а также шунгитами (высокоуглеродистые метаморфизованные породы типа сланцев).

Образования PR₁ прорваны одновозрастными интрузиями габброноритов печенгского комплекса с медно-никелевым оруденением, щелочными ультраосновными породами с карбонатитами, содержащими апатит-магнетитовые руды с флогопитом, а также более молодыми (рифейскими) гранитами-рапакиви (Выборгский массив) и нефелиновыми сиенитами девонского возраста. Последние представлены расслоенными концентрически зональными массивами: Хибинским с месторождениями апатит-нефелиновых руд и Ловозерским с месторождениями тантало-ниобатов.

На Балтийском щите пробурена самая глубокая в мире Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) глубиной 12 261 м (проектная глубина скважины – 15 000 м). Скважина пробурена в северо-западной части Кольского полуострова, в 10 км южнее г. Заполярный (Мурманская область), вблизи российско-норвежской границы. Бурение скважины начато в 1970 г. и закончено в 1991 г.

Скважина бурилась по программе глубокого и сверхглубокого бурения, осуществляемого в СССР по решениям Правительства.

Целью бурения СГ-3 являлось изучение глубинного строения докембрийских структур Балтийского щита, типичных для фундаментов древних платформ и оценка их рудоносности.

Задачами проходки скважины являлось:

1. Изучение глубинного строения протерозойского никеленосного печенгского комплекса и архейского кристаллического основания Балтийского щита, выяснение особенностей проявления на больших глубинах геологических процессов, включая процессы рудообразования.

2. Выяснение геологической природы сейсмических границ в континентальной земной коре и получение новых данных о тепловом режиме недр, глубинных водных растворах и газах.

3. Получение максимально полной информации о вещественном составе горных пород и их физическом состоянии, вскрытие и изучение пограничной зоны между «гранитным» и «базальтовым» слоями земной коры.

4. Усовершенствование имеющихся и создание новых технологий и технических средств для бурения и комплексных геофизических исследований сверхглубоких скважин.

Скважина бурилась с полным отбором керна, выход которого составил 3 591,9 м (29,3%).

Основные результаты бурения следующие.

1. В интервале 0 – 6 842 м вскрыты метаморфические образования PR₁, состав которых примерно тот же, о котором речь шла выше. На глубинах 1 540-1 810 м вскрыты тела базитов с сульфидными медно-никелевыми рудами, что опровергло представление о выклинивании рудоносного печенгского комплекса и расширило перспективы Печенгского рудного поля.

2. В интервале 6 842 – 12 261 м вскрыты метаморфические образования AR, состав и строение которых примерно те же, о которых речь шла выше. На глубинах свыше 7 км в архейских гнейсах вскрыто несколько горизонтов магнетит-амфиболовых пород – аналогов железистых кварцитов Оленегорского и Костомукшского месторождений. На глубине около 8,7 км вскрыты габброиды с титаномагнетитовой минерализацией. В интервале 9,5 – 10,6 км в архейских образованиях установлен 800-метровый интервал с высокими (до 7,4 г/т) содержаниями золота, а также серебра, молибдена, висмута, мышьяка и некоторых других элементов, связанных с процессами гидрогенно-геохимического разуплотнения архейских пород.

3. Предполагаемая на глубинах около 7,5 км геофизическая граница (поверхность) Конрада (граница «гранитного» и «базальтового» слоев) не подтвердилась. Сейсмическая граница на этих глубинах отвечает зоне разуплотнения пород в архейских образованиях и вблизи границы архей-нижний протерозой.

4. На всем протяжении разреза скважины установлены притоки воды и газов, содержащих гелий, водород, азот, метан, тяжелые углеводороды. Исследования изотопного состава углерода показали, что в архейских толщах газы имеют мантийную природу, протерозойских – биогенную. Последнее может свидетельствовать о возможном зарождении биологических процессов, приведших в последствии к возникновению жизни на Земле, уже в раннем протерозое.

5. К числу принципиально новых относятся данные по изменениям температурного градиента. До глубины 3 000 м температурный градиент составляет 0,9-1^о/100 м. Глубже этот градиент возрос до 2-2,5^о/100 м. В итоге на глубине 12 км температура составила 220^о вместо ожидаемой 120-130^о.

В настоящее время Кольская скважина функционирует в режиме геолаборатории, являясь полигоном для испытания техники и технологии глубокого и сверхглубокого бурения и геофизического исследования скважин.

Украинский щит. Представляет собой крупный выступ фундамента, имеющий форму неправильного овала. С севера он ограничен разломами, по которым контактирует с Днепровско-Донецким авлагогеном, а в южном направлении погружается под отложения платформенного чехла.

В строении щита принимают участие метаморфические породы AR₁, AR₂ и PR₁.

Комплексы раннего архея (AR₁)представлены плагиогнейсами, биотит-плагиоклазовыми, амфибол-плагиоклазовыми, высокоглиноземистыми (силлиманитовыми и корундовыми) гнейсами, кристаллическими сланцами, амфиболитами, мигматитами, кварцитами.

В строении комплексов позднего архея (AR₂) участвуют разнообразные гнейсы, амфиболиты, хлоритовые сланцы, железистые кварциты и роговики. Эти образования образуют узкие синклинорные зоны, врезанные в раннеархейский субстрат. Мощность образований AR не менее 5-7 км.

К образованиям раннего протерозоя (PR₁)относится криворожская серия, вмещающая железорудные месторождения формации железистых кварцитов Криворожского бассейна.

Эта серия обладает трехчленным строением. В ее нижней части залегают аркозовые метапесчаники, кварциты, филлиты. Средняя часть серии сложена, в основном, переслаивающимися джеспилитами, куммингтонитовыми, серицитовыми, хлоритовыми сланцами. В этой части серии расположены основные промышленные железорудные залежи Криворожского бассейна; количество рудных пластов в разных частях бассейна колеблется от 2 до 7. Верхняя часть серии сложена кварцито-песчаниками с осадочно-метаморфизованными железными рудами, кварцево-углеродистыми, слюдистыми, биотит-кварцевыми и двуслюдяными сланцами, карбонатными породами, метапесчаниками. Общая мощность образований криворожской серии не менее 5-5,5 км.

Среди комплексов AR и PR расположены крупные массивы архейского и раннепротерозойского возраста: гранитов (Уманский, Криворожский и др.), сложные многофазные плутоны, состав которых меняется от габбро-анортозитов, лабрадоритов до гранитов-рапакиви (Коростеньский и др.), а также массивы нефелиновых сиенитов (Мариупольский) с тантало-ниобиеввой минерализацией.

Воронежский кристаллический массив. Расположен на глубинах до 500 м. Изучен в связи с геологоразведочными и эксплуатационными работами на железные руды Курской магнитной аномалии (КМА).

Архейские(AR)образования представлены здесь разнообразными гнейсами, амфиболитами, железистыми роговиками, кристаллическими сланцами.

Образования раннего протерозоя (PR₁) выделены как курская и оскольская серии. В составе курской серии представлены: в нижней части чередующиеся метапесчаники, кварциты, гравелиты, в верхней части – чередующиеся филлиты, двуслюдяные, биотитовые сланцы, горизонты железистых кварцитов, к которым приурочены месторождения КМА. Мощность образований курской серии не менее 1 км. Залегающая выше оскольская сериямощностью 3,5-4 км образована углеродистыми сланцами, метапесчаниками, метабазальтами.

Среди толщ AR и PR расположены массивы одновозрастных интрузивных пород, представленные гранитами, габброноритами с медно-никелевым оруденением, граносиенитами.

5.4. Строение чехла

В строении чехла Русской плиты выделены 5 структурно-стратиграфических комплексов (снизу вверх): рифейский, венд-кембрийский, раннепалеозойский (ордовикско-раннедевонский), средне-позднепалео-зойский (среднедевонско-пермский), мезозойско-кайнозойский (триас-кайнозойский).

Рифейский комплекс

Рифейские толщи распространены в центральных и окраинных частях платформы. Наиболее полные разрезы рифея расположены на западном Урале, о которых речь будет идти при рассмотрении этого региона. Рифей центральной части платформы представлен всеми тремя отделами.

Ранний рифей (RF₁). В его нижней части залегают красноцветные кварцевые и кварц-полевошпатовые песчаники с горизонтами базальтов траппового типа. Вверх по разрезу они сменяются темными аргиллитами с прослоями мергелей, доломитов и алевролитов. Еще выше залегает мощная толща доломитов с прослоями аргиллитов. Мощность около 3,5 км.

Средний рифей (RF₂). Представлен преимущественно сероцветными песчаниками с прослоями доломитов и базальтов траппового типа общей мощностью около 2,5 км. В стратифицированном разрезе залегают пластовые тела долеритов, габбродолеритов.

Поздний рифей (RF₃). В его основании залегают кварцевые и кварц-полевошпатовые песчаники, выше – красные аргиллиты и алевролиты с прослоями доломитов, еще выше – чередование аргиллитов, алевролитов, песчаников и доломитов; завершается разрез доломитами. Общая мощность около 2 км.