Уральская каледоно-герцинская складчатая система

8.1.1. Общая характеристика

Уральская складчатая система на западе граничит с Восточно-Европейской платформой, на востоке – с Западно-Сибирскрй плитой, а на юге (между Каспийским и Аральским морями) ее структуры погружаются под мезозойско-кайнозойские отложения Северо-Туранской плиты.

В пределах системы различаются хребты западного склона, серию хребтов центральной (осевой) части и восточный склон, постепенно переходящий в Западно-Сибирскую низменность. По территории Уральской системы протекают реки Урал, Вишера, Белая, Сакмара, Сосьва, Лозьва, Тобол, Печора и др. Наиболее высокая гора Народная имеет абсолютную отметку 1 895 м.

В меридиональном направлении Урал (с севера на юг) подразделяется на: Полярный (это часть Урала, имеющая северо-восточное простирание, примерно до 66⁰ с.ш.), Приполярный (между 66⁰ и 64⁰ с.ш.), Северный (между 64⁰ и 58⁰ с.ш.), Средний (между 58⁰ и 55,5⁰ с.ш.) и Южный (южнее 55,5⁰ с.ш.); южным продолжением Южного Урала являются Мугождары, расположенные уже в пределах Актюбинской области Казахстана.

Урал – это мировой эталон геосинклинальных систем линейного типа. Многие геологические, геотектонические и металлогенические концепции разрабатывались именно на уральском материале.

Урал – один из важнейших минерально-сырьевых регионов России с высоко развитой горнодобывающей промышленностью, базирующейся на многочисленных месторождениях черных, цветных, редких, благородных металлов, неметаллических полезных ископаемых.

Урал занимает первое место в России по запасам колчеданных руд, бокситов, хризотил-асбеста, ювелирного изумруда, антофиллит-асбеста; второе место в России по запасам железных руд, одно из ведущих мест по запасам бериллия, рудного и россыпного золота и металлов платиновой группы, солей, россыпных алмазов; в Казахстанской части Урала расположено крупнейшее в Евразии месторождение высококачественных хромитов; к Уралу с запада и востока примыкают крупнейшие нефтегазоносные провинции.

По особенностям строения и характеру слагающих его формаций Урала в поперечном сечении разделяется на три области:

· западную, которой соответствует осевая зона и западный склон Урала, относимые к восточной окраине Восточно-Европейской платформы;

· центральную, которой соответствуют большая часть восточного склона Урала, представляющую собой эвгеосинклинальную область;

· восточную, большей частью погребенную под мезозойско-кайнозойскими отложениями Западно-Сибирской плиты, относящуюся к Валерьяновскому интрузивно-вулканическому поясу.

Границами этих структур являются глубинные разломы. Граница между окраиной платформы и эвгеосинклинальной областью проходит по Главному Уральскому глубинному разлому (ГУГР), граница между эвгеосинклинальной областью и Валерьяновским поясом проходит по Ливановскому разлому.

Схема тектонического районирования Урала приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема тектонического районирования Урала

Структуры восточной окраины Восточно-Европейской платформы. Выступы фундамента (микрощиты): 1 – Кожимский, 2 – Хобеизский, 3 – Тараташский и Уфалейский. Структуры чехла: 4 – Тимано-Печорская синеклиза, 5 – Волго-Уральская антеклиза, 6 – Прикаспийская синеклиза, 7 – Предуральский краевой прогиб, 8 – Западно-Уральская зона передовых складок, 9 – Центрально-Уральское поднятие (9-1 – Полярно-Уральский мегантиклинорий, 9-2 – Ляпинский мегантиклинорий, 9-3 – Кваркушско-Каменогорский мегантиклинорий, 9-4 – Башкирский мегантиклинорий).

Структуры Уральской геосинклинальной области. Интрузивно-вулканические пояса (мегазоны) и зоны. Каледонские: 10 – Щучьинская, 11 – Тагильский, 12 – Сакмарский (Кракинско-Медногорский), 13 – Катенинский, 14 – Октябрьско-Денисовский. Каледоно-герцинские: 15 – Западно-Магнитогорский, 16 – Медведевско-Свердловская, 17 – Арамильско-Сухтелинская. Герцинские: 18 – Восточно-Магнитогорский, 19 – Каменский (Алапаевско-Теченский), 20 – Иргизский. Среди3нные массивы и выступы основания: 21 – Харбейский, 22 – Салдинско-Верхистский, 23 – Мурзинско-Адуйский, 24 – Красногвардейский, 25 – Сысертско-Ильменогорский, 26 – Увельский, 27 – Троицко-Карашатауский, 28 – Центрально-Магниторогский (погребенный), 29 – Челябинско-Суундукский и Адамовско-Мугоджарский, 30 – Уралтауский.

31 – Валерьяновский вулканно-интрузивный пояс. 32 – Казахстанская складчатая страна. 33 – Западно-Сибирская плита.

Утолщенными линиями обозначены границы тектонических областей; тонкими линиями обозначены границы структур внутри тектонических областей.

Перейдем к более подробному рассмотрению геологического строения Урала. В основу этого рассмотрения будут положены результаты многолетних исследований больших коллективов уральских геологов.

8.1.2. Восточная окраина Восточно-Европейской платформы

В строении восточной окраины Восточно-Европейской платформы выделяются следующие структуры (с востока на запад): 1) Центрально-Уральское поднятие, сложенное архейскими, протерозойскими, рифейскими и вендскими образованиями; 2) Западно-Уральская зона передовых складок, сложенная преимущественно терригенными и карбонатными отложениями раннего и среднего палеозоя; 3) Предуральский краевой прогиб и собственно платформа, сложенные преимущественно пермскими отложениями.

Геологическое строение этой области характеризуется следующим образом.

Фундаментом окраины ВЕП являются архейские и раннепротерозойские метаморфические комплексы.

К позднему архею(AR₂) относятся биотитовые, гранат-биотитовые, гранат-силлиманит-биотитовые гнейсы, амфиболиты, железистые кварциты, послойные мигматиты. Они слагают Тараташский выступна Южном Урале.

Образования раннего протерозоя(PR₁) слагают ряд выступов (Уфалейский на Южном Урале, Кожимский и Хобеизский на Приполярном Урале) перекрытых рифейскими преимущественно осадочными комплексами. Эти метаморфические образования представлены амфиболитами, гранат-амфиболовыми гнейсами, гранат-слюдяными, слюдяно-кварцевыми, графит-мусковитовыми, двуслюдяными амфибол-плагиоклазовыми кристаллическими сланцами.

Среди позднеархейских и раннепротерозойских метаморфитов залегают послойные тела метаморфизованных ультраосновных пород, габбро, эклогитов и гранитов, имеющих тот же возраст.

Все эти выступы могут рассматриваться как своего рода микрощиты или массивы.

Выше залегает 10-12-километровый комплекс рифейских пород, наиболее полный разрез которых представлен в Башкирском мегантиклинории.

Здесь в разрезе рифея выделены три последовательные серии пород, имеющие принципиально сходное строение и соответствующие раннему, среднему и позднему рифею.

Ранний (RF₁) рифей (бурзянская серия)сложен в нижней части разреза отложениями фалаховой формации (кварцитопесчаники, кварцевые и полимиктовые песчаники и конгломераты), с которыми ассоциируют вулканиты трахибазальтовой (щелочно-оливин-базальтовой) формации (навышский комплекс); в средней части разреза залегают отложения алевролито-аргиллитовой формации (углеродистые алевролиты, аргиллиты, тонкозернистые песчаники); в верхней части разреза представлены отложения терригенно-карбостромовой формации (доломиты, доломитизированные известняки, сидеродоломиты, сидериты, магнезиты). К этой части разреза бурзянской серии приурочены месторождения сидеритов (Бакальская группа), магнезита (Саткинское), а также ряд проявлений стратиформных свинцово-цинковых руд, иногда с баритом.

Средний (RF₂) рифей (юрматинская серия)имеет общее близкое строение. Отличия от бурзянской серии выражены в большем количестве магматических образований. На уровне отложений фалаховой формации залегают вулканиты трапповой формации (машакский комплекс). В интрузивном эквиваленте ему соответствует формация расслоенных габбро-гранитных интрузий. Она представлена круто поставленными силлами габбро, габбро-долеритов (кусинско-копанский комплекс) и гранитами (рябиновский комплекс). К габброидами кусинско-копанского комплекса приурочены месторождения ильменит-титаномагнетитовых руд (Кусинское, Копанское). На этом же уровне расположены граниты-рапакиви (Бердяушский массив), а также породы формации расслоенных пироксенит-перидотитовых интрузий (сарановский комплекс), к которым париурочено Сарановское месторождение хромитов. К отложениям терригенно-карбостромовой формации приурочено Кужинское месторождение стратиформных свинцово-цинковых руд с баритом.

Позднему (RF₃) рифею соответствует каратауская серия, которая отличается от двух предыдущих серий заметно меньшим объемом вулканических пород, которые представлены небольшими телами трахибазальтов, их туфов и кимберлитоподобных пород.

На всем уровне разреза рифея располагаются дайки и силлы долеритов и габбродолеритов траппового типа.

Отложения венда(V)представлены преимущественно терригенными образованиями, в том числе тиллитами, в разрезе которых залегают небольшие тела вулканитов трахибазальтового и щелочно-ультраосновного состава.

После перерыва, связанного с большей частью кембрийского времени, началось формирование палеозойского платформенного чехла.

В его основании залегают отложения позднего кембрия-раннего ордовика (C-O₁),представленные фалаховой формацией (тельпосская свита и ее аналоги).

Выше расположены песчано-сланцевые отложения раннего-среднего ордовика (O_1-2), среди которых залегают согласные тела базальтов траппового типа, а также трахибазальты.

К среднему-позднему ордовику(O_2-3)относится терригенно-карбонатная формация (песчаники, известковистые песчаники и сланцы, известняки и доломиты). На этом возрастном уровне расположены Парнокское марганцевое и Саурейское свинцово-цинковое (с баритом) месторождения.

Силур (S) и большая часть раннего девона (D₁)представлены отложениями карбонатной формации (известняки, доломитизированные известняки, доломиты).

Эмский ярус раннего девона (D₁e)представлен отложениями фалаховой формации (такатинская свита), являющимися промежуточным коллектором алмазов.

Стратиграфический интервал, охватывающий средний девон-поздний карбон (D₂-C₃), по существу, полностью представлен карбонатными отложениями. Только к середине раннего карбона (С₁) приурочены терригенные угленосные отложения Кизеловского и Чусовского угленосных бассейнов.

О пермских отложениях (Р)речь шла при характеристике Восточно-Европейской платформы.

Всем карбонатным отложениям палеозоя, начиная со среднего ордовика и до перми включительно, свойственны карбонатные рифовые массивы. Это свидетельствует о том, что в это время отложения происходили в неглубоком морском бассейне в условиях субтропического климата.

Полезные ископаемые восточной окраины

Восточно-Европейской платформы

В метаморфических комплексах AR₂ Тараташского выступа расположено два небольших железорудных месторождения формации железистых кварцитов – Магнитный Ключ и Радостное. Общие их запасы приближаются к 25 млн.т руды, содержащей 33-34% Fe.

В гранитизированных метаморфических комплексах PR₁ Кожимского выступа находятся небольшие месторождения золота типа жильных и минерализованных зон, а также значительные скопления высококачественного кварца и горного хрусталя.

В отложениях терригенно-карбостромовой формации RF₁ (бакальская, саткинская, суранская свиты) залегают стратиформные месторождения сидерита Бакальской группы, Саткинское магнезита, Суранское флюорита.

Бакальская группа месторождений – одно из крупнейших в мире промышленных скоплений сидерита, запасы которого составляют 1 млрд.т со средним содержанием Fe 31,2%; кроме того на месторождении имеются разведанные запасы бурых железняков, образованных по сидериту, с запасами 200 млн.т со средним содержанием Fe 44%.

Саткинское месторождение магнезита содержит 180 млн.т руды со средним содержанием MgO 45%.

На Суранском месторождении разведанные запасы плавикового шпата составляют 3 млн.т со средним содержанием CaF₂ 43,3%.

В отложениях терригенно-карбостромовой формации RF₂ залегает Кужинское стратиформное барит-свинцово-цинковое месторождение. Главными рудными минералами являются галенит, сфалерит (преимущественно клейофан) и барит. На месторождении выделены барит-свинцово-цинковые руды, в которых разведано около 80 тыс.т свинца (с содержанием 1,4%), около 120 тыс.т цинка (с содержанием 2,1%) и 380 тыс.т барита (с содержанием BaSO₄ 6,8%), а также 6 млн.т баритовой руды с содержанием BaSO₄ 51,7%.

В габброидах формации расслоенных габбро-гранитных интрузий RF₂ локализовано Копанское месторождение ильменитовых и ильменит-титаномагнетитовых руд. На месторождении выделены сплошные и вкрапленные руды, главными минералами которых являются ильменит и титаномагнетит. В сплошных рудах содержание Fe 45%, TiO₂ – 11%, V₂O₅ – 0.57%, во вкрапленных рудах содержание Fe 25%, TiO₂ – 6%, V₂O₅ – 0,22%. Запасы месторождения составляют 103 млн.т руды.

Все названные выше месторождения расположены в структурах Башкирского мегантиклинория на Южном Урале.

В более северных районах, на Среднем Урале, к перидотитам формации расслоенных пироксенит-перидотитовых интрузий RF₂ приурочено Сарановское месторождение хромитов. Главным рудным минералом является алюмохромит, в связи с чем руды являются глиноземистыми. Содержание Cr₂O₃ составляет 35-38%, Al₂O₃ – до 20%. Общие запасы месторождения составляют около 20 млн.т руды.

В терригенно-карбонатных отложениях О_2-3 расположены стратиформные месторождения Саурейское барит-свинцово-цинковое на Полярном Урале и Парнокское марганцевое – на Приполярном Урале.

На Саурейском месторождении главными рудными минералами являются галенит, барит и сфалерит. Его запасы составляют 360 тыс.т свинца (среднее содержание в руде 6%), около 600 тыс. т барита (содержание BaSO₄ 9-10%) и около 30 тыс.т цинка (содержание 0,3%), руды содержат 30 г/т серебра).

На Парнокском месторождении выделены первичные карбонатные руды и окисленные руды. Главными минералами карбонатных руд являются родохрозит, реже манганкальцит. Среднее содержание марганца в карбонатных рудах составляет 24%. Главными минералами окисленных руд являются пиролюзит MnO₂, псиломелан mMnO·MnO₂·nH₂O, вернадит MnO₂·H₂O, криптомелан K₂O·MnO·15 MnO₂·nH₂O. Среднее содержание марганца в окисленных рудах 30,5%. Запасы карбонатных руд оценены в 13 млн.т, окисленных – около 2 млн.т.

В пестроцветных отложениях поздней перми на Южном Урале располагается Каргалигское месторождение медистых песчаников. Главными рудными минералами этого месторождения являются халькозин, борнит, халькопирит, в зонах окисления развиты также ковеллин, куприт, тенорит, малахит, азурит. Среднее содержание меди составляет 1,7%, ее запасы около 170 тыс.т.

О месторождениях солей и углей речь шла выше, при рассмотрении полезных ископаемых ВЕП.

Кроме того, одним из важнейших полезных ископаемых структур западного склона Урала являются россыпные месторождения высокосортных, преимущественно ювелирных, алмазов, находящиеся на Среднем Урале в Красновишерском алмазоносном районена территории Пермского края.

8.1.3. Уральская эвгеосинклинальная область

Эта область образована серией сопряженных палеозойских геосинклинальных интрузивно-вулканических поясов (мегазон) и разделяющих их срединных массивов. Эти интрузивно-вулканические пояса обладают принципиально сходным характером строения, развития и металлогении, но характеризуются разновременным заложением и стабилизацией. Разделяющие эти пояса срединные массивы представляют собой блоки догеосинклинального основания, сложенные допалеозойскими метаморфическими комплексами, испытавшими тектоно-магматическую активизацию в период палеозойского геосинклинального магматизма.

Среди главнейших геосинклинальных интрузивно-вулканических поясов Урала будут рассмотрены следующие: Тагильский, Западно-Магнитогорский, Восточно-Магнитогорский и Каменский (Алапаевско-Теченский).

8.1.3.1.Тагильский интрузивно-вулканический пояс

Геологическое строение

Тагильский интрузивно-вулканический пояс протягивается в меридиональном направлении на Полярном, Приполярном, Северном и Среднем Урале. Его протяженность примерно на 1 100 – 1 200 км, от побережья Северного Ледовитого океана до широты 56^о (около 100 км южнее г. Екатеринбурга).

Лучше всего этот пояс изучен на Северном и Среднем Урале, где его структуры представлены в полном объеме. В более северных районах структуры восточной части Тагильского пояса погребены под мезозойско-кайнозойским чехлом Западно-Сибирской плиты.

В основании разреза Тагильского пояса располагается раннепалеозойская (O_1-2) офиолитовая ассоциация, включающая вулканиты однородной базальтовой (кремнисто-базальтовой) формации, альпинотипные ультрамафиты дунит-гарцбургитовой формации (салатимский, серовский комплексы) и габбровую формацию, слагающие массивы Рай-Из, Войкарский, Серовский, Салатимский и др. Эти образования относятся к начальной (океанической) стадии.

Выше располагаются вулканиты базальт-риолитовой формацииO₃-S₁, выделяемой в разных частях как шемурская, кабанская, красноуральская, кировградская свиты. С вулканитами ассоциируют небольшие гипабиссальные тела габбро-плагиогранитной формации. Эти образования относятся к раннегеосинклинальной (раннеостроводужной) стадии.

Еще выше залегают образования туфо-турбидитной базальт-адезитобазальтовой формации S₁-S₂, относящиеся к павдинской и именновской свитам. С вулканитами ассоциируют разнообразные вулканно-осадочные породы и массивы рифогенных известняков. Интрузивным эквивалентом вулканитов является габбро-диорит-гранодиоритовая (габбро-диоритовая) формация. Эти образования относятся к позднегеосинклинальной (позднеостроводужной) стадии.

[Петрографический, литолого-фациальный состав всех перечисленных образований и их петро-геохимические особенности идентичны охарактеризованным при рассмотрении признаков тектонических комплексов].

Начиная со второй половины позднего силура, Тагильский пояс переходит к платформенному (континентальному) развитию. Начало этого режима зафиксировано накоплениями терригенно-карбонатно-трахибазальт-трахито-вой формации (туринская свита) S₂-D₁. Вулканиты этой формации представлены разнообломочными туфами трахибазальтов, трахиандезитобазальтов, трахиандезитов, трахитов, лавами того же состава. С ними ассоциируют вулканомиктовые и туфопесчаники, а также рифогенные известняки. Все эти образования находятся в тесных фациальных взаимоотношениях, образуя взаимопереходы, фациальные замещения по латерали и вертикали. Субвулканическая фация представлена дайками трахитов, микрогаббро, микросиенитов, сиенодиоритов. Интрузивным эквивалентом вулканических образований является габбро-сиенитовая формация (тагило-кушвинский комплекс), породы которой образуют небольшие гипабиссальные массивы. Они сложены габбросиенитами, сиенитами, сиенодиоритами. Вулканические и интрузивные породы характеризуются калиевым типом щелочности.

К уровню D₁-D₂-D₃¹ относится карбонатная бокситоносная формация, литофонд которой представлен слоистыми и массивными рифогенными известняками.

Залегающий выше фамен-раннетурнейский (D₃fm-C₁t₁) комплекс пород представлен трапповой и терригенной угленосной формациями. Трапповая формация представлена преимущественно лавами, реже туфами, высокотитанистых базальтов и оливиновых базальтов, с которыми ассоциируют дайки и силлы оливиновых долеритов и габбродолеритов (формация интрузивных траппов). Угленосная формация, имеющая раннетурнейский возраст (C₁t₁), представлена черными алевролитами, аргиллитами и пластами углей.

Синхронно с накоплением карбонатной формации D₁-D₂-D₃¹ на Среднем Урале формировалась сложная ассоциация вулканогенных, вулканогенно-осадочных, осадочных и интрузивных пород. Этот комплекс включает терригенно-карбонатно-трахибазальт-трахиандезитовую формацию (краснотурьинская свита) и габбро-монцодиорит-лейкогранитовую формацию (песчанско-ауэрбаховский комплекс). Вулканиты краснотурьинской свиты представлены роговообманковыми трахибазальтами, трахиандезитобазальтами, трахиандезитами, их разнообломочными туфами, в субвулканической фации присутствуют породы, аналогичные по составу лавам, а также микромонцодиориты, микрограниты, субщелочные габброиды. Вулканогенно-осадочные породы представлены туфопесчаниками, вулканомиктовыми песчаниками, алевролитами, осадочные – известняками. Вулканиты вместе с совозрастными интрузивными породами образуют вулканно-интрузивную ассоциацию. Вся эта сложная ассоциация вулканогенных, вулканогенно-осадочных, осадочных и интрузивных пород знаменует собой тектоно-магматическую активизацию стабилизированного Тагильского пояса, происходившую на фоне его платформенного развития. Эта тектоно-магматическая активизация по времени сопряжена с развитием девонского геосинклинального магматизма, происходившего в смежных поясах, в частности в Западно-, Восточно-Магнитогорском и Каменском. О строении этих поясов речь будет идти ниже.

Важным элементом геологического строения Тагильского пояса является наличие в его западной части протяженной (около 1 000 км) цепи базит-ультрабазитовых массивов, относящихся к дунит-клинопироксенит-габбровой ассоциации, и известных как Платиноносный пояс. По морфологии среди этих массивов выделяются две группы – концентрически зональные и будинообразные. Несмотря на то, что эти образования изучаются на протяжении не менее ста лет, вопрос об их возрасте и геодинамическом положении до настоящего времени не имеет однозначного решения. Тем не менее, большинство исследователей полагает, что они не относятся к офиолитам. Многие массивы, обладающие концентрически зональным строением, близки платформенным. Имеющиеся данные об их возрасте, базирующиеся преимущественно на абсолютной геохронологии, колеблются от раннего протерозоя до раннего карбона. В серийных легендах Госгеолкарты масштаба 1:200 000 этим образованиям условно придан средне-позднеордовикский (O_2-3) возраст.

В центральной части Тагильского пояса (севернее г. В.Тура) в 1985-2003 г.г. бурилась Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4). Скважина была забурена 5.06.1985 г. и окончена бурением 31.2.2003 г. Проектная глубина скважины – 15 км. В связи с прекращением финансирования скважина была закрыта на глубине 6 015 м.

Цель бурения скважины – изучить глубинное строение и особенности формирования Тагильской островодужной системы Уральского складчатого пояса.

Главные задачи: 1) изучение геологического разреза Тагильского прогиба; 2) установление состава и природы фундамента прогиба; 3) получение достоверной информации о составе и свойствах глубокозалегающих рудоносных комплексов; 4) исследование особенностей геотермального и флюидного режимов, природы геофизических (сейсмических) границ.