Последовательность образования магматических горных пород в цикле развития аккреционно-складчатых областей (геосинклиналей)

Процессы выплавления, внедрения и застывания магмы, которые приводят к образованию магматических горных пород, связаны с тектоническими движениями земной коры. В начале XX в. А. Харкер выдвинул предположение о следующем порядке протекания магматических процессов: на первом этапе происходит излияние лав, на втором – внедрение крупных интрузивных массивов, на третьем – образование даек, лакколитов и других небольших интрузивных тел.

К настоящему времени накоплен достаточно большой фактический материал по геологии, тектонике и петрографии многих регионов, который позволил выявить основные закономерности в последовательности образования магматических горных пород. Наиболее важные исследования по эволюции магматизма были проведены в середине ХХ в. Ю.А. Билибиным и его учениками. Установлено, что магматизм основных геотектонических элементов земной коры – геосинклиналей (подвижных зон) и платформ (устойчивых областей) – имеет разный характер.

Ю.А. Билибиным (1901 – 1951) с позиций господствующей в его время концепции фиксизма в развитии геосинклиналей выделялись три главных этапа: ранний, средний и поздний. Для каждого этапа были выявлены специфические особенности магматизма, тектонических движений, осадконакопления, метаморфизма и рудообразования.

На раннем (раннегеосинклинальном) этапе происходит прогибание территории, образуются глубинные разломы, начинается интенсивная вулканическая деятельность в условиях морского бассейна. Изливающаяся магма имеет преимущественно основной состав. В результате застывания этой магмы и ее более кислых дифференциатов образуются подводные покровы натриевых базальтов (спилитов), риолитов (кератофиров), а вследствие накопления пирокластического материала формируются залежи туфов основного состава и туффитов. Кроме того, образуются дайки и другие гипабиссальные тела долеритов, которые возникают при затвердевании магмы в подводящих каналах. Застывание вулканических пород приводит к закупорке путей проникновения магмы, поэтому при последующих внедрениях магма уже не в состоянии подняться до поверхности земли и вынуждена размещаться среди ранее накопившихся отложений. В результате возникают весьма характерные согласные залежи основных пород (силлы). В глубинных разломах формируются тела плутонических пород ультраосновного состава.

Таким образом, ранний этап развития геосинклиналей характеризуется образованием магматических пород вулканического класса с преобладанием пород отряда основных, а также плутонических пород основного и ультраосновного состава.

На среднем (позднегеосинклинальном, соскладчатом, батолитовом) этапе происходит инверсия тектонических движений, опускание сменяется поднятием. Формируется складчатая область. В это время земная кора находится в состоянии сильнейшего сжатия. Поднимающаяся снизу вверх кислая магма не может проникнуть до земной поверхности и застывает на глубине в виде плутонических тел – батолитов, сложенных гранитоидами различного состава. Этап состоит из двух стадий.

На первой стадии, во время протекания главной фазы складчатости, возникают батолиты, сложенные умеренно кислыми породами – гранодиоритами. Формирование их сопровождается проявлением процессов ассимиляции магмой вмещающих пород.

На второй стадии образуются батолиты, сложенные более кислыми породами – гранитами и аляскитами. Процессы формирования батолитов в обоих случаях имеют сложный, многофазный характер.

В одних складчатых областях могут преобладать породы первой или второй стадии среднего этапа, в других – проявляются породы только одной из стадий. Во всех случаях в средний этап развития геосинклиналей происходит образование кислых плутонических пород.

На позднем (орогенном) этапе развития складчатой области, происходит её общее воздымание, в связи с чем, возникают глубокие разломы. По этим разломам магма поднимается до земной поверхности, что приводит к вулканической деятельности. Продуктами этой деятельности, осуществляющейся обычно в наземных условиях, являются вулканические породы – дифференциаты базальтовой магмы: андезиты и риолиты, а также значительные скопления туфов. В гипабиссальных условиях образуются небольшие тела, так называемых малых интрузий. Состав пород в малых интрузиях весьма разнообразен. Эти тела сложены кислыми, основными и породами щелочного подотряда.

Таким образом, на позднем этапе развития геосинклинали образуются преимущественно кислые и средние вулканические, а также гипабиссальные породы разного состава.

Изложенная схема последовательности образования магматических пород разных классов и отрядов в складчатых областях является упрощенной. В каждом конкретном регионе развитие магматизма происходит более сложным путем. Усложнение связано с тем, что

во-первых, процесс образования как вулканических, так и плутонических пород является многоактным, и число актов внедрения магмы может быть разным в отдельных регионах;

во-вторых, место проявления магматических процессов в пределах геосинклинали непостоянно.

Например, на окраине геосинклинальной области может происходить вулканическая деятельность, свойственная раннему этапу, а в центральной части в это же время может происходить складкообразование и формирование батолитов. Поэтому следует иметь в виду, что общая схема отражает общую закономерность развития магматизма в геосинклиналях, но в разных регионах этот процесс будет иметь особенности, как во времени, так и в формах проявления.

Исследования Дж. Уилсона (Wilson, 1966) положили начало неомобилизму. Геосинклинали стали рассматриваться как аккреционно-складчатые системы, образовавшиеся в результате раскрытия, существования и закрытия океанов, обусловленных движением литосферных плит. Ниже увязываются достижения классической петрографии, основанной на фиксистской модели, с современной тектонической концепцией.

По современным представлениям литосферная плита включает земную кору и верхнюю часть верхней мантии. Толщина литосферных плит около 100 км. Граница между земной корой и мантией проводится по сейсмической поверхности Мохоровичича, расположенной на глубине 6 – 11 км под океанической корой и 25 – 90 км под континентальной. Различают континентальную кору со средней мощностью около 35 км и океаническую – мощностью около 7 км. Континентальная кора по сейсмической поверхности Конрада разделяется на верхнюю, гранит-метаморфическую (гранитную) и нижнюю, гранулит-базитовую (базальтовую) части. В океанической коре «гранитный» слой отсутствует. Окраины континентов имеют переходную кору. Литосферные плиты подстилаются более пластичным астеносферным слоем, по которому они могут перемещаться.

Первая стадия цикла Уилсона связана с раскрытием океана в результате спрединга океанического дна и соответствует раннему этапу развития по геосинклинальной модели. Раскрытие океанов обусловлено подъемом струй мантийного вещества под литосферной плитой. Тем самым закладывается начало эндогенным процессам земной коры. Начало эндогенных процессов зарождается в мантии Земли – геосфере, расположенной между земной корой и ядром и составляющей 83% объема и 67% массы Земли. В мантии, ниже астеносферы, имеет место конвективный тепломассоперенос вещества при средней температуре 1500 – 2000^о и давлении порядка 12 тыс. атм. (1200 МПа, мегапаскаль). Конвекция в мантии выражается в наличии восходящих и нисходящих струй мантийного вещества. В областях восходящих струй осуществляется проникновение астеносферной мантии в литосферу. В восходящих струях астеносферной мантии давление уменьшается. По А.Э. Рингвуду, падение давления приводит к выплавлению из вещества мантии (пиролита) легкоплавких жидких фракций, в первую очередь базальтовой магмы. Начинаются магматические процессы. Происходит, как говорят, деплетирование пиролита, с выделением относительно легкоплавких базальтоидных магм и накоплением в нерасплавившемся твердом остатке (рестите) ультраосновной составляющей.

Континентальная кора утоняется и образуется рифт заполненный континентальными осадками. По мере утонения коры вдоль оси рифта изливаются толеитовые базальты, приводя к зарождению океанической коры. Континентальный рифт постепенно превращается в межконтинентальный, с раскрытием нового океана. Формируется спрединговый хребет (срединный океанический хребет – СОХ) как пограничная структура между расходящимися плитами. Из разрывов хребта изливаются океанические базальты. Формируется океаническая кора, состоящая в верхней части из базальтов, залегающих на ультраосновном субстрате.

В конечном счете, на первой стадии цикла Вилсона образуются магматические породы, описанные выше как раннегеосинклинальные, т.е. натриевые базальты и их дифференциаты, габброиды, перидотиты и дуниты. Однако, базальтоиды рассматриваются как результат извержения из спрединговых хребтов продуктов деплетирования мантии, а ультраосновные и основные плутонические породы – как реликты океанической коры, а не результат внедрения магмы по глубинным разломам в складчатую область.

Следующая стадия цикла Уилсона обусловлена закрытием океана и связана с субдукцией – явлением погружения и поддвига плотной океанической коры под континентальную. Крутая субдукция приводит к образованию островодужных активных окраин, пологая – кобразованию приконтинентальных окраин андского типа. Субдукционная стадия цикла в целом по вещественному составу магматических пород соответствует среднему этапу развития геосинклиналей. В условиях субдукции в пределах активных окраин образуются плутонические породы гранодиоритового семейства, которые рассматриваются как продукты дифференциации базальтовой магмы. Их называют I-гранитами по Чаппелу и Уайту (от слова igneous – изверженный, вулканический) или мантийными. Кроме того, образуются породы лейкогранитового семейства, которые относят к S-гранитам (от слова sediment – осадочная порода) – породам коровым, рассматривающимся как продукты преобразований и плавления осадочных пород. Вместе с тем вулканические дуги характеризуются активным андезитово-дацитовым вулканизмом с образованием соответствующих пород, которые по фиксистской модели относились к позднему этапу развития геосинклиналей. Наконец, в условиях задугового спрединга на субдукционной стадии могут формироваться океанические базальты и перидотиты.

На заключительной коллизионной стадии при столкновении континентальных плит (система континент-континент) происходит общее воздымание территории, например, Гималаи. Для этой стадии характерно образование коллизионных гранитов, как продуктов плавления вещества в зонах соприкосновения движущихся плит. Формируются плюмазитовые граниты и лейкократовые граниты S-типа. В местах стыка континентов формируются сутурные зоны с реликтами океанической коры, представленной базальтами и перидотитами-дунитами, которые вместе образуют офиолитовые пояса складчатых областей.