Геология и вулканизм трапповой формации Сибирской платформы

За 50 лет геологической практики автор книги накопил большое количество материалов, связанных с геологией разных регионов. В книге собраны материалы о геологии Тунгусской синеклизы, в том числе ранее никогда не публиковавшиеся. В основу изучения геологии и вулканизма Тунгусского угольного бассейна в предлагаемой книге положены авторские материалы по литологии, магматизму и стратиграфии. Впервые выявлены ископаемые почвы, свойственные для наземных толщ стратифицированных вулканитов, позволяющие уточнять их возраст; показана несовместимость угленосности региона с бассейном седиментации; впервые в толще вулканотерригенных отложений выделены эоловые песчаники – литифицированные пески пустынь пермского периода, что делает сомнительным отнесение ископаемой пермской флоры (все 10—12 видов) к водорослям; показано тождество акцессорных минералов как по составу так и по содержанию в изверженных и осадочных (вулканокластических) породах, показываюшее, что источником всей массы «осадочных» и вулканотерригенных пород являлись местные палеовулканы; показано широкое распространение лав среди стратифицированных отложений и туфов на всей площади региона.

Книга предназначена для студентов и преподавателей геологических вузов.

Введение

Изучение геологии трапповой формации Сибирской платформы необходимо не только с практической целью, т.е. с целью поисков месторождений руд, нефти и горючих газов, но и с научной необходимостью для выяснения роли вулканизма в создании осадочных толщ. Рассматриваемая в данном случае формация существенно базальтового вулканизма в конце палеозоя была распространена на площади около полутора миллионов квадратных километров, но генезис руд оставался до настоящего времени дискуссионным. В середине прошлого века на всей территории была проведена среднемасштабная геологическая съёмка, однако основные вопросы геологии, тектоники региона и поисков полезных ископаемых и после этих масштабных работ не нашли должного ответа по причине агрессивного непризнания вулканологии как науки геологическими службами.

Во вводной статье книги рассматривается принципиально иной взгляд на происхождение трапповой формации и её руд. В основе всех выводов лежат самостоятельные полувековые полевые, камеральные работы в пределах так называемой Тунгусской синеклизы и частично в Минусинской котловине. Анализ материала выполнен с учётом изучения основ вулканологии и палеовулканологии. Широко использовались консультации со специалистами Института вулканологии и сейсмологии Дальневосточного научного центра АН СССР. Весь доказательный полевой и лабораторный материал в книге приведён в виде статей, опубликованных в 1969—2019 годах. Статьи, каждая в отдельности, опровергают общепризнанную схему стратиграфии Тунгусского региона и меняют общее представление о геологии и географии страны вулканов в позднем палеозое. Реалистичнее, как показали многолетние исследования, оказалась версия А. П. Лебедева, опубликованная в 1955-м году. [7].

Тема исследований «Закономерности формирования палеовулканов трапповой формации Сибирской платформы» была предложена мне учёным Советом Института вулканологии и сейсмологии ДВНЦ в 1970-м году. Руководителем темы до 1980-го года был Е. Ф. Малеев. Настоящая работа выполнялась на полном энтузиазме, фактический материал о палеовулканизме собирался в 1970-1980-х годах в процессе геологосъемочных работ, в редких собственных маршрутах и в Трапповой партии Тематической экспедиции ПГО «Енисейнефтегазгеология» в 1980—1990-м годах. Далее обработка материалов, публикация статей и окончательные выводы (до 2020-го года) выполнены автором как независимым исследователем.

Магматизм севера Сибирской платформы

Широко распространенный вулканизм во второй половине карбона и в пермском периоде, не единственное проявление основного магматизма на севере Сибирской платформы, о чем свидетельствуют материалы, опубликованные в 70-х годах прошлого века. Обнаружилось, что основной магматизм в регионе проявлялся не менее пяти раз. Опубликованная информация ограниченна, обосновывает возраст и структурное положение вулканитов: даек, эффузивов и туфов.

Позднепротерозойская трапповая формация Алданской синеклизы [5] представлена дайками и многоэтажными силами диабазов и диабазовых порфиритов по периферии Улканского гранитного массива, занимающего площадь около 5000 км², в зоне глубинного разлома. Траппы распространены в полосе длиной 120 км при ширине 40 км. Мощность пластовых тел 20—500 м. При горизонтальном залегании они прослеживаются до 40 км. Имеются дайки до 600 м мощности.

Для диабазовых даек и силлов свойственна офитовая и порфировая структуры с микродиабазовой структурой основной массы в незначительном количестве присутствуют бурое вулканическое стекло и вкрапления магнетита. В миндалинах – кальцит, опал, халцедон, цеолит, редко, аметист. В составе формации имеются туфы и шлакоподобные породы, что указывает на наземные условия извержений вулканов. Время извержений определяется по приуроченности вулканитов к осадочным породам нижней части уярской серии верхнего протерозоя. На Анабарском щите к древнейшей трапповой формации отнесены дайки диабазов кендегинского комплекса.

Поздняя верхнепротерозойская трапповая формация (Кутейников и др). на Алданском щите находится в том же районе, что и более древняя позднепротерозойская формация, но в нижней части разреза учурской серии с абсолютным возрастом (по глаукониту) 1,40—1,54 млрд. лет. (Кутейников и др). [6].

Аналогичные траппы установлены в пределах Турухано-норильского антиклинория, Уджинского поднятия, в Приленском районе и на западных склонах Анабарского щита.

Кембрийские траппы в бассейне р. Хорбусуонки (Леонов и др. [8]) распространены на площади в несколько тысяч квадратных километров. К ним отнесены интрузии долеритов, лавы и туфы основного состава, залегающие в нижней части чабурского горизонта алданского яруса. При общей мощности 85—135 м вулканогенные породы составляют 50—70%. Абсолютный возраст 520—530 млн. лет. Стратиграфически выше залегают карбонаты куранахского горизонта с фауной алданского яруса.

На Шарыжалгайском поднятии магматические породы представлены дайками и силлами габбро-диабазов и диабазов, среди которых отмечены и оливинсодержащие разности. Форма тел пластовая, мощность 100—150 м, протяженность 1—2 км. На Оленёкском поднятии, в нижнем течении р. Оленёк, нижнекембрийские вариолитовые диабазы слагают два покрова в кесюсинской свите. Один покров (мощность 10 м), перекрытый конгломератами с галькой диабазов и мергелей со среднекембрийской фауной, установлен в низовье р. Чебакулах. В составе формации выделены долериты и диабазы с пойкилоофитовой, призматическизернистой и толеитовой структурами. Состав долеритов – лабрадор, авгит, иногда отмечались пижонит-авгит и оливин. В толеитовых и вариолитовых разностях имеется вулканическое стекло. Отмечены редкие зёрна амфибола, биотита, хлорит, соссюрит и акцессорные – сфен и апатит.

Изучение керна скважин в Байките и Ленске, отчетов геологов-нефтяников привело меня к выводам, что кембрийский вулканизм в окрестностях кембрийской Тунгусской синеклизы охватывал не только сушу, но и морское дно, и сопровождался извержениями типа «чёрных курильщиков», насыщенных растворами карбонатов и хлоридов натрия, реже – калия. Именно эти процессы через посредство микропланктона и были основой формирования толщи известняков среднего-верхнего кембрия мощностью более 2,0 км, слагающей фундамент Сибирской трапповой формации.

В девоне на платформе вулканизм проявился с более высоким коэффициентом эксплозивности, т.е. совсем иного типа, где преобладали извержения магмы кислого состава. Базальты, как исключение, появляются только в восточных районах в виде лав и туфов. Ван и др. [1]. В бассейне рек Вилюй, Кемпендяй и Вилючан среди мергелей и песчаников верхнего девона – нижнего карбона имеются прослои кислых туфов и туффитов. Их суммарная мощность около 35 м. Сложены они остроугольными осколками почти изотропного стекла с преломлением 1,481—1,485. Химический состав соответствует фельзитам. В бассейне р. Марха имеются туфы щелочного состава с преломлением вулканического стекла 1,505. Обломки кварца в них составляют до 40%, в меньшем количестве присутствуют калишпат, биотит, сфен и рудные минералы. В керне скважины близ пос. Суринда в девонских отложениях выделена пачка альбитизированных туфов.

На северо-западе платформы, по рекам Куюмба, Джалтул и Курейка, в керне скважин в отложениях девона имеются прослои туфов мощностью до 10 м. Первые признаки базальтового вулканизма в верховьях р. Кондромо отмечены в среднем девоне В. Ф. Филатов [11].

Страницы истории

Приведенная выше информация о множестве вспышек вулканизма показывает, что Сибирская трапповая формация возникла здесь, близ границы континента с океаном, не случайно. Сомнительно только правомочность отнесения каждой вулканогенной формации к типу траппов. Для трапповых формаций есть определенные тектонические предпосылки, они возникали на определённом этапе формирования платформ. Далее по геологическим «данным», которые полны предположений и выдумок («Википедия», статья «Трапп»), оказывается: «Главный компонент траппового магматизма – толеитовые базальты. В меньших количествах встречаются кимберлиты, щелочные породы и некоторые другие виды пород», тогда как кимберлиты к трапповым формациям не относятся, а обязательные толщи обломочных пород, сопровождавшие вулканические извержения, остаются незамеченными. Явно ошибочно упоминания о формировании континентальных формаций за срок в один-два миллиона лет на территориях в миллионы квадратных километров. К фантазиям относятся и утверждения о низкой вязкости базальтовых магм, «способных растекаться на десятки километров», и что у трапповых вулканов нет чётко выраженных кратеров. Все подобные выводы основаны на незнании траппового магматизма.

Некомпетентность автора статьи «Траппы» в «Википедии» подчёркивается сообщением о вымирании на севере платформы каких-то видов фауны во время массовых извержений базальтов трапповой формации, что является обычной байкой о вулканизме вообще. Публикация подобных материалов показывает на общий крайне низкий уровень геологической изученности не трапповых формаций, показывает отношение геологов к вулканизму в целом. В связи с этим автор посчитал необходимой публикацию своих работ по изучению Сибирской трапповой формации в виде серии статей, показывающих колебания и ошибки исследователя на пути в истине. (Приложение 1)

Сибирские траппы

С некоторых пор в середине 20-го века слово «траппы» стало модным, но, полвека занимаясь проблемами трапповой формации Сибирской платформы, я не видел ни одной систематической работы по изучению и описанию конкретной подобной формации в полном объёме. Имеющиеся публикации обычно ограничиваются петрографией долеритовых даек и покровов, мощностью покровов и всей толщи лав (до 2,0 км), а также площадью распространения (до 1,5 млн. км²). Геологами, исследующими данный регион, лавовые потоки отрицаются, принимаются за силлы, хотя все силлы при детальном изучении оказываются лавовыми потоками.

Следы смятия остывающей базальтовой лавы. Река Н. Чунку, бассейн р. Подкаменная Тунгуска.

Кровля лавового потока, сложенная долеритовыми глыбами. Основная масса с афанитовой структурой (вулканическое стекло). Река Суринда, бассейн р. Подкаменная Тунгуска.

Моё сообщение о широком распространении в составе трапповой формации Сибирской платформы разнообразных туфов для высокого специализированного Совета по рассмотрению докторских работ по специальности «Вулканология» стало полной неожиданностью [2]. Это и многое другое я услышал в заключительном слове И. В. Лучицкого:

«Я хотел бы сказать по поводу этой работы следующее. Вот не хотелось бы, чтобы создавалась ложная иллюзия в отношении того, что эта работа может в какой-то степени представить в удовлетворительном виде палеовулканологическое направление. Это я должен в этой части достаточно серьезно отмежеваться. Дело заключается в следующем. Основой любых палеовулканологических исследований служат стратиграфические построения. Сейчас я коротко продемонстрирую, почему они важны. Поэтому Ваши (Обращение в мою сторону) неосторожные выражения в адрес стратиграфии очень симптоматичны и не случайны. Это вызывает сожаление. Основа заключается в следующем. Когда Вы имеете возможность по стратиграфическим реперам в пределах синхронных образований выделить разные фации, тогда сможете построить фациальную карту, из которой будет явствовать, что перед Вами действительно есть какой-то элемент строения некоторого участка земной коры, у которого будет видно или концентрическое строение, или что-то другое. Это основа основ палеовулканологической методики. Я не буду говорить о других.

Здесь проявлена совсем другая тенденция, суть которой заключается в том, что стремятся переместить опыт прямых наблюдений на Камчатке на территорию, которая в геологическом отношении ничего общего с Камчаткой не имеет. Вот я приведу этот рисунок. Эти идущие от центра лучи. Первоначально так рисовали еще в начале 30-х годов. Какой элемент геологического строения здесь виден? Никакого. Просто указано, что есть некий вулканический центр и его контуры. Никакой подоплеки геологической за этим не скрывается. Нет развертки, разрезов. При палеовулканологических построениях в пределах синхронного уровня можно показать, что где-то имеется участок с вулканическими породами одного класса, далее располагаются отложения другого класса, и таким образом представляется вулкан центрального типа. А здесь что? Ничего подобного здесь нет. С палеовулканологическими исследованиями это имеет мало общего. Это не значит, что такого рода исследования не нужны. Вероятно эта линия, развиваемая Е. Ф. Малеевым, которую Вы развиваете в своей работе, очень своеобразна. Об этом высказал соображения В. В. Волков. Я только хочу сказать, что это не палеовулканологические исследования в строгом смысле этого слова, т.к. там основа другая – стратиграфическая.

Второе. Вот видите, опять к этим цифрам, у каждой постройки вулкана даётся объём, но дело в том, что туфовый вулкан, как показано С. В. Обручевым в его работе, напрасно Вы их не вспомнили, туфовые постройки, т.е. туфовые образования в результате современных извержений покрывают большие площади, а центрального конуса не остается. Пирокластическая масса выдувается через трубку и рассеивается на огромных площадях. Помните? У него это написано. Учтите, что есть такие работы, т.е. для образования обширного поля пирокластики не требуется никакого стратовулкана. Вот в чём суть работы С. В. Обручева, великолепно в этом направлении обрисовывающая суть дела. Теперь, в отношении переотложения пирокластики. Вам говорили и правильно. На любом вулкане не знают, где первичный выброс, а где переотложенный. В принципе у Мелекесцевой, Брайцевой и других исследователей Камчатки, занимающихся этими пирокластическими образованиями, великолепно показано, что практически после вулканического извержения ничего не остается на месте. И, наконец, последнее. В отношении скарнов. Думаю, что Вам сделал замечания В. В. Золотухин правильно.

Эти замечания, которые касаются общего места в работе, в развитии нынешних исследований, имеющих прямое отношение к вулканологии, позволяют оценивать работу в какой-то мере отрицательно. Но, я повторяю, что диссертантом сделано достаточно много, это отмечено в отзывах, которые здесь зачитывались, и в выступлениях участников дискуссии. Так что это замечания общего порядка, они не касаются работы. И также не касаются оценки. Это то, что надо учесть на будущее». [2, 4]. (Запись выступления сделана с диктофона).

Итогами заседания я остался недоволен. Я хорошо знал значимость стратиграфии в геологических исследованиях вообще, но пытался показать ошибочность, иногда и лживость, стратиграфических построений в конкретном случае, Во-вторых, говоря о широком распространении пирокластики, я пользовался материалами полевых исследований специалистов Института вулканологии и здравым смыслом, подсказывавшим, что на сотни километров от вулкана разносится ветром не пирокластика, а только пыль от неё. В третьих, о переотложенных и непереотложенных туфах я провёл собственные исследования, которые подтвердили мои полевые наблюдения, но они остались неуслышанными на том заседании.

В общем, на том заседании я услышал всё то, что слышу от геологов и сорок лет спустя. Поэтому пишу о вулканизме и геологии так, как подсказывают мои полевые материалы и знания о вулканизме. Свое мнение о практической и теоретической геологии в России и за рубежом изложу ниже. (См. Приложение 2).

Конусовидные стратовулканы

Длительное время считалось, что вулканизм в виде туфовых трубок взрыва на севере Сибирской платформы возник в начале триасового периода или в конце пермского. Опровержение этой версии Г. П. Карповым было опубликовано в 1990-м году [4]. И только в 2018-м году впервые о карбоновом вулканизме в западной части трапповой формации была заметка в Интернете В. С. Старосельцева, последовательного сторонника версии С. В. Обручева [10], в которой трапповый вулканизм отнесён к нижнему отделу триасового периода.

По форме извержений палеовулканов вся территория распространения траппов делится на две части: севернее примерно шестьдесят седьмой параллели преобладали щитоподобные вулканы гавайского типа, извергавшие массы подвижных лав из протяженных трещин; южнее преобладали конусовидные вулканы стромболианского типа. Отмечены и туфовые вулканы. Конусовидные вулканы стромболианского типа извергали из жерл агломератовые витрокластические или литокластические пепловые туфы, в зависимости от уровня расплава в подводящем канале. Из боковых прорывов (бокк) в основании конусов вытекали лавовые потоки. Случались и разрушения края кратера, когда лава изливалась в одну сторону, образуя обширные покровы. Отмечены в центральных районах формации и туфовые вулканы, извергавшие базальтовую и фельзитовую пирокластику. Лавовые потоки в таких случаях единичны и незначительны по объему извержений.

Агломератовый туф с волосом Пеле толщиной 0,3 мм. Р. Подкаменная Тунгуска, ур. Кривляки, обнажение.

Фельзитовый туффит с обломком туфа 1 см по длинной оси с порфировым выделением биотита. Р. Подкаменная Тунгуска, ур. Сользавод, скв. 4.

Щитовидные вулканы гавайского типа

На плато Путорана обширные лавовые покровы, максимальная мощность которых превышает 2,0 км, распространены на площади в 250 км² только на Оскобинской территории. Геологам весь этот массив представляется как результат излияний из одного центра.

Столбчатая отдельность базальтового лавового потока. Р. Подкаменная Тунгуска, ур. Кривляки.

На самом деле, кратеров-трещин много в привершинной части плато и ещё больше на периферии. Сегодня они выглядят как озёра с долинами колодезного типа. Извержения палеовулканов гавайского типа происходили в виде массовых относительно спокойных излияний из протяженных разломов длиной до десятков километров. (Соловьев, [11]).

Прослои агломератовых витрокластических туфов свидетельствуют о спорадических взрывных извержениях, современным аналогом которых могут быть частые извержения вулкана Килауэа в Индонезии.

Самым крупным в регионе был, видимо, тот, после денудации которого осталось озеро Виви. При глубине 192 м его длина 88 км и ширина до 5,0 км. Крутой северо-восточный его борт сложен многочисленными лавовыми покровами, прорванных редкими дайками долеритов. Возможно, что это трещин и рвы, залитые сверху лавой и заваленные «обломками» лав с незначительным количеством песка как заполнителя. Трещины-овраги заполнены угловатыми глыбами лавы и песчаниками и перекрыты серией новых покровов, то может быть следствием достаточно длительного перерыва между покровами, разорванными трещиной и перекрывающими трещину.

Берега озера и верхней части долины реки, примерно до устья р. Янгето, правого притока реки, сложены в основном лавами, далее появляются в заметном количестве агломератовые туфы. В одном километре ниже Янгето, на левом берегу р. Виви, в обнажении видно налегание туфов на ископаемую почву. Мощность слоя почвы 10—15 см, книзу она постепенно сменяется щебенистым слоем (30—40 см), залегающем на скале долеритов. Высота скалы над урезом воды (в конце августа) 1,5 м. Мощность перекрывающих агломератовых туфов на крутом заросшем склоне более 10 м. Зная мощность почвенного слоя в данной точке, можно предположить, что между излиянием лавы и извержением туфов был перерыв около двух тысяч лет.

Геология всего плато Путорана представляется примитивной – чередованием долеритовых потоков и покровов. На самом деле вся информация в данном случае сверху скрыты под устойчивыми к выветриванию лавами, а вертикальные обрывы закрыты метровыми наносами элювия и делювия. Однако на каждом вулкане могут быть свои особенности. Одним из центров с индивидуальным глубинным очагом является щитовидный палеовулкан Северный на юго-западе плато Путорана. Два его параллельно расположенных кратера, заполненные водами озёр Агата и Северное, находятся почти на вершине горы, на высоте около 1200 м над уровнем моря. Водораздел между озёрами возвышается над ними на 70—80 м, во все стороны спускаются пологие ступенчатые склоны. Наиболее показательным является западный склон вулкана, где р. Северная, берущая начало из одноимённого озера, на протяжении 30—40 км спускается по ступенькам-озёрам с размерами 0,2—0,5 км², образуя бесконечный каскад порогов высотой 3—5 м, демонстрируя лестничную (трапповую) форму рельефа.

Лавовые извержения вулкана иногда сменялись выбросами пирокластики (пемзовидными туфами), о количестве и стратиграфическом положении вулканотерригенных отложений в геологических материалах информация отсутствует. Есть лишь предположения, что «лавовая толща подобна слоёному пирогу. Внутреннюю структуру этих слоёв можно наблюдать в современных речных каньонах. При этом под действием эрозии осадочные породы из толщи траппового слоя разрушаются быстрее». Весьма странное утверждение, опубликованное в «Википедии», исключающее вулканотерригенные образования из состава трапповой формации. Отсутствует на территорию плато и информация о времени начала вулканизма. Геологи-фантазёры, в основном американские и японские, взяли откуда-то историю о взрыве супервулкана 252 млн. лет назад, т.е. в пермском периоде, но без доказательств. Естественно, подобная информация не может приниматься как научная.

Состав трапповой формации

При всём разнообразии в составе Сибирской трапповой формации преобладают толеитовые долериты, на западной окраине формации распространены более кислые магмы с содержанием кремнезёма до 53%, на севере, в Норильском районе, наоборот распространены троктолитовые разности. Спорадически подобные разности встречаются и далее на восток. В составе формации известны лавовые потоки сульфидов и магнетита. Установлены многочисленные выбросы фельзитовых туфов из отдельных жерл прикратерной фациальной зоны палеовулканов. Эта странность показывает на сходство пермского вулканизма Сибирской платформы с современным вулканизмом Исландии, где кислые вулканиты составляют 5—6% от общего объёма изверженных пород. Состав формации дополняют угленосные обломочные вулканические породы – вулканотерригенные, которые составляют чуть ли не её половину.

Вулканотерригенные горные породы

Вулканические извержения, будь то на Камчатке или в Андах, сопровождаются обилием обломочной (вулканотерригенной) массы. Вулканотерригенные образования широко распространены и в трапповой формации Сибирской платформы. Почти сто лет они принимались геологами за морские осадки и расчленялись на свиты, которые, якобы простирались на тысячи километров. На самом деле, на континенте каждый вулкан в процессе роста (около 30-ти тысяч лет) и полного разрушения (1—2 млн. лет) создавал в своих окрестностях стратифицированный шлейф отложений, мощность которых, по данным Е. Ф. Малеева [9], может достигать 600 метров и распространяться на 30—40 км. В стратифицированных толщах обычны лавовые потоки, принимаемее геологами за пластовые интрузии, и различны туфы. Естественно, протяженность лав и слоев туфов тоже ограниченна. Формирование всей толщи мощностью от 300 до 1300 м есть результат извержений на одной территории нескольких поколений палеовулканов. Время извержения агломератовых (немых) и первых туфов определяется по данным палинологии и палеонтологии, собранным в стратифицированных в вулканотерригенных отложениях.