Тимано-североуральский регион: глубинное строение, вещественно-структурная эволюция, возрастные рубежи

Современный уровень геологической изученности Тимано-Североуральского региона определяется главным образом региональными работами, пик которых пришелся на 70–80-е гг. прошлого столетия. Проблемы и нерешенные вопросы, которые обозначились в это время, в определенной степени сохранились и сегодня, а некоторые и обострились в связи с тем, что полученные с использованием современной аппаратуры новые данные вошли в противоречие с результатами более ранних исследований или сложившимися представлениями. В статье авторы касаются нескольких тем, от разработки которых зависит существенное продвижение в познании геологического строения и истории раз- вития Тимано-Североуральского региона. Это глубинное строение территории, определение нижней возрастной границы распространенных здесь древнейших геологических образований, установление нижнего возрастного рубежа базальных отложений верхнего докембрия, определение времени формирования коллизионного орогена Протоуралид–Ти-манид и времени заложения Палеоуральского океана. Эти вопросы в той или иной степени обсуждались сравнительно недавно [1, 2], поэтому в настоящей статье основное внимание будет уделено вновь полученным фактическим данным.

Глубинное строение

В последние годы силами сейсмологической обсерватории «Сыктывкар» Института геологии Ко- ми НЦ УрО РАН на основе интерпретации данных сейсморазведочных работ и бурения, гравитационного и магнитного полей, а также собственных комплексных исследований выполнено тектоническое районирование кристаллического фундамента Ти-мано-Североуральского региона и смежных территорий [1, 3, 4 и др.]. Одним из важнейших итогов этой работы явилось уточнение имеющихся данных по расслоенности литосферы северо-восточной окраины Русской плиты. Наряду с известными опорными сейсмическими границами (Ф0 – поверхность рифейского склaдчaтого фундaментa, Ф – поверхность дорифейского кристaллического фундaмен-тa, М – поверхность Мохоровичичa, отождествляемая с кровлей верхней мaнтии), установлены дополнительные горизонты: К1 – К4 – в земной коре, М1 – в верхней мaнтии. Второй важный результат – создание объемных моделей гравиметрического поля для разных глубинных срезов (10, 20 и 50 км). На объемных моделях прослеживается взаимосвязь глубинных, среднеглубинных и приповерхностных структур, в частности, наличие двух систем структурных неоднородностей: северо-западной (ти-манской) и северо-восточной (уральской). При этом на средних глубинах плотностные неоднородности, связанные с уральскими структурами, секут Пай-хойско-Новоземельскую зону плоскостных неоднородностей. Это может указывать на унаследованный (от доуральских структур) характер пайхоид. Корни Уральских гор на глубине 50 км оказываются смещенными на восток, что подтверждает тезис о восточном падении Уральской сутуры. Находит новое подтверждение давно установленная особенность пространственного положения линейной зоны аномально плотной мантии под Уралом; она не имеет продолжения на Пай-Хой, Вайгач и Новую Землю, а прослеживается на северо-восток в район Обской губы в сторону Таймыра [5]. На основе результатов 3D-моделирования выделены блоки древнейших пород, преимущественно основного состава в фундаменте Печорской плиты на простирании раннедокембрийских метаморфических комплексов Полярного Урала (хордъюского, марункеу-ского и малыкского) и Приполярного Урала (нер-каюского). Подтверждено наличие блока разуплотненных пород (предположительно гнейсов) в фундаменте Хорейверской впадины.

Новое направление работ в сейсмологической обсерватории «Сыктывкар», связанное, в том числе, с изучением глубинного строения территории – установление объемной активности радона (ОАР) в разломных зонах и некоторых других геологических структурах в платформенной части Тима-но-Североуральского региона. К настоящему времени отработана методика экспрессной эманационной съемки и начаты полевые профильные и площадные исследования по определению радоновой активности. Первые результаты показывают перспективность этого направления. Так, исследование с помощью «радоновой съемки» северной и центральной частей Кировско-Кажимского авлакогена показало, что разломы характеризуются повышенными значениями ОАР. Причем ширина зон с раздробленными породами, фиксируемая повышенным фоном значений ОАР, примерно в 1.5 раза превышает ширину разломов, выделенных ранее по сейсмическим, гравиметрическим и магнитометрическим данным. В пределах разломов наблюдается неоднородность радоновой активности как в продольном, так и поперечном направлениях. При этом самые высокие отметки ОАР были зафиксированы в разломных зонах центральной части авлакогена, где ранее произошли землетрясения. При проведении «радоновой съемки» на Среднем Тимане были установлены повышенные значения ОАР над Умбинской, Водораздельной и Среднен-ской кимберлитовыми трубками, что может являться дополнительным поисковым критерием при изучении территорий, перспективных на выявление коренных алмазоносных объектов. Заверка 26 локальных магнитных аномалий на Среднем Тимане с помощью радоновой съемки показала, что пять из них представляют интерес для дальнейшего изучения, как возможные кимберлитовые трубки.

Нижняя возрастная граница древнейших геологических образований

В отличие от южных районов Урала, где известен мировой стратотип рифея и достоверно установлены нижнепротерозойские и архейские комплексы пород с нижней возрастной границей 3.5 млрд. лет, на Тимане и севере Урала нет полной ясности в отношении возрастного объема докембрия и его нижнего возрастного рубежа. Не всеми исследователями признается даже сам факт наличия здесь нижнедокембрийских образований. Тем не менее, нижнедокембрийские комплексы здесь давно выделяются. Они присутствуют в утвержденных Межведомственным стратиграфическим комитетом России стратиграфических схемах, в изданных геологических картах и других картах геологического содержания, в отчетах по региональным геологическим работам. Основанием для выделения нижнедокембрийских комплексов в пределах Тимано-Североуральского региона являются геологические взаимоотношения предположительно до-рифейских образований с верхнедокембрийскими и фанерозойскими толщами, структурные, петрологические, минералогические и другие критерии. Имеются также, пока немногочисленные, геохронологические данные, указывающие на проявление здесь процессов эндогенного породообразования в раннем докембрии [6–9 и др.]. Тем не менее, степень геохронологической изученности древнейших пород региона остается слабой. В упоминающейся выше недавней нашей публикации [2, с. 73] при оценке уровня геохронологического обоснования тимано-североуральского нижнего докембрия отмечалось, что «…для корректного выделения основных возрастных рубежей в раннедокембрийской истории развития рассматриваемой территории необходимы дополнительные изотопно-геохронологические исследования. Первоочередными объектами для решения этих вопросов являются наиболее хорошо изученный няртинский гнейсо-мигматитовый комплекс Приполярного Урала (PR1?) и малыкский гра- нулит-метабазитовый комплекс Полярного Урала, где установлены признаки наличия архейской континентальной коры».

За прошедшие два года с момента выхода в свет процитированной статьи получены новые изотопно-геохронологические данные по первому из упомянутых объектов – няртинскому гнейсо-мигматитовому комплексу. Они опубликованы в материалах Всероссийского совещания с международным участием, прошедшего в Сыктывкаре в сентябре 2017 г. [10], и доступны для ознакомления заинтересованным читателям. Здесь лишь кратко отметим, что в Геологическом институте СО РАН (г. Улан-Удэ) по метаморфогенным цирконам, отобранным нами из гранат-биотитового гнейса в няр-тинском комплексе, впервые были получены U-Pb изотопные датировки возраста с помощью LA-ICP-MS метода. Всего было продатировано 44 кристалла. Возраст, вычисленный по верхнему пересечению дискордии с конкордией (2127±31 млн. лет), подтверждает ранее полученную нами датировку методом термоионной эмиссии свинца (2125 ± 25 млн. лет [7]) и дает основание с большой степенью уверенности интерпретировать его как время проявления раннего этапа метаморфизма пород няр-тинского комплекса, достигавшего, по-видимому, уровня гранулитовой фации [7, 11]. Полученное возрастное значение, в рамках погрешности, почти совпадает с установленным нами ранее [12] возрастом аналогичных цирконов в александровском гнейсо-мигматитовом комплексе Южного Урала (2081±14 млн. лет, SHRIMP-II), который считается одним из наиболее хорошо изученных нижнепротерозойских комплексов Урала. Новые изотопно-геохронологические данные, подтверждающие раннедокембрийский возраст пород и столь же древний возраст процессов их метаморфического преобразования, получены по неркаюскому эклогит-сланце-вому комплексу Приполярного Урала [13]. Наиболее древние датировки метаморфогенных цирконов находятся в интервале 1.99–1.94 млрд. лет.

Таким образом, полученные в последние годы изотопно-геохронологические данные по мета-морфогенным цирконам не оставляют сомнений в том, что в пределах Тимано-Североуральского региона присутствуют нижнедокембрийские комплексы. Пока надежно обоснованной нижней возрастной границей древнейших геологических образований региона можно считать раннепротерозойский возрастной уровень, установленный по цирконам из гнейсов няртинского комплекса – 2127±31 млн. лет. Но есть предпосылки присутствия на этой территории и архейских комплексов, по одному из которых (малыкскому на Полярном Урале) древние значения возраста были получены при U-Pb (SHRIMP-II) датировании цирконов из метаба-зитов [9]. По 18 локальным зонам по верхнему пересечению дискордии с конкордией изотопный возраст равен 2736±42 млн. лет, который в пределах аналитических погрешностей совпадает с Nd-модельной датировкой 2694 млн. лет, выполненной по валовому составу образца, из которого были выделены соответствующие цирконы, что, по мнению цитируемых авторов, подтверждает реальность геологического события в позднем архее на «породном» уровне.

Нижний возрастной рубеж формирования базальных отложений верхнего докембрия

Возрастной интервал тимано-североураль-ского верхнего докембрия в утвержденных стратиграфических схемах сопоставим с рифеем в стратотипическом разрезе Башкирского антиклинория [14, 15]. Здесь также, как и в стратотипе, выделяются нижне-, средне-, верхнерифейские и вендские отложения. Нижнерифейские отложения выделены на п-ове Канин (микулкинская серия) и на Приполярном Урале (маньхобеинская и щокурьинская свиты). Нашими работами было показано, что как микулкинская серия [16], так и маньхобеинская и щокурьинская свиты [17] относятся не к нижнери-фейским, а к дорифейским образованиям. При этом дорифейский (раннепротерозойский) возраст ми-кулкинской серии был подтвержден результатами U-Pb (SHRIMP-II) датирования метаморфогенных цирконов из гранат-биотитовых кристаллических сланцев (1994–1945 млн. лет [16]). Вывод о дори-фейском возрасте маньхобеинской и щокурьинской свит, сделанный на основании структурных, петрологических и минералогических данных, в последнее время также получил прямое подтверждение при массовом изотопном U-Pb (LA-ICP-MS) датировании цирконов. (Результаты изотопно-геохронологических исследований «маньхобеинских» и «що-курьинских» цирконов находятся в печати и будут опубликованы в Вестнике Института геологии Коми НЦ УрО РАН в конце 2018 г.). Здесь кратко отметим, что нижняя граница возрастного диапазона первично-осадочных отложений, по которым образовались метаморфические породы маньхобеин-ской свиты, определяется минимальной датировкой детритового циркона – 2520±11 млн. лет, а верхняя граница – максимальным возрастным значением метаморфогенного циркона – 1797±26 млн. лет. С учетом имеющихся изотопно-геохронологических данных по няртинскому комплексу, с которым мань-хобеинская свита обнаруживает схожесть геохронологической истории метаморфизма пород, возрастной диапазон формирования маньхобеинских отложений может быть ограничен интервалом 2520±11 – 2127±31 млн. лет. Изотопный возраст детритовых цирконов щокурьинской свиты варьируется в интервале 2901±30 – 2221±40 млн. лет. Основная возрастная популяция цирконов этого мор-фотипа (2792–2525 млн. лет) включает 12 датировок. Значением минимального возраста этой популяции (2525±36 млн. лет) можно предварительно ограничить нижний возрастной рубеж формирования свиты, так как две более молодые датировки этих цирконов (2297±31 и 2221±40 млн. лет) могут быть следствием их «омоложения» в связи с частичным нарушением изотопных систем в цирконах в условиях полиметаморфизма. По метаморфоген-ным цирконам максимальное значение 207Pb/206Pb возраста (2156±44 млн. лет) в пределах погрешно- сти совпадает с изохронным возрастом цирконов из гнейсов няртинского комплекса (2127±31 млн. лет). Следовательно, формирование щокурьинских отложений произошло в интервале 2525±36 – 2156±44 млн. лет назад. Таким образом, новые геохронологические данные подтверждают наше предположение о том, что в пределах Тимано-Североураль-ского региона в отличие от более южных районов нижнерифейские отложения отсутствуют.

К среднему рифею в пределах Канино-Ти-манского кряжа относятся тархановская, бармин-ская и четласская серии [14, 18], на севере Урала – няровейская серия и пуйвинская свита [15]. В целом, возраст этих пород обоснован слабо. Имеются ссылки на находки строматолитов из доломитов в породах пуйвинской свиты, отнесенных М.Е. Раабен к роду Tungussia, известному в средне-верхнери-фейском разрезе Сибири, а также на комплекс мик-рофоссилий среднерифейского уровня (определения Л.Н. Ильченко по материалам В.В. Терешко) [7].

При U-Pb датировании детритовых цирконов из пород малочернорецкой и ямбозерской свит, слагающих среднюю и верхнюю части видимого разреза барминской серии [19, 20], было установлено, что минимальные возрасты цирконов из этих свит приурочены к 1 млрд. лет, т.е. накопление отложений происходило не ранее начала позднего рифея. Для распространения этого вывода на весь разрез бар-минской серии необходимы изотопные данные по детритовым цирконам из пород румяничной свиты, представляющей собой основание разреза.

В последнее время получены данные о возрасте детритовых цирконов из четласской серии, в составе которой выделяются (снизу вверх): свет-линская, новобобровская и визингская свиты. Минимальный возраст цирконов из кварцитопесчани-ков светлинской свиты – 1096±45 млн. лет, из поле-вошпат-кварцевых песчаников визингской свиты – 1122±49 млн. лет [21] Сопоставимые значения возраста получены по цирконам из терригенных пород новобобровской свиты [22]. На основании этих данных можно предположить, что нижние части разреза серии могли начать отлагаться на рубеже среднего и позднего рифея, но в основном, по-видимо-му, она сформировалась в позднем рифее.

На Полярном Урале датированы детритовые цирконы из терригенных пород верхней части няро-вейской серии (минисейшорской свиты) [23]. Минимальный U-Pb возраст цирконов (660 млн. лет) при относительно небольшой мощности подстилающих отложений верхнехарбейской свиты (400–500 м) дает основание считать, что весь разрез няровейской серии, включающий верхнехарбейскую и минисей-шорскую свиты, сформировался в позднем рифее.

Приведенные выше геохронологические данные свидетельствуют, что возраст наиболее древних верхнедокембрийских отложений в Тимано-Североуральском регионе близок к границе среднего и позднего рифея. С этим возрастным рубежом или несколько позднее (в начале позднего рифея) могло происходить раскрытие океанического бассейна и формирование Тиманской пассивной континентальной окраины.

От Тиманского орогенеза – к Палеоуральскому океану

В отличие от других регионов проявления позднедокембрийской (кадомской, тиманской, байкальской) складчатости на европейском Северо-Востоке процессы орогенеза выражены слабее [24], но все же фиксируются вполне однозначно в виде складчатости и метаморфизма, стратиграфического несогласия, наличия рифейских офиолитов, над-субдукционных комплексов и моласс [25]. Оценка времени закрытия позднедокембрийского океана и проявления тиманской коллизии являются предметом острых дискуссий. Н.Б. Кузнецов и его коллеги [26] на основании данных U-Pb датирования обломочных цирконов из верхнедокембрийских толщ различных районов Тиманской окраины Балтики, время становления коллизионного орогена тиманид определяют интервалом 540–510 млн. лет. Эти цифры не согласуются с тем, что фаунистически охарактеризованные молассы в тиманидах более южных районов Урала имеют поздневендский возраст [15]. Время проявления тиманской коллизии, по-видимому, наиболее точно отражают поздневендские датировки, полученные по гранитоидам фундамента Печорской синеклизы [8, 27, 28], согласующиеся с U-Pb возрастом (SHRIMP-II, ВСЕГЕИ) цирконов из гранитов сальнеро-маньхамбовского комплекса Приполярного Урала [29]. Более молодые возрасты цирконов в гранитоидах могут быть связаны, с одной стороны, с «омолаживающим» влиянием более поздних процессов метаморфизма и, с другой, – проявлением эпиконтинентального рифтогенного магматизма, предшествовавшего раскрытию Палеоуральского океана. Тем не менее следует признать, что решение данного вопроса остается открытым. Одно из направлений дальнейших исследований по этой проблеме – петрогео-хими-ческая типизация гранитоидов с раннепалеозойскими изотопными возрастами и корректная интерпретация их геодинамической природы.

Принципиально другой вариант решения проблемы геодинамического развития Тимано-Северо-уральского (и всего Тимано-Уральского) сегмента земной коры на рубеже позднего докембрия и палеозоя предлагается авторами в концепции об унаследованном развитии Палеоуральского океана, начиная с позднего докембрия [30, 31 и др.]. Эти представления основаны на полученных в последние 15 лет докембрийских датировках пород габб-ро-гипербазитовых комплексов Урала. Критика этой концепции дана В.Н. Пучковым [25]. Среди аргументов, доказывающих палеозойский возраст заложения Палеоуральского океана, которые принимаются авторами настоящей статьи, В.Н. Пучков приводит следующие: 1) наличие азимутальных несогласий между уралидами и доуралидами; 2) наличие ордовикских рифтовых формаций как на западном склоне Урала, так и в его восточных районах; 3) практическое отсутствие фаунистически доказанного кембрия на Урале и др. Присутствие докембрийских офиолитов или их следов на Урале В.Н.Пучков, на наш взгляд, вполне обоснованно считает проявле- нием признаков доуральского тектонического цикла.

В последние годы появились результаты U-Pb датирования детритовых цирконов из базальных отложений уралид. Обобщение этих данных приведено в статье А.В. Маслова с соавторами [32]. В пределах Тимано-Североуральского региона изучен ряд базальных комплексов уралид Полярного, Приполярного и Северного Урала. На Полярном Урале [33] минимальный U-Pb изотопный возраст цирконов из пород манитанырдской серии составил 481±4 млн. лет, погурейской свиты – 508±13 млн. лет. На Приполярном Урале нижний возрастной предел формирования псаммитовой толщи в основании тельпосской свиты на хр. Сабля определен как позднекембрийский – 507–495 млн. лет [34]. На Северном Урале в слюдистых кварцитах и кварци-топесчаниках тельпосской свиты, слагающих останцы-столбы на хр. Маньпупунер, минимальный возраст обломочного зерна циркона составляет 485±9 млн. лет [35]. Эти данные подтверждают сложившееся представление о том, что начало формирования базальных отложений палеозоя, тестирующих процессы масштабного континентального риф-тогенеза, приведшего, в последующем, к спредингу и раскрытию Палеоуральского океана, относится к рубежу кембрия и ордовика и, скорее всего, ближе к раннему ордовику. По геологическим данным время формирования грабеновых формаций на Урале – преимущественно тремадок [25].

Верхний возрастной предел формирования океанической коры определяют датировки низов разрезов подушечных лав с прослоями яшмоидов: арениг – лландейло [25 и ссылки в ней]. Из выше изложенного следует, что офиолиты, как фрагменты океанической коры, сформировались в ордовике. Однако датирование этих образований дает неоднозначные результаты. Верхний возрастной предел уральских офиолитов определяют многочисленные изотопные датировки около 400 млн. лет (ранний девон), полученные разными методами. В частности, по дунитам и гарцбургитам Райизского массива на Полярном Урале установлен Sm-Nd возраст – 409±26 млн. лет [36]. Но в то же время, как уже отмечалось, в последние 15 лет при датировании пород габбро-гипербазитовых комплексов Урала, в том числе в его северной части, были получены докембрийские возрастные значения: для Сыум-Кеу – 604±39 млн. лет (Sm-Nd метод [37]), для Войкаро-Сынинского – 585±6 млн. лет (U-Pb метод, SHRIMP-II [38]) и др. Не касаясь в данной статье сложной проблемы датировки офиолитов, отметим лишь, что молодые возрастные значения могут быть связаны с наложенными процессами, а древние – с сохранением изотопных соотношений, фиксирующих события более ранней истории существования мантийного вещества, или с принадлежностью отдельных частей массивов к докембрийской офиолитовой ассоциации доуралид [25].

Заключение

Таким образом, полученные в последние годы изотопно-геохронологические данные по ме-таморфогенным цирконам не оставляют сомнений в том, что в пределах Тимано-Североуральского региона присутствуют нижнедокембрийские комплексы. Результаты 3D моделирования подтверждают представление о том, что они являются фрагментами кристаллического основания Европейской платформы, вовлеченными в структуры тиманид и северной части уралид.

Нижний возрастной рубеж верхнедокембрийских образований Тимано-Североуральского региона близок к границе среднего и позднего рифея и, скорее всего, не выходит за пределы позднего ри-фея, а время формирования коллизионного орогена Тиманид ограничивается вендом, возможно, с выходом в самое начало кембрия.

Начало формирования базальных отложений палеозоя, тестирующих процессы масштабного континентального рифтогенеза, приведшего в последующем к спредингу и раскрытию Палеоуральского океана, относится к рубежу кембрия и ордовика, а офиолиты как фрагменты океанической коры сформировались в ордовике.

Работа выполнена в рамках темы госзада-ния № 115012130018 ИГ Коми НЦ УрО РАН (2015– 2017 гг.) «Литосфера северо-востока Европейской платформы и севера Урала: глубинное строение, вещественно-структурная эволюция, коро-мантийные взаимосвязи, геодинамика, геохронология».