СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА
Основан в январе
1960
Периодичность
12 раз в год
Том 56, № 7
Июль
2015
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕКТОНИКА И ГЕОДИНАМИКА
Глуховский М.З., Кузьмин М.И. Внеземные факторы и их роль в тектонической
эволюции Земли в раннем докембрии ............................................................................... 1225
Добрецов Н.Л., Туркина О.М. Раннедокембрийская история Земли: роль плейти
плюм-тектоники и космического фактора ..................................................................... 1250
Емельянов Е.М. Донные осадки и придонные течения в Юго-Западной Атлантике ............ 1275
ПЕТРОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ
Шацкий В.С., Скузоватов С.Ю., Рагозин А.Л., Соболев Н.В. Подвижность элементов
в зоне континентальной субдукции (на примере метаморфического комплекса
сверхвысоких давлений Кокчетавского массива) ............................................................. 1298
Леснов Ф.П., Хлестов В.В., Гальверсен В.Г. , Сергеев С.А. Полигенное формирование
офиолитовых мафит-ультрамафитовых комплексов: изотопно-геохронологические
и геохимические свидетельства по цирконам из пород Березовского массива
(о. Сахалин) .......................................................................................................................... 1322
ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Савельев В.В., Камьянов В.Ф., Головко А.К. Реликты биолипидов в керогене
кембрийского горючего сланца Сибирской платформы .................................................. 1347
ГЕОФИЗИКА
Бобров П.П., Миронов В.Л., Репин А.В. Спектры диэлектрической проницаемости
нефтеводонасыщенных песчано-глинистых пород различного минералогического
состава и релаксационные свойства воды в этих породах .............................................. 1359
Кочкин Б.Т., Петров В.А. Долгосрочный прогноз сейсмической опасности в связи
с проблемой изоляции радиоактивных отходов ............................................................... 1369
Плоткин В.В., Губин Д.И. Учет приповерхностных неоднородностей над горизонтальнослоистым
разрезом при магнитотеллурическом зондировании ...................................... 1381
Сибиряков Б.П., Сибиряков Е.Б. Области локального понижения давлений как
вероятные аккумуляторы флюидов в геологических структурах ................................... 1391
СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИйСКОй АКАДЕмИИ НАУК
НОВОСИБИРСК
Стр.1
Siberian branch
ruSSian academy of ScienceS
Scientific journal
Founded in
January 1960
GeoloGiya i GeofiZiKa
Monthly
Vol. 56, № 7
Jule
2015
contentS
TECTONICS AND GEODYNAMICS
Glukhovskii m.Z. and Kuz’min m.i. Extraterrestrial factors and their role in the Earth’s
tectonic evolution in the Early Precambrian ......................................................................... 1225
dobretsov n.l. and turkina o.m. Early Precambrian Earth history: plate and plume
tectonics and extraterrestrial controls .................................................................................... 1250
emelyanov Е.М. Bottom sediments and near-bottom currents in the Southwestern Atlantic ........ 1275
PETROLOGY, GEOCHEMISTRY, AND MINERALOGY
Shatsky V.S., Skuzovatov S.yu., ragozin a.l., and Sobolev n.V. Mobility of elements
in continental subduction zone: evidence from the uhP metamorphic complex
of the Kokchetav massif ........................................................................................................ 1298
lesnov f.P., Khlestov V.V., Gal’versen V.G., and Sergeev S.a. Polygenesis of mafic–ultramafic
complexes: isotope-geochronological and geochemical evidence from zircons
of the Berezovka massif rocks (Sakhalin Island) .................................................................. 1322
OIL AND GAS GEOCHEMISTRY
Savel’ev V.V., Kam’yanov V.f., and Golovko a.K. Relics of biolipids in kerogen of Cambrian
Siberian Platform oil shale .................................................................................................... 1347
GEOPHYSICS
bobrov P.P., mironov V.l., and repin a.V. Dielectric-permittivity spectra of oil–water-saturated
sand–clayey rocks of different mineralogical compositions and relaxation properties
of water in these rocks ........................................................................................................... 1359
Kochkin b.t. and Petrov V.a. Longterm prediction for seismic hazard for radioactive
waste disposal ........................................................................................................................ 1369
Plotkin V.V. and Gubin d.i. Accounting for near-surface inhomogeneities over a horizontally
layered section in magnetotelluric sounding ......................................................................... 1381
Sibiryakov b.P. and Sibiryakov e.b. Local pressure lows as possible sinks of fluids
in geologic structures............................................................................................................. 1391
SiBERiAn BRAnCh oF thE RuSSiAn ACADEMy oF SCiEnCES
noVoSiBiRSK
© Сибирское отделение РАН, 2015
© ИГм СО РАН, 2015
© ИНГГ СО РАН, 2015
Стр.2
СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА
Геология и геофизика, 2015, т. 56, № 7, с. 1225—1249
ТЕКТОНИКА И ГЕОДИНАМИКА
УДК 523.681-424:523.81-468:521.14/7:551.24
ВНЕЗЕМНЫЕ ФАКТОРЫ И ИХ РОЛЬ В ТЕКТОНИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ
В РАННЕМ ДОКЕМБРИИ
М.З. Глуховский, М.И. Кузьмин*
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, Россия
* Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а, Россия
Рассматривается фундаментальная проблема влияния внеземных факторов на процессы геологотектонической
эволюции Земли. Внеземные факторы были определяющими в процессах зарождения
Земли, образования первой гаденской континентальной коры и начала архейской эры. Существенное
влияние их продолжалось и позднее. Даже в фанерозое внеземные факторы могли оказывать существенное
влияние на окружающую среду. Процессы образования сиалических ядер протоконтинентальной
коры (4.4—3.9 млрд лет) с зеленокаменными областями первой генерации (3.8—3.2 млрд лет) и мировой
системы гранит-зеленокаменных поясов (3.1—2.7 млрд лет) осуществлялись в ротационно-плюмовом
режиме, главным образом в субэкваториальном «горячем поясе» Земли. Формирование этих глобальных
структур Земли происходило во многом под влиянием астероидных ударов, вызывающих импакт-триггерное
зарождение мантийных плюмов.
Большие перемены в последующей геологической истории Земли начались в период 2.7—2.0 млрд
лет, которые завершились в 2.0 млрд лет назад переходом Луны на орбиту, близкую к современной (50 ± 3
радиуса Земли), сопровождающимся резким замедлением скорости осевого вращения Земли, окончательным
формированием переходного между ядром и мантией слоя D″ и началом современного стиля
тектоники плит, сопровождающейся тектоникой плюмов.
Ранняя Земля, лунно-земные связи, импактные события, тектоническая эволюция.
EXTRATERRESTRIAL FACTORS AND THEIR ROLE IN THE EARTH’S TECTONIC EVOLUTION
IN THE EARLY PRECAMBRIAN
M.Z. Glukhovskii and M.I. Kuz’min
The paper is focused on the fundamental problem of infl uence of extraterrestrial factors on the Earth’s
geologic and tectonic evolution. Extraterrestrial factors played a decisive role in the Earth’s genesis, the formation
of the fi rst Hadean continental crust, and the beginning of the Archean era. Their signifi cant infl uence persisted
in the later epochs: Even in the Phanerozoic, extraterrestrial factors might have had a considerable infl uence
on the environment. The sialic cores of protocontinental crust (4.4–3.9 Ga) with fi rst-generation greenstone
zones (3.8–3.2 Ga) and the global system of granite–greenstone belts (3.1–2.7 Ga) formed in the rotation–plume
regime, mainly in the subequatorial hot belt. The formation of these global structures was, to a large extent,
infl uenced by asteroid impacts, which caused the impact-triggered genesis of mantle plumes.
Dramatic changes in the subsequent geologic history began at 2.7–2.0 Ga; at 2.0 Ga they terminated with
the Moon’s transition to an orbit similar to the present-day one (50 ± 3 Earth’s radii), accompanied by the abrupt
slowdown of the Earth’s axial rotation, the termination of formation of the layer D″, and the start of recent plate
tectonics, which is accompanied by the plume tectonics.
Early Earth, lunar-terrestrial interaction, impact events, tectonic evolution
ВВЕДЕНИЕ
Внеземные факторы включают энергию лунных приливов и масштабные импактные события, которые
были доминирующими на ранней стадии развития планеты, когда об ее поверхность могло ударяться
до 900 и более астероидов [Марков, Федоровский, 1986; Хаин, Короновский, 2007]. Внеземные
© М.З. Глуховский, М.И. Кузьмин, 2015
DOI: 10.15372/GiG20150701
1225
Стр.3
факторы имели различное значение на разных этапах развития нашей планеты. Они являлись определяющими
в ранние этапы образования Земли, формирования земного ядра [Allegre et al., 2008], а также
рождения нашего спутника — Луны. Этот период в истории Земли получил название Хаотичный эон
[Goldblatt et al., 2010]. В следующий Гаденский эон (4.5—4.0 млрд лет) появилась первая континентальная
кора, которая была полностью переработана, сохранился от этой коры лишь единственный минерал
— циркон [Nebel et al., 2014b]. Именно в это время определяющую роль в создании и начальной
эволюции Земли имели бомбардировки планеты метеоритами и астероидами. В Хаотичный эон произошло
формирование ядра и образование Луны, в Гаденский эон (4.5—4.0 млрд лет) бомбардировки
способствовали образованию первой континентальной коры, а также крупных бассейнов на Луне.
Некоторые авторы считают, что это были два этапа одного события, связанные с выбросом из
метеоритно-астероидного пояса большого количества метеоритов, так как его орбита пересеклась с орбитой
крупной планеты [Bottke et al., 2012].
После Гаденского эона формирование континентальной коры продолжилась. Ее фрагменты сохранились
до настоящего времени. Масштабные астероидные удары, выделенные как Поздняя Тяжелая
Бомбардировка (ПТБ), были первопричиной формирования крупных сиалических ядер (нуклеаров) в
эоархее и палеоархее (3.9—3.2 млрд лет) [Глуховский и др., 1994], с которыми связано образование серых
гнейсов, сложенных трондьемит-гранодиорит-гранитной ассоциацией пород (ТГГ), представленных
практически на кратонах всех континентов [Хаин, 2003]. Следующая мезонеоархейская стадия
(3.1—2.5 млрд лет) характеризуется образованием эксиалических гранит-зеленокаменных поясов и роев
мафических даек. Наконец, палеопроторозойский (2.6—1.7 млрд лет) термотектогенез был во многом
обязан ротационному влиянию на ряд тектонических процессов, связанных с резким изменением лунноземной
дистанции.
Внеземные факторы оказывали «более значительное воздействие на геодинамические процессы
на Земле, чем это представлялось ранее» [Хаин, Короновский, 2007, с. 224]. Эти воздействия на нашу
планету были особенно эффективными на ранних этапах эволюции Земли, когда температура мантии
была значительно выше по сравнению с современной [Korenaga, 2008], а Луна вращалась на орбите,
близкой Земле [Binder, 1982; Жарков, 1983, 2000; Хейзен, 2015], вместе с которой она подвергалась
массированным ударам метеоритов, астероидов и комет [Bottke et al., 2012]. Роль внеземных факторов
в эволюции Земли рассматривалась во многих работах [Condie, 1981; Морозов, 2007; Грачев, 2005;
Хаин, Короновский, 2007; Богатиков и др., 2010; Wood, Holliday, 2010; Wood, 2011; Bottke et al., 2012; и
др.]. Важной проблемой для понятия эволюции Земли является причинно-следственная связь между
внеземными факторами и изменением стиля тектонических движений во времени. Несомненно, это является
важнейшей фундаментальной проблемой наук о Земле.
Действительно, в гаденское и архейское время от 4.5 до 3.4, возможно до 2.7 млрд лет, тектонические
движения определялись тектоникой покрышки (Lid Tectonics) или тектоникой мантийного переворота
[Griffi n et al., 2014]. Этот тип тектоники Земли детально рассматривается в работах [Stern, 2008; Debaille
et al., 2013; Nebel et al., 2014а,b; Griffi n et al., 2014; и др.]. В этот период спокойная, стагнированная
кора ограничивала общемантийную конвекцию. Астероидные бомбардировки разрушали покрышку, что
определяет появление на поверхности больших объемов коматиит-базальтовых расплавов. В период
3.2—2.7—2.0 млрд лет на Земле господствовала тектоника малых плит [Хаин, 2003], а с 20 млрд лет по
настоящее время на Земле — тектоника плит вместе с тектоникой плюмов. В настоящей статье мы остановимся
главным образом на внеземных факторах, их роли в становлении и эволюции ранней Земли.
Нам представляется, что самостоятельно эта проблема ранее всесторонне не рассматривалась.
ВНЕЗЕМНЫЕ ФАКТОРЫ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГЛУБИННЫЕ ПРОЦЕССЫ
И ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР ЗЕМЛИ
Астероидные, метеоритные бомбардировки в ранней истории Земли. При высокой скорости
осевого вращения Земли угол наклона оси к плоскости эклиптики был значительно круче, чем сегодня
(23°). Этим объясняют «широтный эффект» падения астероидов в «горячую» зону экватора, так как
пояс астероидов находится в той же плоскости эклиптики, что и Земля [Баренбаум, 2002]. Возможные
доказательства существования первого, докембрийского суперконтинента, расположенного на экваторе
рассмотрим ниже.
К сожалению, «геологических следов» метеоритных бомбардировок на Земле в интервале 4.6 до
4.0 млрд лет не сохранилось. Свидетельство о них можно найти только благодаря геохимическим данным
о составе силикатных пород Луны, мантийных ксенолитов из кимберлитовых трубок или ксенолитов
из кайнозойских щелочных базальтов, а также по анализу содержаний изотопов и редких элементов
в гаденских цирконах по сравнению с хондритовыми метеоритами.
Рассмотрим ниже, какие следы оставили метеоритно-астероидные удары фазы ПТБ в породах,
имеющих возраст 3.90—3.85 млрд лет [Melosh, 1989; Valley et al., 2006; Bottke et al., 2012]. С этим свя1226
Стр.4
зывают формирование лунных бассейнов [Koeberl, 2006; Сиротин, 2008; Богатиков и др., 2010]. В этот
же период на Землю из-за ее размеров и гравитации упало до 40 астероидов размером 100—2000 км с
образованием адекватных им кратеров диаметром 1000—5000 км [Тетерев и др., 2004]. На Земле прямые
следы ударов этих фаз не сохранились, поэтому это предположение является гипотетическим. Недавно
показатели Земли и Луны были рассмотрены в работе [Bottke et al., 2012], в которой на основании
изучения лунных бассейнов делается предположение, что основную роль в их формировании играли
астероиды, а начало ПТБ следует соотносить с временем 4.1—4.2 млрд лет.
Перспективным методом фиксирования древних космических бомбардировок является наличие
сферулитовых «шарикообразных» прослоев в древних, архей-протерозойских породах [Bottke et al.,
2012]. Когда большие метеориты ударяются об Землю, они производят богатые паром выбросы, содержащие
большое количество капелек расплавов в виде шариков сферул размером с песчинку, большинство
из которых высоко поднимаются в атмосферу. Окончательно остывшие расплавные шарики падают
обратно, формируя слои мощностью от миллиметров до нескольких сантиметров.
В настоящее время найдено семь таких прослоев, время образования которых произошло в интервале
3.23—3.47 млрд лет тому назад, четыре имеют возраст между 2.90—2.63 млрд лет, один — между
2.1—1.7 млрд лет. Однако точные размеры ударника (метеорита или астероида) нужно знать, чтобы
определить, какое импактное событие сформировало слой с шариками в архейских и протерозойских
породах. О размерах астероидов, сформировавших эти слои, можно судить по образованным 65 млн лет
тому назад таким слоям в ассоциации с кратером Чиксулуб (Chicxulub), размер которого 180 км в диаметре.
35 млн лет тому назад образовался Попигайский (Popigai) кратер с диаметром 100 км, это второй
большой кратер фанерозойского возраста; здесь сформировались дистальные слои с шариками, мощность
которых 0.1 мм.
На основании этого метода, а также прямых критериев импактных событий в архейско-протерозойской
эпохе истории Земли можно выделить еще несколько фаз метеоритных бомбардировок. О второй
фазе палеоархейских бомбардировок свидетельствует гигантское импактное событие возрастом
3.24—3.26 млрд лет. В зеленокаменных структурах Барбертон (Barberton) на юге Африки и Пилбара
(Pilbara) в Австралии, в осадочных горизонтах этого возраста выявлены ударные брекчии (эджекиты и
сферулиты), а также иридиевые аномалии — прямые указатели удара тела, которое по размерам сравнивают
с астероидом Эрос (Eros, 33 Ч 13 Ч 13 км) [Glikson, 2008]. Свидетельством третьей мезоархейской
импактной фазы возрастом около 3.0 млрд лет является глубоко эродированный кратер Маниитсок
(Maniitsoq) диаметром 160 км на юго-западе Гренландии. В его центре и на периферии обнаружены
ударные брекчии, псевдотахилиты и планарные деформации (PDF) в минералах [Garde et al., 2012]. Четвертая
фаза — палеопротерозойская (2.40—1.63 млрд лет). Наиболее масштабные импактные события
этой фазы произошли в интервале 2.02—1.85 млрд лет. Это ударный кратер Вредефорт (Vredefort) на
юге Африки (диаметр 300 км, возраст 2.023 млрд лет); Котуйканская (250 км, 1.95 млрд лет) и предполагаемые
Куонамская и Аргасалинская астроблемы (примерно такого же размера) на севере Сибирского
кратона; Садбери (Sudbery) на Канадском щите (250 км, 1.85 млрд лет). Всего насчитывается 14 разновеликих
палеопротерозойских астроблем [Катастрофические…, 2005; Koeberl, 2006; The Earth Impact…,
2007; Глуховский, Кузьмин, 2013].
H
Масштабные астероидные удары могли приводить к импакт-триггерному зарождению мантийных
плюмов, которое сопровождалось корово-мантийным рециклированием пород мишени (земная кора).
Действительно, статистически установлена высокая степень корреляции (доверительный уровень от 90
до 97 %) архейских и палеопротерозойских фаз астероидных бомбардировок Земли и Луны, с этапами
плюмового магматизма и наиболее энергичного роста континентальной коры на Земле и катаклизмов на
Луне [Ozima, 1987; Abbot, Isley, 2002а]. О высокой корреляции импактных событий с проявлениями
плюмового магматизма пишет в своих работах Ф. Пирайно [Pirajno, 2000, 2007]. Таким образом, очевидно,
в истории Земли эндогенная активность могла совпадать с космическими событиями, главным
образом бомбардировкой метеоритами. Такие явления отмечаются и в фанерозое.
Эволюция лунно-земной дистанции. Проблема лунно-земных связей тесно связана с природой
образования спутника Земли и с астероидными атаками как Земли, так и Луны. Большинство ученых
[Хаин, 2003; Хаин, Короновский, 2007; Harrison, 2006; Koeberl, 2006; Wood, 2011; и др.] считают, что в
конце процесса аккреции Земли при ее массе 60—70 % по сравнению с современной, она столкнулась с
космическим телом с массой, близкой массе Марса. Это произошло примерно 4540—4530 млн лет тому
назад, т.е. через 30—40 млн лет после формирования Солнечной системы, когда Земля в значительной
степени была дифференцированна, большая часть ее ядра уже сформировалась1.
1 Не все согласны с этой гипотезой, полагая, что Луна образовалась независимо из газопылевого облака. Однако
данные о силикатном составе Луны и мантии позволяют нам признать гипотезу столкновения более доказуемой [Кузьмин,
2014].
1227
Стр.5