В последние годы геологические исследования ВНИИОкеангеология в Антарктиде ведутся по нескольким направлениям, основными из которых являются: 1) составление комплекта сводных карт и схем геологического содержания масштаба 1:1 000 000 - 1:5 000 000 для отдельных регионов Восточной Антарктиды; 2) изотопно-геохронологические исследования по программам составления геологических карт масштаба 1:1 000 000 и по отдельным проектам РФФИ; 3) специализированные петрологические исследования метаморфических и магматических комплексов, осуществлявшиеся в рамках проектов РФФИ.

Геологические исследования в Восточной Антарктике. Геологические карты масштаба 1:1 000 000 и сопровождающие картографические материалы (в масштабах от 1:1 000 000 до 1:5 000 000) были составлены для следующих районов Антарктики (рис. 1): 1) центральный сектор Восточной Антарктиды (район ледника Ламберта; выполнено в течение 2011–2013 гг.); 2) Земля Эндерби (2014–2016); 3) район ледника Денмена (2015–2017). Эти районы (как, впрочем, и практически любые регионы Антарктиды) (см. рис. 1) имеют большое значение для понимания геологического строения и оценки ресурсного потенциала материка. Здесь вскрыты разнообразные тектонические блоки, включающие раннедокембрийские гранит-зеленокаменные и гранулито-гнейсовые области, протерозойские подвижные пояса, структуры типа авлакогенов, осадочные комплексы, разнообразные магматические формации. Эти ассоциации горных пород возникали как при формировании кристаллического фундамента Восточной Антарктиды, так и в ходе последующего платформенного развития с этапами тектонической активизации. Главной задачей работ по составлению геологических карт масштаба 1:1 000 000 являлась систематизация данных разномасштабных и разбросанных по территории геологических съемок и наблюдений, выполненных как отечественными, так и зарубежными специалистами за многие годы регулярных исследований, разновысотных и разномасштабных аэрогеофизических съемок, разнообразных лабораторных аналитических исследований. Работы были направлены на укрупненные, систематизирующие, интегрирующие и в какой-то мере ревизионные исследования с необходимой углубленной научной проработкой материала и представлением его в новом качестве и в современной форме. Конечной целью работ была актуализация данных о геологическом строении Восточной Антарктиды, представляемых в виде современной геологической карты масштаба 1:1 000 000. Кроме того, были разработаны геофизические модели глубинного строения этих районов (в виде разрезов земной коры) на основе моделирования аномального магнитного поля и аномального поля силы тяжести. Была также выполнена современная оценка перспектив этих территорий на приоритетные виды минерального сырья. Впервые в практике отечественных геологических исследований картографические материалы подготовлены в формате ГИС, содержат уникальные интегральные базы геохронологических данных и теоретически могут быть интегрированы в соответствующие международные информационные системы. Картографические материалы впервые составлялись по методическим требованиям к геологическим картам масштаба 1:1 000 000 третьего поколения.

Результаты этих исследований могут служить крупным вкладом России в изучение перспективных в минерагеническом отношении участков Восточной Антарктиды, являющихся объектами изучения другими странами. В частности, в районе ледника Ламберта активная деятельность развернута КНР, на Земле Эндерби продолжаются исследования Японией, а в районе ледника Денмена возобновлены работы Австралией. Составление новых геологических карт масштаба 1:1 000 000 для этих районов может содействовать (в случае их публикации) защите геополитических и экономических интересов России в Антарктике, включая гарантии полноправного участия России в любых формах возможного в будущем освоения антарктических недр - от выработки механизма регулирования такой деятельности до ее непосредственного осуществления. В результате работ также выявлены основные нерешенные проблемы, что позволяет уточнить планы последующих российских экспедиций в указанном секторе Антарктики.

Изотопно-геохронологические исследования включали U-Pb-датирование горных пород по циркону с помощью локального ионного зондирования (SHRIMP) и изучение детритовых популяций циркона в метаморфизованных осадочных породах методом лазерной абляции (LA-ICP-MS). Все изотопно-геохронологические исследования выполнялись в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ. Кроме новых исследований, было выполнено обобщение и анализ ранее полученных и литературных материалов. Компиляция U-Pb-данных, полученных для горных пород из различных участков, позволила выполнить корреляцию тектономагматических процессов между районом островов Рёуер и сопредельными территориями (рис. 2) и разработать актуализированную схему тектонического районирования района ледника Ламберта (рис. 3). Наиболее ранние в геологическом смысле корреляционные связи могут быть прослежены для палеоархейских плутоно-метаморфических комплексов, развитых на островах Рёуер (комплекс Матер или Мазе) и в Рукерской провинции (комплекс Тинги). Время возникновения протолитов этих комплексов практически полностью совпадает (в особенности с учетом значительных погрешностей в определении возраста и некоторой вариативности возраста тектономагматических процессов на различных участках): 3500–3270 и 3400–3150 млн лет соответственно. Последующие процессы на интервале 2850–2800 млн лет назад также приблизительно совпадают по времени, но различаются в геодинамическом плане. На островах Рёуер - это расслоенные габброиды, а в Рукерской провинции - синметаморфические гранитоиды. Метаморфизм рубежа 2800 млн лет назад уверенно установлен в Рукерской провинции, а на островах Рёуер лишь предполагается (слабая достоверность этого метаморфизма обусловлена мощными последующими тектонотермальными процессами на рубежах 1000–950 и 530–500 млн лет назад).

Геологические комплексы, образовавшиеся на рубеже архея и протерозоя, выделяются в провинции Вестфолль, где их становление вплоть до кратонизации произошло очень быстро в интервале 2560–2480 млн лет назад, и в Рукерской провинции (Ламбертская зона), где протолиты Ламбертского комплекса образовались на рубеже 2500–2450 млн лет назад, а становление комплекса произошло на рубеже 2100–200 млн лет назад. Таким образом, тектоническая эволюция этих провинций происходила в различное время и имела, вероятно, различную природу. В частности, Ламбертский комплекс может представлять собой некий аналог Вестфолльского комплекса, подвергшийся тектонотермальному воздействию на рубеже 2100–2000 млн лет назад. Установлено, что популяции детритовых цирконов, содержащиеся в протерозойских метаосадочных толщах на островах Рёуер, имеют возраст порядка 2800–2500 и 2000–1600 млн лет и могут происходить из упоминаемых выше комплексов. Однако интервал возрастов 2000–1600 млн лет практически не встречается в данных по этим районам, что позволяет предполагать иной источник сноса для протерозойских образований островов Рёуер.

Мезопротерозойские первично-вулканогенные (или осадочно-вулканогенные) комплексы выделяются в островах Рёуер (серия Филла) и в Рейнерской провинции (Фишерский комплекс). Возраст протолитов в этих комплексах составляет около 1400–1300 млн лет. Необходимо отметить, что для серии Филла данных получено недостаточно. Вещественный состав пород этих комплексов имеет существенные различия. Например, Фишерский комплекс содержит в гораздо большей пропорции мафические породы (кристаллические сланцы, амфиболиты), а серия Филла - первично-осадочные образования (парагнейсы). Кроме того, в химическим составе мафических пород серии Филла, в отличие от пород Фишерского комплекса, не установлен относительный дефицит Nb и не проявлена обогащенность легкими редкоземельными элементами. Эти особенности указывают на формирование этих комплексов в различных геодинамических обстановках, хоть и в приблизительно одно время.

Много общего имеет последовательность Рейнерских (в широком смысле: от 1150 до 950 млн лет) процессов в островах Рёуер и на Земле Мак-Робертсона и Земле Принцессы Елизаветы. Во всех районах формирование синметаморфических гранитоидов (анатектитов) происходило на рубеже 1150–1000 млн лет назад, хотя в островах Рёуер это были, предположительно, именно внутрикоровые выплавки, тогда как в других районах, предположительно, формировались ювенильные добавки мантийного происхождения, возможно, в условиях окраинно-континентальных магматических или островных океанических дуг. Завершающие этот цикл события в интервале 1000–950 млн лет назад также проявлены практически повсеместно. Однако в островах Рёуер развиты, предположительно, синметаморфические, синкинематические пластовые, относительно маломощные тела гранитоидов, а в других районах с этим рубежом связаны крупные тела чарнокитов, внедрявшиеся, впрочем, также в высокотемпературных и тектонически активных условиях. Термальное воздействие этого рубежа (а именно 950 млн лет) испытали также образования Вестфолльского комплекса и внедренные в них мезопротерозойские базитовые дайки. Впрочем, не установлено, что в оазисе Вестфолль и в островах Рёуер одновозрастные тектонотермальные процессы отражают развитие в составе одного и того же орогена.

Практически повсеместно (за исключением серной части гор Принс-Чарльз) разновозрастные структурно-вещественные комплексы испытали почти синхронное тектонотермальное воздействие в интервале 530–500 млн лет назад. Природа этого воздействия и геодинамические условия реализации остаются неустановленными и требуют специального исследования. С этим интервалом связано гранитообразование и метаморфизм, режим которого варьируется от высокотемпературного в островах Рёуер до низкотемпературного в Рукерской провинции.

Частично представления, изложенные выше, основаны на новейших данных по U-Pb изотопному датированию детритового циркона из пород района ледника Ламберта - залива Прюдс. Было изучено более 20 образцов, для которых предполагается первично-осадочное происхождение, и в каждом из них продатировано от 20 до 60 зерен (необходимо отметить, что современные требования к качеству изотопно-геохронологических данных диктуют необходимость получения не менее чем 70–100 анализов индивидуальных зерен циркона в каждом образце). В Рукерской провинции обнаружены породы, содержащие популяции детритового циркона возрастом 3500 млн лет и единичные зерна - до 3800 млн лет, что сопоставимо с древнейшими датировками, полученными на Земле Эндерби. В пределах Рейнерской провинции выделены три разновозрастных толщи первично-осадочных пород: палеопротерозойская (1800–1300 млн лет), позднемезопротерозойско-ранненеопротерозойская (1100–900 млн лет) и неопротерозойская (950–550 млн лет). Установлена значительная роль палеопротерозойских горных пород (преобладание популяций циркона с возрастами 2200–2000 млн лет) в составе источников сноса некоторых исследованных пород. Необходимо отметить, что тектономагматические процессы этого возраста установлены в Ламбертской зоне Рукерской провинции, но в ней не выявлено или очень слабо развиты признаки других эпох цирконообразования, проявленных в составе изученных детритовых популяций. Это позволяет выдвинуть гипотезу о развитии в пределах данного сектора Восточной Антарктиды полностью скрытого палеопротерозойского кристаллического массива или предполагать, что снос обломочного материала происходил с других континентов, например Индии или Австралии. Палеопротерозойские отложения выявлены теперь как в Рейнерской провинции, так и в Рукерской провинции. Это указывает на то, что эти блоки земной коры могли входить в состав единого палеоматерика.

В этом случае модель кембрийской коллизии и амальгамации единого материка Гондвана в кембрии не находит подтверждения на изученном материале. Альтернативно можно предположить, что данный сектор антарктической коры входил в состав палеоматерика Нуна (Колумбия), который подвергался рифтогенезу и дезинтеграции. Остается открытым вопрос, была ли эта дезинтеграция полной, с образованием океанического бассейна; вероятнее - да, поскольку породы серии Надкаровая на массиве Фишер и ортогнейсовые комплексы в восточном борту шельфового ледника Эймери определенно несут черты происхождения в надсубдукционных условиях.

Породы с установленным верхним пределом седиментации 1000–950 млн лет (нунатак Остин, массив Мередит, о. Гиллок) могут быть в первом приближении скоррелированы с породами серии Содружества в Рукерской провинции. Это обстоятельство еще раз указывает на совместное развитие Рукерской провинции и Рейнерской провинции в (нео)протерозое. Впрочем, имеющихся данных пока недостаточно для надежной корреляции этих толщ. Необходимо также изучение геохимических особенностей метаосадочных пород для их сопоставления. Тем не менее более широкое, чем представлялось ранее (только серия Содружества в Рукерской провинции), развитие осадочных отложений, моложе 1100–1000 млн лет, в пределах также и Рейнерской провинции, указывает на широкое развитие прогибов (межгорных или предгорных впадин?) или бассейнов, предшествовавших или, скорее, возникших в процессе кембрийской (или поздненеопротерозойско-кембрийской) орогении.

Изотопно-геохронологическими методами датирования также установлено, что блоки Земли Вильгельма II, провинции Уилкс, Рейнерской провинции и провинции Олбани-Фразер (юго-западная Австралия) (рис. 4) испытали совместную геологическую историю в раннем мезопротерозое, что свидетельствует против их объединения в единый блок только в кембрийское время и позволяет предполагать, что эта территория входила в состав палеоматерика Нуна (Колумбия).

Получены новые изотопно-геохронологические и минералого-геохимические данные по горным породам холмов Тала (район станции Молодежная) и холмов Полканова, расположенных в западной части Земли Эндерби. В холмах Тала установлены три фазы высокотемпературных тектономагматических процессов на рубежах 980–970, 780–720 и 545–530 млн лет назад. Первая фаза, датитрованная возрастом 980–970 млн лет, соответствует и может быть сопоставлена с Рейнерским тектоническим событием, проявленным на востоке Земли Эндерби и в районе ледника Ламберта, а также в горах Сер-Роннане, расположенных к западу от холмов Тала. Вторая фаза, датированная интервалом 780–720 млн лет, включает два эпизода тектономагматический деятельности: высокотемпературный анатексис на рубеже 780 млн лет назад и докинематическое внедрение гранитоидов на рубеже 720 млн лет назад. Эта фаза может быть сопоставлена с геологическими событиями (магматизм и/или метаморфизм), проявленными на Земле Королевы Мод в Восточной Антарктиде и на других гондванских материках, таких как Мадагаскар, Шри-Ланка и восточная Африка. Эта фаза (780–720 млн лет, «орогения Тала») может быть сопоставлена с Восточно-Африканской орогенией. Эта фаза имеет очень мало сопоставимых аналогов в пределах Антарктиды, и те сконцентрированы в пределах восточной и центральной части Земли Королевы Мод. При этом неопротерозойский магматизм в холмах Тала имел постколлизионный, а не конвергентный характер, как в других районах. Полученные данные указывают на то, что западная часть Земли Эндерби и Земли Королевы Мод развивалась в составе единого континентального блока начиная по крайней мере с раннего неопротерозоя. Этот вывод является в значительной мере новаторским, поскольку в расположенном между этими регионами побережье залива Лютцов-Хольм выделяется кембрийский подвижный пояс, имеющий, по представлению большинства современных исследователей, коллизионную природу. Третья фаза (545–530 млн лет назад) проявлена высокотемпературным анатексисом, что подтверждает установленную ранее в этом районе кембрийскую тектонотермальную активность.

В холмах Полканова развит одноименный Полкановский метаморфический комплекс. Протолиты этого комплекса относятся к ранненеопротерозойским осадочно-вулканогенным образованиям, причем можно предположить, что среди них преобладали основные и среднекислые эффузивы. Химические составы пород указывают на присутствие пород основного, среднего и кислого состава, формирующих единый ряд базитов–тоналитов–гранодиоритов. Образование протолитов пород происходило в интервале 980–950 млн лет назад (или двухактно на этих рубежах), а тектонометаморфическая переработка (включая мигматизацию) происходила в интервале 600–530 млн лет (или также двухактно на этих рубежах), на что указывают новые U-Pb-данные по циркону. Эта мощная переработка полностью затушевала признаки первичных пород, в силу чего эта толща не отнесена к категории стратифицированных.

Специализированные петрологические исследования включали, в частности, термобарометрическое изучение метаосадочных пород серии Содружества и серии Стинир в южной части гор Принс-Чарльз в сотрудничестве со специалистами Горного университета. Для реконструкции Р–Т-траекторий использованы методы классической и мультиравновесной термобарометрии (TWEEQU, «кварц-в-гранате» QuiG геобарометр и др.), а также метод псевдосечений. Изученные породы серии Содружества - косослоистые метапсаммиты, кварцитовидные сланцы и метапелиты Qtz-Bt-Ms-Pl-состава – метаморфизованы в условиях от фации зеленых сланцев до высокобарической части нижней амфиболитовой фации (570–610°С, 10–11 кбар). Термобарическая эволюция гранатовых амфиболитов из силлов, интрудированных в породы кристаллического фундамента, в общих чертах сходна с эволюцией метаосадочных пород. Р–Т-траектория, построенная для амфиболитов, отражает рост температуры и давления до пиковых значений 620–650 °С, 10–11 кбар и последующую изотермическую декомпрессию до 6–7 кбар. На первый взгляд, из установленной специфики развития следует коллизионный характер этого этапа. Однако геологические условия (приуроченность высокобарических ассоциаций к зоне надвига, содержащей мафические силы, и сохранение седиментационных текстур) позволяют предполагать возникновение условий «сверхдавления» (overpressure) в связи со структурно-вещественной неоднородностью толщи. Вероятно, в процессе инверсии бассейна Содружества происходило тектоническое скучивание отдельных коровых горизонтов или блоков в пределах одной плиты. Наши данные обращают внимание на возможность влияния фактора «сверхдавления» и в других районах, где существует масштабная структурно-вещественная неоднородность строения земной коры.

В этом случае к полученным Р–Т-траекториям следует относиться с большой осторожностью и рассматривать альтернативные модели развития. Можно также отметить, что все известные участки развития кембрийского высокотемпературного (от 650–700 до 1100 °С) и достаточно высокобарического метаморфизма (от 6–7 до 20 кбар), характеризующегося постпиковой декомпрессией и отражающего, как предполагают авторы этих исследований, коллизионные геодинамические процессы, находятся в зонах сочленения раннедокембрийских протократонных блоков и протерозойских подвижных поясов (см. рис. 1). Очевидно, что жесткие протократонные блоки могут создавать определенные «упоры» применительно к движению материала земной коры в пределах подвижных поясов. В связи с этим установленное нами явление развития «сверхдавления» может указывать на то, что вычисленные параметры метаморфизма «переоценивают» гидростатическую составляющую давления, которое может быть фактически гораздо меньше, а модели декомпрессионного развития (и коллизионной обстановки) являются менее обоснованными, чем представлялось до наших исследований.

Таким образом, гипотеза о коллизионной (конвергентной) природе неопротерозойско-кембрийского тектогенеза, что предполагает сутурирование раздельно развивавшихся палеоконтинентов, не находит подтверждения, по крайней мере в районе ледника Ламберта. Имеющиеся данные указывают на внутриплитную природу этих процессов, хотя обстоятельной геодинамической модели возникновения подобных условий предложено не было.

К числу важнейших проблем геологии Восточной Антарктиды, требующих выполнения полевых геолого-геофизических, специализированных научно-исследовательских и лабораторно-аналитических работ, относятся следующие:

– характер сочленения раннедокембрийских и позднедокембрийских - кембрийских структур и вещественных комплексов;

– особенности геологического строения, истории и условий формирования и минерагенического потенциала раннедокембрийских протократонных блоков;

– вещественный состав и минерагенический потенциал позднедокембрийских геологических комплексов как отражение геодинамических обстановок формирования;

– структурная неоднородность позднедокембрийских образований;

– характер и петрогенетические особенности эндогенного режима метаморфических процессов, проявленных в ранне- и позднедокембрийских образованиях;

– характер кембрийских метаморфических и тектонических процессов;

– источники сноса первично-осадочных метаморфических пород;

– тектоностратиграфия архейских блоков и протерозойских подвижных поясов и межрегиональная и межконтинентальная корреляция вещественных комплексов и тектономагматических процессов.

Решение или исследования в рамках этих проблем возможно осуществлять в условиях принятых параметров исследований в Антарктике. Так, утвержденная Правительством Российской Федерации «Стратегия развития деятельности Российской Федерации в Антарктике на период до 2020 года и на более отдаленную перспективу», утвержденная распоряжением Правительства РФ 30 октября 2010 г. (№ 1926-р), своей главной задачей ставит, в частности, «повышение международного престижа Российской Федерации», а в качестве одной из целей предполагает «изучение фундаментальных закономерностей геологического строения, глубинной структуры и истории формирования земной коры Антарктиды, ее континентальной окраины и прилегающих глубоководных акваторий, а также создание информационной базы для оценки и научного прогноза минерально-сырьевого потенциала Антарктики». Достижение этой цели возможно при сохранении сбалансированного соотношения трех главных компонентов геолого-геофизических исследований в Антарктике:

– полевые работы на материке и в омывающих его акваториях в составе Российской Антарктической экспедиции и мероприятия по их обеспечению;

– научно-исследовательские работы с целью обобщения результатов экспедиционных исследований в свете общих достижений современной геологической науки и с учетом материалов, получаемых в Антарктике экспедициями других стран;

– внедрение информационных технологий для обеспечения надлежащего уровня хранения и обработки полученных материалов и данных и повышения конкурентоспособности результатов отечественных исследований в Антарктике.

Однако существующая транспортно-логистическая структура Российской Антарктической экспедиции и организационно-кадровые особенности производственной организации, осуществляющей все геолого-геофизические работы в Антарктике, как показывает многолетняя практика, в особенности новейших исследований, ограничивают до минимума возможность существенного продвижения на пути решения отмеченных выше геологических проблем строения Антарктиды и ее минерально-сырьевого потенциала. В то же время происходит усиление исследовательской активности КНР и Австралии в отдельных секторах Восточной Антарктиды, и в отношении района ледника Ламберта приоритет в усилиях по геологическому изучению уже перешел к КНР.

Ссылка на статью:

Михальский Е.В., Лейченков Г.Л. Основные результаты геологических исследований Восточной Антарктиды // 70 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. Сборник научных трудов (под ред. В.Д. Каминского, Г.П. Аветисова, В.Л. Иванова). СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. С. 371-378.