УДК 551.4:552.6
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа является сокращённым обобщением результатов исследований котловины Ладожского озера в рамках импактно-вулканической модели, изложенных в статьях «Ладожская астроблема» (Юрковец, 2011), «Ладожская импактно-вулканическая структура» (Юрковец, 2012), «Признаки импактного метаморфизма в породах Ладожской импактно-вулканической структуры» (Юрковец, 2014).
В этих статьях были рассмотрены структурно-тектонические, геоморфологические, петрографические и другие свидетельства того, что глубоководная часть котловины Ладожского озера является молодой астроблемой. Её наиболее вероятный возраст – около 40 тысяч лет. Структурно-геологические данные и некоторые аномалии Ладоги указывают на то, что падение космического тела нарушило монолитность Балтийского щита, что привело к проявлению локального вулканизма в данном районе. В результате извержения в атмосферу было выброшено не менее 1500 кубических километров пепла.
С учётом предшествующих петрологических исследований обоснована импактно-плутоническая модель петрогенезиса пород Валаамского силла, суть которой заключается в смешении в купольных структурах силла ударного расплава кислых и основных пород мишени с щелочной магмой, поступавшей из очага извержения, спровоцированного падением массивного космического тела.
Показано, что верхнеплейстоценовые пеплы, широко распространённые на Русской равнине являются продуктом извержения Ладожского вулкана. Их снос Волжской речной системой в Каспийское море сформировал мощные толщи т.н. «шоколадных» глин нижнехвалынской свиты верхнеплейстоценовых отложений северной части Каспийского бассейна, которые являются диагенетически преобразованным вулканическим пеплом ладожского извержения.
В породах, слагающих котловину Ладожского озера, были найдены многочисленные признаки импактного метаморфизма: конусы сотрясения, диаплектовые изменения и ударное расщепление в минералах мишени, шоковые микроструктуры с высокобарическим минералом муассанитом и другие признаки.
ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЛАДОЖСКОЙ КОТЛОВИНЫ.
ТРАДИЦИОННЫЙ ВЗГЛЯД
I. Территория Ладожского озера входит в состав листа Р-(35)-37 (Петрозаводск) Государственной геологической карты Российской федерации (новая серия) м-ба 1 : 1 000 000, изданного ВСЕГЕИ в 2000 году. Фрагмент геологической карты, включающий в себя котловину Ладожского озера, представлен в Приложении 1. По мнению авторов, котловина Ладоги имеет тектоническое происхождение, она занимает территорию Ладожского прогиба, входящего, согласно данным тектонического районирования, в состав Свекофенского блока среднерифейского–нижневендского структурного яруса среднего структурного этажа Восточно-Европейской платформы. Предполагается, что породы этого яруса представляют собой реликты первого платформенного чехла древней позднедокембрийской платформы, сохранившиеся как на Балтийском щите, так и на Русской плите. Возникновение Ладожского прогиба, который наследует котловина Ладожского озера, как считают авторы, произошло 1,35 миллиарда лет назад (ВСЕГЕИ, 2000, Табл. 5).
«Для этого яруса на Восточно-Европейской платформе характерны ограниченные по площади структуры погружения и разрывные нарушения, обусловившие вертикальные перемещения блоков земной коры при ненарушенном горизонтальном залегании пластов… . На территории листа … установлены три структурных погружения: Ладожский прогиб, Онегозерский и Онежско-Тойменский грабены, они имеют северо-западное направление длинных осей, унаследованное от раннепротерозойских направлений.
Наиболее сложным является Ладожский прогиб с ответвляющимся от него в юго-восточной части Пашским грабеном» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 130).
Прогиб представляет собой сложнопостроенную депрессию, «…вытянутую по длинной оси более чем на 200 км при ширине до 120 км. Фундамент Ладожского прогиба имеет клавишно-блоковое строение с общим симметричным погружением от бортов к центральной части. Ширина ступеней составляет 5-12 км при амплитуде вертикальных перемещений 30-100 м и более. Согласно имеющимся данным, в строении среднерифейско-нижневендского яруса Ладожского прогиба могут быть выделены три подъяруса.
Нижний структурный подъярус состоит из приозерской, салминской и пашской свит среднего рифея, образующих единую вулканогенно-осадочную серию. Резкие колебания мощности этой серии связаны с многочисленными разрывными нарушениями, обусловившими наличие упомянутого выше клавишно-блокового строения фундамента, которые картируются при средне- и крупномасштабных геологосъемочных работах.
Средний структурный подъярус (приладожская свита верхнего рифея) залегает с глубоким размывом на салминской и, по-видимому, на разных горизонтах приозерской свиты. Для этого подъяруса, судя по разрезам скважин, пробуренных на Карельском перешейке, характерна относительно постоянная абсолютная глубина залегания подошвы на уровне 150—160м. Колебания мощности, характерные для нижнего подъяруса, не отмечены, что указывает на прекращение движений по разрывным нарушениям. Важным признаком среднего подъяруса является присутствие среди слагающих его пород туффизитов в ассоциации с эффузивными карбонатитами.
Верхний структурный подъярус — яблоновская свита нижнего венда – отделен от среднего незначительным перерывом и представлен тиллитами — образованиями конечной морены ранневендского оледенения и содержит в себе продукты дезинтеграции всех подстилающих пород» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 130-131).
Что касается современной морфологии котловины Ладожского озера, то её формированию способствовали новейшие тектонические движения вдоль древних долгоживущих разломов, активных и в настоящее время. Среди таких «сквозных» региональных нарушений выделяется система разломов северо-западного направления (60-70°), состоящая из трёх ветвей, обрамляющих акватории Ладожского и Онежского озёр, нисходящие движения по которым ныне происходят со скоростью до 3,1 мм в год (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 133-136).
Вулканогенно-осадочные образования средне-верхнерифейского возраста распространены под четвертичными отложениями в северной половине Ладожского прогиба. Залегающие выше их по разрезу вендские отложения, слагают ложе мелководной части Ладожской котловины.
«Среднерифейские образования на территории листа распространены в Ладожском прогибе и Пашском грабене в зоне сочленения Балтийского щита и Русской плиты. Площадь прогиба примерно совпадает с котловиной Ладожского озера, исключая её небольшую северную прибрежную зону. Краевые его части установлены на суше на западном и восточном берегах Ладоги. Небольшой Пашский грабен представляет собой ответвление от Ладожского прогиба в южной части последнего» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 30).
Отложения среднего рифея (среднерифейская эратема R2) представлены тремя свитами – приозёрской, салминской и пашской (на карте не обозначены), сложенные осадочными и вулканогенно-осадочными толщами общей мощностью около километра (без мощности пашской свиты, отдельно выделяемой в Пашском грабене).
Рис. 1. Геология Ладожского Озера
(фрагмент Государственной геологической карты 1 : 1 000 000, ВСЕГЕИ, 2000)
«Приозёрская свита распространена повсеместно, залегает на архейско-протерозойском фундаменте с резким угловым несогласием и представлена разнозернистыми красноцветными аркозовыми песчаниками с прослоями коричневых аргиллитов, гравелитов и конгломератов. По составу обломочного материала терригенные породы свиты соответствуют подстилающим гранитоидам фундамента. Мощность свиты в Пашском грабене более 450 м, на восточном побережье Ладоги в районе с. Салми – 60 м, а на западном побережье Ладоги – от 60 до 354 м. (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 30).
«Залегающая на ней салминская свита представлена потоками диабазовых, андезибазальтовых и базальтовых порфиритов, туфами и песчаниками. Песчаники по вещественному составу и структуре сходны с приозёрскими. На восточном берегу Ладоги верхняя часть разреза свиты представлена песчаниками и черными аргиллитами с тонкими прослоями карбонатов. Мощность салминской свиты в Пашском грабене 70 м, в районе с. Салми до 460 м; на западном побережье Ладоги салминская свита отстутствует» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 30).
«Пашская свита выделяется только в Пашском грабене, где залегает на салминской свите и представлена грубозернистыми полевошпатово-кварцевыми песчаниками и гравелитами буроватого и розового цвета, содержащими обломки кварцитов. Присутствие туфогенного материала в нижней части пашской свиты позволяет предполагать, что она входит в состав единой среднерифейской вулканогенно-осадочной серии вместе с салминской свитой» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 30).
Отложения верхнего рифея (верхнерифейская эратема R3), представленные приладожской свитой имеют небольшое распространение:
«Приладожская свита, распространённая только на Карельском перешейке ранее рассматривалась в качестве верхней подсвиты приозёрской свиты; позднее она была обособлена в самостоятельное подразделение и отнесена к верхнему рифею. С наибольшей полнотой свита изучена в районе с. Яблоновка. Здесь она представлена разнозернистыми и мелкозернистыми песками и слабосцементированными сероцветными песчаниками, тёмно-серыми до чёрных аргиллитами и доломитами. На разных уровнях в разрезе свиты наблюдаются прослои редкогалечных конгломератов мощностью до 1 м и более. Микроскопическое изучение приладожских песчаников показывает, что они местами преобразованы в туффизиты, которые представляют собой агрегат, состоящий из резорбированных и оплавленных зёрен кварца, полевого шпата и новообразованных слюд, сцементированных хлорит-серицитовой массой или карбонатом» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 31).
Об отложениях вендского возраста, распространённых в пределах Ладожского прогиба, в «Объяснительной записке» к Государственной геологической карте м-ба 1:1000000 написано несколько противоречиво. Выше было отмечено, что площадь прогиба в целом совпадает с котловиной Ладоги, исключая её небольшую северную прибрежную зону. Т.е. нерасчленённые отложения верхнего венда, распространённые в южной мелководной части Ладоги, надо полагать, к отложениям Ладожского прогиба отнесены. В то же время ниже написано, что нижневендские отложения (V1) являются завершающими отложениями Ладожского прогиба:
«Нижневендские отложения известны в Западном Приладожье и завершают стратиграфическую колонку Ладожского прогиба. Опорный разрез нижнего венда вскрыт скважинами в районе с. Яблоновка. Здесь на приладожской свите под четвертичными отложениями на глубине от 70 до 145 м вскрыты разнозернистые плохо отсортированные красноцветные и сероцветные песчаники яблоновской свиты, содержащие редкие гальки пород фундамента, кварцитов и песчаников типа приозёрских, а также доломитов, характерных для приладожской свиты. Е.П.Брунс описала эти песчаники как тиллитоподобные. В более поздних работах они рассматриваются как тиллиты и на этом основании отнесены к лапландскому горизонту нижнего венда, для которых характерны ледниковые отложения» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 32).
И далее:
«Следует отметить, что редкогалечные конгломераты яблоновской свиты полностью идентичны редкогалечным конгломератам подстилающей приладожской свиты. Верхняя часть разреза свиты (около 10 м) представлена гравийными песчаниками (туффитами?), состоящими из зёрен и обломков изменённых изверженных пород основного и ультраосновного состава, сцементированных ожелезнённым хлорит-серицитовым веществом. Среди акцессорных минералов в этих песчаниках М.Т.Орловой установлены пироп, хромшпинелид, диопсид» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 32).
Что касается верхнего венда нерасчленённого (V2), обозначенного на Геологической карте в южной мелководной части Ладоги, то ему в «Объяснительной записке» к карте посвящено всего несколько не относящихся к Ладоге строк:
«Отложения верхнего венда нерасчленённые (V2). На ограниченной площади на Онежско-Ладожском перешейке, в связи с отсутствием данных, верхний венд не может быть разделён на горизонты и картируется как единое подразделение V2. Представлен он здесь пестроцветными аргиллитами и алевролитами с прослоями песчаников (скважина Олонец, мощность 125 м)» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 32).
Магматические образования котловины Ладожского озера состоят из трахибазальтового и трахидолеритового комплексов, составляющих единую вулкано-плутоническую ассоциацию возрастом 1330 ± 50 млн. лет, что служит основанием для отнесения его к среднему рифею (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 31).
Вулканический (трахибазальтовый) комплекс. Вулканические породы входят в состав осадочно-вулканогенных салминской и приладожской свит. Представлены «…базальтовыми порфиритами, диабазами, андезибазальтами, туфами и обнажаются или вскрыты в районе пос. Салми и в устье р. Паша. Вулканиты слагают в них два уровня афировых и микропорфировых базальтов общей мощностью 300 – 350 м среди осадочных толщ. …
В Пашском грабене, перекрытом чехлом вендских и фанерозойских отложений, выделяются три уровня вулканогенных пород. Нижний горизонт (48 м) залегает на осадках приозерской свиты и образован лейкобазальтами; в серднем (118 м) – в чередовании с песчаниками отмечаются пачки туффитов с обломками пород кислого состава; верхний (61 – 85 м) – сложен лимонитизированными, иногда миндалекаменными базальтами с реликтами офитовых структур» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 102).
Плутонический (трахидолеритовый) комплекс (νμR2). Субвулканические диабазы слагают Валаамский силл, который «…представляет собой межпластовую дифференцированную интрузию общей площадью около 2000 кв. километров, сложенную феррогабро, габбро-долеритами и монцонитоидами (вааламитами). Основные породы рассечены сетью жил гранофир-аплитов. … Габбро-долериты слагают основную видимую часть интрузии и содержат линзовидные тела феррогаббро. Монцонитоиды образуют непрерывный ряд от монцогаббро и монцодиоритов до кварцевых монцонитов, залегают в верхней части силла и постепенно переходят в гранофировые конгадиабазы и далее в габбро-долериты» (ВСЕГЕИ, 2000, стр. 103).
На геологической карте вулканический (обнажающийся в районе пос. Салми) и плутонический (Валаамский силл) комплексы выделены одним цветом и обозначены единым знаком трахидолеритового комплекса.
II. В 2002 году вышел атлас «Ладожское озеро», где есть Тектоническая схема района Ладожского озера и более подробная Геологическая карта (Приложение 1), содержащие основные детали строения котловины Ладоги. Схема и карта составлены А.В.Амантовым (Институт озероведения РАН, 2002).
В целом, стратиграфия и тектоника атласа и Государственной геологической карты не противоречат друг другу. Некоторые отличия есть в обозначении магматических образований. Выходы базальтов на карте Амантова отмечены как «базальты покровные и субвулканические», а Валаамский силл – как сложенный породами, имеющими сложное название «габбро-граносиенит-субщелочно-лейкогранитовая серия» (Институт озероведения, 2002, стр. 46), отражающее наблюдаемое смешение в едином магматическом образовании основных, щелочных и кислых пород.
На Геологической карте Амантова отложения верхнего венда разделены на редкинский и котлинский горизонты. Кроме того, автором карты между верхнерифейскими и верхневендскими подразделениями предположительно выделены отложения волынской серии верхнего рифея – нижнего венда, которые на Государственной геологической карте м-ба 1 : 1 000 000 соответствуют яблоновской свите нижнего венда. С вмещающими породами они здесь имеют стратиграфические границы, в отличие от разрывных нарушений, обозначенных на карте ВСЕГЕИ.
Более детально (в пределах Ладоги) Институтом озероведения прослежено распространение редкинского горизонта. В частности, закартирован стратиграфический (судя по обозначенным на карте стратиграфическим границам) парадокс – более молодые породы редкинского горизонта, широкой дугой протянувшейся с запада на восток вдоль южного отрезка глубоководной части Ладоги, в северной своей части залегают под более древними верхнерифейскими отложениями и предполагаемыми отложениями волынской серии. На Государственной геологической карте ВСЕГЕИ этот парадокс никак не обозначен, из чего можно сделать ложный вывод о том, что надвига (который следует из рисовки карты Института озероведения) среднерифейских пород на более молодые породы верхневендского возраста здесь нет, а имеет место сохранность небольших верневендских останцов на среднерифейских отложениях.
Согласно представлениям составителей атласа, котловина Ладожского озера «тектонического происхождения, преобразована воздействием четвертичных ледников» (Институт озероведения РАН, 2002, стр. 39).
III. Из новейших работ большой фактический материал по истории изучения, петрологии и геологическом строении Ладожского силла, а также тектонике котловины Ладожского озера обобщён в монографии «Валаамский силл габбро-долеритов и геодинамика котловины Ладожского озера» (Свириденко и Светов, 2008).
Значительная часть исследования посвящена разработке и обоснованию с позиции синергетики петрогенетической модели бимодального (мантийного базальтового и корового гранитного) магматизма Ладожского силла. Т.е. попытке объяснения существования в едином магматическом образовании пород различного состава – основного, щелочного и кислого, всё наблюдаемое в Ладожском силе многообразие которых авторы выводят из смешения в пластовом теле кислой и основной магм.
В пределах Ладожского озера и прилегающей территории авторы монографии выделяют новейшую Ладожскую радиально-кольцевую структуру (ЛРКС), имеющую несколько центров симметрии, которые располагаются вблизи географического центра котловины Ладоги (Свириденко и Светов, 2008, стр. 29). В монографии подтверждается, что новейшие и современные тектонические движения краевой части Фенноскандинавского щита обычно наследуют древние тектонические движения. Это позволяет, по их мнению, проследить эволюцию тектонического развития «Пашско-Ладожской горсто-грабеновой системы» начало формирования которой они относят к предкотлинскому (около 600 млн. лет назад) времени и с которой связывают образование в новейшее время котловины Ладожского озера (Свириденко и Светов, 2008, стр. 27-28).
В истории формирования и развития Пашско-Ладожской горсто-грабеновой системы авторы выделяют 4 стадии. На первой стадии происходило формирование в среднерифейских вулканогенно-осадочных породах грабенообразной депрессии, которая, в дальнейшем, в связи с общим фанерозойским воздыманием Балтийского щита и погружением Русской плиты, была преобразована в горсто-грабеновую структуру.
На второй стадии, в процессе знакопеременных глыбово-волновых движений пра-Фенноскандии на фоне общего сводового воздымания в мезо-кайнозое, происходило глубокое континентальное выветривание и пенепленизация, в ходе которой было снесено до 500 метров кристаллических пород, в результате чего Валаамский силл оказался на поверхности.
На третьей стадии, в результате ускоренной дегляциации Скандинавского ледникового щита и связанных с дегляциацией неотектоническими подвижками, на территории развития Пашско-Ладожской горсто-грабеновой системы происходило формирование котловины Ладожского озера. Как считают авторы, к этому времени (14-15 тысяч лет назад) «Ладожской лопастью Скандинавского щита», находящейся в «зоне максимального ледникового выпахивания», была выработана северная глубоководную часть будущего Ладожского озера (стр. 24), из-за чего, по мнению авторов монографии, формирующаяся котловина Ладоги оказалась не заполненной ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями.
Заключительную четвёртую стадию выделяют по целому ряду признаков, указывающих на продолжение тектонической активности в позднеледниковье и голоцене. В частности - по нарушениям в залегании четвертичных обломочных и глинистых отложений, перекосам береговых террас и валов галечников, нарушению палеической ледниковой поверхности с амплитудами до 0,7 м и другими.