Зеленокаменные (спилито-кератофировые) формации имеют, подобно трапповым формациям, преимущественно базальтовый состав, хотя известны вариации их состава: связанные с различиями в содержании подчиненных им относительно более кислых пород, преимущественно так называемых кератофиров. Известна их тесная связь с основными и ультраосновными (офиолитовыми) интрузиями, наблюдаемая, впрочем, далеко не повсеместно.
Для зеленокаменных формаций типичен парагенез базальтов обычных с сильно измененными, имеющими вид спилитов или вообще альбитизированных пород; базальты сопровождаются кератофирами, а также осадочными породами с морской фауной. Количество осадочных пород изменчиво; представлены они песчаниками (аркозами и граувакками), кремнистыми сланцами, нередко яшмами, а также известняками. Во многих случаях может быть указан парагенез зеленокаменных пород с глубоководными, преимущественно кремнистыми отложениями.
Корневые зоны зеленокаменных формаций представлены разнообразными, преимущественно основными, иногда ультраосновными телами, которые встречаются в зоне распространения пород зеленокаменной формации или вблизи этой зоны, хотя их непосредственное отношение к излияниям не всегда может быть установлено. В корневых зонах встречаются также граниты (преимущественно плагиограниты).
Зеленокаменные формации обычно располагаются на линейно удлиненных территориях, следуя вдоль определенных зон внутри складчатых областей. Все эти формации оказываются вовлеченными в складчатость; поэтому зеленокаменное перерождение входящих в их состав пород связано прежде всего с процессами, сопутствующими складчатости и в той или иной степени относящимися к категории метаморфических явлений.
Представление о том, что альбитизация пород происходит в подводных условиях, и представление о спилитах как о подводных базальтовых лавах, имеющих шаровое строение, находятся в противоречии с двумя хорошо известными в настоящее время фактами. Во-первых, установлено, что в продуктах излияния базальтовых лав на морском дне не обнаруживается зеленокаменного изменения, они не альбитизированы и не имеют вид спилитов, а выглядят как обыкновенные базальтовые лавы, отличающиеся от наземных лишь низким содержанием калия. Во-вторых, обнаружены шаровые, или подушечные, лавы, образовавшиеся в континентальной обстановке. На это обращалось внимание при рассмотрении трапповых формаций. Все эти данные вполне совпадают с результатами детальных петрографических исследований в областях распространения спилито-кератофировых формаций. Эти исследования показывают, что большинство зеленокаменных формаций имеет сложное строение и внутри них наблюдаются базальтовые лавы и морские осадочные породы, то почти неизмененные, то подвергшиеся сильным вторичным изменениям. Подобного рода изменения сходны с процессами пропилитизации.
Таким образом, зеленокаменные формации представлены подводными, во многих случаях глубоководными, преимущественно базальтовыми лавами, то сильно измененными вторичными процессами (т. е. процессами, не имеющими прямого отношения к застыванию и кристаллизации лав), то сравнительно свежими. Различным образом изменены и кератофиры, сопровождающие базальтовые лавы. Причины вторичного изменения базальтовых лав могут быть связаны как с явлениями фумарольно-сольфатарными, так и с динамометаморфическими или с иными преобразованиями пород вследствие складчатости и горообразования. Главную роль играют, очевидно, процессы второго рода. Особенности строения зеленокаменных формаций удобнее всего рассмотреть на примере Урала, западной окраины Северо-Американских Кордильер и некоторых других регионов.
Зеленокаменная формация Урала в геологическом отношении наиболее полно изучена на Среднем Урале Н. А. Штрейсом, в петрографическом плане — А Н. Заварицким, Г. Ф. Червяковским лично и совместно с В. А. Коротеевым, Т. И. Фроловой и др.
Разнообразные новые данные по вулканизму Урала рассматривались в 1983 г. на VI Всесоюзном палеовулканологическом симпозиуме. В ряде докладов подчеркивалось распространение в зеленокаменной полосе Урала пород толеит-базальтового ряда, сходных с океаническими их аналогами, и демонстрировались материалы, указывающие на существенную роль соответствующих формаций, испытавших зеленокаменное преобразование. Таким образом, отмечалось принципиальное значение представлений о существовании на ранних стадиях геосинклинального развития региона более или менее четко выраженных линейных зон с вулканическими породами, свидетельствующими о распространении на Урале в ордовике—силуре, частично в девоне, типичной океанической коры.
Тем не менее наибольший интерес в плане определения основных черт развития вулканической деятельности на Урале на ранних стадиях формирования его структуры в палеозое по-прежнему представляет работа Н. А. Штрейса, широко использующего в своих построениях не только результаты личных детальных наблюдений, но и разнообразные данные тщательно выполненных петрографических исследований А. Н. Заварицкого. Штрейсом было выяснено геологическое положение зеленокаменной ассоциации в системе структур Среднего Урала. Именно здесь он установил стратиграфическую последовательность залегания осадочных толщ, вмещающих вулканогенные комплексы и чередующихся с ними в разрезе. Выявленная последовательность изучена очень детально и подтверждена тщательным изучением фауны. Было выяснено, что в зеленокаменном синклинории имеются осадочные и вулканогенные толщи готландия и девона, представляющие все ярусы систем от уинлока до живета. По данным о фациальной изменчивости осадочных и вулканогенных толщ он построил ряд фациальных схем, позволяющих установить, что еще в нижнем уинлоке в пределах зелено каменной полосы Среднего Урала существовали две зоны вулканов, тянущиеся вдоль окраин этой полосы. С внешней стороны зон вулканов располагались области, в которых накапливались, по-видимому, лишь маломощные осадки. В среднем уинлоке излияния базальтовых лав охватывали всю территорию синклинория, но в осевой зоне мощность осадков была небольшой и представлены они были главным образом туфами в ассоциации с яшмами. В верхнем уинлоке в осевой зоне синклинория появились известняки, которые к периферии сменялись вулканогенными породами, преимущественно вулканическими брекчиями, туфами, туффитами и отчасти также лавами. Это распределение осадочных и вулканогенных пород сохранилось и в нижнем лудлоу.
Состав продуктов вулканической деятельности существенно менялся на протяжении рассмотренного отрезка геологической истории. Как отмечает Штрейс, в нижнем уинлоке накапливались лавы и пирокластические породы андезито-базальтового состава. В среднем уинлоке они сменились базальтовыми излияниями; в верхнем уинлоке и нижнем лудлоу преобладали эксплозии с выбросом преимущественно пирокластического материала андезитового и базальтового состава. В среднем лудлоу появились извержения дацитовых или кератофировых лав, а позднее в готландии и нижнем девоне вновь происходили излияния базальтовых лав, которые сменились в Эйфеле и живете андезитами и дацитами. Другие характерные особенности выражены, по Штрейсу, приуроченностью к Тагильско-Исовской (осевой) фациальной зоне в лудлоу—жедине относительно более богатых калием базальтовых и трахитовых лав.
Важным результатом исследований Штрейса следует считать установление им связи зеленокаменной формации Среднего Урала с габбро-перидотитовыми интрузиями Урала. Иначе говоря, он установил принадлежность габбро-перидотитовых интрузивных тел к корневым зонам зеленокаменной формации. Основанием для такого заключения послужили данные о фациальных изменениях готландия и девона, которые приводят к выводу о том, что «вдоль западной окраины геосинклинали зеленокаменной полосы, в области ее сочленения с Центрально-Уральской геоантиклиналью, в течение этого времени протягивалась зона проницаемости коры, питавшая… синклинальный прогиб накоплениями вулканического происхождения». Эту зону проницаемости Шрейс рассматривал как глубинный разлом, образовавшийся в зоне сочленения Центрально-Уральской геоантиклинали и геосинклинали зеленокаменной полосы. Анализ возрастных отношений габбро-перидотитовых интрузий, проведенный Штрейсом, показал, что верхняя их возрастная граница относится к среднему девону, хотя возможно образование этих интрузий в определенной последовательности, продолжавшейся на протяжении не одного века. Таким образом, Штрейсом была установлена не только пространственная, но и временная связь габбро-перидотитовых интрузий с вулканической деятельностью. Он показал, что корневыми зонами вулканов, давших накопление лав и пирокластического материала в зеленокаменной полосе, являются габбро-перидотитовые интрузии. Это один из наиболее ясных примеров, устанавливающих такие отношения между вулканогенными породами зеленокаменной формации и габбро-перидотитовыми ее корнями, расположенными вдоль глубинного разлома, разделяющего крупные структуры, такие, как Центрально-Уральский антиклинорий и Зеленокаменный синклинорий.
Характерные черты зеленокаменной формации Среднего Урала определяются, помимо парагенеза и отношения к габбро-перидотитовым интрузиям, также ее осесимметричностью, сохранявшейся достаточно продолжительное время, после чего в конце готландия — начале девона эта формация приобрела асимметричное строение.
В районе месторождения Блявы, по наблюдениям В. А. Заварицкого, парагенез формации, имеющей силурийский (готландский) возраст, определяется преобладанием вулканогенных пород с подчиненными слоями кремнистых сланцев, яшм и, реже, известняков. В нижней части разреза формации преобладают спилиты, образующие потоки, покровы, некки, дайки; обычны шаровые лавы. Спилиты встречаются наряду с обычными диабазами и другими породами базальтового ряда, а также с альбитизированными андезитами. В верхней части разреза формации преобладают кератофиры (альбитофиры), принадлежащие ряду альбитизированных риолитов (липаритов).
В настоящее время установлено, что на Южном Урале имеется сложная серия вулканогенных пород, преимущественно базальтов, претерпевших более или менее интенсивное зеленокаменное изменение, с подчиненными риолитами. Вследствие этого среди них, во-первых, имеются как недифференцированные серии, представленные главным образом базальтами, так и контрастные, с чередованием базальтов и риолитов. Во-вторых, независимо от исходного состава на эти серии разнообразных пород накладываются процессы метаморфизма, связанного с появлением соответствующих «зеленых» минералов — хлорита, эпидота, актинолита, пренита, пумпеллиита в ассоциации с альбитом, кальцитом, кварцем, серицитом и др. Появление этих минералов и обусловливает типичную для зеленокаменных формаций зеленую окраску пород. Такие преобразования типичны для многих зеленокаменных формаций других регионов земного шара.
Зеленокаменная формация п-ова Олимпик описана А. Уотерсом, Ф. Тернером и Д. Ферхугеном и другими исследователями. Эта ассоциация, расположенная в северо-западной части Берегового хребта близ границы США с Канадой, имеет эоценовый возраст. Вулканогенные породы залегают на меловых или палеоценовых отложениях, по-видимому, согласно и переслаиваются с граувакками, красными известняками и красными аргиллитами, а также яшмами. Раковины глобигерин и зубы акул, сохранившиеся в прослоях туфов и туффитов, свидетельствуют о том, что вулканогенные породы образовались в морских условиях. Красная окраска осадочных пачек вызвана, по-видимому, присутствием распыленных примесей марганцевых соединений. Мощность всей серии эоценовых пород достигает 10 км. Вулканогенные породы представлены спилитовыми шаровыми лавами, наряду с которыми присутствуют нормальные базальты и диабазы. Такие неизмененные породы принадлежат ряду толеитовых базальтов.
Для зеленокаменной формации данного региона характерна теснейшая связь с продолжающими ее на юг недифференцированными толеитовыми базальтами, широко распространенными в той же складчатой полосе третичных отложений на протяжении свыше 300 км и прослеживающимися почти до границы штатов Орегон и Калифорния. Толеитовые базальты также образовались в морских условиях, но в них не обнаружено признаков интенсивной вторичной альбитизации и спилитов. Спилиты и альбитизированные породы наблюдаются лишь на относительно ограниченном участке полосы распространения толеитовых базальтов, накопившихся в подводных условиях.
Строение зеленокаменной формации п-ова Олимпик и подводных толеитовых базальтоврезкоасимметричное. Линейно вытянутая в северо-западном, близком к меридиональному, направлении и прослеживаемая на протяжении нескольких сот километров, эта формация на западе граничит с океаном, а на востоке сменяется андезитовой формацией Каскадных гор, а еще далее на восток — базальтами трапповой формации Колумбийского плато. Смена андезитами относится к фациальным замещениям, так как древнейшие потоки и туфы андезитов одновозрастны с подводными базальтами Береговых хребтов. Колумбийские же базальты несколько моложе и относятся к миоцену.
В целом пример зеленокаменной формации п-ова Олимпик приводит к выводу о том, что выделение зеленокаменных (равно и спилито-кератофировых) формаций достаточно условно и что правильнее было бы, по-видимому, говорить о формации подводных базальтов и сопутствующих им пород, а не о спилитах и кератофирах. Спилито-кератофировые комплексы являются, по-видимому, преобразованными подводными базальтами и сопровождающими их риолитами в зонах наиболее интенсивного динамического и гидротермального метаморфизма пород в складчатых областях.
Зеленокаменные формации Англии и Центральной Европы известны как типичные представители ряда спилитовых толщ. В частности, на примере девонских спилитов юго-западной части Англии, ГДР и ФРГ впервые были описаны спилитовые «свиты» (ассоциации), в которых преобладали спилитовые шаровые лавы и туфы, переслаивающиеся с аргиллитами, известняками и радиоляриевыми осадками. Совместно с этими лавами здесь распространены кератофиры, альбитовые диабазы, камптониты и пикриты. В каменноугольное время эти толщи были дислоцированы и прорваны гранитными интрузиями. В ГДР и ФРГ девонские отложения в общем аналогичны описанным в Англии.
В Новом Южном Уэльсе Австралии спилиты и сопровождающие их породы, в том числе кератофиры, накапливались в течение девона и карбона. В нижнекаменноугольное время изливались большие массы кератофиров, в среднекаменноугольное — состав лав был разнообразнее, хотя преобладали, по-видимому, базальтовые лавы. Вся эта серия пород тоже подверглась впоследствии складчатости и была прорвана гранитными интрузиями.
Общие черты зеленокаменных формаций варьируют в соответствии с особенностями их строения и состава. Непостоянно в них соотношение слагающих эти формации вулканогенных и осадочных пород, и, главное, для них типично изменчивое содержание различных разновидностей базальтов (спилитов, базальтов альбитизированных и обычных и т. п.). От зелено каменных формаций, представленных в основном базальтами, по-видимому, могут быть найдены переходы к формациям кварц-кератофировым, или порфировым, которые лучше называть метариолитовыми.
Существенные вариации зеленокаменных формаций выражены также в различной степени вторичных изменений слагающих эти формации пород, вследствие чего наблюдаются переходы от сильно измененных серий к таким, в которых первоначальный облик пород сохраняется почти неизмененным, хотя морское происхождение несомненно. В таких условиях, когда речь идет о зеленокаменных формациях, следует иметь в виду, что они могут быть достаточно разнообразными и что правильнее, быть может, было бы их называть подводными базальтовыми формациями, противопоставляя классическим траппам континентов.
Состав подобного рода зеленокаменных формаций изучен по-прежнему еще недостаточно, для того чтобы можно было провести сравнения разновозрастных зеленокаменных формаций. Известно, что такие формации есть как среди древних докембрийских и кембрийских, так и среди кайнозойских отложений. Вероятными их гомологами в архее являются амфиболитовые толщи, в разных соотношениях чередующиеся с гнейсами. Зеленокаменные формации обычно линейно вытянуты и нередко асимметричны, что характерно, в частности, для восточной окраины Тихого океана, а отчасти и для Урала.
За последние годы с обнаружением среди докембрийских зеленокаменных систем очень своеобразных пород — коматитов, названных так Вильонами по месту нахождения этих пород на р. Комати в Южной Африке, стремление выявить специфику ранних стадий развития Земли привлекло к таким системам исключительное внимание. По первоначальному определению Вильонов коматиты представляют собой тип ультраосновных или основных излившихся пород, содержащих резко удлиненные скелетные кристаллы оливина, свидетельствующие о быстрой их кристаллизации в результате излияния магмы на поверхность. В составе пород типичным является значительно большее единицы отношение CaO/Al2O3. Соответствующие структурные черты были отнесены к ряду структур закалки, или «квенч-структур», а позднее Несбитом они же были описаны в Западной Австралии под названием «спинифекс-структуры». Вильоны не дали четких определений химических параметров, характеризующих коматиты; она была дана уже другими исследователями, в частности Бруксом и Хартом, указавшими, что коматитам свойственно отношение CaO/Al2O3 > 1, MgO > Al2O3 > 9%, и К2O > 0,9%; к коматитам относятся, по этим данным, также базальты, бедные K и Al.
Выявленное, таким образом, существование в докембрии, в редких случаях в более поздние эпохи, ультраосновных магм, изливавшихся на земную поверхность, получило всеобщее признание. Коматиты с типичными «квенч-» и «спинифекс»-структурами были найдены во многих регионах мира преимущественно среди докембрийских зеленокаменных толщ. Это определило не только общий характер представлений о ранних этапах формирования Земли, но и о специфике докембрийского вулканогенного рудообразования, сопровождаемого характерными стратиформными сульфидно-никелевыми месторождениями, открытыми в Западной Австралии в 1966 г. Своеобразные черты зеленокаменных формаций докембрия, установленные по распространению и существенной роли среди них коматитов, выдвигают проблему выделения среди зеленокаменных серий характерных коматитовых формаций. Им посвящены сейчас многочисленные публикации, позволяющие утверждать, что вряд ли можно параллелизовать подобные докембрийские зеленокаменные формации, которые включают, по крайней мере во многих случаях, коматитовые серии, с обычными геосинклинальными формациями ранних стадий развития. Проблема более полного изучения коматитовых формаций требует дальнейшего углубленного изучения.