Тяньшанская складчатая система формировалась в несколько этапов. Современный горный рельеф Тянь-Шаня возник в конце палеогена и неогене в процессе вторичного орогенеза, связанного с коллизией Индостанского континента с окраиной Евразии после закрытия океана Тетис. До кайнозойского воздымания Тянь-Шань представлял собой серию домезозойских складчатых поясов, образовавшихся, главным образом, в каледонскую и герцинскую эпохи орогенеза. Остатки эпипалеозойского пенеплена можно наблюдать на высоте 3000-4000 м в виде денудационных поверхностей – «сыртов».
В отечественной литературе принято деление Тянь-Шаня на Северный, Срединный и Южный вследствие различий в их геологическом строении. Иногда к этому списку добавляют Северо-Восточную, или Балхаш-Турфанскую единицу.
Северный Тянь-Шань представляет собой систему веерообразно расходящихся в западном направлении горных хребтов: Терскей-Алатау, Кокшаалтау, Заилийского Алатау, Кунгей Алатау, Киргизского, Таласского, Ферганского и др. На территории Северного Тянь-Шаня преимущественно развиты допалеозойские метаморфические и нижнепалеозойские островодужные осадочно-вулканогенные образования. Около половины региона на поверхности занимают гранитоиды ордовика-силура. Средневерхнепалеозойские образования на территории Северотяньшанской складчатой системы не развиты широко, что дает основание отнести Северный Тянь-Шань к областям каледонской складчатости. Его южная граница со Срединным Тянь-Шанем может быть проведена по-разному – или принимая во внимание особенности стратиграфии нижне- или средневерхнепалеозойского этажей, или - по одному из кайнозойских разрывов (обычно по Талассо-Ферганскому сдвигу на западе и Терскейскому разлому (линии Николаева, выделенной В.А. Николаевым и названной им «важнейшей структурной линией Тянь-Шаня») в центральной части).
Срединный Тянь-Шань протягивается субширотной полосой шириной 20-100 км южнее Северного Тянь-Шаня. В Срединный Тянь-Шань входят хребты, обрамляющие Ферганскую и Нарынскую впадины (Чаткальский, Нарынский и др.). Восточная (или Нарынская) часть Срединного Тянь-Шаня сдвинута относительно западной (Чаткальской) по Талассо-Ферганскому сдвигу. Площадь Срединного Тянь-Шаня сложена метаморфическими породами протерозоя, песчаниками, липаритами и тиллитоподобными конгломератами рифей-венда, терригенными толщами нижнего палеозоя и терригенно-карбонатными отложениями девона и карбона, распространенными в виде тектонических блоков и пластин. Граница между Чаткало-Нарынской зоной и Южным Тянь-Шанем тектоническая, и проводится по Атбаши-Илыльчекскому и Карасуйскому разломам.
Южный Тянь-Шань состоит из Алайского хребта, от которого ответвляются хребты Туркестанский, Зеравшанский и Гиссарский, и некоторых других хребтов (Кокшаалтау, Нуратинского и др.). Главная роль в строении этого региона принадлежит осадочным и вулканогенным толщам среднего и верхнего палеозоя, чем он и отличается от Северного и Срединного Тянь-Шаня, в которых сильнее развиты толщи нижнего палеозоя. На юге он граничит со складчатой системой северного Памира (западнее Талассо-Ферганского разлома) и с Таримской платформой (в нижнем течении р.Сарыджаз).

В Северном Тянь-Шане каледониды развиты в хребтах: Кетмень, Нарат, Борто-Ула, Киргизском, Заилийском, Терскей-Алатау, Кунгей-Алатау, Таласском, Чаткальском, и Сусамырском и др. В их состав входят следующие структурно-формационные комплексы: комплекс основания (допалеозойский фундамент), главный каледонский геосинклинальный комплекс (венд – нижний силур), орогенный комплекс (верхний силур – пермь), платформенный комплекс (верхний триас – миоцен) и значительно проявившийся в Северном Тянь-Шане комплекс новейшей активизации (плиоцен – четвертичные отложения).

Комплекс основания

Докембрийские отложения хорошо развиты в Северном Тянь-Шане. Они сложены амфиболитами, гнейсами, кристаллическими сланцами с гранатом и дистеном, а также метаморфизованными терригенными и карбонатными породами. К выступам древнего кристаллического фундамента в Муюнкумско-Нуратинском срединном массиве, западной части Заилийского Алатау (Актюзском блоке), западной части Киргизского хребта и хребте Джетымбель приурочены залегающие согласно с вмещающими породами тела серпентинитов и габбро (иногда полосчатых).
Древний фундамент Северного Тянь-Шаня вскрыт в Киргизском и Таласском хребтах, Заилийском Алатау, Прииссыккулье и Джумгол-Терскейской системе хребтов. Принято считать, что выступы допалеозойского гранитно-метаморфического комплекса относятся к единому континентальному массиву – Муюнкуму, находящемуся под чехлом Муюнкумской впадины (в низовьях реки Чу) и обнаженном в хребтах Киргизском, Кунгей и Терскей-Алатау. Вскрытый в западной части Северного Тянь-Шаня Каратау-Таласский массив, который также считается частью Муюнкума, отделен от него Киргизо-Терскейским офиолитовым швом. Это дает основание предположить, что Восточная Гондвана (либо какой-то иной докембрийский континент) была раздроблена событиями начала рифея – конца палеозоя и воссоединилась с образованием офиолитового шва между ее фрагментами на месте бывшего океана (либо краевого моря).
Допалеозойский фундамент неоднократно подвергался региональному метаморфизму, проявления которого можно наблюдать в Макбальском антиклинории в западной части Киргизского хребта и в Актюзском выступе древнего фундамента в хребтах Кунгей и Заилийский Алатау. K-Ar и Rb-Sr датировки показали, что эти метаморфические процессы относятся, предположительно, к байкальской эпохе, а затем, уже в каледонскую эпоху, произошел вторичный метаморфизм, и древний фундамент испытал еще одну перестройку. Однако метаморфизму байкальской эпохи часто особого значения не придают.
На комплексе основания несогласно залегает главный геосинклинальный комплекс, начинающийся вендскими отложениями.

Главный складчатый комплекс

Главный складчатый комплекс Северного Тянь-Шаня представлен двумя типами разрезов.
Первый тип разреза Северотяньшаньского нижнего палеозоя был сформирован на пассивной окраине Каратау-Таласского массива и сложен преимущественно осадочными породами. Нижняя часть этого комплекса, установленного в хребте Малый Каратау, представлена песчано-глинистыми вендскими отложениями. На вендском уровне также развиты залегающие с пологим несогласием тиллитоподобные конгломераты, мощностью около 500м, выше которых сформирован непрерывный разрез известняков и доломитов мощностью более 2000м. Фрагменты этой последовательности также можно наблюдать в Таласском хребте и близ озера Сон-Куль, где, кроме того, установлены раннепалеозойские (кембрий – верхний ордовик) глинисто-карбонатные свиты – отложения склонов или подножия древнего континента. К кремнисто-спилит-диабазовым кембрийским толщам Присонкулья (хр. Каракатты, Сонкультау и Караджого) приурочены довольно мелкие линзовидные серпентиновые и габброидные интрузивные тела, а на северном склоне Караджогского хребта можно наблюдать довольно крупный (7х3,5 км) габбровый массив. Возраст этих интрузий определяется как раннекембрийский. Более молодые отложения (средне- и верхнеордовикские) представлены песчаниками, вулканитами, известняками и глинистыми фациями. В расположенных севернее районах (хр. Терскей-Алатау) ордовикские отложения обогащены вулканогенным материалом. Кровля нижнепалеозойского разреза образована грубообломочной верхнеордовикской континентальной молассой: гравелитами и красноцветными песчаниками с базальным конгломератом в основании. В породах позднего ордовика присутствуют эффузивы и туфы, в них внедряются каледонские гранитоиды и формируются крупные батолиты – Кунгейский, Сусамырский и др.
Второй тип разреза имеет океанское происхождение и представлен, в основном, вулканическими породами. Он был сформирован между Муюнкумским, Сырдарьинским и Каратау-Таласским массивами и прослеживается от западной части Киргизского хребта к району озера Сон-Куль и верховьям реки Нарын. Эта зона имеет сложное строение и характеризуется наличием офиолитового нижнепалеозойского комплекса и островодужных андезито-базальтовых вулканитов, смещенных разрывами и разобщенных выходами гранитоидов. Офиолитовый комплекс представлен гипербазитами, подушечными базальтами, туффитами, габброидами в составе массивов с параллельными дайками диабазов, а также кремнями и кремнистыми известняками. Островодужные образования сложены базальтами, андезитами, дацитами, туфами, в том числе риолитовыми, а также известняковыми отложениями с мелководной фауной конца раннего или начала среднего кембрия. Общая мощность данных слоев островодужной постройки составляет около 2000 м. В конце ордовика, в результате коллизии, эти слои были смяты, что привело к образованию гранит-гранодиоритовой формации Северного Тянь-Шаня, обладающей весьма сложной структурой. Смятые в складки слои смещены по более поздним, в том числе позднепалеозойским разрывам, а структура этого комплекса перестраивалась, и не один раз, более поздними движениями, вплоть до кайнозойских. Это привело к возникновению тектонических покровов, надвиговых пластин с различным общим наклоном, тектонических чешуй, состоящих, в том числе, из серпентинового меланжа, т.е. тектоника данной зоны имеет чешуйчато-надвиговый характер. Несмотря на неоднократные преобразования офиолитового комплекса, коллизионный гранитоидный магматизм в нем практически отсутствует. Это может быть связано с тем, что к концу ордовика данный массив являлся, возможно, внешней зоной каледонского пояса.
Отложения нижнего силура не развиты и обнаружены лишь в китайской части Северного Тянь-Шаня.

Орогенный комплекс

Начиная с верхнего силура, Северный Тянь-Шань вступил в орогенный этап развития. Верхнесилурийские и девонские отложения либо отсутствуют, либо представлены красноцветной молассой, в основном верхнедевонской, но сильно развиты вулканно-плутонические образования. Девонские вулканические толщи представлены андезитами, дацитами, риолитами и щелочными породами – лейкогранитами, щелочными риолитами и базальтами. Осадочный чехол Северного Тянь-Шаня начинается отложениями нижнего карбона, сложенными сероцветными песчаниками и конгломератами. Отложения среднего карбона содержат прослойки угля и покровы андезитов, верхний карбон не развит. В перми началась стабилизация складчатой области и переход ее в платформенное состояние, сопровождавшийся щелочным магматизмом. Пермский интрузивно-эффузивный комплекс сложен монцонитами, щелочными базальтами и базальтовыми порфиритами.

Платформенный комплекс

В триасе начинается платформенный этап развития каледонид Северного Тянь-Шаня, поэтому отложения триаса и юры не развиты и установлены лишь в бассейнах озерного типа (напр. в Леонтьевском (хр. Каратау)), где представлены темноокрашенными терригенными фациями и слоистыми донными отложениями, образовавшимися при осаждении глинистой и карбонатной мути, содержащейся в воде. Меловые и палеогеновые отложения заполняют межгорные впадины и сложены чередованием морских и континентальных осадков.

Комплекс новейшей активизации

Верхний кайнозой в Северном Тянь-Шане представлен мощными континентальными молассами. Четвертичные отложения слагают надпойменные террасы и представлены песками, супесями, суглинками, галечниками и включают в себя лессовые толщи и моренные отложения.

Месторождения полезных ископаемых

В Северном Тянь-Шане обнаружены многочисленные месторождения золота (Джеруй, Талдыбулак Левобережный, Долпран, Коматор и др.), серебра (Кумыштаг, Джолсай), мышьяка (Уч-Имчек), бериллия (Калесай, Четенды, Тюктю-Арча, Узунбулак и др., редких земель (Кутессай-II), алюминия (Сандык), ванадия (Бала-Чичкан), меди (Талдыбулак Талаский, Андаш, Акташ), свинца и цинка (Боорду, Курган, Ташкоро, Икичат), висмута (Мироновское, Кеминское), много месторождений угля (Каракиче, Минкуш, Джергалан), строительных и облицовочных материалов; большие запасы подземных термально-минеральных вод, используемых в бальнеологических целях.

Срединный Тянь-Шань (Чаткало-Нарынская зона) представляет собой докембрийский континентальный массив, переработанный в каледонскую и герцинскую эпохи орогенеза и разделяет Северо- и Южнотяньшанскую складчатые системы. В состав Срединного Тянь-Шаня входят следующие структурно-формационные комплексы: докембрийский фундамент, состоящий из кристаллических пород Сырдарьинского континентального массива, нижнепалеозойский (кембрий-ордовикский) складчатый комплекс, посткаледонский (девон-пермский) чехол Палеоказахстана, образовавшегося в результате слияния в конце ордовика-силуре Муюнкумского и Сырдарьинского континентов, платформенный комплекс (триас-миоценовый) и комплекс новейшей активизации (плиоцен-четвертичный).

Комплекс основания

Комплекс основания в Срединном Тянь-Шане вскрывается в хребтах Большой Каратау, Пскемском, Угамском, Чаткальском, Кураминском и Атойнакском. Нижний докембрий (архей-протерозой) представлен амфибол-биотитовыми плагиогнейсами и амфиболитами, относящимися к позднеархейскому гнейсо-гранулитовому поясу. В архейские гнейсы внедряются раннепротерозойские гранит-гранодиоритовые интрузии. Рифей в Срединном Тянь-Шане представлен выходами кварцитов, карбонатов и филлитов, а также кварцевыми порфирами, аркозовыми песчаниками и конгломератами. В Чаткальском хребте присутствуют интрузии пироксенитов, серпентинитов и габбро, в гнейсах, амфиболитах, и амфиболитовых и слюдяно-гранатовых сланцах нижнего докембрия; также интрузии серпентинитов и силлы габбро в базальтах-трахибазальтах хребтов Сарыджаз и Акшийряк.
Вендские отложения Срединного Тянь-Шаня хорошо развиты и представляют собой комплекс тиллитоподобных конгломератов, известных как джетымская серия. Джетымская серия представлена сероцветными конгломератами и ленточными породами общей мощностью 1500-200м. Происхождение этих пород чаще всего рассматривается как ледово-морское, хотя есть и противники их ледникового происхождения.

Нижнепалеозойский складчатый комплекс

Кембрийские отложения несогласно залегают на диамиктитах джетымской серии. Каледонские отложения Срединного Тянь-Шаня сложены углисто-кремнистыми кембрийскими сланцами, слоистыми известняками и доломитами кембрия-нижнего ордовика, а также кремнистыми и молассовыми средне- верхнеордовикскими отложениями, образование которых связано с коллизией Муюнкумского и Сырдарьинского континентальных массивов. Мощность нижнепалеозойских отложений колеблется от 100 до 700м. Магматизм ордовика-силура, в отличие от Северного Тянь-Шаня, здесь отсутствует, что говорит о принадлежности Срединного Тянь-Шаня к внешней зоне каледонского пояса.

Посткаледонский комплекс

В Срединном Тянь-Шане присутствует полный разрез отложений силура-карбона в связи с тем, что в этом регионе каледонская складчатость не проявилась в том же масштабе, как в Северном Тянь-Шане, и могло продолжиться отложение морских осадков. В Срединном Тянь-Шане посткаледонский комплекс отложений представлен мощными (до 3500 м) флишоидными отложениями нижнего силура, и менее развитыми отложениями девона и нижнего карбона, сложенными песчаниками, известняками и глинистыми сланцами. В среднем карбоне-перми в Кураминском и Чаткальском хребтах, а также в Нарынской части Срединного Тянь-Шаня был сформирован так называемы Кураминский вулкано-плутонический краевой пояс. В этом районе на известняки нижнего карбона с несогласием залегают терригенно-флишевые отложения, сменяющиеся эффузивами и туфами. Общая их мощность составляет до 5-6 км.

Платформенный комплекс

Платформенный комплекс в Срединном Тянь-Шане представлен континентальными, в основном речными и озерно-болотными отложениями. Отдельные впадины, заложенные в начале мезозоя, продолжают опускаться, что видно из их стратиграфических колонок. В качестве примера можно рассмотреть Ферганскую впадину, в которой мощность континентальных юрских отложений достигает 4000 м. В палеогене осадконакопление происходило в межгорных впадинах, где отлагался красноцветный обломочный материал, доломитизированные известняки, карбонатно-гипсоносные породы, глины и песчаники. На этих отложениях трансгрессивно залегает толща кирпично-красных глин мощностью до 1000м, главным образом неогенового возраста.

Комплекс новейшей активизации

В Срединном Тянь-Шане четвертичные отложения представлены молассами, аллювиальными, озерными и эоловыми отложениями. Это песчаники, галечники, пески и т.д.

Месторождения полезных ископаемых

В Чаткало-Нарынской зоне выявлены месторождения золота (Кумтор, Макмал), молибдена (Моло, Чаарташ), вольфрама (Кенсу, Кумбель), железа (Гава, Джетымское), урана, молибдена и ванадия (Сарыджазское), меди (Куру-Тегерек, Бозымчак), полиметаллов (Сумсар), сурьмы (Терек, Кассан). Известны крупные месторождения графита и волластонита.

В пределах Южнотяньшанской складчатой системы, относящейся к областям герцинской складчатости, можно выделить следующие структурно-формационные комплексы: комплекс основания (докембрий), нижнепалеозойский и средневерхнепалеозойский складчатые комплексы, платформенный комплекс и комплекс новейшей активизации.

Комплекс основания

В Южном Тянь-Шане нижнепротерозойский комплекс представлен мощными, до 12-15 км, толщами вулканогенно-осадочных горных пород, преобразованными процессами метаморфизма в зеленосланцевые фации (кварциты, серицитокварцитовые сланцы, филлиты). К выступам кристаллического фундамента в хребте Байсунтау приурочены интрузии серпентинитов и габбродиабазов. В Гармском блоке присутствуют интрузии серпентинизированных пироксенитов, габбро-пироксенитов, габбро и габбродиоритов. Все они залегают в архейской серии гнейсов, кристаллических сланцев, мигматитов, гранулитов и амфиболитов, несогласно с вмещающими породами.

Нижнепалеозойский складчатый комплекс

Кембрийские отложения Южного Тянь-Шаня представлены менее мощным, чем в Северном и Срединном Тянь-Шане, разрезом (от 2-х до 4-х км) и сложены осадочными, главным образом кремнистыми породами. Отложения ордовика сложены сланцевыми толщами с прослоями граувакковых песчаников и известняков с граптолитами и трилобитами.

Средневерхнепалеозойский складчатый комплекс

Характерной особенностью геологического строения Южного Тянь-Шаня является присутствие полного разреза отложений среднего и верхнего палеозоя (силур-карбон). Силур представлен терригенно-карбонатными толщами, залегающими согласно с нижележащими породами (т.к. в Южном Тянь-Шане не проявились каледонские движения). Отложения девона представляют собой трансгрессивный разрез и сложены известняками и терригенно-карбонатной серией с прослоями эффузивов. Отложения карбона сложены карбонатными и песчано-алевролитовыми флишевыми толщами (рис. 2). В силуре-карбоне на месте Туркестанского, Алайского, Зеравшанского, Гиссарского, Кокшаальского, Нуратинского хребтов происходило рифообразование, что дает основание говорить о существовании на месте Южного Тянь-Шаня обширного океанического бассейна. В верхнем карбоне-перми начинается орогенное развитие Южного Тянь-Шаня, и отложения этих периодов представлены грубообломочными красноцветными молассами. Также необходимо упомянуть о формировании в перми гранитных интрузивов, в том числе повышенной щелочности, свидетельствующих о стабилизации территории. Общая мощность пород верхнего палеозоя превышает 7 км.

Выходы девона-карбона в Южном Тянь-Шане -

Платформенный комплекс

В начале триаса герциниды Южного Тянь-Шаня вступили в платформенный этап развития. В это время возникли межгорные впадины – Ферганская, Нарынская и др. Отложения триаса не развиты широко и выявлены лишь в Ферганском хребте, где представлены конгломератами, песчаниками и глинами мощностью до 300 м. К отложениям юры приурочены месторождения горючих полезных ископаемых в Ферганской и Нарынской впадинах. Отложения мела и палеогена образуют единый комплекс континентальных и морских отложений, сформировавшихся в условиях сноса терригенного материала в условиях наступления моря.

Комплекс новейшей активизации

Четвертичные отложения, так же как в Северном и Срединном Тянь-Шане, приурочены, в основном, к межгорным впадинам и входят в состав кайнозойских моласс.

Полезные ископаемые Южного Тянь-Шаня