Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Для понимания природы этих исходных расплавов важно вспомнить, что помимо рифтовой долины АфАХ базальты, близкие по составу к рассматриваемым базальтам, встречены на линейном поднятии между вулканами Шписс и Буве, а также в Восточной области дислокаций, то есть в пределах внутриплитных структур вулкано-тектонического происхождения. Встреченные там базальты, принадлежащие к этой группе, нередко имеют аномально высокие концентрации хрома. Наши предположения заключаются в следующем. От двух основных каналов плюма глубинной мантии, локализованных под вулканами Буве и Шписс, происходит подлитосферное растекание вещества, при этом последнее более обогащено флюидами. О возможности флюидно-мантийной дифференциации вещества поднимающегося плюма свидетельствуют данные о высоком содержании воды в первичных расплавах вулканитов хребта Шписс и острова Буве [Simonov et al., 1996], при этом при равной степени дифференциации содержание воды в базальтах рифтовой долины вблизи острова Буве существенно больше, чем таковое в гавайитах с самого острова Буве. Флюиды, по отношению к которым калий и фосфор обладают повышенным сродством, дополнительно обогащают растекающееся вещество плюмов этими элементами. Эти плюмовые дериваты могут выступать в качестве магматических источников при благоприятных условиях проницаемости: в рифтовых долинах и в зонах интенсивных внутриплитных тектонических движений. При взаимодействии образующихся расплавов, насыщенных флюидами, с веществом верхней мантии, они обогащаются хромом. В реститах широко распространена хромистая шпинель, а как показано в работе [Seyler and Bonatti, 1997], она наиболее подвержена изменениям состава при взаимодействии с основными расплавами. Процесс обогащения хромом носит очень неравномерный характер, что естественно, учитывая, что шпинель в реститах распространена неравномерно.

Самостоятельную группу составов образует большая часть базальтов, поднятых на станции G9610, которая характеризует поднятие, расположенное в районе южного окончания САХ. На вариационных диаграммах K2O, TiO2, P2O5 - FeO/MgO они объединены одним трендом, косо пересекающим тренды других вулканических серий. Это достаточно протяженная дифференцированная серия базальтов, для которых при той же степени фракционирования свойственны существенно более высокие содержания фосфора в сравнении со всеми остальными группами вулканитов. Для них характерно также сравнительно высокое, на уровне вулканических серий острова Буве и хребта Шписс, содержание калия и литофильных элементов-примесей при том, что содержания таких элементов как Ce, Th, Ba, B, Sr [Сущевская и др., 1999] существенно более высоки. Тренд составов этих базальтов отличается от трендов дифференциации типичных толеитовых расплавов тем, что в ходе дифференциации наблюдается очень слабое накопление калия, титана, фосфора и глинозема. Изотопные характеристики стекол этих базальтов [Сущевская и др., 1999] (обр. G9610/37) резко отличаются от всех других вулканитов, встреченных в районе ТСБ и острова Буве. Основные отличия заключаются в аномально высоком значении 87Sr/86Sr (0,70545) и высоком отношении 208Pb/204Pb (39,23). Такие параметры характерны для вещества континентальной мантии или древней океанической коры. Мы предполагаем, что в разрезе поднятия данные обогащенные базальты слагают более глубокие горизонты, поскольку в качестве вторичных минералов в них выступает смектит, сменяясь вверх по разрезу деплетированными базальтами, содержащими только продукты поверхностного изменения (глауконит). Следовательно, обогащенные базальты характеризуют ранний этап формирования поднятия, который приходится на время соединения трех спрединговых хребтов: САХ, АфАХ и АмАХ - в одной точке 1млн лет назад [Сколотнев, 2000]. Можно ожидать, что в силу этого, в этот период имел место чрезвычайный разогрев уже существовавшей литосферы. Вероятно, в результате этого разогрева могло произойти частичное подплавление литосферы, содержащей блоки континентальной мантии или древней океанической коры, и подмешивание расплавленного материала к истощенным расплавам N-MORB.

Конечно, вопрос о происхождении блоков континентальной мантии или древней океанической коры вблизи осевых частей срединно-океанических хребтов не менее труден, чем вопрос о природе рассматриваемых базальтов. В связи с этим необходимо отметить следующее. Данный регион является чрезвычайно сложным и по строению океанского дна, и по истории его геологического развития. В ряде работ [Дубинин и др., 1999; Пущаровский, 1998] предполагается, что АмАХ и АфАХ сравнительно недавно соединились с САХ. До этого существовали другие спрединговые центры в этом регионе, следы которых уверенно распознаются в структуре океанского дна. Очевидно, что такие глобальные перестройки геодинамического режима в данном регионе являются благоприятным фактором для сохранения блоков континентальной мантии или древней океанической коры в более молодой океанской литосфере.

Наконец, самостоятельную группу составов формирует большая часть вулканитов горы Шона. Они образуют протяженную дифференцированную серию, тренд которой резко отличается от трендов других групп вулканитов. Во-первых, наиболее примитивные разности базальтов из этой группы имеют в сравнении с аналогичными базальтами из других групп крайне низкие концентрации титана и пониженные содержания фосфора. Во-вторых, по мере дифференциации происходит очень медленное накопление в расплавах титана, калия, фосфора, железа и, напротив, очень быстрое накопление кремнекислоты. Содержания K2O в них также низкие, хотя и превышают в целом таковые в деплетированных толеитах N-MORB. Все эти особенности характерны для дифференциации не толеитовых, а известково-щелочных расплавов, как известно, широко распространенных в зонах субдукции. Объединяет их с известково-щелочными магмами и наличие вкрапленников ортопироксена, повышенная железистость вкрапленников оливина (Fо72-80) и высокая основность вкрапленников плагиоклаза (An86-96). Однако имеются и существенные различия между вулканитами горы Шона и типичными вулканитами известково-щелочной серии. У первых наблюдаются заметно более высокие содержания магния и кальция и несколько более низкие - калия, натрия и алюминия, а самое главное отличие заключается в очень высоком содержании хрома, на порядок превышающее таковое у базальтов вулканических дуг. Как известно, одним из характерных признаков островодужных вулканитов является наличие ниобий - танталовой отрицательной аномалии на спайдер-диаграммах. Мы не проводили подробное изучение распределения элементов-примесей в вулканитах горы Шона, поэтому не можем однозначно утверждать присутствует ли данная аномалия в них. Вулканиты с такими составами являются уникальными для океанической коры и естественно необходимы достаточно убедительные доказательства того, что они сформировались на месте, а не являются продуктами ледового разноса, поскольку данный регион располагается в зоне распространения айсбергов.

С нашей точки зрения этот каменный материал является местным. Он не несет следов ледниковой штриховки. Ближайший источник островодужного материала - Южно-Сандвичевы острова занимают ничтожную территорию, в пределах которой собственно айсберги не формируются. Антарктида же поставляет другой материал в виде ледового разноса, характерный для континентальной коры (гнейсы, граниты, песчаники и др.), хотя в ее пределах и известны известково-щелочные вулканиты. Но более важные доказательства коренного происхождения вулканитов данного типа следуют из изучения их текстурных особенностей. Наряду с преобладающими сильно пористыми разностями, имеющими действительно необычный вид, но в целом похожими на вулканиты хребта Шписс, в их коллекции присутствуют и непористые представители, ничем не отличающиеся от типичных океанических базальтов. На абразионной вершине углового поднятия разлома Конрад обнаружены дациты, принадлежащие к этой группе, в составе брекчии с песчанистым цементом. Зерна цемента состоят из обломков такого типа вулканитов.

Как было сказано выше, по ряду признаков базальты горы Шона близки к известково-щелочным сериям островных дуг, однако для окончательной идентификации необходимо более детальное изучение геохимии и изотопии этих вулканитов. Возможно, мы имеем дело с конвергенцией признаков. Тем не менее, мы рискнем высказать ряд предположений о происхождении этой вулканической серии, используя ряд имеющихся представлений о генезисе известково-щелочных пород. Основные усилия исследователей в данном направлении концентрируются на поиске удовлетворительного объяснения некоторой обогащенности первичных расплавов известково-щелочных серий легкими литофильными элементами и наличия при этом ниобий-танталовой отрицательной аномалии. Предполагается, что генерация первичных расплавов известково-щелочной серии происходит в надсубдукционной мантии, предварительно обогащенной в результате флюидного метасоматоза. Источником флюидов и литофильных компонентов, переносимых этими флюидами, является океанская кора, попавшая на большие глубины в результате субдукции. Ряд авторов [Ringwood, 1990] считают, что низкие концентрации титана, ниобия, тантала и др. обусловлены кристаллизацией рутила в качестве остаточной фазы. Другие это связывают с меньшей подвижностью данных элементов в сравнении с другими литофилами [McCulloch and Gamble, 1991], считая, что их основным источником является вещество уже деплетированной мантии. Дальнейшая эволюция расплавов и условия их дифференциации, приводящие собственно к образованию известково-щелочных серий, подробно рассматриваются Т.И.Фроловой [Фролова и др., 1985]. Согласно Т.И.Фроловой, для формирования вулканических известково-щелочных серий необходимы три условия. Это интенсивный флюидный режим области, обстановка сжатия, при которой возникают условия для закрытости промежуточных камер, обеспечивающие в ней флюидно-магматическую дифференциацию расплава и эволюцию самих флюидов в сторону большей кислотности и окисленности, и ассимиляция расплавом субстрата базитового состава.

Для понимания природы вулканитов горы Шона важно вспомнить, что аналогичные им породы эпизодически встречены в зонах сочленения палеоструктур АфАХ и АмАХ, а также АмАХ и САХ, где они участвуют в строении сложно тектонически построенных структур совместно с деплетированными базальтами. При этом, судя по тому, что они имеют более свежий облик и существенно более пористые, чем последние, вулканиты Шоновского типа слагают более верхние и молодые горизонты базальтового разреза. Некоторые из таких структур имеют отчетливую конусовидную надстройку, которая, вероятно, является вулканом. Это дает основание предположить, что вулканиты Шоновского типа являются продуктами внутриплитного вулканизма. Помимо этого данные вулканиты обнаружены на линейном поднятии между вулканами Шписс и Буве, где они ассоциируют с сильно обогащенными базальтами, аналогичными таковым в рифтовой долине АфАХ.

Для объяснения природы вулканитов поднятия Шона нами предложены две гипотезы. Одна из них опирается на уже ранее сделанное предположение о подлитосферном растекании плюмового вещества, обогащенного флюидной фазой, которое может выступать в качестве мантийного источника обогащенных расплавов. Выше также указывались признаки того, что данные расплавы на уровне мантийных промежуточных камер могли быть контаминированы веществом субстрата. Наше следующее предположение заключается в том, что в обстановке сжатия при внутриплитных напряжениях магматические камеры приобретают закрытый характер, что приводит к резкому увеличению масштабов взаимодействия расплава и субстрата, коим является сильно истощенный рестит. Согласно геодинамическим построениям С.Г.Сколотнева [Сколотнев, 2000] вблизи тройного сочленения в пределах Южно-Американской и Антарктической плит, то есть там, где встречены вулканиты Шоновского типа, периодически возникают условия сжатия. Вполне вероятны они и при формировании горы Шона, отличающейся сложным тектоническим строением, залеганием габброидов в верхах поднятия. В результате ассимиляции реститового вещества состав расплава сильно трансформировался. Плюмовая компонента в нем была значительно ослаблена, расплав обогатился хромом и магнием, элементами, которые содержатся в большом количестве в рестите. Последующая флюидно-магматическая дифференциация расплава в условиях закрытости камеры, в силу чего флюид становился более окисленным, обусловила его эволюцию по боуэновскому типу. Раннее выпадение минералов железа и титана из расплава привело к образованию вулканической серии, схожей с известково-щелочной вулканической серией. Высокие концентрации хрома являются общим геохимическим признаком базальтов двух различных вулканических серий, совместно встреченных на линейном поднятии между вулканами Буве и Шписс. Очевидно, в соответствии с выше сказанным, в ходе становления этого поднятия режим растяжения, при котором из растекающегося плюмового вещества генерировались обогащенные расплавы, сменился режимом сжатия, при котором на состав формирующихся магм большое влияние оказали процессы ассимиляции вещества литосферы и эволюции флюидов.

Следует также отметить, что о принципиальной возможности генерации низкотитанистых ортопироксен содержащих толеитовых расплавов при частичном плавлении диапиров, поднимающихся под срединно-океаническими хребтами, указывается Д.Грином и др. [Green et al., 1979]. По мнению данных авторов это происходит в относительно низкобарических условиях, когда диапир уже претерпевший частичное плавление при дальнейшем подъеме снова подвергается плавлению. Реальный пример такого расплава описывается в работе Данюшевский и др. [1987]. Он был обнаружен в виде расплавного включения в зерне оливина из базальтов разлома Вима и отличается от других толеитов океанических хребтов крайне низкими содержаниями титана, калия и натрия и повышенными концентрациями кремнезема и кальция. Таким образом, за исключением калия состав этого расплава в определенной степени сопоставим с наиболее примитивными разностями базальтов с горы Шона. Учитывая сказанное, мы все же придерживаемся мнения, что решающую роль в формировании вулканитов подобных таковым с горы Шона играло плавление плюмового материала, но, вероятно, оно происходило при низкобарических условиях.

Другая гипотеза образования необычных вулканитов, встреченных на горе Шона, исходит из сложного геологического строения Южной Атлантики. На восточном фланге САХ в районе 15oв.д. находится отмерший срединно-океанический хребет субмеридионального простирания, ортогонально сочленяющийся на севере с Фолклендско-Агульясским разломом. Судя по имеющимся магнитным аномалиям он активно развивался в период между хронами 34 и 27 (100-60 млн лет) [La Brecque and Hayes, 1979]. Предполагается, что его отмирание произошло из-за возникновения существенно западнее новой (параллельной) зоны спрединга в пределах САХ в период между хронами 31 и 25 (68-56 млн лет).

К западу от этой палеоспрединговой зоны на восточном фланге САХ (между 2o и 10oв.д.) находится дугообразное поднятие Метеор. По своей форме и размерам оно вполне сопоставимо с островной дугой Скоша. Вероятно, это вулканическое поднятие (как и дуга Скоша) имеет островодужную природу. Его образование можно объяснить следующим образом. К западу от палеозоны спрединга располагался блок мощной консолидированной коры (Фолклендское плато). Последний препятствовал нормальному раскрытию Южной Атлантики. В результате взаимодействия (столкновения) коры, образованной к западу от палеорифта САХ и мощной коры Фолклендского плато, сформировалась зона субдукции с соответствующим вулканическим (островодужным) поднятием Метеор. В последующем, после перескока зоны спрединга существенно западнее, последняя, как и палеорифт САХ, прекратила свое существование в качестве островной дуги.

К сожалению, на сегодняшний день нам не известны работы по изучению вещественного состава поднятия Метеор. Но гора Шона, учитывая состав вулканитов, встреченных на ней, может рассматриваться как один их наиболее удаленных к западу флангов позднемеловой островной дуги, разрезанной более молодыми структурами САХ.

Обсуждение

К основным факторам, определяющим разнообразие состава вулканитов в районе тройного сочленения Буве, относятся: плюмовая активность, сложная геодинамика района тройного сочленения, приведшая к многообразию форм взаимодействия плюмового магматизма с рифтовым магматизмом и веществом литосферы, а также, возможно, геологическая предыстория данного района.

Плюм глубинной мантии в районе ТСБ поднимается по двум главным каналам, поверхностным проявлением которых являются вулканические постройки Буве и Шписс. Видимо, эти каналы питаются на глубине из одного источника, имеющего форму близкую к эллипсоиду, вытянутому к северо-западу, связанную с перемещением материала в этом направлении. Под островом Буве канал более крупный и горячий, что приводит к формированию в этом районе более мощной литосферы и долго живущих промежуточных камер, в которых осуществляется более глубокая кристаллизационная дифференциация расплавов. Плюмы продуцируют расплавы, обогащенные литофильными элементами и радиогенными изотопами. Проявление плюмовой активности в данном регионе началось не ранее 2-2,5 млн лет назад.

В районе хребта Шписс плюм локализован под осевой частью спрединга, что приводит к смешению его выплавок с расплавами истощенных толеитов. Но взаимодействие двух мантийных источников не ограничивается лишь процессами смешения, которые сами по себе довольно сложны. Происходит изменение условий частичного плавления в них, одним из следствий которого может быть вовлечение в процесс плавления метасоматизированной мантии, фрагменты которой могли сохраниться с момента раннего рифтогенеза. Плюм, локализованный под хребтом Шписс, охватывает своим влиянием и рифтовый вулканизм близко расположенного САХ. Однако в данном случае процесс смешения носит иной характер. Обогащенные разности распространены дискретно среди деплетированных базальтов, при этом компоненты деплетированного источника доминируют в них над компонентами плюмового источника.

В районе острова Буве плюм локализован в стороне от осевой части спрединга, тем не менее, его влияние на рифтовый вулканизм значительно. Во-первых, в рифтовой долине наблюдается излияние базальтов, производных от расплавов, генерированных при частичном плавлении непосредственно вещества плюма. Во-вторых, практически отсутствуют деплетированные разности, но преобладают обогащенные толеиты, представляющие собой продукт смешения деплетированных и плюмовых расплавов. Доля плюмового компонента в обогащенных базальтах велика.

От этих двух основных каналов происходит подлитосферное растекание плюмового вещества, обогащенного флюидной фазой и элементами, обладающими большим сродством к ней, в частности, калием и фосфором. Эти флюидонасыщенные плюмовые дериваты также могут продуцировать расплавы, которые будут обогащены калием, фосфором и др. При этом вследствие повышенной флюидонасыщенности эти расплавы взаимодействуют с окружающим субстратом, по-видимому, на уровне промежуточных очагов в верхней мантии. В результате этого может происходить неравномерное обогащение расплавов хромом. Излияния базальтов, производных от таких расплавов, наблюдаются на участках растяжения литосферы как на границах плит, в частности, в рифтовой долине АфАХ, так и внутри плит.

В случае, если зоны магмогенерации, связанные с флюидонасыщенными дериватами плюмов, возникают в условиях сжатия, то в ходе эволюции этой локальной магматической системы формируются закрытые промежуточные камеры, вероятно, на уровне истощенной верхней мантии, где происходят процессы активной ассимиляции субстрата с участием флюидов и интенсивная флюидо-магматическая дифференциация, приводящая к формированию вулканической серии пород схожей с известково-щелочной. Такой процесс, очевидно, мог иметь место и при формировании горы Шона, но только в более раннее геологическое время. С другой стороны гора Шона может являться фрагментом древней внутриокеанической островной дуги.

Непосредственно вблизи тройного сочленения обнаружены базальты аномально обогащенные фосфором и рядом элементов-примесей (Th, Ba, B, Ce), а также радиогенными изотопами. Они резко отличаются по этим параметрам, а также по характеру дифференциации от остальных базальтов района. Одними из наиболее предпочтительных источников вещества, которое может обеспечить такие изотопные метки в данных базальтах, могут быть континентальная мантия или древняя океаническая кора. В ходе сложной геологической предыстории этого региона блоки континентальной мантии или древней океанической коры могли сохраниться среди более молодой океанской литосферы. В районе тройного сочленения эти блоки могли оказаться в зонах аномального разогрева литосферы, в частности, в момент соединения трех спрединговых хребтов в одной точке и быть частично подплавлены.

Выводы

Среди вулканитов района тройного сочленения Буве выделяется шесть основных петро-геохимических групп.

Наиболее распространенным типом являются базальты N-MORB, производные деплетированного мантийного источника, встреченные на всей изученной территории.

Субщелочные вулканиты: гавайиты и муджиериты, - сильно обогащенные литофильными элементами и радиогенными изотопами, слагающие вулканическое поднятие Буве, и близкие к ним базальты и андезито-базальты хребта Шписс, генерированные в обогащенной более глубинной мантии.

Относительно слабо обогащенные базальты (T-MORB), являющиеся продуктами смешения расплавов двух первых типов, распространены в приосевых частях САХ, АфАХ и АмАХ.

Базальты близкие по степени обогащения литофильными элементами-примесями вулканитам хребта Шписс и острова Буве, но более богатые в сравнении с ними калием, фосфором, титаном, хромом. Они развиты в пределах структур растяжения: рифтовая долина АфАХ, грабены Восточной области дислокаций, линейное поднятие между хребтом Шписс и вулканом Буве. Их исходные расплавы, вероятно, формировались из вещества плюмов, растекавшегося от основных каналов и претерпевшего мантийную флюидно-магматическую дифференциацию.

Вулканическая серия от базальтов до липаритов, характеризующаяся низкими содержаниями литофильных элементов и особенно низкой концентрацией титана, распространенная на горе Шона и на других структурах сжатия в пределах Антарктической и Южно-Американской плит вблизи ТСБ. В отличие от четырех предыдущих типов, имеющих толеитовый тренд дифференциации, характеризуется известково-щелочным трендом. Их родоначальные расплавы могли быть также связаны с веществом плюмов, но в дальнейшем испытали интенсивную флюидо-магматическую дифференциацию и ассимиляцию субстрата в условиях закрытых магматических камер на уровне верхней мантии. С другой стороны гора Шона может быть фрагментом древней внутриокеанической островной дуги.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: ответы 4 класс, готовые дипломные работы.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата