Особенности вулканизма и геодинамика области тройного сочленения Буве - (реферат)
p>Вещественный состав пород в районе ТСБ изучался в ряде морских экспедиций [Dick et al. , 1984; Dickey et al. , 1977; Le Roex et al. , 1983, 1985, 1987]. Выявлены значительные вариации составов лав от пикритов до ферробазальтов. Было показано, что подъем мантийного плюма Буве привел к формированию в непосредственной близости от него провинций базальтов, обогащенных легкими редкоземельными элементами, с изотопными отношениями 87Sr/86Sr и 143Nd/144Nd соответственно выше и ниже, чем N-MORB. Эти выводы в основном базируются на данных изучения базальтов из осевых частей срединно-океанических хребтов. Мы рассмотрим составы базальтов, поднятых в пределах различных структур из гораздо более обширной области, что позволит проанализировать вулканизм этого района в значительно большем возрастном диапазоне. Базальты южной части САХ (табл. 8) в пределах осевой (рифтовой) зоны характеризуются сравнительно однородным составом. Это преимущественно свежие слабо и умеренно фракционированные толеитовые базальты типа N-MORB ((La/Sm)n 0, 7-1, 0, (Nb/Zr)n 0, 3-0, 7)) с преобладающей железистостью (FeO/MgO) около 1, 2-1, 4 (здесь и в дальнейшем значения отношения (La/Sm)n приводятся по данным работ [Пущаровский и др. , 1998; Сущевская и др. , 1999; Simonov et al. , 1996]). Концентрации TiO2, K2O и P2O5 закономерно возрастают соответственно от 1, 1%, 0, 2%, 0, 08% в наименее дифференцированных разностях (обр. G9625/1 с железистостью 0, 8) до 2, 2%, 0, 4%, 0, 6% в наиболее дифференцированных базальтах с железистостью до 1, 7-1, 8 (рис. 2-4). Это свежие породы с потерями при прокаливании (п. п. п. ) менее 1%. Содержание SiO 2 находится в пределах 48-50%, Cr 130-150 г/т, Sr 90-150 г/т, Rb 1-10 г/т. Несколько отличаются базальты станции G9624, в которых заметно более высокие концентрации K2O (до 0, 57%) и P2O5 (до 0, 24%), что позволяет отнести их к толеитам типа T-MORB.На вариационных диаграммах базальты Срединно-Атлантического хребта за исключением существенно измененных разностей образуют компактные поля или тренды, наиболее отличающиеся от других вулканитов этого района более высоким содержанием FeO и более низким - Al2O3 при тех же значениях коэффициента фракционирования FeO/MgO, а также менее быстрым темпом накопления K2O (рис. 2, 3, 4). Хребет Шписс сложен свежими, преимущественно пузыристыми базальтами и андезито-базальтами (табл. 8). В отличие от базальтов САХ они охватывают гораздо больший интервал фракционирования: от слабо фракционированных с железистостью 1, 1 до сильно фракционированных разностей с FeO/MgO до 4. Преобладают значения 1, 8-2, 5. На диаграмме TiO2 - FeO/MgO (рис. 2) отчетливо прослеживается тренд фракционирования с резким накоплением TiO2 от 2, 16% (обр. G9612/19) до 3, 43% (обр. G9614/20). При дальнейшем фракционировании расплава массовая кристаллизация рудных фаз привела к падению содержаний TiO2 до 2, 5% при железистости около 4 (обр. G9612/6). В ходе фракционирования, как видно из диаграмм окисел - FeO/MgO (рис. 2), возрастают содержания SiO2 от 45 до 55%, K2O от 0, 4 до 1, 6%, P2O5 от 0, 1 до 0, 65%, Na2O от 2 до 6%. Закономерно падает содержание Al2O3 от 17 до 14% и CaO от 12 до 6%. Точки составов базальтов хребта Шписс хорошо аппроксимируются единым трендом дифференциации, что позволяет говорить о сохранении условий формирования расплавов на всем протяжении хребта за время его существования. Об однородности его мантийного источника говорят незначительно варьирующие отношения некогерентных элементов, в частности (La/Sm)n (1, 6-2, 1) и (Nb/Zr)n (0, 8-1, 2). Следует подчеркнуть, что на этот тренд попадают вулканиты со всех опробованных морфоструктур хребта в независимости от их текстурно-петрографических особенностей. Это и слабо пористые разности, и пористые лавы, и пиллоу, и чрезвычайно пузыристый вулканический шлак. Наименее дифференцированный образец с хребта Шписс (G9612/19) по уровню SiO2, K2O и P2O5 близок к обогащенным базальтам из рифтовой долины САХ (станция G9624), однако заметно отличается от него более низкими концентрациями Cr, Cu, Ni, V, Zn, Co и Sc. Перечисленные элементы имеют невысокие или пониженные концентрации во всех вулканитах хребта Шписс, особенно это характерно для хрома. От всех базальтов хребта Шписс по многим параметрам отличается образец G9614/22, где (Nb/Zr)n отношение составляет всего 0, 38 и имеют место очень низкие концентрации TiO2 и Na2O. По этим особенностям он близок к базальтам, широко распространенным на поднятии Шона, которые будут рассмотрены ниже. Вторым исключением является образец G9614/10, выделяющийся заметно более низкими содержаниями Na2O и очень высокими концентрациями хрома (около 250 г/т), что сближает его с обогащенными базальтами, встреченными в пределах САХ.
Со склонов острова Буве нами драгированы базальты и андезито-базальты. Породы близкого состава широко распространены и на самом острове Буве. В работе [Le Roex and Erlank, 1982], учитывая их субщелочной уклон, они классифицируются как гавайиты и муджиериты. Поэтому в дальнейшем мы также будем применять такое название для этих пород. Основная масса гавайитов и муджиеритов острова Буве и его подводных склонов ложится на единый, протяженный тренд дифференциации по многим параметрам и, прежде всего, по таким генетически важным, как TiO2, K2O и P2O5, совпадающий с трендом фракционирования вулканитов хребта Шписс. Но в отличие от последнего он существенно более продвинутый, на самом острове встречены очень кислые вулканиты вплоть до риолитов [Le Roex and Erlank, 1982]. Железистость гавайитов и муджиеритов варьирует от 1 до 5, содержание SiO2 от 48% до 55%, TiO2 от 2, 28% до 4, 4% и снова падает до 1, 52% у наиболее дифференцированных разностей, K2O от 0, 8% до 2, 3%, P2O5 от 0, 4% до 1, 0% [Симонов и др. , 2000; Le Roex and Erlank, 1982]. Существуют и другие отличия между вулканитами хребта Шписс и острова Буве. На вариационных диаграммах SiO2, FeO, Na2O, Al2O3 - FeO/MgO составы образцов с острова Буве образуют самостоятельные тренды с более низкими концентрациями SiO2, FeO и Na2O и более высокими Al2O3 субпараллельные аналогичным трендам серии вулканитов с хребта Шписс (рис. 2, 3, 4). Степень вторичных изменений базальтов сильно варьирует (п. п. п. 0, 1-2, 4%). В тоже время, как видно, например, из соотношений K2O - п. п. п. (рис. 5), отсутствует значимая корреляция между этими параметрами, что позволяет нам использовать содержания литофильных элементов как сравнительную характеристику магматических процессов. Вариации ряда литофильных элементов-примесей аналогичны таковым в базальтоидах хребта Шписс. Однако в наиболее дифференцированных разностях вулканитов с острова Буве, каковых не было встречено на хребте Шписс, отмечаются более высокие значения отношений некогерентных элементов ((La/Sm)n 2-3 [Симонов и др. , 2000; Le Roex and Erlank, 1982], (Nb/Zr)n 1, 4-1, 7, Zr/Y~7, 3). Среди других элементов-примесей характерны очень низкие концентрации хрома и никеля, что сближает их с вулканитами хребта Шписс и резко отличает от других базальтов этого района. Базальты рифтовой зоны Африкано-Антарктического хребта (АфАХ) гораздо менее фракционированы, чем вулканиты острова Буве (FeO/MgO 0, 7-1, 5), они не выходят за рамки собственно базальтов [Диденко и др. , 1999; Симонов и др. , 2000; Le Roex et al. , 1983]. В тоже время для них характерна чрезвычайная пестрота составов. Среди изученной коллекции выделяются четыре группы. Немногочисленная группа образцов близка по составу гавайитам острова Буве, и на вариационных диаграммах (рис. 2, 3, 4) они попадают на соответствующие тренды изменения составов вулканической серии острова Буве. Большая часть базальтов составляет группу, образующую самостоятельные непротяженные тренды на этих вариационных диаграммах. Не достигая высоких степеней дифференциации, базальты из этой группы имеют тенденцию к более быстрому накоплению калия и фосфора, чем гавайиты острова Буве, при этом для данных коэффициентов фракционирования содержания K2O в них наиболее высокие среди всех базальтов района тройного сочленения. Для данной группы также свойственны в целом более низкие значения CaO и глинозема и более высокие TiO2, а по вариациям в содержании натрия, а также по содержанию литофильных элементов-примесей Rb, Th, Nb, Ta [Симонов и др. , 2000] и отношениям (La/Sm)n 1, 8-2, 3, (Nb/Zr)n 1, 0-1, 6 они близки к вулканитам хребта Шписс. В то же время по существенно более высокому содержанию хрома и никеля базальты данной группы резко отличаются от базальтов и острова Буве, и хребта Шписс. Небольшая группа базальтов с заметно более низкими содержаниями TiO2, K2O и P2O5 не образует собственного тренда, не обнаруживая каких-либо закономерностей в вариациях составов. Наиболее близки они к обогащенным толеитам типа T-MORB. Аномально высокие значения K2O (до 3, 35%) в некоторых образцах станций S1824, S1825 и S1835 при низкой железистости обусловлены высокой степенью их вторичных изменений. Подводная гора Шона по данным драгирования сложена разнотипными вулканитами (табл. 8). Наиболее широко здесь распространены породы с очень низкими содержаниями TiO 2 (0, 6-1, 2%). В совокупности они образуют пологий и протяженный тренд дифференциации от базальтов (обр. G9608/25, 27, 51, 55, G9609/3, 5, 11) через андезиты (обр. G9608/5, 13, 24, 29, 31, 37, 45) и дациты (обр. G9608/28, 43, 58) к липаритам (обр. G9608/8, G9609/12). Этот тренд резко отличается от трендов составов вулканитов хребта Шписс и острова Буве. При росте коэффициента дифференциации, сопровождающемся быстрым возрастанием содержания кремнекислоты, происходит очень медленное накопление TiO2 (до 1, 2%), K2O (до 0, 5%) и P2O5 (до 0, 15%), которые в целом остаются низкими. Собственно базальты из этой группы имеют в сравнении с базальтами хребта Шписс несопоставимо более высокие концентрации хрома (около 500 г/т), более высокие содержания ванадия и скандия, заметно более низкие значения литофильных элементов (Sr, Zr, Y, Nb) и близкие содержания никеля. По мере дифференциации содержания Cr, V, Sc быстро уменьшаются, напротив, концентрации Sr, Zr, Y, Nb постепенно возрастают. Для этих вулканитов характерны низкие (Nb/Zr)n отношения 0, 1-0, 5. Среди этих вулканитов преобладают сильно пористые образцы типа шлаков, вулканических бомб, пемзы, однако есть и типичные среднепористые и слабо пористые породы. Они в основном свежие, некоторые сильно окислены. Остальные вулканиты горы Шона представлены только базальтами, среди которых выделяется несколько малочисленных групп. Сильнопористый образец G9608/15 петрохимически близок к базальтам хребта Шписс, но имеет очень высокие концентрации хрома (535 г/т), что более сближает его с базальтами рифтовой долины АфАХ. Два из изученных базальтов (обр. G9608/45, 52) близки к обедненным разностям толеитов. Для них также характерны низкие содержания TiO2, но в отличие от основной группы вулканитов горы Шона они имеют еще более низкие концентрации калия. К слабо обогащенным разностям толеитов относятся базальты G9608/4 и G9609/2, которые отличаются от двух предыдущих групп более высокими концентрациями K2O (0, 40%) и TiO2. Встречены два необычных состава базальтов (обр. G9608/3, 46). Первый из них - существенно оливин порфировый базальт, что и нашло отражение в низких содержаниях кремнекислоты и глинозема и в аномально высоких концентрациях хрома и никеля. По уровню и соотношению в нем содержаний калия и фосфора он близок к обогащенным базальтам станции G9610. По этим параметрам к базальтам этой станции близки и измененные образцы G9608/24, 46. Следует отметить, что все базальты, отличающиеся от основной группы вулканитов горы Шона практически непористые, часть из них заметно изменена, некоторые несут признаки непосредственного отрыва от склона. В пределах линейного поднятия, протягивающегося от южной части хребта Шписс в сторону острова Буве и, видимо, структурно связывающего их, поднято несколько базальтов существенно различного состава (станция G9622). Большинство образцов это сильно дифференцированные высоко железистые (FeO/MgO = 2, 5) базальты, обогащенные TiO2 (3, 8-3, 9%), K2 O (1, 7-1, 8%), P2O5 (0, 6%), Na2O (3, 9-4, 3%) (табл. 8). Отношения (Nb/Zr)n в них равны 1, 3. По этим и другим параметрам рассматриваемые базальты, как видно из графиков вариаций составов (рис. 2-4), очень близки к тем базальтам рифтовой долины АфАХ, которые отличаются повышенными концентрациями K2O и P2O5. При этом следует отметить, что образец G9622/2 имеет очень высокие концентрации хрома. Исключением является образец G9622/6, не выделяющийся среди других представителей этой группы ни характером вторичных изменений, ни текстурой. Он имеет низкие содержания TiO2 (0, 88%), Na2O (2, 18%), K2O (0, 28%), P2O5 (0, 07%) и железистость 1, 8, что сближает его с вулканитами поднятия Шона. Отличительной особенностью вулканических пород, драгированных на склонах разлома Буве, является чрезвычайное разнообразие петрографических типов, поэтому и петрохимические составы пород сильно различаются. В целом это слабо и умеренно дифференцированные породы с несколько пониженным содержанием SiO2 (44-46%) [Симонов и др. , 2000]. Степень вторичных изменений (п. п. п. 0, 8 до 1, 8%) соответствует таковой в базальтах САХ. Из диаграммы TiO2 - FeO/MgO (рис. 2) видно, что базальты дают два существенно различных тренда. Подавляющее большинство попадает на тренд дифференциации базальтов САХ с вариациями TiO2 от 1, 0% до 2, 0%. Для них характерны отношения (La/Sm)n 0, 7-1, 2 и (Nb/Zr)n 0, 6-1, не выходящие за пределы составов базальтов САХ. Поведение базальтов второй группы соответствует тренду характерному для базальтов горы Шона, где содержания TiO2 не превышают 1% при FeO/MgO 1, 6-2, 6. Отношения (La/Sm)n и (Nb/Zr)n в одном из представляющих эту группу образцов составляют соответственно 0, 93 и 0, 81. В некоторых базальтах разлома Буве отмечается относительно большое количество вкрапленников плагиоклаза. Это нашло отражение в их химическом составе - в повышенных концентрациях CaO и Al2O3. Основная часть базальтов из Восточной области дислокаций (табл. 8), драгированных на станции G9617, характеризуется низкой степенью фракционирования 1, 2-2, 2 при высоком содержании TiO2 (в среднем 2, 3-2, 4%). Низкие K2O (0, 1-0, 3%) и P2O5 (0, 1-0, 25%), (La/Sm)n и (Nb/Zr)n соответственно 1, 2 и 0, 7-0, 9 сближают эти базальты с таковыми из района САХ. Все эти базальты отличаются широким развитием хлорита и ряда других относительно высокотемпературных вторичных минералов, сформировавшихся при повышенных Р-Т условиях, вероятно, в глубине базальтового разреза. Это отразилось и на их составе, для данных базальтов свойственно пониженное содержание CaO и у некоторых повышенное - натрия. Исключение составляют образцы G9617/01 и G9617/06 с существенно повышенным K2O (1, 0-1, 4%), P2O5 (0, 3-0, 4%), (La/Sm)n и (Nb/Zr)n соответственно 2, 5 и 1, 5-1, 6. В этом отношении они близки к составу базальтов из рифтовой долины АфАХ, но по крайне низким концентрациям хрома совпадают с таковыми хребта Шписс и острова Буве. Эти базальты отличаются от основной группы и по типу вторичных изменений. В них развиты в небольшом количестве только продукты низкотемпературных преобразований. Базальты в пределах самого восточного сегмента АмАХ можно разделить на 2 группы. Первая характеризуется единичными образцами G9604/54, G9602/03 с повышенными содержаниями TiO2 (2, 2-3, 1%) и P2O5 (0, 2-0, 4%) при относительно низкой железистости - 1, 6-1, 9 (табл. 8), и (Nb/Zr)n 0, 4-0, 6, (La/Sm)n 0, 9-2, 1. В целом они близки к слабо обогащенным базальтам южного окончания САХ. В этих базальтах относительно широко развит хлорит. Основная группа базальтов в различной степени дифференцирована (FeO/MgO 1, 0-2, 4), при этом содержания TiO2 (0, 8-1%) очень низкие, а K2O (0, 4-0, 53%), P2O5 (0, 08-0, 09%), (Nb/Zr)n 0, 3. Эти составы ложатся на тренд дифференциации вулканитов горы Шона. Среди них обнаружены и более кислые разности с SiO2 62%, которые также попадают на этот тренд. Необходимо отметить, что в целом эти базальты менее изменены или даже свежие. Они имеют различный облик от непористых до сильно пузыристых, похожих на вулканические бомбы. Базальты, поднятые в пределах поднятия, находящегося между двумя трогами, отходящими от южного окончания САХ (станция G9610), относятся к умеренно и сильно дифференцированным породам, FeO/MgO в которых варьирует от 1, 2 до 4 (табл. 8). Они подразделяются на 2 группы. Первая (обр. G9610/1, G9610/12) характеризуется низкими содержаниями литофильных элементов (K2O 0, 3%, P2O5 0, 1-0, 2%) и низкими (Nb/Zr)n отношениями, соответствуя базальтам N-MORB САХ. Вторая группа существенно более обогащена K2O 1, 1-1, 4%, P2O5 0, 7-0, 9% и имеет повышенные (Nb/Zr)n 1, 32. При этом в образцах G9610/8, G9610/21, G9610/31 при низкой степени фракционированности отмечаются аномально высокие содержания P2O5 (0, 7-0, 8%), Sr (500-600 г/т). Их другая особенность - слабые вариации содержаний TiO2, Al2O3 и CaO при дифференциации. Составы обогащенных базальтов на вариационных диаграммах образуют самостоятельные тренды, не совпадающие с таковыми для вулканитов хребта Шписс и острова Буве. По содержаниям Sr, Rb, Ba они попадают в поля составов базальтов аномалии 12-14o в. д. [Le Roex et al. , 1992], но отличаются более низкими концентрациями Y и Nb. Базальты двух петрохимических групп различаются и по характеру вторичных изменений. Если первые практически свежие с небольшим количеством глауконита, то вторые содержат смектит, что характеризует их в качестве представителей более глубоких частей базальтового разреза. В зоне сочленения палеоструктур Американо- и Африкано-Антарктических и Срединно-Атлантического хребтов (станции G9619, G9620 и G9621) подняты вулканиты трех геохимических типов (табл. 8). Первый тип - это слабо дифференцированные базальты, отвечающие N-MORB и не выходящие за пределы колебаний составов базальтов САХ в районе ТСБ (FeO /MgO 1-1, 5, K2O 0, 2-0, 3%, P2O5 0, 07-0, 15%, TiO2 1, 4-1, 6%, (Nb/Zr)n 0, 5-0, 7). Вторая группа базальтов отличается повышенными содержаниями литофильных элементов (K2O и P2O5 ) и TiO2 (2, 5-3, 0%), характерными для слабо обогащенных толеитов, в то же время они имеют сравнительно низкие отношения (Nb/Zr)n. Некоторые из этих базальтов характеризуются очень высокими концентрациями хрома (500-800 г/т). Третья группа (G9619/2, 5, 10, G9620/23 и G9621/1, 4) с низкими содержаниями TiO2 (0, 6-1, 2%) и P2O5 (0, 07-0, 1%) имеет также низкие (Nb/Zr)n отношения (0, 2-0, 3). Среди них встречены высоко дифференцированные разности, вплоть до дацитов. Вулканиты аналогичного состава широко распространены в районе горы Шона. Проанализированы в основном слабо измененные образцы, но представители третьей группы отличаются своей повышенной пористостью от базальтов двух первых групп.
