Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Geodinam / Œ€’ˆ‰›… ‹žŒ›.doc
Скачиваний:
39
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
1.56 Mб
Скачать

Особенности формационного состава

Эта проблема ранее в литературе не поднималась, хотя совершенно очевидно, что без ее обсуждения и решения идентификация мантийных плюмов в геологическом прошлом теряет один из важных признаков-показателей.

Осадочные формации мантийных плюмов, как и других геодинамических обстановок, образуются под влиянием двух главных факторов: тектонической обстановки и климатических условий.

Развитие мантийных плюмов в пределах континентальной литосферы может накладываться на различные предшествующие тектонические режимы, что естественно определяет дивергенцию признаков осадочных формаций. Можно выделить два типичных случая – условия предрифтового и орогенного режима.

Для предрифтового режима (Грачев и др., 1981; Грачев, Девяткин, 1997) характерны образования формации коры выветривания и маломощные континентальные отложения, состав которых определяется климатом. В областях гумидного климата развиты озерные, аллювиальные и озерно-аллювиальные образования, которые могут переслаиваться с отложениями мелководных эпиконтинентальных морей. В областях аридного и семиаридного климата преобладают пролювиальные (отложения временных потоков) и элювиально-делювиальные образования, фациально замещающие друг друга как в вертикальном, так и в латеральном ряду. Их мощность определяется первыми десятками метров.

Примерами таких формаций в пределах континентальной литосферы являются районы юго-западного Прибайкалья (ранний миоцен) и Центральной Монголии, плато Ахаггар в Северной Сахаре, а для древних провинций плато-базальтов Декана и Карру близкий характер формаций известен со времени выделения педипленов в Южной Африке Лестером Кингом в начале 50-х годов и недавно был подчеркнут К.Коксом (Cox, 1989).

В случае развития плюмов в пределах океанической литосферы осадочные формации в виду значительного перепада рельефа имеют много общего с формациями материковых окраин. Данные глубоководного бурения позволяют выделять следующие особенности таких формаций: резкое изменение мощностей (от первых десятков до первых тысяч метров) и фациального состава отложений (ODP leg…, 1995). Выделяются вулканообломочные образования, турбидиты и широкая гамма делювиально-пролювиальных отложений (оползни, обвалы, включая сейсмогравитационные образования).

Осадочные формации, отдельно взятые, не могут быть геологическими признаками-индикаторами развития плюмов, однако в сочетании с магматическими формациями они образуют достаточно надежную основу для выделения мантийных плюмов в геологическом прошлом.

Магматические формации. Магматизм плюмов характеризуется следующими важнейшими признаками:

1 – трещинными излияниями, приводящими к широкому развитию плато-базальтов и щитовых и лавовых вулканов; обычны рои базальтовых даек, простирание которых (в отличие от континентальных рифтов) не обнаруживает какой-либо закономерной ориентировки. Вулканы центрального типа и пирокластические фации встречаются редко, что отличает вулканизм мантийных плюмов от вулканизма горячих точек, островных дуг, активных окраин и орогенных областей. Кислые дифференциаты не характерны и встречаются крайне редко.

Суммарный объем излившихся лав составляет сотни тысяч – миллионы куб. км, а продолжительность магматической активности занимает всего несколько млн. лет (табл. 3). Такая высокая магмапродуктивность, как отмечают Р.Уайт и Д.Маккензи (Whight, McKenzie, 1995), не может быть обеспечена плавлением на уровне литосферы, а требует привнесения материала из более глубоких горизонтов мантии.

Рис. 5 Диаграммы AFM базальтов горячих точек и мантийных плюмов (Грачев, 1987): а - дифференцированные серии с разрывом Дели горячих точек, б - недифференцированные серии мантийных плюмов с четко выраженным оливиновым контролем. На врезке показана бимодальность распределения SiO2, CaO и DI для диффренцированных серий горячих точек.2 – базальты мантийных плюмов по своей петрохимической специфике относятся к типу Fe-Ti базальтов, промежуточных между лавами щелочного и толеитового состава с феннеровским трендом дифференциации, и в этом плане базальты мантийных плюмов достаточно резко отличаются от базальтов горячих точек и рифтовых областей (рис. 5, табл. 4).

Таблица 3

Характеристика некоторых фанерозойских провинций плато-базальтов1

Район

Площадь, км2

Мощность, м

Возраст

Р.Снейк

50 000

Q

Р.Колумбия

220 000

900

N1

Эфиопия

800 000

до 3500

P1

В.Гренландия

100 000

3000

P1

Индия

более 1000000

2000

K2-P1(65-67млн. лет)

р. Парана

1 000 000

До 1000

J3 (132-137 млн лет)

Карру

До 1 000 000

400 – 1500

J

В. Сибирь

2 500 000

700

P – T

Аравия

до 1 00 000

до 2000

N1-Q

Таблица 4

Характер дифференциации базальтов горячих точек и мантийных плюмов (Грачев, 1987)

Горячие точки

Остров

Главная тенденция петрохимической

изменчивости (l фактор)

Вес l фактора

%

Тристан-да-Кунья1

То же2

Азорские острова1

То же2

Терейра1

Тоф1

То же2

Св. Елена1

То же2

Буветойя1

То же2

Ян-Майен1

Мадейра2

Канарские острова2

Зеленого мыса2

Острова Пасхи и Сала-и-Гомес

Тортуга

Вулк. Килауэа, вершина

То же, юго-западный рифт

То же, северо-восточный рифт

Вулк. Мауна--Лоа, вершина

То же, южный рифт

То же, северо-восточный рифт

Реюньон1

SiO2 Al2O3 Na2O K2O

MgO CaO FeO

SiO2 K2O Na2O Al2O3

CaO MgO FeO TiO2

Al2O3 K2O Na2O TiO2

MgO CaO

SiO2 Na2O K2O

CaO FeO MgO TiO2

SiO2 Na2O K2O

CaO MgO TiO2

K2O Na2O Al2O3 SiO2

MgO CaO TiO2 FeO

SiO2 K2O Na2O Al2O3

CaO FeO MgO TiO2

Na2O K2O SiO2 Al2O3

MgO CaO

SiO2 K2O Na2O Al2O3

CaO FeO MgO TiO2

K2O Na2O SiO2 TiO2

CaO MgO Al2O3

SiO2 K2O Na2O

MgO CaO TiO2 Al2O3

Al2O3 K2O Na2O TiO2

CaO MgO

SiO2 Al2O3 Na2O K2O

CaO MgO TiO2

SiO2 Al2O3 Na2O K2O

CaO MgO TiO2 Fe2O3 FeO

SiO2 Al2O3 Na2O K2O

CaO MgO TiO2 FeO

Мантийные плюмы

Тихий океан

K2O SiO2 Na2O

Fe2O3 FeO TiO2

TiO2 K2O FeO Na2O

CaO MgO Al2O3

Гавайи

Al2O3 Na2O CaO TiO2 SiO2

MgO

Al2O3 CaO Na2O SiO2 TiO2

MgO

Na2O Al2O3 TiO2 K2O

MgO FeO

Al2O3 Na2O TiO2 SiO2 K2O

MgO

Al2O3 CaO Na2O SiO2 TiO2

MgO

Al2O3 Na2O TiO2 SiO2 CaO

MgO

Индийский океан

Al2O3 TiO2 CaO SiO2 Na2O

MgO

62

79

46

71

53

63

75

63

78

51

82

51

47

64

67

53

59

67

69

58

62

69

59

70

1 - недифференцированная серия

2 - дифференцированная серия

Рис. 6 Поля составов базальтов различных современных геодинамических обстановок в плоскости осей 1 и 2 факторов (Грачев, 1987). 1- срединно-океанические хребты; 2 - области мантийных плюмов; 3 - внутриокеанические острова; 4 - континентальные рифты; 5 - островные дуги и активные материковые окраины; 6 - окраинные моря.

Специфика феннеровского тренда заключается в том, что остаточный расплав обогащается титаном и железом с одновременным уменьшением содержания магния, или кальция, или алюминия (или всех трех элементов вместе) по сравнению с составом первичного расплава. Базальты типичных мантийных плюмов (о-ва Гавайи, Исландия, Реюньон и др.) имеют сильно выраженный полный феннеровский тренд дифференциации, при котором вес I фактора достигает 75% (см. подробнее, Грачев, 1987). Если взять представительные выборки базальтов таких горячих точек как Исландия, Гавайи, Реюньон, Буве и Афар, которые могут рассматриваться как эталонные, то обобщенный I фактор для них имеет следующий вид: Na2O K2O TiO2 Fe2O3 /MgO CaO c весом в 45% (табл. 4). На обобщенной факторной диаграмме базальтов различных геодинамических обстанововок поле составов базальтов мантийных плюмов занимает строго определенное положение, слегка перекрываясь с составами лав срединно-океанических хребтов, внутриокеанических островов и континентальных рифтов (рис. 6). Как будет показано ниже, такое перекрытие характерно и для изотопных отношений Nd и Sr.

3 – базальты мантийных плюмов отличаются высоким содержанием MgO (более 8%) и обычным присутствием пикритов. В редких случаях отмечается присутствие базальтовых коматиитов, которые хотя и типичны для раннедокембрийского магматизма, но встречаются и в лавах фанерозоя (Grachev, Fedorovsky, 1981). Доля пикритов в общем объеме лав, как и магнезиальность самих пикритов, сильно варьируют не только от одного плюма к другому, но и в пределах отдельно взятого плюма.

Прекрасным примером в этом плане являются базальты Северо-Атлантическго плюма. В Зап. Гренландии на пикриты приходится до 30-50% от общего объема лав, а содержание МgO достигает 15-30% (Gill et al., 1992), в то время как в восточной части плюма (Гебриды) на пикриты приходится менее 5%, а содержание МgO составляет 10-18% (Kent, 1995).

Более того, судя по четко выраженному оливиновому контролю, как впервые было установлено для вулканитов о. Гавайии (Wright, 1966), можно предполагать, что именно высокомагензиальные расплавы являются первичными для вулканических серий мантийных плюмов. Недавно получены первые прямые данные о том, что именно расплав такого состава образуется при плавлении лерцолитовой мантии мантийного плюма Хамар-Дабанского вулканического ареала на юго-западном фланге Байкальского рифта (Грачев, 1998). Изучение состава первичных расплавов мантийных плюмов о-вов Гавайи и Реюньон выявило помимо обычных пикритов присутствие и базальтовых коматиитов (MgO 16-18% и CaO/Al2O31) (Соболев, Никогосян, 1994).

По расчетам, сделанным разными авторами (Albarede, 1992; Eggins, 1992; Watson, McKenzie, 1992), температура плавления в мантии для образования таких расплавов варьирует в пределах от 1450 до 16000С, что согласуется с независимой оценкой А.В.Соболева и И.К.Никогосяна (1994) для мантийных плюмов о-вов Реюньон и Гавайи и Р. Гилла и др. (Gill et al., 1992) для Зап. Гренландии. Оценка давления для первичных расплавов современных мантийных плюмов различных районов, проведенная теми же авторами, дает величины от 25-30 до 40-50 кбар.

В сравнении с глубинами генерации и температурой первичных расплавов базальтов срединно-океанических хребтов и континентальных рифтов разница в указанных параметрах является существенной и составляет для температуры около 200-2500С и для давления 15-20 кбар. Другими словами, как это неоднократно подчеркивал Д.Маккензи с соавторами, температура в мантийном плюме на 100–1500С превышает температуру в астеносфере, что имеет важнйешее значение для геодинамики.

4 – распределение редкоземельных элементов (РЗЭ) является другим важным диагностирующим признаком вулканитов горячих точек (Schilling et al., 1983, 1992; Le Roex et al., 1983). Весьма важными показателями являются отношения (La/Sm)N и (Ce/Yb)N, которые в базальтах горячих точек имеют значения более 1.8 и 7 соответственно (Schilling et al., 1983, 1992; Le Roex et al., 1983).

5 – обычное присутствие в лавах мантийных плюмов ксенолитов шпинелевых и гранатовых лерцолитов, а также дунитов, гарцбургитов как фрагментов мантийного вещества различной степени деплетированности (Глубинные ксенолиты…, 1975, 1987; Basaltic…, 1981 и др.). Этот факт важен по двум обстоятельствам: первое - присутствие ксенолитов ультраосновных пород в лавах свидетельствует о высокой скорости выноса расплавов на поверхность, тем самым затрудняя контаминацию расплава литосферными компонентами, второе – изучение состава и структуры ксенолитов позволяет судить о составе и состоянии вещества на глубинах зарождения первичных расплавов (Ibid).

Таким образом, вулканизм мантийных плюмов обладает целым рядом общих признаков, по которым он может быть идентифицирован. В то же время между мантийными плюмами различных регионов и разного возраста существуют и различия. Так намечается определенная пространственная петрохимическая специфика, свойственная плато-базальтам северного и южного полушарий (Magmatism…, 1992; Menzies, 1992; Gibson et al., 1996; Melluso et al., 1995, см. подробнее ниже). Более того, даже в пределах одной вулканической провинции вариации могут быть существенными, например, в базальтах р. Параны или Декана (Gibson et al., 1996; Melluso et al., 1995).

В начало

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.