О.Г. ШУЛЯТИН, С.И. АНДРЕЕВ, Б.В. БЕЛЯЦКИЙ, А.И. ТРУХАЛЕВ

ВОЗРАСТ И ЭТАПНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА ПО ГЕОЛОГИЧЕСКИМ И РАДИОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ

Скачать *pdf

УДК552.11:551.21/24:551.77/72(261)

 ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов мирового океана им. академика И.С. Грамберга», г. Санкт-Петербург;

 

 

Излагаются результаты геолого-геохронологических исследований магматических комплексов, слагающих коренной цоколь гребневой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ), их структурно-тектонического положения и возраста становления. Синтез всех опубликованных и оригинальных геологических материалов и данных изотопного датирования пород, полученных разными радиологическими методами (в том числе и SHRIMP-датированием цирконов), показывают широкий диапазон формирования магматических образований, от кайнозоя до докембрия включительно. Выявленные дискретные датировки возраста распадаются на несколько групп, которые совпадают с планетарными эпохами тектоно-магматической активности на сопредельных с океаном материках, и свидетельствуют о согласованном геодинамическом развитии литосферы пространств, занятых континентами и ныне покрытых океаном.

Ключевые слова: Атлантический океан, срединный хребет, габбро, ультрабазиты, базальты, рифт, изотопно-геохронологическое датирование, циркон.

 


 

Происхождение, возраст и структурно-тектоническая позиция магматических пород Срединно-Атлантического хребта (САХ) во многом остаются неясными и дискуссионными. Наши исследования по определению возраста вулканических и плутонических пород, слагающих коренной цоколь осевой зоны САХ, и синтез всех опубликованных геологических материалов и данных по радиологическим датировкам возраста позволили сделать ряд принципиальных выводов о многоэтапном формировании океанической коры САХ в период не только зарождения и существования Атлантического океана, но и задолго до его заложения.

Магматические породы, обнажающиеся в приосевой зоне САХ, принадлежат к двум комплексам. Первый - это вулканические породы, слагающие второй слой океанической коры и представленные толеитовыми базальтами. Они преобладают и развиты в приосевой части рифта (днище и бортах рифтовой долины), а также на его флангах, лишь иногда перекрыты тонким слоем осадков. Второй - это полнокристаллические плутонические породы габбро-ультрабазитового состава, относящиеся к третьему слою океанической коры. В пределах наиболее изученного отрезка САХ между 14° ю.ш. и 40° с.ш. они обнажаются в бортах рифтовой долины и на склонах трансверсивных хребтов, обрамляющих крупные трансформные разломы. Протяженность непрерывных подводных обнажений порой составляет десятки и сотни километров. Видимая мощность измеряется сотнями и тысячами метров (до 2 км). Столь масштабных выходов мантийно-нижнекоровых образований на континентах не установлено.

Участки САХ с широким распространением плутонических пород габбро-ультрабазитового комплекса и с относительно слабым развитием базальтового магматизма получили название океанической коры хессовского типа [Разницын, 2003] или областей «сухого» (с дефицитом базальтов) спрединга [Пейве, 2004]. Обычно они присущи срединно-океаническим хребтам, характеризующимся медленной скоростью спрединга (менее 3 см/год). На таких участках «классический» разрез океанической литосферы отсутствует (снизу вверх - мантийные перидотиты, кумулятивный габбро-перидотитовый комплекс, изотропное габбро, дайковый комплекс, базальты и осадочные породы) Здесь развит т. н. хаотический тип разреза океанической коры, образующийся при подъеме по многочисленным разломным зонам блоков ранее сформированной литосферы. Большую его часть составляют незакономерно перемежающиеся друг с другом метаморфизованные и тектонизированные габбро-ультрабазитовые породы, разбитые многочисленными сбросами и иногда пологопадающими разрывами (называемыми детачментами, надвигами и т. п.). Хаотический тип разреза коры широко развит на изученном отрезке САХ от 14° ю.ш. до 40° с.ш. Он вскрывается в бортах рифтовой долины, на склонах и вершинах трансверсивных хребтов, скважинах DSDP, ODP и обычно имеет относительно маломощную (десятки и первые сотни метров) базальтовую «покрышку», которая часто может и отсутствовать.

На карту распространения плутонических габбро-ультрабазитовых пород (рис. 1) нанесены все известные по публикациям и фондовым материалам выходы этих образований, встреченных на отрезке САХ между 0 и 40° с.ш. Большинство их выявлено по результатам драгирования и заимствовано из работы А.О. Мазаровича [2000], который проанализировал данные более 500 геологических станций. Их дополняют результаты работ на САХ Полярной морской геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ) и материалы ряда зарубежных и отечественных публикаций, которые отсутствуют в работе А.О. Мазаровича. Карта отчетливо иллюстрирует региональное (а не локальное, как считалось ранее) распространение рассматриваемых образований в САХ, в том числе и на значительном удалении от оси хребта. Наиболее удаленные выходы располагаются вдоль трансформных разломов и разломов нетрансформной природы, а также обнаружены в скважинах глубоководного бурения. В некоторых скважинах, пробуренных в 100 км от оси хребта, габбро-ультрабазитовые породы вскрыты под чрезвычайно тонким (50 м, DSDP скв. 334) покровом базальтов. Подавляющее большинство выходов этих пород концентрируется вдоль срединного хребта от 0 до ~25° с.ш. На более северном отрезке они относительно редки. На карте значками отражена преобладающая разновидность поднятых пород; там же, где они обнаружены примерно в равных количествах, каждый тип пород показан отдельным знаком. Обычно выходы этих пород приурочены к наиболее приподнятым частям САХ, характеризующимся максимальной амплитудой вертикальных тектонических движений и специфическим массивным, нередко нелинейным рельефом, иногда с образованием изометричных в плане сводообразных структур.

Рисунок 1

Результаты наших исследований [Шулятин и др., 2008] и опубликованные данные показывают, что среди кристаллических пород габбро-ультрабазитового комплекса развиты преимущественно тектонизированные и метаморфизованные разновидности. А.В. Пейве [1975], Ю.Е. Погребицкий и А.И. Трухалев [2002], анализируя тектонику САХ, пришли к заключению, что в его строении участвуют два комплекса пород: нижний - метаморфический, сложенный древними (в основном раннефанерозойскими и докембрийскими) мантийно-нижнекоровыми породами, испытавшими неоднократные термально-тектонические преобразования, и осадочно-вулканогенный, не дислоцированный и не метаморфизованный.

Как показали результаты геологического картирования, выполненного ПМГРЭ на разных участках САХ, устанавливаются два вида контактов плутонических образований с породами вулканического комплекса. Эффузивные породы либо непосредственно перекрывают плутонические, либо имеют с ними тектонические контакты. Совместное залегание в бортах рифтовой долины и на склонах трансверсивных хребтов на одних и тех же батиметрических уровнях тектонизированных, метаморфизованных кристаллических пород и пород вулканического комплекса позволяет рассматривать выходы метаморфизованных магматитов как тектонические блоки, перемещенные из низов коры и верхней мантии в верхние структурные этажи океанической коры в виде протрузий. На поверхность последних иногда происходили излияния молодых базальтов на океанском дне.

Магматиты, как вулканические, так и плутонические, в различных частях САХ по химическому составу в основном сходны, они достаточно полно охарактеризованы в многочисленных публикациях.

Вулканические породы представлены типичными толеитовыми базальтами срединно-океанических хребтов (MORB). Обычно это свежие породы. Исключение составляют эффузивы, обнажающиеся вблизи гидротермальных полей или приразломных зон, где они подвергнуты значительным гидротермальным и динамометаморфическим изменениям. Преобладающий морфологический тип базальтов - пиллоу-лавы.

На некоторых участках исследованных ПМГРЭ площадей САХ, помимо преобладающих свежих базальтов, иногда отмечаются базальты с признаками зеленокаменных изменений (метабазальты и метапикриты). Такие породы обнаружены на склонах рифтовой долины в районе 13° с.ш., а также на других участках, где при грейферном и дражном опробовании они нередко поднимались совместно с породами габбро-ультрабазитового комплекса. О некоторых петрологических особенностях этих пород и результатах их радиологического датирования будет сказано ниже.

Плутонические магматиты представлены габбро-ультрабазитовым комплексом. Как правило, габброиды и ультрабазиты встречаются совместно при дражном опробовании. Но на отдельных станциях иногда драги были сепаратно заполнены габброидами или серпентинитами, например, в районе рудного узла Логачев.

Ультрабазиты обычно представлены серпентинизированными разновидностями и в малоизмененном виде встречаются крайне редко. И только по таким породам в зависимости от количественного содержания породообразующих минералов удается диагностировать различные вариететы ультрабазитов - перидотиты, гарцбургиты, лерцолиты, пироксениты, верлиты, дуниты. Из перечисленных доминируют три первые разновидности. В подавляющем большинстве эти породы полностью сложены серпентином, правильнее эти породы называть метаультрабазитами.

Габброиды, как и ультрабазиты, обычно метаморфизованы, но степень изменений пород, как правило, значительно меньше, чем в ультрабазитах, тем не менее, приставка «мета» к названию пород более полно отразила бы их настоящее состояние. Хотя нужно отметить, что среди них нередко встречаются совершенно свежие породы. При микроскопических исследованиях структур и вторичных изменениях минералов четко прослеживаются признаки регрессивного метаморфизма габброидов, характеризующие понижение температуры, увеличение стресса и степени тектонизации пород. Устанавливаются многостадийный характер метаморфизма и неоднократные термально-тектонические преобразования. Первично возникшие из расплава ассоциации породообразующих минералов подвергались дроблению и перекристаллизации, возникали новые бластические структуры и минеральные образования. По парагенетическим минеральным ассоциациям выявлено, что метаморфизм пород происходил в условиях низкотемпературной гранулитовой, амфиболитовой и зеленосланцевой фаций метаморфизма. Общая последовательность преобразований пород примерно одинаковая: безводные оливинплагиоклазовые или оливин-пироксен-плагиоклазовые парагенезисы сменяются более поздними амфибол-плагиоклазовыми или амфибол-плагиоклаз-хлоритовыми. Следует особо отметить и подчеркнуть, что, наряду с метаморфизированными габброидами, в отдельных местах встречаются и совершенно свежие разновидности со следами лишь очень слабых тектонических деформаций.

В зависимости от варьирующего содержания темноцветных минералов и преобладания того или иного из них выделяются следующие разновидности габброидов: габбро, габбронориты, оливиновые габбро, рудные габбро (феррогаббро). Из перечисленных вариететов габброидов наиболее распространены габбро и габбронориты.

В последнее время все больше накапливается геологических и петролого-геохимических данных о разновозрастности габброидов, обнажающихся на САХ и трансверсивных хребтах. Так, на основании петролого-геохимических исследований С.Г. Сколотнев [2003] установил, что в твердые породы, уже прошедшие стадию перекристаллизации, внедрялись флюидонасыщенные расплавы, обогащенные железом и титаном. Обогащенность Fe и Ti с кристаллизацией более железистых пироксенов, ильменита и иногда роговой обманки является пока единственным твердо установленным петрологическим фактором отличия наиболее молодых габброидов от более древних их дериватов. Из остаточных расплавов этих габброидов иногда образуются жильные фации наиболее кислых разновидностей - трондьемиты, диориты, вплоть до плагиогранитов, обломки которых изредка обнаруживаются в драгированном материале.

Об относительных возрастных соотношениях между габброидами и ультрабазитами можно судить по наблюдениям в обломках образцов и глыб, поднятых при драгировании, где устанавливаются прямые контакты жил габбро с метаперидотитами. Изучение контактных взаимоотношений в совокупности со структурно-текстурными изменениями, происходящими в породах, показало, что все разнообразие контактов габбро с ультрабазитами можно свести к трем разновидностям: интрузивные с жилами габбро в метаперидотитах; интрузивные со структурами пластического течения в обоих разновидностях пород; сильно тектонизированные со структурами как пластических, так и хрупких деформаций в габбро и ультрабазитах в условиях амфиболитовой и зеленосланцевой фаций метаморфизма.

Хотелось бы еще раз подчеркнуть главную особенность плутонических магматитов - практически во всех породах габбро-ультрабазитового комплекса фиксируются в разной степени проявленные процессы регрессивного метаморфизма, происходившего в условиях от низкотемпературной гранулитовой до зеленосланцевой фации. Минеральные преобразования сопровождались пластичными и хрупкими (обычно более поздними) деформациями, в результате которых в породах развивались различные бластические (в магматитах, метаморфизованных в условиях гранулитовой и амфиболитовой фаций) до милонитовых и порфирокластических (в породах, метаморфизированных в близповерхностных условиях зеленосланцевой фации). Порой породы представлены настоящими метаморфитами - своеобразными мафическими гнейсами и кристаллическими сланцами.

Переходя к проблеме возраста магматических пород САХ, следует сразу же отметить, что здесь многое остается неясным, особенно датировка пород габбро-ультрабазитового комплекса.

Возраст эффузивных толеитовых базальтов, преобладающих на изученном отрезке САХ, определяется по их соотношению с осадочными породами и по местоположению в рифтовой структуре. Произведенное нами возрастное подразделение вулканических пород до некоторой степени условно и в большей степени отражает последовательность излияния лав, чем истинный их возраст.

Наиболее молодыми вулканическими породами являются пиллоу-лавы, обнажающиеся в днище рифтовой долины. Среди них к самым молодым, голоценовым мы относим эффузивы, образующие конические вулканические постройки разных размеров и вдольосевые неовулканические поднятия. Эти вулканиты практически нигде не перекрываются современными осадками, хотя мы допускаем возможность, что излияния лав, происходящие сегодня, могут оказывать воздействие на осадки, отложившиеся недавно. Не исключено, что часть вулканических построек центрального типа, фиксируемых в бортах рифтовой долины, также молодого, голоценового возраста, но пока, не имея дополнительных данных, мы их считаем одновозрастными с окружающими базальтами.

Основной объем базальтовых лав, выполняющих днище рифтовой долины, мы датируем верхним плейстоценом - голоценом. На этих базальтах в редких участках отмечается очень тонкая присыпка рыхлых голоценовых карбонатных илов.

Возраст базальтов, обнажающихся в бортах и на ближайших флангах рифтовой долины, датируется нижним - средним плейстоценом. Обоснованием такого возраста вулканитов являются в первую очередь перекрывающие их на значительных площадях кокколито-фораминиферовые карбонатные илы, вскрытая мощность которых в отдельных местах около 1,5 м. По обнаруживаемым в подошве (нижних слоях) этих осадков многочисленных органических остатков плейстоценового возраста и определяют верхнюю возрастную границу подстилающих эффузивов. Некоторым дополнительным фактором обоснования возраста вулканитов служат также полосовые магнитные аномалии.

Кроме того, как показали результаты радиологических исследований метаморфизованных разновидностей базальтов и пикритов, изредка локально встречающихся в бортах долины, полученные значения их возраста варьируют от верхов фанерозоя до докембрия (см. ниже), т. е. излияния этих эффузивов происходили еще в доокеанический период развития региона.

Датировка возраста гипабиссальных пород, к которым мы относим только дайки долеритов, служивших подводящими каналами для излияния на поверхность толеитовых базальтов, варьирует в широких пределах. Среди них встречаются как молодые, плейстоцен-голоценового возраста, так и древние. Возраст последних (фанерозойско-докембрийский), как и метабазальтов, определялся по данным радиологических исследований [Шулятин и др., 2008].

Анализ опубликованных и оригинальных данных по изотопно-геохронологическим исследованиям плутонических пород свидетельствует о широком диапазоне возрастных датировок, от кайнозоя (даже плейстоцена) до протерозоя (даже архея) включительно, не зависящих от радиологических методов определения [Шулятин и др., 2008]. Полученные данные требовали осмысления и дополнительных объяснений, так как находились в противоречии с принятыми представлениями о развитии САХ с позиции тектоники плит и соответственно временных параметрах аккреции океанической коры. Согласно этим представлениям, все магматиты (включая плутонические), обнажающиеся в приосевой зоне рифта, не должны быть древнее неогена.

Прежде чем представить данные по результатам изотопной геохронологии плутонических пород, противоречащие этой гипотезе, приведем лишь некоторые геологические факты, свидетельствующие о наличии в САХ древних (донеогеновых) плутонических образований:

– при геологическом картировании днища рифтовой долины и ее бортов устанавливается, что метаморфизованные породы габбро-ультрабазитового комплекса, как упоминалось выше, непосредственно перекрываются свежими базальтами или имеют с ними тектонические контакты. Такие же соотношения этих магматитов фиксируются и при наблюдении с подводных аппаратов. И те, и другие на склонах рифтовой долины и фланговых частях рифта перекрываются осадками голоцен-плейстоценового возраста. Таким образом, можно констатировать два разновозрастных комплекса магматических пород: нижний, сложенный плутоническими мантийно-нижнекоровыми образованиями, в разной степени метаморфизованными и дислоцированными, и верхний, осадочно-вулканогенный, не метаморфизованный и лишь локально (в местах разрывных нарушений) дислоцированный;

– в борту долины трансформного разлома Вима на глубине 3600 м при исследованиях с ПОА «Наутилус» обнаружена горизонтально залегающая толща известняков, непосредственно перекрывающих метагабброиды. Возраст известняков, определенный по органическим остаткам, миоцен (нижние горизонты) - ранний плиоцен [Aumby et al., 1992]. В 200 км к западу от этого региона, вблизи сочленения рифта САХ с трансформным разломом Вима, где глубины достигают минимальных отметок 450-600 м, выполнен широтный профиль МОВ ОГТ и установлено, что вершинная часть трансверсивного хребта на 50-километровом отрезке сложена горизонтальной слоистой толщей мощностью около 500 м. Драгированием установлено, что толща представлена такими же мелководными известняками, возраст базальных горизонтов которых также миоценовый, и залегают они также на породах габбро-ультрабазитового комплекса.

В районе сочленения трансформного разлома Романш с рифтовой долиной САХ (~1° ю.ш.) обнажаются такие же пелагические известняки, в базальных слоях которых обнаружена фауна нижнемелового возраста (около 140 млн лет).

Эти факты с несомненностью свидетельствуют о том, что в доплейстоцен - раннемеловое время сформированная «океаническая» кора была поднята выше уровня океана, подверглась эрозии в субаэральных условиях, выравниванию рельефа и затем опустилась до уровня неглубокого бассейна, где и происходило отложение известняков. Погружение происходит и в настоящее время в результате вертикальных движений блоков океанической литосферы.

Таким образом, геологические наблюдения свидетельствуют о том, что часть плутонических пород имеет дораннемеловой, а возможно, и дораннеюрский возраст, и вулканические и плутонические породы в гребневой зоне САХ не являются конвергентными, возникшими из единого близповерхностного магматического очага. Этот фактический материал мы привели, поскольку считаем его очень важным для решения вопросов доокеанической геологической истории развития и возраста протокоры океана.

В опубликованных работах и фондовых материалах накоплены представительные данные по изотопному датированию плутонических пород САХ. Первоначально большинство радиологических датировок выполнялось U-Pb и Pb-Pb методами по цирконам из габброидов (проводившимися по объединенной многозерновой навеске), а также Sm-Nd и Rb-Sr методами по главным породообразующим минералам и породам в целом; более ранние определения были сделаны K-Ar и Ar-Ar методами. В последнее время использовался U-Pb метод локального изотопного датирования в отдельных кристаллах циркона или даже его частях (метод SIMS SHRIMP II). Наибольшее количество радиологических определений возраста выполнены в породах на отрезке САХ между 5 и 45° с.ш. и прилегающих к гребневой зоне трансформных разломов.

Синтез всех опубликованных и оригинальных данных свидетельствует о широком спектре полученных датировок возраста от плейстоцена до протерозоя включительно [Шулятин и др., 2008]. На первом этапе радиологических исследований, независимо от методов определения, преобладали древние значения [Трухалев и др., 1993; Bea et al., 2001; Melson, 1972]. Полученные данные находились в противоречии с представлениями о временных параметрах аккреции океанической коры, базирующихся на канонической модели спрединга.

Следует особо отметить упоминавшуюся выше очень важную геологическую находку в районе 13° с.ш. (район рудного узла Ашадзе). При драгировании на западном борту среди преобладающих магматитов метагаббро-ультрабазитового состава обнаружены многочисленные обломки метавулканитов-метабазальтов, метапикритов, лавовые брекчии метапикритов, удалось определить их возраст [Shulyatin & Trukhalev, 2004]. Из-за мелкозернистости метапикритов определен только модельный Sm-Nd возраст 580 млн лет по породе в целом. Модельные Sm-Nd возрасты метабазальтов и метадолеритов, драгированных на близрасположенных геологических станциях в этом районе, варьируют от 560 до 890 млн лет. Эти значения возраста весьма необычны, но вместе с тем подтверждаются ранее полученными датировками для древних метабазальтов М. Озима [Ozima et al., 1976] и Л. Доссо [Dosso et al., 1999]. Л. Доссо проводила изотопно-геохимические исследования базальтов САХ между 31 и 41° с.ш. Полученные ею многочисленные датировки возраста базальтов Rb-Sr, Sm-Nd и U-Pb методами 100-300 млн лет.

Приведенные данные, по нашему мнению, служат доказательством многостадийности вулкано-плутонической деятельности на САХ не только в кайнозойскую эру, но и значительно раньше и позволяют рассматривать метавулканиты и метагабброиды и ассоциирующие с ними метаультрабазальты с древними датировками как образования доокеанического кристаллического фундамента (протокоры), преобразованного в процессе доокеанического и синокеанического тектогенеза.

В последние годы для определения возраста пород большое значение приобрел метод локального U-Pb SHRIMP изотопного датирования по цирконам, выделенным из габброидов и других магматических пород в осевой зоне САХ. Использование метода SIMS SHRIMP II позволило выявить не известные ранее особенности пород и датировать время их преобразований [Бортников и др., 2005; Мазарович, 2000].

Локальное U-Pb радиологическое датирование цирконов подтвердило наличие разновозрастных (полихронных) зерен в изученных образцах, при этом в одном и том же образце довольно часто присутствуют молодые и древние цирконы. Возраст молодых цирконов, по нашим данным, не превышает 1 млн лет (наилучшая оценка 850±31 тыс. лет). По данным [Сколотнев и др., 2010], самые молодые датировки получены по цирконам из плагиогранитов (380±13 тыс. лет), драгированных в районе рудного узла Семенов. Вторая группа характеризуется широким диапазоном значений. Полихронный ряд возрастов от позднего палеогена до архея включительно (от 53 до 3200 млн лет).

Изучение морфоструктурных и геохимических особенностей цирконов показало наличие среди них генетических разновидностей [Беляцкий и Шулятин, 2007; Сколотнев и др., 2010]. Эти данные в сочетании с выявленной полихронностью цирконов свидетельствуют о воздействии молодого магматического процесса на породы габбро-ультрабазитового комплекса и соответственно подтверждают многоэтапную эволюцию габброидов САХ.

Сходная картина обнаружения в плутонических породах древних (докембрийских) и молодых (альпийских) радиологических датировок отмечалась в целом ряде габбро-ультрабазитовых массивов альпийского пояса (зона Ивреа - Вербано, массив Ронда в Северных Пиренеях, массив Альпе - Арами в Южной Испании) [Блюман, 2000]. Молодые датировки, по мнению исследователей, отражают время перемещения глубинных пород в верхние горизонты коры, закрытия изотопных систем при охлаждении и взаимодействии с близповерхностными флюидами. Это совпадает с нашим представлением о сложном многостадийном формировании современной океанической коры с участием вещества древней литосферы.

Наиболее убедительно о сложной истории формирования и последующих тектоно-метаморфических преобразованиях магматических пород свидетельствует, на наш взгляд, построенная на основе радиологических датировок диаграмма на рис. 2. На диаграмму относительной вероятности проявления возрастов вынесены три гистограммы. Первая (голубые столбцы) отражает совокупность всех имеющихся опубликованных и оригинальных данных по определению возрастов разными радиологическими методами по породообразующим и акцессорным минералам и породам в целом (Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar, Ar-Ar, классическим U-Pb и Pb-Pb по цирконам, всего около 100 определений) [Шулятин и др., 2008]. Вторая (на рис. 2 столбцы зеленого цвета) - это результаты U-Pb изотопного анализа отдельных зерен циркона, выполненных методом TIMS и локальными методами с использованием масс-спектрометра высокого разрешения SHRIMP II и лазерной абляции LAICPMS. Всего для построения последней гистограммы использованы 593 анализа, из них более 500 приходится на измерения методами SHRIMP II и лазерной абляции. Большинство анализов выполнено во ВСЕГЕИ.

Рисунок 2

На диаграмме отчетливо фиксируется, что значения возрастных датировок группируются и приурочены к определенным временным интервалам. Выявленные временные интервалы, что по нашему мнению очень важно, практически одинаковы как при датировке SHRIMP методом по акцессорному циркону, так и по породообразующим минералам и породам в целом, анализированным другими радиологическими методами. Эти временные интервалы, очевидно, являются рубежами, на которых проявились глобальные эпохи тектоно-магматической активизации. Выделяется шесть этапов активизации, нашедших четкое отражение в изотопных системах и, по нашему мнению, представляющих собой этапы эволюции магматических пород. Временные интервалы этапов (от древних к молодым): 2800-2400, 1900-1400, 1100-900, 700-400, 350-200, 100-0 млн лет. Следует отметить, что обозначенные временные интервалы выявлены нами еще раньше [Шулятин и др., 2008], когда количество датировок методами SHRIMP и лазерной абляции не превышало 200 измерений, и увеличенное до 593 количество собранных анализов лишь более четко подтвердило их временные границы. Для иллюстрации мы поместили на эту диаграмму и кривую, полученную нами ранее по 200 определениям.

Выделенные возрастные группы совпадают с эпохами тектоно-магматической активизации на сопредельных с Атлантикой материках, в частности с Африканским, и могут быть сопоставимы с этапами глобального роста и переработки континентальной коры: кольской (трансваальской), беломорской (родезийской), раннекарельской (эбурнейской), позднекарельской (майомбской), байкальской (катангской), каледонской (панафриканской?), герцинской, альпийской. Наиболее интенсивный пик на гистограмме соответствует позднеальпийской эпохе тектогенеза (≤ 5 млн лет), во время которой формировалась осевая зона САХ - георифтогеналь, происходили излияния базальтов и протрузивное внедрение плутонических пород. Вторым по представительности на диаграмме является пик, соответствующий возрасту около 1800 млн лет. Примерно одинаковы по значимости возрастные пики 500 и 300 млн лет. Менее представительны, но отчетливо проявлены пики с возрастами 2700 и 1000 млн лет.

Установленные радиологическими исследованиями два весьма важных наблюдения - сонахождение в одной и той же породе габбро-ультрабазитового комплекса САХ полихронных цирконов и дискретное сосредоточение возрастных датировок цирконов и других породообразующих минералов на шкале геологического времени в интервалах важнейших тектоно-магматических событий требуют своего объяснения.

Сосуществование и происхождение полихронных цирконов разными исследователями трактуется часто с противоположных позиций, и полной ясности в этом вопросе нет [Pilot et al., 1998]. Наиболее распространенная точка зрения - древние цирконы являются ксеногенными и были захвачены расплавом при его формировании в мантии или по пути следования расплава к поверхности дна океана при частичной ассимиляции верхнемантийного вещества [Костицын и др., 2009]. При этом подразумевается, что породы континентальной коры и содержащиеся в ней цирконы попали в мантию в процессе палеосубдукции [Пейве, 2004; Шарков и др., 2004; Bea et al., 2001]. Если предположить существование в глубокой мантии гипотетического «кладбища слэбов» [Бортников и др., 2008] с разновозрастными кристаллическими породами, то это позволяет частично решить проблему полихронности цирконов, но совершенно не понятно, как долго в мантийных условиях может сохраняться изотопно-геохронологическая информация в цирконах при температурах в нижней мантии более 1500-1600° С. Экспериментальные данные по диффузии и модельные расчеты свидетельствуют, что частичная гомогенизация, элементная и изотопная, будет достигнута в зернах циркона в течение первых десятков тысяч лет. Первоначальное континентальное происхождение цирконов также сомнительно, так как не только морфологическая форма, но и состав микроэлементов не позволяют диагностировать эти цирконы как производные континентальной коры [Беляцкий и Шулятин, 2007]. Следует еще раз подчеркнуть, что ни прямыми геологическими наблюдениями, ни петролого-геохимическими исследованиями пород САХ свидетельств контаминации базитовым расплавом пород континентальной коры не обнаружено.

Большая работа по изучению морфологии, геохимических особенностей и определению возраста полихронных цирконов в Центральной Атлантике выполнена С.Г. Сколотневым с коллегами [2010]. Только молодые цирконы с возрастом от 0,38 до 53 млн лет автор относит к сформировавшимся in situ, а древние цирконы, обнаруженные совместно с молодыми и образующие полихронный ряд возрастов от 53 до 3200 млн лет, он относит к ксеногенным для содержащих их пород. Они кристаллизовались в подлитосферной мантии и были захвачены из астеносферы в результате периодически возникающих разноплановых внутриастеносферных течений.

О наших сомнениях в сохранении изотопно-геохронологической информации в отдельных кристаллах циркона в условиях мантии сказано выше, здесь же уместно еще раз обратить внимание на то, что древние датировки определялись нами не только по цирконам, но и по породообразующим минералам и породам в целом разными радиологическими методами. Дискретное сосредоточение тех и других датировок в одних и тех же возрастных интервалах (рис. 2) свидетельствует о том, что эти «геохронометры» запечатлели одни и те же процессы.

Учитывая большую «инертность» Sm-Nd изотопной системы по сравнению с более подвижными Rb-Sr, K-Ar и U-Pb изотопными системами, можно ожидать преимущественной сохранности геохронологической информации для минеральных Sm-Nd изохрон, получаемых по породообразующим минералам океанических габброидов, несмотря на сильно проявленные процессы вторичных изменений этих пород [Barnes et al., 2009]. В связи с этим мы полагаем, что полученные нами ранее [Шулятин и др., 2008] Sm-Nd изохронные датировки ряда габброидов из разных районов САХ по породообразующим минералам и валовым пробам отвечают возрасту формирования этих габброидов на более раннем этапе доокеанического корообразования (рис. 3). Такая интерпретация возраста габбро-ультрабазитов из рифтовой зоны современного САХ согласуется с предложенными моделями развития океанической коры в ряде публикаций для других регионов Земли [Froitzeim et al., 1998; Munterner et al., 2004; Puga et al., 2005].

Рисунок 3

Мы не отрицаем ксеногенного происхождения в породах некоторой части зерен циркона с «древними» датировками, встречающимися наряду с «молодыми». Однако считаем, что захват их расплавом происходил в самых высоких горизонтах мантии, а скорее всего на нижних уровнях коры. В таких условиях происходило образование магматических камер с последующей кристаллизацией пород габброидного ряда. Возрастное становление последних или метаморфических преобразований в них отразилось в радиологических датировках, полученных по породообразующим минералам, валовому составу пород, а также акцессорному циркону. Именно комагматами, комплементарными по возрасту таким габброидам и ультрабазитам, являются их древние эффузивные аналоги - метабазальты и метапикриты, упоминавшиеся выше.

Таким образом, сонахождение в одной породе (образце) разновозрастных цирконов, по нашему мнению, следует рассматривать как результат гибридизации «древнего» мантийно-корового вещества под воздействием «молодых» магм, участвовавших в становлении САХ. Вместе с тем на отдельных участках в образцах габброидов фиксируются только «древние» радиологические датировки по цирконам, а также по породообразующим минералам, что позволяет рассматривать такие участки как сохранившиеся блоки литосферы, не претерпевшие преобразований и выведенные на современный уровень дна океана. Существование таких участков, а также древних метабазальтов и метапикритов, несомненно указывает на доокеаническую протокору. Об этом же свидетельствуют и некоторые геологические наблюдения. В частности, упоминавшийся выше факт залегания мелководных нижнемеловых известняков на эродированной поверхности пород габбро-ультрабазитового комплекса в разломных зонах Романш и Вима [Aumby et al., 1992].

Весь изложенный материал по геологии и радиологическому датированию магматических пород САХ позволяет сделать ряд выводов о структурно-тектонических особенностях и возрасте этих образований.

Результаты радиологического определения возраста пород габбро-ультрабазитового комплекса (полученные авторами и опубликованные в литературе) указывают на широкий диапазон формирования плутонических пород - от кайнозоя (плейстоцена) до архея включительно.

Полученные дискретные датировки радиологического возраста распадаются на несколько групп, которые совпадают с планетарными тектоно-магматическими эпохами на континентах, что является новой информацией и свидетельствует, очевидно, о согласованном геодинамическим развитии материков и разделяющих их океанических пространств.

Упорядоченный характер в распределении возрастов пород отражает многоэтапность проявления магматизма САХ, унаследованного от доокеанической эпохи геологического развития. Плутонические образования иногда сопровождались излияниями эффузивных пород, что подтверждается фактом обнаружения в приосевой зоне САХ метабазальтов и метапикритов, комплементарных по возрасту древним кристаллическим породам (протокора).

В формировании современной структуры САХ на уровне второго и третьего слоев океанической коры участвуют реликтовые образования доокеанической литосферы и верхней мантии. Они вносят породное и особенно возрастное разнообразие в гетерогенный магматический комплекс, слагающий геоблоки среди молодых базальтов осевой зоны Срединно-Атлантического хребта.

Все сказанное в значительной мере противоречит устоявшимся представлениям о строении срединных хребтов, возрасте слагающих их пород, механизме формирования и происхождения структур в целом, а следовательно, указывает на концептуальное несовершенство монопольно господствующей уже многие годы гипотезы тектоники плит.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Беляцкий Б.В., Шулятин О.Г. Изотопно-геохимические особенности цирконов габброидов САХ // Тезисы совещания «Russian Ridge». СПб.: ВНИИОкеангеология, 2007. С. 39-40.

2. Блюман Б.А. Кристаллические ультрамафиты и мафиты офиолитовых ассоциаций: происхождение и модель становления. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2000. 58 с.

3. Бортников Н.С., Савельева Г.Н. и др. Возраст циркона из плагиогранита и габбро по данным SHRIMP: плейстоценовая интрузия в рифтовой долине САХ, 5°30,6′–5°32,4′ с.ш. // Докл. РАН. 2005. Т. 404. № 1. С. 94-99.

4. Бортников Н.С., Шарков Е.Д. и др. Находки молодых и древних цирконов в габброидах впадины Маркова, САХ, 5°30,6′–5°32,4′ с.ш. (результаты SHRIMP II U-Pb датирования): значение для понимания глубинной геодинамики современных океанов // Докл. РАН. 2008. Т. 421. №2. С. 240-248.

5. Костицын Ю.А. и др. Циркон в габброидах из осевой зоны Срединно-Атлантического хребта: U-Pb возраст и 176Hf/177Hf отношения (результаты исследования лазерной абляцией) // Докл. РАН. 2009. Т. 428. № 5. С. 654-658.

6. Мазарович А.О. Геологическое строение Центральной Атлантики: разломы, вулканические сооружения и деформации океанического дна. М.: Научный мир, 2000. 176 с.

7. Пейве А.В. Тектоника Срединно-Атлантического хребта // Геотектоника. 1975. № 5. С. 3-17.

8. Пейве А.А. «Сухой» спрединг океанической коры, тектоно-геодинамические аспекты // Геотектоника. 2004. №6. С. 3-18.

9. Погребицкий Ю.Е., Трухалев А.И. Происхождение глубинных базит-гипербазитовых пород - ключевая проблема геологии Срединно-Атлантического хребта // Российская Арктика: геологическая история, минералогия, геоэкология. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2002. С. 49-62.

10. Разницин Ю.Н. Роль тектонической расслоенности литосферы в образовании связанных с ультрабазитами гидротермальных полей и метановых факелов в Атлантическом океане // Геотектоника. 2003. № 6. С. 3-17.

11. Сколотнев С.Г. Габброиды разломной зоны Вима: структура, состав и тектоническое положение // Петрология, 2003. Т. 11. № 1. С. 35-52.

12. Сколотнев С.Г. и др. Молодые и древние цирконы из пород океанической литосферы Центральной Атлантики, геотектонические условия // Геотектоника. 2010. №6. С. 24-29.

13. Трухалев А.И. и др. Древние породы в Срединно-Атлантическом хребте // Отечеств. геология. 1993. №11. С. 81-89.

14. Шарков Е.В. и др. Мезозойский циркон из габброноритов осевой зоны САХ, 6°с.ш. (район впадины Маркова) // Докл. РАН. 2004. Т. 396. № 5. С. 675-679.

15. Шулятин О.Г. и др. Структурно-тектоническая позиция и возраст плутонических пород базит-ультрабазитовых комплексов САХ // 60 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2008. С. 392-408.

16. Aumby M.P. et al. Paleontological evidence for carby exposure of deep ocean crust on the Vema Fracture Zone Southern Wall (Atlantic Ocean, 10°45′) // Mar. Geology. 1992. Vol. 107. N 5–1/2. P. 1-7.

17. Barnes J.D. et al. Stable isotope (d18O, dD, d37Cl) evidence for multiple fluide histories in Mid-Atlantic abyssal peridotites (ODP Leg2009) // Lithos. 2009. Vol. 110. P. 83-94.

18. Bea F. et al. Recicling of continental crust into the mantle as releaved by Kytlun dunite zircons Ural Mts. Russia // Terra Nova. 2001. Vol. 13. P. 407-412.

19. Bonatti E. Subcontinental mantle exposed in the Atlantic Ocean on St. Peter-Paul islands // Nature. 1990. N 345. P. 800-802.

20. Dosso L. et al. The age and distribution of mantle heterogeneity along the Mid-Atlantic Ridge (31-41°N) // Earth Planet Sci. Lett. 1999. 170. P. 59-73.

21. Froitzeim N. et al. Continental breakup by detachment faulting: field evidence and geochronological constance (Tasna nappe, Switzerland) // Terra Nova. 1998. Vol. 10. P. 171-176.

22. Melson W.G. St. Pauls rocks, Equatorial Atlantic: petrogenesis, radiometric ages, and implications on sea-floor spreading // Mem. Geol. Soc. Am. 1972. 132. P. 241-272.

23. Munterner O. et al. Refertilization of mantle peridotite in embryonic ocean basins: trace elements and Nd isotopic evidence and implications for crust-mantle relationships // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. Vol. 221. P. 293-308.

24. Ozima M. et al. Additional evidence of the existence of ancient rocks in the Mid-Atlantic Ridge and the age of the opening Atlantic // Tectonophisics. 1976. Vol. 31. N 1/2. P. 59-71.

25. Pilot J. et al. Paleozoic and Proterozoic zircons from Mid-Atlantic Ridge // Nature. 1998. Vol. 393. P. 676-679.

26. Puga E. et al. Recristallization textures in zircon generated by ocean floor and eclogite-facies metamorphism: a cathodoluminescene and U-Pb SHRIMP study, with constraints from REE elements // The Canadian Mineralogist. 2005. Vol. 43. P. 183-202.

27. Shulyatin O.G., Trukhalev A.I. Predicted mineragenic potential of basit-ultrabasitic rocks of the MAR // Minerals of the ocean - integrated strategies-2. Conference abstract. St. Petersburg: VNIIOkeangeologia, 2004. P. 21-23.

 


 

Shulyatin O.G., Andreev S.I., Belyatsky B.V., Trukhaljev A.I.

AGE AND STAGES OF FORMATION OF MAGMATIC ROCKS FROM THE MID-ATLANTIC RIDGE ON THE BASE OF GEOLOGICAL AND ISOTOPE-GEOCHRONOLOGICAL DATA

 

The paper presents the results of geological and geochronological study of magmatic complexes composing the axial zone of the Mid-Atlantic Ridge. Analysis of all published and original geological data, as well as isotope-geochronologic data obtained by different radiological methods (including SHRIMP zircon data) reveal wide time range of magmatic rocks formation from Cenozoic till Precambrian. The obtained ages are grouped in the number of discrete data clusters which coincide well with the epochs of tectono:magmatic activity wide developed on conjugated continents and testify to compatible geodynamic evolution of huge landmass which are nowadays occupied by ocean and continents.

Key words: Atlantic Ocean, Mid-Atlantic Ridge, gabbro, ultrabasits, basalts, rift, isotope-geochronological dating, zircon.

 

 

 

Ссылка на статью:

Шулятин О.Г., Андреев А.И., Беляцкий Б.В., Трухалев А.И. Возраст и этапность формирования магматических пород Срединно-Атлантического хребта по геологическим и радиологическим данным // Региональная геология и металлогения. 2012. № 50. С. 28-36.

 





eXTReMe Tracker


Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz