ДРЕВНИЕ ПОРОДЫ В СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОМ ХРЕБТЕ

А.И. ТРУХАЛЕВ, Ю.Е. ПОГРЕБИЦКИЙ, Б.В. БЕЛЯЦКИЙ, Н.А. КУРЕНЦОВА, И.М. ВАСИЛЬЕВА

 УДК 551.35

Севморгеология

Скачать pdf

 

  

В последние годы НПО «Севморгеология» проводит региональные геолого-геофизические исследования в Атлантическом океане по программе «Геотраверсы». Общая методология и основные результаты изучения по первому из отработанных геотраверсов - Анголо-Бразильскому (АБГТ) - опубликованы в работе [Погребицкий и др., 1990]. В процессе этих исследований, а также работ на глубоководные сульфиды в Срединно-Атлантическом хребте (САХ) в полосе Канаро-Багамского геотраверса (КБГТ), в рифтовой зоне хребта на отдельных участках (11-14° ю.ш. и 23-26° с.ш.) были драгированы метаморфизованные плутонические породы гипер-базит-базитового состава. Резкое различие в степени метаморфизма и тектонической нарушенности между свежими базальтами рифтовой зоны и плутоническими породами, залегание последних в виде блоков-протрузий или тектонических брекчий, скорее, указывают на то, что это генетически не взаимосвязанные, разновозрастные образования.

Первые определения возраста плутонических пород в известной мере подтвердили такое предположение, оставив в то же время некоторые сомнения в реальности полученных цифр древнего возраста: около 1,9 млрд лет для метагаббро из района 14° ю.ш.; 0,55 и 1,63 млрд лет для метагаббро и мигматит-гранита из района 26° с.ш. [Трухалев и др., 1990; Погребицкий и др., 1990]. Далее были получены новые данные, подтверждающие, на наш взгляд, первоначальные оценки их возраста и, кроме того, значительно расширяющие существующие представления о времени формирования глубинных пород САХ.

Рисунок 1     Таблица 1,2

На АБГТ плутонические и метаморфические породы были драгированы (рейс НИС «Профессор Куренцов», 1986-1987 гг.) в пределах блоковых поднятий в рифтовой зоне САХ на участках, примыкающих к трансформным разломам, в районе 11° ю.ш. (станции 8726-4 и 8728-2) и 14° ю.ш. (станции 8717-8720; рис. 1, табл. 1). Петрографо-геохимическое изучение этих пород позволило разделить их на следующие генетически различные и, по-видимому, разновозрастные комплексы:

1. Крупно-гигантозернистые амфиболизированные и катаклазированные метагаббро, титаномагнетитовые метагаббро, метагаббронориты, серпентинизированные шпинель- и флогопитсодержащие перидотиты. По петрографо-геохимическим особенностям, составам пород и минералов (составы главных разновидностей пород приведены в [Погребицкий и др., 1990]) они могут быть сопоставлены с породами расслоенных гипербазит-базитовых плутонов типа Бушвельдского, Стилуотерского и др.

2. Продукты многостадийного метаморфизма габброидов, представленные частично перекристаллизованными и замещенными вторичными минералами плутоническими породами, а также габброамфиболитами и габброгранулитами. По структуре, ассоциациям и составам минералов они соответствуют породам гранулитовой (Т 740-940 °С, при Р 500 МПа), эпидот-амфиболитовон (Т. 530-600 °С, Р 200 МПа и меньше) и зеленосланцевой фаций.

3. Метадолериты и метабазальты, представляющие, вероятно, продукт регионального зеленосланцевого метаморфизма магнезиальных толеитов и относящиеся, по-видимому, к комплексу пород, вмещающих метагабброиды и гипербазиты.

4. Серпентиниты и тальк-серпентиновые сланцы, образовавшиеся, скорее всего, в результате метасоматической переработки габброидов. Они характеризуются очень высокими значениями индикаторного (Nb/Zr)N отношения (20,4-27,7), резко отличными от такового в метагабброидах и перидотитах (0,49-0,84) в породах, поднятых станцией 8728-2, и указывающими на связь их с иным, более глубинным магматическим источником.

Таблица 3

Из охарактеризованных выше четырех комплексов проведены изотопические исследования первых трех (табл. 2, 3). Наиболее древние цифры возраста (около 2,5-2,6 млрд лет, Pb-Pb термоионный метод), получены по цирконам из метадолеритов. Эти цирконы по размеру, цвету, морфологии и изотопному составу (в них практически отсутствует обыкновенный свинец) резко отличаются от цирконов выделенных из мета-габбро. Модельный Sm-Nd-возраст одного из образцов метадолеритов (3,74 млрд лет) намного превышает таковые для метагабброидов (2,5-2,7 млрд лет). Указанные особенности позволяют рассматривать метадолериты как самостоятельные магматические образования, относящиеся, скорее всего, к комплексу пород, вмещающих метагабброиды и перидотиты. К этому же комплексу относятся, вероятно, и метабазальты, драгированные станцией 8726-4. Очень молодая K-Ar их датировка (менее 1 млн лет [Пейве, 1975]) отражает, по-видимому, время последней переработки древних пород в зоне новейшего рифтогенеза.

Наиболее близкой к истинному возрасту метагабброидов - около 1,9-2,2 млрд лет (см. табл. 2) - является, по-видимому, Pb-Pb-датировка цирконов магматогенного габитуса, выделенных из метагаббро (обр. 8719/2). Она подтверждается результатами Sm-Nd-изотопного анализа. Точки составов валовых проб метагаббро станций 8719 и 8728-2, а также метагаббро с Канаро-Багамского геотраверса (образец 105-4) на изотопной диаграмме (рис. 2) располагаются на прямой линии, являющейся, скорее всего, эрохроной; наклон ее соответствует возрасту 2322±560 млн лет. Предположение о примерной одновозрастности габброидов, драгированных из достаточно удаленных друг от друга станциях, базируются на общих петрографо-геохимических особенностях этих пород и принадлежности их к единому блоку литосферы с общим ходом эволюции тектоно-магматических процессов. Оно подтверждается близкими датировками цирконов, выделенных из образцов 8719/2 и 105-4, совпадающими грубо с их эрохронным возрастом.

Рисунок 2

Модельные Sm-Nd-возрасты метагабброидов (2,5-2,7 млрд лет, см. табл. 3) оказываются несколько более древними по сравнению с приведенными выше цифрами. Пока трудно сказать, с чем связано такое увеличение возраста. В данном случае мы отдаем предпочтение цирконовым датировкам, которые, как показывает практика геохронологических исследований [Пушкарев, 1990], редко дают завышенные результаты.

Pb-Pb-датировки других морфотипов цирконов, выделенных из образца 8719/2 (см. табл. 2), внутренняя Sm-Nd-изохрона для этой породы (по амфиболам), а также K-Ar-определения возраста метагаббро и метадолеритов (220-336 млн лет, обр. 8719/2; 55-57 млн лет, обр. 8728-2/1; 125 млн лет, обр 8719/5, см. работу [Погребицкий и др., 1990]) отражают, как нам представляется, полиметаморфическую природу этих пород и неоднократные воздействия на них различных наложенных процессов. Большая часть этих датировок примерно совпадает либо с эпохами активизаций (изотопного омоложения), широко проявленными в докембрийских образованиях сопредельных материковых районов (панафриканская эпоха, бразильский цикл метаморфизма, 500-650 млн лет [Долгинов, 1985]), либо со вспышками базитового магматизма (мелового, триасово-юрского) на побережьях Африки и Южной Америки.

Что касается внутренних Sm-Nd-изохрон для образцов 8719/2 и 8728-2/1, построенных по плагиоклазу, породе в целом и пироксену, то они, скорее всего, лишены геологического смысла. Особенно это видно на примере образца 8728-2/1, для которого внутренняя изохрона соответствует отрицательному возрасту.

Рисунок 3     Рисунок 4

На Канаро-Багамском геотраверсе нами изучены породы, драгированные в I и V рейсах НИС «Геолог Ферсман» в районе 26° (станции 67, 74), 24° (станции 130, 162, 192) и 23° с.ш. (станция 105) - табл. 4, 5, рис. 3, 4, Анализ полученных материалов и публикаций по глубинным породам региона [Ito et al., 1987; Karson et al., 1984; 1987 и др.] показывает, что здесь в тектонических блоках на поверхность выведены фрагменты расслоенных гипербазит-базитовых комплексов, обычно в той или иной степени тектонизированных и несущих следы многостадийного метаморфизма, от гранулитового (Т 840 °С при Р 500 МПа, обр. 162-5, 192-21) или эпидот-амфиболитового (T 420-540 °С, Р 200-400 МПа, обр. 162-5, 67-3) до зеленосланцевого.

Таблица 4     Таблица 5

Плутонические породы, обнажающиеся в районе 23° с.ш., представлены грубозернистыми катаклазированными габброидами, диабазами, амфиболовыми габбро с большим количеством Fe-Ti оксидов и перидотитовыми тектонитамн [Karson et al., 1984; 1987]. Эти породы, слагающие западный борт срединной рифтовой долины на протяжении более 30 км, по петрографо-геохимическим особенностям сходны с плутоническими породами, драгированными нами в районе 14° ю.ш. Pb-Pb-датировка цирконов, выделенных из пегматоидного метагаббро, драгированного в северной части выходов глубинных пород (около 2 млрд лет, обр. 105-4, см.табл. 2) и Sm-Nd-изотопные данные (см. табл. 3, рис. 2), скорее всего, указывают на древний, протерозойский возраст породы. Как уже отмечалось, можно предполагать ее эрохронные отношения с метагабброидами, драгированными на АБГТ (образцы 8719/2 и 8728-2/1) и достаточно древний (около 2,3 млрд лет) Sm-Nd-эрохронный возраст всех этих пород.

Следует отметить специфический изотопный состав свинца в обр. 105-4. Он резко отличен от такового в океанических базальтах и других изученных нами образцах метагабброидов (рис. 5) и указывает на сильную контаминацию породы материалом континентальной коры и соответственно на присутствие ее реликтов в рассматриваемом районе.

Рисунок 5

Плутонические породы, драгированные около 24° с.ш., представлены серпентинизированными перидотитами, метатроктолитами и метагабброидами (см. табл. 4). Для изотопных исследований выбраны наименее измененные образцы метагабброидов (см. табл. 5). По структуре и геохимическим особенностям заметно отличаются от других пород мелкозернистые габброгранулиты (обр. 162-5), представляющие, вероятно, метаморфизованные базитовые дайки в габброидах и перидотитах. Отметим геохимическую «оторванность» плутонических пород от драгированных в этом же районе рифтогенных базальтов. Наиболее ярко это проявляется в различных значениях (Nb/Zr)N отношения, присущего базальтам (0,46-0,52) и плутоническим породам (5,46-19,1), что свидетельствует о связи их с различными магматическими источниками.

Результаты Sm-Nd-изотопного анализа (см. табл. 3) позволяют предполагать протерозойский возраст плутонических пород. Модельный возраст всех исследованных образцов достаточно древний - докембрийский; выделяются две их группы, попадающие в интервалы 1600-1700 (обр. 162-5 и 192-21) и 600-1100 млн лет (обр. 130-14, 130-17, а также 67-3 из района 26°с.ш.). На изотопной диаграмме (см. рис. 2) точки составов пород этих групп располагаются обособленно; можно предполагать, что они связаны между собой эрохронными отношениями. Судя по расположению точек относительно нанесенных для сравнения изохрон 2,0 и 0,6 млрд лет, эрохронный возраст образцов первой группы должен быть несколько меньше 2 млрд лет и примерно соответствовать их модельному возрасту. Образцы второй группы (особенно 10-17 и 67-3) явно тяготеют к изохроне 0,6 млрд лет и их предполагаемый эрохронный возраст составляет около 600 млн лет.

Внутренние Sm-Nd-изохроны для рассматриваемых пород соответствуют чаще всего значительно более молодым возрастам. Геологический смысл имеют, по-видимому, лишь изохроны, построенные по пироксену и породе в целом. Соответствующие им возрасты (1574±31 млн лет, обр. 162-5; 575±88 млн лет, обр. 130-14) оказываются близкими к модельным и предполагаемым эрохронным Sm-Nd-возрастам изученных пород и, очевидно, примерно отражают время их образования. Изохроны, построенные с использованием плагиоклаза, учитывая существенно более радиогенный изотопный состав Nd в этом минерале, скорее всего, лишены геологического смысла. Однако полностью исключить возможность того, что они (или, по крайней мере, некоторые из них) фиксируют время наиболее позднего преобразования габброидов, видимо, нельзя.

Судя по изотопным данным, в районе 24°с.ш. обнажаются разновозрастные (около 1600-1700 и 600 млн лет) базит-гипербазитовые комплексы, слагающие самостоятельные тектонические блоки на восточном склоне рифтовой долины (см. рис. 4).

Характеристика метагаббро и мигматит-гранита, драгированных в районе 26°с.ш., и предварительные результаты определений их возраста приводились в работе [Трухалев и др., 1990]. Эти данные получили подтверждение при последующих исследованиях. На древний возраст метагаббро (обр. 67-3) указывает сделанное А.Н. Комаровым трековое определение возраста выделенных из него цирконов - 280±70 млн лет или, скорее, более, поскольку при расчете не учитывалось возможное занижение возраста за счет природного отжига спонтанных треков. Данные по изотопам Sm и Nd также позволяют предполагать достаточно древний (около 600 млн лет) возраст этой породы.

Определение возраста мигматит-гранита представляется вполне надежным: K-Ar-датировки по биотиту редко дают завышенные результаты. Сомнение могло вызвать лишь местное происхождение этой необычной для срединно-океанического хребта типично континентальной породы. Теперь получены изотопные свидетельства присутствия в этом регионе (23°с.ш.) реликтов континентальной коры. Поэтому находка здесь мигматит-гранита вполне естественна.

Заметим, что метаморфогенные гранитоиды, гранулит-чарнокиты и другие континентальные породы драгированы и в других районах Атлантики (зона разлома Атлантис, около 30°с.ш.); Азоро-Гибралтарский порог, хребет Рейкьянес и др. [Силантьев и др., 1990].

Подводя итог рассмотрению пород, драгированных в рифтовой зоне САХ в районе 23-26°с.ш., отметим их значительную геохимическую и изотопную гетерогенность, отражающую, по всей вероятности, соответствующую гетерогенность мантии и коры этого региона. Судя по изотопному составу Nd, все драгированные здесь метагабброиды являются производными в различной степени деплетированной мантии. Однако породы, драгированные в районе 23 и 24°с.ш., обогащены некогерентными элементами; (Nb/Zr)N составляет в них 4-5 и более, что заставляет предполагать метасоматическую переработку их глубинными флюидами. Кроме того, получены прямые и косвенные доказательства присутствия в этом регионе реликтов континентальной коры.

Приведенные выше оценки возраста глубинных пород САХ носят предварительный, приближенный характер и, несомненно, нуждаются в уточнении. Однако уже сейчас есть основания считать, что они имеют геологический смысл и отражают реальные геологические процессы. Об этом свидетельствует, прежде всего, близость датировок, полученных различными изотопными методами. Так, Pb-Pb-датировки цирконов из метагаббро (обр. 8719/2 и 105-4) примерно совпадают с эрохронным Sm-Nd-возрастом этих пород. Из практики геохронологических исследований известно также, что вероятность получения завышенных Pb-Pb-датировок (особенно для цирконов с низким содержанием обыкновенного свинца) невелика [Пушкарев, 1990]. Поэтому полученный этим способом древний возраст с большой долей уверенности можно рассматривать как минимальное время образования датируемых объектов. Косвенным указанием на реальность цифр древнего возраста глубинных пород САХ является совпадение большинства из них с пиками планетарной эндогенной активности (2,6; 1,6; 0,6 млрд лет и др.), установленными на основании большого числа изохронных датировок магматических, метаморфических и вулканогенно-осадочных пород Земли [Пушкарев, 1990].

Проведенные исследования и известные публикации [Кепежинскас и др., 1990; Пейве, 1975; Силантьев, 1984; Силантьев и др., 1990; Miyashiro & Shido, 1980; Roden et al., 1984] позволяют составить определенное представление (скорее всего, далеко не полное, фрагментарное) о составе и возрасте глубинных пород САХ. Они представляют собой гетерогенные в геологическом и геохимическом отношениях разновозрастные образования.

По данным на сегодняшний день в САХ могут быть выделены (или могут предполагаться) следующие комплексы древних пород:

архейские (около 4,5 млрд лет [Силантьев и др., 1990; Roden et al., 1984]) ультрабазиты, представляющие блоки древней мантии или реликты [Пейве, 1975] первичной серпентинит-ультрабазитовой оболочки Земли;

нижнепротерозойские (2,5-2,6 млрд лет) и, возможно, архейские вулканогенные и гипабиссальные базитовые породы, метаморфизованные в условиях эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций;

разновозрастные (1,9-2,2; 1,6-1,7; 1,1-0.6.млрд лет) расслоенные гипербазит-базитовые интрузивные породы;

нижнепротерозойские (1,55-1,7 млрд лет) метаморфогенные граниты, образовавшиеся при гранитизации древних базитовых пород;

фанерозойские метасоматические и магматические образования, сформировавшиеся в эпохи планетарной эндогенной активности.

Кроме того, здесь должны быть также интрузивные базиты, комагматичные комплексу океанических базальтов. Формирование базальтовой толщи океана происходило, по-видимому, на древнем докембрийском субстрате. В настоящее время этот субстрат преобразован, «растащен» и включен в разрастающуюся под океаном мантию, откуда в виде блоков-протрузий и тектонических брекчий выжат на поверхность дна океана.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анголо-Бразильский геотраверс. Батиметрическая карта масштаба 1:2 000 000 / Под ред. Ю.Е. Погребицкого, Г.Д. Нарышкина. - Л.; Наука, 1989.

2. Долгинов Е.А. Раннедокембрийские метаморфические комплексы на окраинах современных континентов. - М.: ВИЭМС. 1985.

3. Трухалев А.И., Силантьев С.А., Куренцова Н.А., Одиноков Ю.Ю., Удинцев Г.Б., Колосов О.И., Федоров И.П., Ленников А.М., Васильева И.М., Друбецкой Е.Р. Древний К-Ar-возраст метагаббро и гранито-гнейса, драгированных в осевой части срединно-атлантического хребта, 26° с.ш. // Доклады АН СССР. 1990. Т. 311. № 6. С. 1447-1452.

4. Кепежинскас П.К., Разницын Ю.Н., Дмитриев Д.А. Новые данные о строении, составе и возрасте неспрединговых блоков в районе разлома Долдрамс в Центральной Атлантике // Доклады АН СССР. 1990. T.313. № 2. С. 415-420.

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

6. Пушкарев Ю.Д. Мегациклы в эволюции системы кора - мантия. - Л.: Наука. 1990.

7. Силантьев С.А. Метаморфические породы дна Атлантического океана. - М.: Наука, 1984.

8. Силантьев С.А, Дмитриев Л.В., Закариадзе Г.С. Породы континентальной и древней океанической коры в Атлантическом океане: вещественный состав и возможная тектоническая позиция // Магматизм и тектоника океанов (проект «Лотос»). М., 1990. С. 143-168.

9. Погребицкий Ю.Е., Горячев Ю.В., Осипов В.А.и др. Строение океанической литосферы по результатам исследований на Анголо-Бразильском геотраверсе // Советская геология. 1990. № 12. С. 8-21.

10. Bonatti Е., Honnorez J., Ferrara G. Equatorial Mid-Atlantic Ridge: petrologic and St isotopic evidence for an alpine-type rock assemblage // Earth and Planet Sci. Lett. 1970. Vol. 9. №. 3 P. 247-256.

11. Helmstaedt H., Allen J.M. Metagabbronorite from DSDP hole 334: an example of high-temperature deformation and recrystallization near the Mid-Atlantic Ridge // Canadian Journal of Earth Sciences. 1977. Vol. 14. № 4. P. 886-898.

12. Ito E., White W.M., Gopel Chr. The O, Sr, Nd and Pb isotope geochemistry of MORB // Chemical Geology. 1987. Vol. 62. № 3/4. P. 157-176.

13. Karson J.A., Thompson G., Humpris S.E. et al. Along-axic variations in seafloor spreading in the MARK area // Nature. 1987. Vol. 328. №6132. P. 681-685.

14. Karson J.A., Dick H.J.B. Deformed and metamorphosed oceanic crust at the Mid-Atlantic Ridge // Ofiolity. 1984. Vol. 9. № 3. P. 279-302.

15. Miyashiro A., Shido F. Differentiation of gabbros in the Mid-Atlantic Ridge near 24 N // Geochemical Journal. 1980. Vol. 14. P. 145-154.

16. Roden M.K., Hart S.R., Frey F.A. et al. Sr, Nd and Pb isotopic and REE geochemistry of St.Paul's Rocks: the metamorphic and metasomatic development of an alkali basalts mantle source // Contrib. Miner. and Petrol. 1984. Vol.85. №4. P. 376-390.

17. Ozima M., Saito K., Matsuda J. et al. Additional evidence of existence of ancient rocks in the Mid-Atlantic // Tectonophysics. 1976. Vol.31. №1/2. P. 59-71.

 

 

 

Ссылка на статью: 

Трухалев А.И., Погребицкий Ю.Е., Беляцкий Б.В., Куренцова Н.А., Васильева И.М. Древние породы в Срединно-Атлантическом хребте // Отечественная геология. 1993. № 11. С. 81-89.






eXTReMe Tracker

 

Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz