Геохимическая эволюция базальтов в океане

C http://elibrary.fegi.ru/elibrary/doc_view/4--------?tmpl=component&format=raw
доктор геолого-минералогических наук Голубева, Эмма Дмитриевна, 2004 год, Владивосток Геохимия и петрология толеитовых базальтов

Обобщение и сравнительный анализ данных петрогеохимического изучения пород дна Тихого океана показало существенные различия геохимических типов базальтов, слагающих структуры океана, что является отражением''общей латеральной и глубинной, структурной и вещественной неоднородности (гетерогенности) тихоокеанского ложа.

Обусловленные глубинными процессами эти неоднородности отражают различные тектонические режимы формирования структур, уровни генерации магм, различия состава мантийного субстрата а также влияние флюидов и плюмов, поднимающихся от раздела ядра и нижней мантии.
Выделение формационно-геохимических типов пород (типизация), образующих в различных морфоструктурах океана ассоциации (магматические серии), позволило выделить и охарактеризовать особенности магматизма петрологических провинций океана.

Подавляющая площадь главной (первичной) геоструктуры ложа Тихого океана океанической плиты сложена примитивными толеитовыми базальтами срединно-океанических хребтов (MOR) и примитивных базальтов плит (PIP). Изучение состава широко варьирующих по химизму и сходных по составу с окраинно-континентальными базальтами «обогащенных» пород типа KLAEP [Петрологические., 1996] позволило выделить 5 существенно различающихся по составу групп, имеющих различный генезис.

Геохимическая эволюция базальтов в океане в срединных хребтах и плитах в основном обусловлена их фракционированием в восстановленных условиях рифтогеза и представлена феннеровским (мелано-кратовым) трендом.

Возрастание щёлочности базальтов на фоне незначительного увеличения кремнекислотности (боуэновский или лейко-кратовый тренд), проявляется с ростом флюидного давления в магматических камерах, реализующееся, по А.А.Маракушеву [1996], в результате смены рифтогенного режима растяжения океанической коры на режим сжатия. Наблюдается этот тренд вариации состава базальтов на склонах и в приразломных участках спрединговых центров и зонах окаймляющих ВТОП рифтов (Хуан де Фука, Галапагос и др.). Щелочная направленность эволюции магматизма характерна для дифференцированных комплексов островных хребтов океана. Значительное преобладание щелочного тренда эволюции магматизма вплоть до образования комплексов, сложенных существенными объёмами щелочных пород наблюдается в центральной и западной частях океана (позднеюрско-меловая анкарамит-трахибазальтовая провинция Мид-Пацифик).

Геохимическая эволюция имеющих подавляющее развитие в Тихом океане базальтов срединных хребтов и плит представлена феннеровским трендом и в основном обусловлена их фракционированием в восстановленных условиях рифтогенеза, в результате которого происходит прогибание и спрединг океанического дна. В то же время воздыма-ние срединных хребтов и сводовых поднятий в океане связано с проявлением боуэновского тренда и щелочной направленности изменения состава магматических пород ложа океана. Генезис характеризующихся подчинённым развитием базальтов островных хребтов и архипелагов связан с горячими точками или разломными зонами, при этом в ряде мест образовавшиеся структуры хребтов и поднятий подвергаются деструкции, скучиванию и погружению.

Развитие щелочной тенденции магматизма в океане сопровождалось увеличением мощности океанической коры и превращением хребтов в островные поднятия, характеризующиеся ещё большей её толщиной.

Возрастание щёлочности базальтов на фоне незначительного увеличения кремнекислотности (боуэновский тренд) проявляется с ростом флюидного давления в магматических камерах и реализуется, по А.А.Маракушеву [1996], в результате смены рифтогенного режима растяжения океанической коры на режим сжатия. Наблюдается этот тренд эволюции на склонах и в приразломных участках спрединговых центров и зонах окаймляющих ВТОП рифтовых структур.

Кроме того, щелочная направленность эволюции магматизма характерна для дифференцированных комплексов островных систем океана.

Широко развитые в западной и центральной частях океана толеи-товые и субщелочные базальты KLAEP, часто находящиеся в парагенезисе со щелочными базальтами и имеющие специфический, обобщённый калием и лёгкими акцессориями состав, петрологически близки окраинно-континентальным базальтам. Исследование показало, что эти породы связаны своим происхождением либо с присутствием в верхней мантии субконтинентальных блоков коры, либо с метаперидо-титовой верхней мантией, испытавшей натриевый или калиевый метасоматоз.

Консолидированная кора юрско-раннемелового возраста Палеопацифики представлена множеством геоблоков (микроплит) различных размеров, сложенных в основном менее деплетированными петрологическими аналогами базальтов MOR- примитивными базальтами плит (PIP). Для этих пород также характерна перемежаемость железистых и магнезиальных разностей пород в скважинах бурения (феннеровский тренд). При этом множество геоструктур Палеопацифики сложено щелочными комплексами.

Выявлены существенные различия вариации геохимического состава и преобладающих (более 95% объёма) мафических базальтоидов (от оливиновых толеитов до пикробазальтов), слагающих основания островов вулканических хребтов Тихого океана и характера эволюционного развития магматического источника лав островных вулканов. Так, для палеоцен-эоценовых базальтов Императорского хребта наблюдается полициклическая антидромная направленность магматизма от кварцнормативных до оливиновых толеитов и пикробазальтов внутри каждого из шести циклов, сформировавших в течение 4-5 млн. лет гай-от Суйко (скв. 433С, мощность 350 м.). Для олигоцен-современных толеитов Гавайского хребта характерна общая гомодромная направленность эволюции состава оливиновых толеитов, продуцированных горячей точкой (от в.Килауэа до о-ва Лаперуз). Подобный гавайскому гомо-дромный тренд эволюции прослеживается в олигоцен-современных полинезийских хребтах с незначительным (менее 5% объёма) толеит-базальтового магматизма оснований вулканов. Смена во времени антидромного характера эволюции гомодромным свидетельствует, скорее всего, об увеличении теплового потока, поднимающегося по гавайскому и полинезийским каналам плюмового вещества в сравнении с Императорским хребтом.

Анализ пространственно- временного размещения океанических структур ложа океана, позволил на фоне непрерывного магматизма, формирующего океанические плиты, выявить четыре этапа становления геологических комплексов ложа океана. Для первых двух этапов (юра-мел-палеоцен) характерны высокий флюидно-тепловой режим плавления и «избыточная» генерация магм: доля базальтоидного магматизма линейного спрединга (толеиты MOR) составляла, по оценкам автора, не менее 70% общего объёма магматических излияний юрско-мелового периода. Обогащенные щелочами лавы (около 30%) формировали структуры поднятий и хребтов. В кайнозойский период (3-4-й этапы), связанный, по-видимому, с умеренным тепловым потоком из мантии, основной объём выплавляемых магм был сосредоточен в спрединговых зонах срединно-океанических хребтов и представлен различными типами MORB с феннеровским (меланократовым) эволюционным трендом. Доля спрединговых базальтов, по оценкам автора, составляет более 90% общего объёма лавовых излияний.

Tипы базальтов MOR: D, N, Т , Е, ферротолеиты, ультратитанистыe ферротолеиты (UTi), примитивныe базальты плит (PIP) и базальты островных систем, натриевыe толеиты MOR, калиевыe ферротолеиты MOR и «обогащённыe» базальты KLAEP (К-капием, LAE-лёгкими акцессорными элементами и Р-фосфором) - петрологические провинции океанического ложа.

Основные направления геохимической эволюции состава базальтов главных структур океана (плит и срединных хребтов) представлены феннеровским и боуэновским трендами.

Выраженный широким развитием ассоциаций магно- и ферротолеитов MOR в срединных хребтах и перемежаемостью их петрологических аналогов (примитивные толеиты и ферротолеиты PIP) на плитах феннеровский тренд эволюции обусловлен процессами фракционирования в восстановленных условиях рифтогенеза. Возрастание щёлочности базальтов при незначительном увеличении кремнекислотносги (боуэновский тренд) обусловленные изменением условий их формирования (понижением давления, уменьшением степени плавления субстрата мантии или повышением флюидного режима), наблюдаются в приразломных участках в зонах нарушения центров спрединга ВТОП (Bосточно- Tихоокеанского поднятия) и в зонах окаймляющих рифтов. В западной части океана щелочной тренд часто преобладает вплоть до образования комплексов, сложенных существенными объёмами щелочных пород.

Изучение геохимических особенностей вариации состава пород вулканических хребтов Тихого океана показало существенные различия: а) состава в основном преобладающих (более 95% объёма) мафических базапьтоидов (от оливиновых толеитов до пикробазапьтов), слагающих основания островов); б) характера эволюционного развития магматического источника лав остров- вулкан. Для палеоцен-эоценовых базальтов Императорского хребта прослеживается полициклическая антидромная направленность магматизма внутри каждого из шести циклов, сформировавших в течение 4-5 млн. лет гайот Суйко (скв. 433С, мощность 350 м.). Для олигоцен-современных толеитов Гавайской цепочки вулканов характерна общая гомодромная направленность эволюции состава оливиновых толеитов, продуцированных горячей точкой (от в.Килауэа до о-ва Лаперуз). Подобный гавайскому гомодромный тренд эволюции наблюдается в олигоцен-современных полинезийских хребтах с незначительным (менее 5% объёма) толеитбазальтового магматизма оснований вулканов. 3aмена во времени антидромного характера эволюции гомодромным свидетельствует об увеличении теплового потока, поднимающегося по гавайскому и полинезийским каналам плюмового вещества по сравнению с Императорским хребтом.

Анализ пространственно- временного размещения океанических структур ложа океана позволил на фоне непрерывного магматизма, формирующего океанические плиты, выявить четыре этапа становления геологических комплексов ложа океана: (1) юрско- раннемеловой (>200-100 млн лет); (2) позднемеловой- палеоценовый (<100- 55 млн лет); (3) эоцен- олигоценовый (<55-25 млн лет); (4) миоцен-голоценовый (<25- 0 млн лет). Для первых двух этапов (юра-мел-палеоцен) характерны высокий флюидно-тепловой режим плавления и «избыточная» генерация магм: доля базальтоидного магматизма линейного спрединга (толеиты MOR) составляла не менее 70% общего объёма магматических излияний юрско-мелового периода. Обогащённые щелочами лавы (около 30%) формировали структуры поднятий и хребтов. В кайнозойский период (3-4-й этапы), связанный с умеренным тепловым потоком из мантии, основной объём выплавляемых магм был сосредоточен в спрединговых зонах срединно-океанических хребтов и представлен различными типами MORB с преобладанием феннеровского эволюционного тренда. Доля спрединговых базальтов составляет более 90% общего объёма лавовых излияний.

Петрологические провинции Тихого океана
Общая систематика петрологических провинций Тихого океана
Геохимия и петрология толеитовых базальтов