ГЕОХИМИЯ, 2015, № 4, с. 357-374
ЭОЦЕНОВАЯ АККРЕЦИЯ НА КАМЧАТКЕ И ВСПЛЕСК МАНТИИНОГО
ПЛЮМОВОГО МАГМАТИЗМА
© 2015 г. А. Г. Симакин*, **, |Э. Г. Конников*, П. Г. Бухтияров*, О. Ю. Шапошникова*
* Институт экспериментальной минералогии РАН, 142432 Черноголовка, просп. Осипьяна, 4 e-mail: simakin@iem.ac.ru ** Институт Физики Земли им. О.Ю. Шмидта, 123995 Москва, ул. Б. Грузинская, 10 Поступила в редакцию 11.06.2013 г. Принята к печати 29.11.2013 г.
Представлены новые полные химические анализы мафических метавулканитов (Ю.-З. Камчатка) верховьев р. Крутогорова. По геохимическим данным эти мафические породы и рудоносные мафи-ты кортландит-габбро-норитовой формации № рудопроявления Кувалорог (Камчатка) образовались при плавлении недеплетированной мантии при адиабатической декомпрессии (без участия субдукционных флюидов и расплавов). Большая глубина становления малых кортландит-габбро-норитовых интрузий подтверждается нашей оценкой давления по новому амфиболовому барометру Р = 8 кбар., глубина застывания малых субвулканических тел существенно меньше. Физический механизм образования примитивных мантийных выплавок обсуждается с использованием расчетов по простым численным моделям процессов, связанных с началом субдукции и обрывом океанической плиты. Геохимические и численные данные позволяют обосновать образование пикро-базаль-товых магм в восходящих течениях в верхней мантии, вызванных сложными геодинамическими процессами при аккреции Ачайваям-Валагинской островной дуги к Евразийской континентальной окраине в эоцене.
Ключевые слова: декомпрессионное плавление, субдукция, кортландит-норитовая формация, аккреция, Камчатка.
Б01: 10.7868/80016752515020077
ВВЕДЕНИЕ
Магматические сульфидно-никелевые месторождения и рудопроявления на Камчатке связаны с комплексом кортландит-габбро-норитовых интрузий раннеэоценового возраста (Тарарин и Чубаров, 2004; Конников и др., 2006), который принято называть дукукским по одноименному типоморфному расслоенному массиву (Сидоров и Степанов, 2006; Конников и др., 2010). Для современной Камчатки характерен активный вулканизм островодужного типа. Ультраосновные породы, представленные в виде ксенолитов в современных вулканических породах (81шакт й а1., 2012), могут формироваться лишь как кумулаты в магматических камерах. В то же время глубинные эоценовые интрузии, выведенные на поверхность в результате деформаций на северной и южной границе метаморфического комплекса Центрального Камчатского массива, доступны для непосредственного геологического изучения (Конников и др., 2006; Селянгин, 2006; 2007). Представ-
ляет большой теоретический и практический интерес на основании полученных данных прояснить механизм формирования магм повышенной основности, исходных для кортландит-габбро-норитовых интрузий, в обстановке активных континентальных окраин. В зонах субдукции можно выделить два крайних механизма магмогенера-ции: 1) плавление, вызванное потоком флюида, выделяемого из погружающейся океанической плиты, и 2) плавление за счет адиабатической декомпрессии мантийного вещества в восходящих течениях, а также смешанные механизмы.
В зрелых зонах субдукции, особенно расположенных вдали от континентов, восходящие участки течений в верхней мантии, вызванных погружающейся плитой, маркируются задуговыми бассейнами. Образованию задугового бассейна также способствует отступание океанического желоба с растяжением надвигающейся плиты, например, в (Becker and Faccena, 2009). В зонах рифтогенеза, приуроченных к задуговым бассейнам, генериру-
Рис. 1. Схема геодинамической эволюции окраины Камчатки в эоцене. 1 — край континента, 2 — мантия, 3 — погружающаяся океаническая плита, 4 — окраинное (Ирунейское) море (Соловьев, 2008), 5 — аккреционная призма, 6 — островодужные вулканиты, 7 — наезжающая океаническая плита. а — приближение островной дуги к окраине континента; б — коллизия островной дуги и континента с выжиманием осадков акккреционной призмы и обрывом океанической плиты под зоной контакта. Сплошные стрелки показывают направления движения океанической плиты, пунктирная стрелка направление мантийных течений, вызывающих локальное декомпрессионное плавление в области ограниченной пунктирным овалом, пунктиром отмечена эрозионная поверхность.
ются BABB (back arc basin basalts) магмы, в том числе и повышенной основности MORB типа и бониниты (Pearce et al., 1992; Xia et al., 2012).
При возникновении новой зоны субдукции, а также в процессе ее перескока за аккретированные участки коры восходящие мантийные течения у края погружающейся плиты возникают в непосредственной близости от желоба c генерацией магм по составу близких к MORB типу (Whattam and Stern, 2011). Восходящие астеносферные течения, а также связанные с ними магмы, возникающие при адиабатической декомпрессии, возникают и в условиях устоявшихся зон субдукции, например, вблизи трансформных разломов, разделяющих субдуциру-емую плиту на пластины с различными углами погружения (Kimura et al., 2002). Но эти магмы имеют щелочной уклон: например, гавайиты Этны (Gvirtzman and Nur, 1999; Schiano et al., 2001), субщелочные базальты центральной Японии (Kimura et al., 2002).
В западной части современной Камчатки в позднем мелу согласно геологическим реконструкциям (обобщенным в (Соловьев, 2008)) находился край Евразийского континента. Океаническая Ачайва-ям-Валагинская островная дуга располагалась юго-восточнее в Тихом океане. Погружение океанической плиты происходило по направлению от края палео-Камчатки. Западнее островной дуги находилось окраинное Ирунейское море, мелководное вблизи континента. В результате миграции зоны субдукции около 60 млн лет назад островная дуга приблизилась к палео-Камчатке. В мощной аккреционной призме оказались сосредоточены разнообразные осадочные породы от глубоководных илов до богатых органикой отложений окраинного моря. Коллизия островной дуги и края
континента сопровождалась мощными деформациями, магматизмом и сменой направления суб-дукции. После аккреции субдукция возобновилась с погружением Тихоокеанской плиты под Камчатку. Описанная последовательность изображена на схеме рис. 1. В процессе коллизии произошел обрыв океанической плиты, с которым связывается всплеск гранитного магматизма Центрального Камчатского массива примерно 52 млн лет назад (Luchitskaya et al., 2008). Согласно нашим ранее опубликованным данным (Конников и др., 2006) никеленосные кортландиты Камчатки также образовались 51 млн лет назад в период, близкий ко времени эоценовой аккреции. Помимо обрыва плиты, возобновление субдукции (Whattam and Stern, 2011) также может вызвать всплеск базито-вого магматизма декомпрессионной природы.
Ниже приводятся данные проведенного нами численного эксперимента, подтверждающие петрологически мотивированные схемы возможных восходящих мантийных течений в зоне аккреции (Whattam and Stern, 2011; Luchitskaya et al., 2008). Далее представлены наши данные геохимического исследования метаморфизованных базит-ультрабазитовых магматических пород с проявлениями никелевого оруденения, описанных в составе андриановской свиты Камчатки (Тарарин и Чубаров, 2004). Эти и ранее опубликованные геохимических данные позволяют остановиться на одном из возможных физических механизмов генерации материнских магм для кортландит -габб-ро-норитовых интрузий.
ОСОБЕННОСТИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЗОН АККРЕЦИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА МАГМОГЕНЕРАЦИЮ
Процесс возобновления субдукции после "швартовки" островной дуги к краю континента промоделирован в двухмерном приближении с помощью конечно-элементной программы для решения сопряженных уравнений Навье-Стокса и переноса тепла. Наш конвективный код использован при моделировании процессов в магматической камере (Simakin and Bindeman, 2012). Особенности его адаптации к проблемам субдукции и полученные результаты описаны в (Simakin, 2013). Геодинамические процессы, частью которых является субдукция, глобальны, т.е. охватывают всю Землю. При моделировании процессов субдукции в полной трехмерной сферической постановке невозможно включить важные геологические детали. В связи с этим наибольшее распространение получили различные приближенные численные модели.
Суть субдукции как конвективного погружения верхнего холодного погранслоя, упрощенно представляющего океаническую плиту, в мантию хорошо описывается простой моделью, которая была выбрана в качестве тестовой группой исследователей, занимающихся численным моделированием геодинамических процессов (Schmeling et al., 2008). В этой двумерной модели на поверхности прямоугольного бассейна с вязкой жидкостью (мантии) помещается (океаническая) плита. Вязкость холодной океанической плиты больше, чем мантии примерно в 1000 раз, а плотность на 100 кг/м3, край плиты загибается. С поверхности помещается слой "псевдо-воздуха" с нулевой плотностью и малой вязкостью, обеспечивающий свободную деформацию поверхностей плиты и мантии. Со временем происходит самопроизвольное опускание края плиты, вызывающее течение в мантии. На месте изгиба плиты возникает впадина (глубоководный желоб). В этом приближении скорость отступания желоба прямо связана со скоростью погружения плиты. Многие черты реальной субдукции в этой модели не воспроизводятся, поскольку отсутствует горизонтальное движение океанической плиты, поверхность мантии накрыта океанической плитой лишь с одной стороны. В этой постановке дно бассейна скользкое и непроницаемое, поэтому погружающаяся плита с некоторого момента достигает дна.
На рис. 2 приводится результат вычисления скоростей течения в этой модели с "оборванной" океанической плитой. Обрыв плиты был произведен после ее погружения примерно на 200 км.
Искусственно осуществленный в нашей численной модели обрыв плиты (на глубине 50—80 км) в реальности произошел в результате коллизии островной дуги и края континента с разрушением
плиты в зоне контакта. Согласно результатам моделирования после обрыва происходит медленное погружение фрагмента, который также продолжает двигаться с горизонтальной составляющей скорости по траектории близкой к предшествующей отрыву субдукционной плит
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.