ГЕОХИМИЯ, 2013, № 8, с. 663-689
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ БАЗАЛЬТОВОГО МАГМАТИЗМА
ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА
© 2013 г. Н. М. Сущевская*, В. С. Каменецкий**, Б. В. Беляцкий***, А. В. Артамонов****
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: nadyas@geokhi.ru **ARC Centre of Excellence in Ore Deposits, School of Earth Sciences, University of Tasmania
Hobart 7001, Australia, e-mail: Dima.Kamenetsky@utas.edu.au ***Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов мирового океана
"ВНИИОкеангеология" им. И.С. Грамберга 190121, Санкт-Петербург, Английский просп., 1 e-mail: bbelyatsky@mail.ru ****Геологический институт РАН 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 e-mail: artamonov@ginras.ru Поступила в редакцию 26.10.2011 г. Принята к печати 20.02.2012 г.
Проведенное на основании новых и литературных данных сравнение геохимических особенностей магматизма ранних и современных этапов развития западной и восточной частей Индийского океана выявило ряд геохимических отличий мантийных источников базальтовых расплавов Индийского океана:
1. В пределах западной части Индийского океана источники базальтов древних поднятий и флангов современного Центрально-Индийского хребта характеризуются примесью вещества обогащенного компонента, близкого по составу к источнику базальтов о. Реюньон (с радиогенным изотопным составом Pb и Sr, и нерадиогенным Nd). Исключение составляют базальты Коморских островов, отличающиеся примесью обогащенного компонента, близкого по составу мантийному источнику типа HIMU.
2. Геохимические вариации составов современных рифтовых лав спрединговых хребтов в целом близки. В их пределах отмечаются аномалии с примесным компонентом, близким к ЕМ-2. Но в пределах западного окончания Юго-Западного Индийского хребта (ЮЗИХ) выделяются две аномалии, резко отличающиеся по обогащенному мантийному источнику. Так для толеитов западной части ЮЗИХ вблизи тройного соединения Буве типичны изотопные отношения, свидетельствующие о смешанном характере источника: HIMU + ЕМ-2. Обособленно выделяется рифтовая аномалия 40° в.д. ЮЗИХ, в пределах которой расплавы отражают присутствие вещества мантийного источника типа ЕМ-1 с пониженными величинами 206pb/204pb (до 17.0) и повышенными значениями отношений 207Pb/204Pb, 208pb/204pb и 87Sr/86Sr. Состав этого источника может определяться примесью континентальной литосферы древнего материка Гондваны. Влияние подобного мантийного источника установлено в магмах, связанных с деятельностью мезозойского плюма в пределах Антарктиды, а также в базальтах поднятий восточной части Индийского океана, сформированных под воздействием Кергелен-плюма 100—90 млн. лет назад.
3. Установленные геохимические неоднородности современного и древнего магматизма западной и восточной частей Индийского океана обусловлены в первую очередь его геодинамическим развитием. Для восточной части это влияние Кергелен-плюма, его сложная эволюция и взаимодействие с формирующимися рифтовыми зонами привела к образованию специфических геохимических аномалий магматизма на ранних этапах раскрытия океана. В пределах западной части океана подобной дисперсии составов магм не обнаружено.
Ключевые слова: плюмовый магматизм, толеитовый магматизм, геохимия мантийных источников, метасоматизированная мантия, Индийский океан, Кергелен-плюм.
DOI: 10.7868/S0016752513070054
ВВЕДЕНИЕ
Развитие Индийского океана сопровождается формированием обширных внутриплитных поднятий и островов, образование которых происходило в условиях изменения положения осей спре-динга и при активной деятельности горячих точек [1—5]. Океаническая литосфера современного Индийского океана начала формироваться около 160 млн. лет назад в результате спрединга вдоль Центрально-Индийского и Юго-Восточного Индийского хребтов [1]. Мантийные плюмы, крупнейшие из которых — Кергелен, Мадагаскарский, Марион и Деканский, сформировали не только многочисленные подводные поднятия, но и привели к значительному изменению направления осей спрединга [1—5]. Развитие крупного мантийного плюма (суперплюм Кару—Мод) 180 млн. лет назад в пределах западной окраины Антарктиды и юго-восточной части Африки предшествовало и во многом предопределило раскрытие Индийского океана и позднее формирование Южного океана [6, 7].
В отличие от суперплюма Кару—Мод, Кергелен-плюм развивался в условиях уже существующего Индийского океана. Его влияние на тектонику и магматизм восточной части океана исключительно велико. Многочисленными исследованиями было установлено геохимическое сходство базальтов, формирующихся на континентальной окраине восточной Индии (траппы Раджмахал) и юго-западной Австралии (базальты Банбери), и толеи-тов плато Кергелен, которое предполагает ассимиляцию древней Гондванской континентальной коры базальтовыми расплавами [8—12]. Сложная кинематика литосферы Индийского океана, запечатленная в пестром и неоднородном рисунке магнитных аномалий, пока не поддается однозначной расшифровке. Особенно это касается восточной и северо-восточной частей океана, образование которых связано с закрытием древнего океана Тетис [13]. Самая древняя часть океана, где сохранилась кора позднеюрского возраста, располагается в Западно-Австралийской котловине между Яванским желобом и северо-западным побережьем Австралии. Около 170 млн. лет назад она была частью южного континентального обрамления океана Тетис, который расширялся на восток.
Современная система рифтовых зон Индийского океана объединяет четыре спрединговых хребта, различных по характеру эволюции и геолого-геофизическому строению, особенностям мантийного апвеллинга и вариациям скоростей спрединга: Аравийско-Аденский хребет (хребет Карлсберг в иностранной литературе), Центрально-Индийский хребет (ЦИХ), Юго-Восточный
Индийский хребет (ЮВИХ) и Юго-Западный Индийский хребет (ЮЗИХ) (рис. 1). ЦИХ и ЮЗИХ относятся к ультра-медленным хребтам. Так, ЦИХ имеет полускорость спрединга вдоль хребта с севера на юг от 18 мм/год до 24 мм/год, ЮЗИХ — 17 мм/год. ЮВИХ протягивается примерно на 8000 км, между тройными соединениями Родригес и Маккуори, и отличается большими скоростями спрединга, которые увеличиваются с запада на восток, от 57.5 мм/год до 75.6 мм/год [13, 14]. Эти особенности отразились и на различиях в морфоструктуре, глубинном строении и характере магматизма в рифтовых зонах [15].
Строение ЮЗИХ сильно изменяется вдоль его простирания. Здесь четко выделяются два мега-сегмента: Западный (в русскоязычной литературе его называют Африкано-Антарктическим хребтом), простирающийся от тройного соединения Буве до 24° в.д., и Восточный — от 33° в.д. до тройного соединения Родригес, который будем называть восточным или индоокеанским. Эти сегменты разделены системой крупных демаркационных трансформных разломов: Дю Тойт, Андре Байн и Принц Эдуард, которые смещают эти сегменты друг относительно друга на расстояния до 1000 км и, видимо, служат мощными структурными барьерами, разделяющими разные геодинамические провинции спрединговых хребтов, характеризующиеся различным типом апвеллинга и латерального перемещения астеносферных потоков [16]. Новейшие исследования позволяют говорить о наличии в западной части ЮЗИХ утолщенной коры благодаря высокой степени продуктивности магматизма в районе о. Буве, связанного с аномальным плавлением и формированием самого молодого сегмента ЮЗИХ — хребта Шписс [17, 18]. Подтверждением этого является аномальная зона пониженных скоростей сейсмических волн (зона частичного разуплотнения) на подлитосферном уровне, которая фиксируется сейсмической томографией в этой части ЮЗИХ [19].
В отличие от западной части восточная, или ин-доокеанская, часть ЮЗИХ, примыкающая к тройному соединению Родригос, имеет более низкую скорость спрединга, в среднем до 12—13 мм/год. Эта область относится к наиболее медленным участкам спрединговых зон и отличается аномально тонкой корой (от 2 до 3.5 — 6 км в вулканических центрах) [20]. Особенностью восточного окончания ЮЗИХ является тройное соединение Родригес (ТСР), расположенное на 70° в.д. (25°30' ю.ш.), при приближении к которому происходит углубление рифтовой долины, уменьшение скорости спрединга, а толеитовый магматизм приобретает наиболее малоглубинный характер [21-23, 15].
20° C
10° C
10° Ю
20° Ю
30° Ю
40° Ю
50° Ю
60° Ю
40° В
80 ° В
100 ° В
120 ° В
Рис. 1. Положение исследованных образцов базальтов и стекол в пределах Индийского океана, анализы которых приведены в таблицах 1, 2. ТСР — тройное сочленение Родригес.
Пунктирной линией отмечена граница проявления магматизма, относимого к западной и восточной провинциям Индийского океана.
0
О
В пределах ЮВИХ существует аномально "горячая" область: плато Сан-Поль—Амстердам и аномально "холодная" область: Австрало-Антарктическое Несогласие (ААН), которые условно делят ЮВИХ на 3 части, отличающиеся друг от друга по характеру рельефа хребта, морфологии структурных нарушений и параметрам сегментации [24].
Шесть подводных структур в пределах Индийского океана предположительно связывают с действиями горячих точек. Так, с мантийным плю-мом Кергелен — плато Кергелен, хребет Брокен, плато Натуралиста, Восточно-Индийский хребет (ВИХ); с горячей точкой Реюньон — Чагос-Лак-кадивский хребет и Маскаренское плато; и с горячей точкой Крозе — плато Крозе. На основании
изучения базальтов, вскрытых скважинами глубоководного бурения, можно оценить геохимический характер мантийных источников, участвующих в формировании древних и современных поднятий западной и восточной частей Индийского океана.
Цель данной работы - выявить причину геохимических неоднородностей магматизма в контексте предполагаемого геодинамического развития Индийского океана с момента его формирования. Статья посвящена проблеме геохимической гетерогенности магматического источника, возникающего на ранних и современных этапах формирования Индийского океана, с привлечением новых и имеющихся литературных данных по изотопному составу и распределению редких элементов в образцах базальтов Восточно-Индийского хребта, (в иностран
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.