ГЕОХИМИЯ, 2014, № 12, с. 1079-1098
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛАМПРОИТОВЫХ ЛАВ ЧЕТВЕРТИЧНОГО ВУЛКАНА ГАУССБЕРГ (ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА) -РЕЗУЛЬТАТ ВЛИЯНИЯ МАНТИЙНОГО ПЛЮМА КЕРГЕЛЕН
© 2014 г. Н. М. Сущевская*, Н. А. Мигдисова*, А. В. Антонов**, Р. Ш. Крымский**, Б. В. Беляцкий****, Д. В. Кузьмин***, Я. В. Бычкова*****
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: nadyas@geokhi.ru **Всероссийский геологический институт им. А.П. Карпинского Центр Изотопных Исследований 199106Санкт-Петербург, Средний просп., 74 e-mail: avlan@gmail.com ***Институт Геологии и Минералогии им. В.С. Соболева СО РАН 630090, Новосибирск, просп. Коптюга, 3 Max-Planck-Institutfur Chemie, Mainz, Germany e-mail: kuzmin@igm.nsc.ru ****Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 190034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2 e-mail: bbelyatsky@mail.ru *****Институт геологии рудных месторождений РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 4 e-mail: yanab66@yandex.ru Поступила в редакцию 14.09. 2013 г. Принята к печати 20.02.2014 г.
Получены новые петролого-геохимические данные по лампроитам, слагающим вулкан Гауссберг, который расположен в пределах восточного побережья Антарктиды. На основании полученных данных и сравнения с данными магматизма, проявленного в пределах восточной Антарктиды и Индийского океана, связанными с влиянием Кергелен-плюма показано, что источником лампроитов является древняя литосфера Гондваны, претерпевшая неоднократное изменение в ранние этапы своего развития, в ходе которого она была существенно обогащена летучими, литофильными элементами и радиогенными изотопами Sr и Pb.
Показано, что расположенный на материковой окраине Антарктиды вулкан Гауссберг находится в поле распространения плюма Кергелен, возникшего около 130 млн лет назад в пределах раскрывающегося Индийского океана. Этот вулкан, функционирующий до настоящего времени, формирует в последние тысячи лет вулканиты острова Херд. Проявление щелочного магматизма на окраине Антарктиды около 56 тыс. лет назад (г. Гауссберг) свидетельствует о подлитосферном растекании мантийного плюма в юго-западном направлении.
Ключевые слова: лампроиты, Антарктида, плюмовый магматизм, изотопия, геохимия.
Б01: 10.7868/80016752514120103
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос об источниках и причинах магматизма, проявленного в континентальных условиях, является исключительно важным для понимания геодинамических особенностей эволюции субконтинентальной мантии, формирования и деструкции континентов в геологическом прошлом
Земли. Ответ на этот вопрос требует не только восстановления петро-геохимических особенностей первичных расплавов, но и выявления причин и условий появления очагов плавления в мантии. Традиционно проявление внутриплит-ного магматизма объясняется эндогенной активностью "горячих точек" (например, [1—3]). В то
же время глубина их зарождения и пространственно-временная последовательность проявления остается не до конца понятной. Особенно это касается таких уникальных лав, как лампроиты, которые относятся к ультраосновным щелочным породам и характеризуются высокими содержаниями М§О, СаО, А1203 и высоким К20/А1203 отношением, а также чрезвычайным обогащением литофильными элементами. Происхождение лам-проитов в литературе чаще всего связывается с плавлением древнего сублитосферного вещества крато-нов протерозойско-палеозойского возраста [4—6].
Лейцититы Гауссберга привлекли к себе внимание ученых, прежде всего, своим необычным геохимическим и минералогическим составом, а также хорошей сохранностью пород и минералов в них, благодаря тому, что молодая вулканическая постройка расположена на краю Антарктического континента. Хорошая сохранность первичных минералов давала возможность оценить не только условия кристаллизации магм, но и охарактеризовать состав мантийного источника. В немногочисленных работах, посвященных происхождению лампроитов (лейцититов) вулкана Гауссберг, обосновывается их мантийное происхождение. В то же время столь необычный геохимический состав магм, с повышенным до 15% содержанием К20 и многократным обогащением наиболее несовместимыми элементами, свидетельствует, что продуцирующая мантия была необычно обогащена. По мнению С. Фоли с соавторами [4] такими характеристиками могла обладать древняя, мета-соматизированная, обогащенная сублитосферная мантия. Низкие степени плавления такой мантии (около 1%), в свою очередь, могли привести к появлению расплавов, подобных лейцититам вулкана Гауссберг. Особый интерес представляет изотопный состав свинца этих магм: а именно, при достаточно низких значениях изотопного отношения 206РЬ/204РЬ величины отношений 207РЪ/204РЬ и 208РЬ/204РЬ характеризуются повышенными значениями. Предложенные модели объяснения изотопных и геохимических особенностей лав вулкана Гауссберга сводятся к образованию более 1 млрд лет назад обогащенных жил и прожилков в субконтинентальной мантии [4]. Процесс обогащения мантии мог быть связан и с плавлением древних субдуцированных осадков, находившихся в изоляции около 2—3 млрд лет. В дальнейшем эти осадки могли быть вовлечены в плавление примерно 1 млрд лет назад, образуя локальные зоны обогащения в мантии, современное плавление которых привело к образованию лампроитовых магм вулкана Гауссберг. Проверка подобных моделей требует изучения мантийного субстрата района горы Гауссберг, что практически осуществить в настоящее время невозможно из-за многометрового ледового щита, перекрывающего все
коренные выходы пород района. Тем не менее, достаточно очевидно, что плавящийся мантийный источник должен включать в свой состав биотит/флогонит и рихтерит (как достаточно богатые калием минералы, потенциально существующие в мантийных условиях) и обладать при этом специфическим характером распределения литофиль-ных элементов. Как бы то ни было, лампроиты вулкана Гауссберг представляют собой уникальный (и на сегодняшний день единственный) геологический объект, дающий возможность опробования нижележащей, сформированной в течение длительной эволюции континентальной мантии восточной Антарктиды. Не менее важной, в частности с тектонической точки зрения, проблемой является причина появления вулкана на стабильной континентальной окраине Антарктиды около 50 тысяч лет тому назад. Можно выделить две главные возможные причины образования вулкана в данной геологической и структурной обстановке — это тектоническая неустойчивость Восточно-антарктической плиты и влияние мантийного плюма. В работе австралийских исследователей [7] было показано, что происхождение этих уникальных магм могло быть связано с магматической деятельностью Кергелен-плю-ма, основным результатом которой является образование одноименного плато в пределах восточной части Индийского океана.
Кайнозойские лампроитовые лавы в пределах Антарктиды формируют вулканический конус горы Гауссберг, геологическое изучение которой началось более века назад с ее открытия в 1902 г. Немецкой Антарктической экспедицией на судне Гаусс. В ходе последующих посещений вулкана в 1911—1914 гг. (Австралийская Антарктическая экспедиция), 1956—1958 гг. (Советская Антарктическая Экспедиция), 1977, 1987, 1997 гг. (Австралийские Антарктические экспедиции) со склонов вулкана были собраны геологические образцы горных пород, которые легли в основу детального изучения современных лейцититов Антарктиды [8—12].
В настоящей статье приводятся результаты детального изучения коллекции образцов лампрои-товых лав горы Гауссберг, которые представляют собой штуфные пробы, от 0.5 до 2 кг весом, собранные в ходе 2-ой Советской Антарктической экспедиции 1957—1958 гг. геологом П.С. Вороновым (рис. 1).
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Для определения состава минералов применялись методы рентгеновского микроанализа (электронный микроанализатор в режиме регистрации рентгеновского излучения (ЕРМА) и масс-спек-трометрии в индуктивно связанной плазме с лазерным отбором вещества (LA-ICPMS). Химический состав пород изучался как локальными ме-
тодами EPMA и LA-ICPMS в прозрачно-полированных срезах, так и в валовых пробах пород методом рентген-флуоресцентного анализа (XRF) на спектрометре Philips MagiX Pro на геологическом факультете университета г. Майнц (Германия). Согласно стандартной методике анализа, растертый в пудру образец прессовался в таблетку для выполнения валового анализа методом XRF, а локальным методом EPMA состав определялся из полированных срезов искусственно приготовленных стекол из тонкорастертых проб пород. Содержание главных и рассеянных элементов в этих срезах определялось методом EPMA на электронном микроанализаторе Jeol JXA 8200 SuperProbe в Институте химии им. Макса Планка, г. Майнц (Германия). Анализ главных элементов лампроитовых стекол производили при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе зонда 12 нД. с использованием эталона природного базальтового стекла USNM111240/52 (VG2) [13] с погрешностью менее 1—2 отн. % [14].
Содержание редких и рассеянных элементов в породах определялось в ГЕОХИ РАН (г. Москва). Растворение образцов осуществлялось по методике кислотного растворения. Навеску порошка пробы, истертой до консистенции пудры, массой 50—100 мг растворяли в тефлоновых виалах Savillex в смеси концентрированных кислот: плавиковой, азотной и соляной. Разложение производилось в микроволновой печи Mars-5 в режиме быстрого нагрева (800 W) в течение 2 мин и последующего длительного воздействия микроволнового излучения (400 W) в течение 35 мин. Фториды металлов разрушали путем трехкратного выпаривания пробы в концентрированной соляной кислоте под лампами до сухих солей. Затем к пробе добавляли 1 мл азотной кислоты и нагревали, после чего в препарат добавляли 0.5 М HNO3 до объема 50 мл. Конечная концентрация азотной кислоты составляла 0.5 н, а коэффициент разбавления пробы составлял 80000—100000 в зависимости от концентрации макрокомпонентов (не более 500 мкг/г). На этапе последнего разбавления в пробу в качестве внутреннего стандарта добавляли раствор индия до его концентрации 10 нг/г в растворе.
Измерения содержания и состава проб проводили на масс-спектрометре высокого раз
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.