научная статья по теме ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ В ЮЖНОМ ТРОГЕ ВПАДИНЫ ГУАЙМАС КАЛИФОРНИЙСКОГО ЗАЛИВА И ТРАНСФОРМАЦИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ Геология

Текст научной статьи на тему «ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ В ЮЖНОМ ТРОГЕ ВПАДИНЫ ГУАЙМАС КАЛИФОРНИЙСКОГО ЗАЛИВА И ТРАНСФОРМАЦИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ»

ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 6, с. 491-509

УДК 551.46

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ В ЮЖНОМ ТРОГЕ ВПАДИНЫ ГУАЙМАС КАЛИФОРНИЙСКОГО ЗАЛИВА И ТРАНСФОРМАЦИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ

© 2015 г. Е. В. Блинова, В. Б. Курносов

Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: blinova.helen@gmail.com Поступила в редакцию 18.04.2014 г.

В статье приведены результаты изучения химического состава гидротермально измененных и исходных (неизмененных) осадков из глубоководных скважин 477, 477А, 478, 481 и 481А, пробуренных во впадине Гуаймас Калифорнийского залива. Впервые для этого объекта получены данные по большому набору микроэлементов, включая редкоземельные элементы. Для определения трансформации состава восходящих горячих растворов при их прохождении сквозь осадочный покров проведен совместный анализ результатов изменения химического состава гидротермально измененных осадков и растворов, разгружающихся на дне. В процессе взаимодействия раствор-осадок разные элементы ведут себя по-разному при трансформации состава горячих растворов, мигрирующих сквозь осадочный покров в южном троге впадины Гуаймас. Наиболее сильно в результате этого процесса меняется концентрация Cu, Zn, Cd, K, Li, As, Rb и Ba, причем одни из этих элементов сильно обогащают раствор, другие, напротив, обедняют. К этой группе элементов можно отнести также Sb, Cs и Tl. Осадочный покров умеренно влияет на содержание в растворе Ag, Ca, Fe2+, Mo, Bi и Br, обедняя раствор этими элементами и почти не оказывает влияния на содержание в нем Mn, Co, Si, Be, Sr, Na, Mg, S, Cl, F, Ni, Al, Pb, Hf, Ta, W и РЗЭ. При взаимодействии осадков с высокотемпературными гидротермальными растворами Ti, P, Sc, V, Cr, Ga, Y, Zr, Nb, Th, U остаются в них неподвижными и не переходят в растворы, мигрирующие сквозь осадочный покров и разгружающиеся на дне в южном троге впадины Гуаймас. Изучено влияние осадочного покрова на трансформацию состава растворов, проходящих сквозь осадки, перекрывающие гидротермально активную зону спрединга в Калифорнийском заливе (южный трог во впадине Гуаймас).

DOI: 10.7868/S0024497X15060038

Срединно-океанические хребты протягиваются на 60000 км через все океаны. В их осевых зонах над магматическими камерами продуцируются высокотемпературные растворы, которые формируют рудные залежи на дне и под дном. Одни исследователи относят гидротермальные растворы полностью к магматогенным флюидам, включая содержащиеся в них рудные элементы, другие рассматривают их как результат процесса взаимодействия разогретой морской воды с породами новообразованной океанической коры, считая, что эндогенные компоненты в составе присутствуют в ничтожно малых количествах. На сегодняшний день вторая точка зрения является более распространенной. На самом деле генезис первичных гидротермальных растворов в пределах подводных гидротермальных систем, вероятно, неодинаков и более разнообразен, чем представляется исследователям, придерживающимся этих крайних точек зрения, и зависит от стадии существования этих систем, местонахождения растворов в различных их участках и т.д. В то же время, очевидно, что горячий раствор независимо от его природы (вадозной, магматогенной или

смешанной) поднимается сквозь магматические породы новообразованной океанической коры и неминуемо взаимодействует с ними, изменяя их. В процессе гидротермального преобразования пород сам раствор трансформируется на каждом отрезке своего пути, "отдавая" породам одни химические элементы и одновременно "забирая" из них другие. Таким образом, процесс взаимодействия раствор—порода в подводных гидротермальных системах неизбежен, а следовательно, состав растворов разгружающихся на дне, не соответствует их первичному составу.

Особое положение в этом процессе занимают приконтинентальные участки срединно-океани-ческих хребтов. В них гидротермально активные осевые зоны перекрыты осадками мощностью в несколько сотен метров. В таких районах формирование состава восходящего рудоформирующе-го раствора перед его разгрузкой на поверхности дна в виде "черных курильщиков" завершается в осадочном покрове. Изменение химического состава раствора в ходе его миграции через осадочный покров показано в работе [Von Damm et al., 1985a, б] при сравнительном изучении подводных

гидротермальных источников на 21° с.ш. Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП), где нет осадков, и в южном троге впадины Гуаймас Калифорнийского залива (27° с.ш. ВТП), который перекрыт осадками. С учетом того, что на различных участках ВТП, не имеющих осадочного чехла, состав гидротерм близок, Ю.А. Богданов с соавторами [Богданов, Сагалевич, 2002; Богданов и др., 2006] сделали допущение, что горячие растворы, поступающие в осадочный покров из базальтового фундамента в южном троге впадины Гуаймас, такие же как и растворы, разгружающиеся на дне на 21° с.ш. ВТП. В этом случае, разница в составе подводных гидротермальных источников в южном троге и на 21° с.ш. ВТП рассматривается как результат преобразования раствора при его миграции в осадочном покрове. Следовательно, увеличение или уменьшение содержания элементов в изливающемся на дне растворе после его прохождения сквозь осадки должно отражать, соответственно, уменьшение или увеличение их содержания в гидротермально измененных осадках. Но, что реально происходит в этом отношении в осадочном покрове в южном троге впадины Гуаймас, оставалось слабо изученным.

Статья посвящена заполнению этого пробела на основе изучения осадков из керна скважин, пробуренных во впадине Гуаймас по Программе океанского бурения, а именно сопоставлению увеличения или уменьшения содержания элементов в гидротермально измененных осадках с обеднением или обогащением ими растворов, прореагировавших с осадками, и на этой основе выявлению реального участия осадочного покрова в трансформации растворов. Подобных исследований прежде не проводилось.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение содержания макроэлементов в осадках проведено методом рентгено-флюоресцент-ного анализа (РФА) в лаборатории химико-аналитических исследований Геологического института РАН (г. Москва). Совместно с РФА использованы методы аналитической химии для раздельного определения Ре2О3 и БеО, а также С02, Сорг и Н2О-. Содержание микроэлементов, включая редкоземельные элементы (РЗЭ), определено методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (1СР-М8) с разложением образцов осадков (пудры) в автоклаве. 1СР-М8-изучение проведено в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочи-стых материалов РАН (г. Черноголовка).

Для оценки изменения химического состава осадков под воздействием гидротермальных процессов проведен сравнительный анализ химиче-

ского состава гидротермально измененных и неизмененных осадков (реперов). Результаты этого сравнения показаны в виде элементограм-мы средних составов гидротермально измененных осадков, нормированных по среднему составу неизмененных осадков. Проведено сопоставление этих результатов с данными по изменению химического состава растворов, прошедших сквозь осадочный покров. Кроме изучения влияния всего разреза осадков из скважины 477А на трансформацию состава раствора в южном троге впадины Гуаймас, рассмотрен раздельно вклад алевритовых и песчаных разностей, а также осветленных и неосветленных осадков в гидротермальных условиях. Такой подход позволил наиболее адекватно оценить реальное влияние осадочного покрова на трансформацию горячего раствора, мигрирующего через него.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Впадина Гуаймас расположена в главной раз-ломной зоне Калифорнийского залива, состоящей из системы осей спрединга и трансформных разломов [Moore, 1973], продолжающей Восточно-Тихоокеанское поднятие и переходящей на Северо-Американском континенте в зону разломов Сан-Андреас (рис. 1). Впадина Гуаймас заполнена верхнеплейстоценовыми гемипелагиче-скими осадками, турбидитами и диатомовыми илами. Скорость осадконакопления составляет в среднем 1200 м/млн лет [Currey et al., 1982], превышая на несколько порядков скорости седиментации в открытой части Тихого океана. В результате за относительно короткое время накопился осадочный покров мощностью в несколько сотен метров. Во впадине Гуаймас находятся южный и северный троги, представляющие собой спредин-говые центры. Это депрессии шириной 3—4 км, протягивающиеся на 25 км (южный трог) и на 35 км (северный трог). Дно трогов находится на глубине около 2000 м. В южном троге пробурена скважина 477 и углубляющая ее до 267 м скважина 477А; в северном троге — скважины 481/481А общей глубиной 384 м (см. рис. 1). Между трогами расположена скважина 478 глубиной 464 м. Во всех скважинах в осадочном покрове встречены базальтовые силлы различной мощности.

В южном троге находятся гидротермальные поля с действующими подводными источниками, имеющими температуру около 300°С [Богданов и др., 2006], максимальная температура составляет 359°С [Peter, Scott, 1988]. На дне известны гидротермальные сульфидные постройки [Богданов идр., 2006; Lonsdale et al., 1980]. В районе скважины 477А был замерен высокий тепловой поток, достигающий 30 ЕТП [Williams et al., 1979] или 1257 мВт/м2 в современных единицах измерения (1ЕТП = 41.92 мВт/м2) при среднем фоновом

30° с.ш.

25°

•Сан^' Разломная зона I Диего^Сан-Андреас

оси спрединга и V^is, трансформные ™ . разломы

Северо-■ Американская плита

Тихоокеанская плита

Восточно-Тихоокеанское"

поднятие

27° 30'

27° 00'

115°

110°

105° з.д.

112°00'

111°30'

111°00' з.д.

Рис. 1. Схема структурно-тектонического строения Калифорнийского залива (а) и расположения скважин глубоководного бурения (б), по данным [Currey, Moore et al., 1982; Лисицын и др., 1990].

значении теплового потока в открытом океане 60—70 мВт/м2. В осадках из скважины 477А обнаружены явные признаки зеленокаменного изменения, установлена новообразованная минеральная ассоциация: кварц-альбит-хлорит-эпидот-сфен-пирит-пирротин [Kastner, 1982; Kelts, 1982], которая отражает температуру минералообразо-вания около 300° С.

Для выяснения связи тран

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»