ГЕОХИМИЯ, 2015, № 6, с. 487-501
ИСТОЧНИКИ ВЕЩЕСТВА МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД ПОДНЯТИЯ МЕНДЕЛЕЕВА (СЕВЕРНЫЙ ЛЕДОВИТЫЙ ОКЕАН) ПО ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ © 2015 г. А. А. Кременецкий*, Ю. А. Костицын**, А. Ф. Морозов***, П. В. Рекант****
*Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов 121357, Москва, ул. Вересаева, 15 e-mail: nauka@imgre.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: kostitsyn@geokhi.ru ***Федеральное агентство по недропользованию (Роснедра) 123995, Москва, ул. Б. Грузинская, 4/6 e-mail: rosnedra@rosnedra.com ****Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового Океана им. акад. И.С. Грамберга 190121, Санкт-Петербург, Английский просп., 1 e-mail: okeangeo@vniio.ru Поступила в редакцию 17.06.2013 г.
Принята к печати 19.03.2014 г.
На оригинальном материале глубоководного бурения и драгирования в Северном Ледовитом океане (СЛО), полученном в ходе экспедиции "Арктика-2012" на ледоколе "Капитан Драницын", выполнены минералого-петрографические и изотопно-геохимические исследования магматических пород основного и среднего состава на полигонах от 79.02° СШ до 83.09° СШ. Образцы коренных вулканитов из скважин, пробуренных в подножье поднятия Менделеева, группируются на петрохимической диаграмме в поле умеренной и низкой щелочности, характеризуются компактными начальными изотопными отношениями неодима (sNd(T) от +4.3 до +7.0) и стронция (87Sr/86Sr от 0.70365 до 0.70495) и на дискриминационных изотопных и геохимических диаграммах соответствуют вулканическим породам островов и поднятий дна океана. Образцы габбро-долеритов, драгированных со склонов поднятия Менделеева, группируются в петрохимическом поле низкой щелочности, характеризуются широкими вариациями изотопного состава неодима (sNd от —33.1 до +2.9) и стронция (87Sr/86Sr от 0.7050 до 0.7233) и на дискриминационных изотопных и геохимических диаграммах отвечают составам как Сибирских траппов, так и, возможно, другим породам континентального генезиса.
Ключевые слова: Северный Ледовитый океан, поднятие Менделеева, изотопный состав Nd, Sr, геохимия базальтов и габбро-долеритов.
Б01: 10.7868/80016752515060059
ВВЕДЕНИЕ
При изучении строения, вещественного состава и истории развития дна Северного Ледовитого океана (СЛО) остаются дискуссионные и актуальные проблемы в силу сложного строения его ложа, труднодоступности для научных исследований из-за суровых климатических условий и покрытия льдом значительной части его акватории.
Морфологически дно СЛО делится на три мор-фоструктурно обособленных блока: Норвежско-Гренландский, Евразийский и Амеразийский (рис. 1)
(Деменицкая и др., 1962; Jackson et al., 1986; Погре-бицкий, 1997; Поселов и др., 2002; Лебедева-Иванова и др., 2004; Langinen et al., 2009). Первые два блока схожи между собой; по сейсмичности, аномальному магнитному полю и глубинному строению они относятся к океанической плите и рассматриваются как продолжение Северо-Атлантического срединного хребта (хребты Мона, Книповича, Гаккеля). Амеразийский суббассейн разделяется на две морфоструктурные провинции: Центрально-Арктическую область океан-
Рис. 1. Основные морфоструктурные блоки Северного Ледовитого океана: 1 — Норвежско-Гренландский; 2 — Евразийский; 3 — Амеразийский. На врезке — схема полигонов бурения и драгирования пород на поднятии Менделеева в экспедиции "Арктика-2012".
ских поднятий (Ласточкин и Нарышкин, 1989), включающую хребет Ломоносова, поднятия Альфа и Менделеева, Чукотское плато и котловины Макарова и Подводников, и Канадскую котловину. Центрально-Арктическая область океанских поднятий по сейсмическим данным имеет более мощную (до 32 км) кору, в нижней части которой предполагается наличие гранито-гнейсового (6.0—6.4 км/с) и грану-лит-базитового (6.7—7.3 км/с) слоев, а в верхней — терригенно-карбонатного слоя (4.0—5.4 км/с), что позволяет рассматривать эту область как относительно опущенные блоки древней континентальной платформы.
Выполненные в последние годы обобщения всех, в т.ч. новых геолого-геофизических материалов не оставили сомнений в том, что дно Евразийского бассейна имеет под собой кору океанического типа, а хребет Ломоносова и Чукотское плато являются блоками континентальной коры (Карасик, 1968; Coakley and Cochran, 1998; Glebovsky et al., 2000; Геолого-минерагеническая карта мира, 2000; Brozena et al., 2003; Глебовский и др., 2006; Рекант и Рекант и др., 2011; Гусев, 2012). Что же касается природы поднятия Альфа-Менделеева и Канадской котловины, то она до сих пор остается предметом острых дискуссий. С одной стороны земная кора имеет здесь скорост-
ные параметры, характерные для коры континентов, с другой стороны ее мощность заметно редуцирована. По одним представлениям поднятие Альфа-Менделеева является следом активной горячей точки или океаническим вулканическим плато, аналогичным по строению плато Онтонг-Ява (Вогт и др, 1984; Forsyth et al., 1986). Другая гипотеза предполагает развитие этой структуры в ходе древнего спрединга; ее придерживаются Vogt, Ostenso (Vogt and Ostenso, 1970), Hall (Hall, 1973), Гуревич и др. (Гуревич и др., 2001). При этом ряд авторов (Jackson, 1986; Киселев, 1986; Поселов и др., 2002) предполагает, что в основании поднятия Альфа-Менделеева могут находиться блоки древней континентальной коры, испытавшие растяжение и интенсивный внутри-плитовый магматизм. Основными аргументами, используемыми сторонниками той или иной точек зрения при обосновании типа коры, являются геофизические данные о ее мощности и скоростных параметрах.
Реконструкция тектоно-геодинамических преобразований литосферы Арктики с учетом геолого-геофизических материалов и геохронологических данных для обрамляющих ее комплексов пород позволила предположить (Шипилов, 2008), что острова Земли Франца-Иосифа, де-Лонга, Канадский
Арктический архипелаг и хребет Альфа представляли собой объединенную область юрско-мелового плюмового плато-базальтового магматизма.
Задача настоящего исследования — понять геохимическую природу магматических пород, слагающих поднятие Менделеева, оценить, из какого типа источников они могли образоваться.
ОТБОР ОБРАЗЦОВ В ХОДЕ ЭКСПЕДИЦИИ "АРКТИКА-2012"
Прямые геологические и тем более буровые данные о строении пород фундамента пока, к сожалению, малочисленны и разрозненны (Grantz etal., 1998; Grantz et al., 2001; Беляцкий и др., 2006; Кабаньков и др., 2008; Рекант и др., 2012). Бурение единственной арктической скважины ACEX-302 в 2004 году на хребте Ломоносова в рамках международного проекта IODP (Moran et al., 2006; Backman et al., 2008) было остановлено в базальных горизонтах рыхлого чехла на глубине 428 м, так и не достигнув пород фундамента.
В 2012 г. в ходе экспедиции "Арктика-2012" породы дна СЛО исследовали вдоль центральной части поднятия Менделеева от 77° с.ш. до 83° с.ш. на 7 комплексных полигонах (рис. 1). На двух из них (полигон № 0 и полигон № 6) в коренных породах дна на глубинах около 2600 м впервые были пробурены неглубокие скважины, вскрывшие базальты и андезибазальты. Кроме того, на всех полигонах с помощью драги и грейфера было отобрано более 20 тыс. обломков пород разного состава. Среди последних преобладают (63%) карбонатные породы, в т.ч. доломиты с палеозойской фауной трилобитов и панцирных рыб (D3-C). Далее по распространенности следуют терригенные породы (20%, с преобладанием кварцевых песчаников); обломки магматических пород составляют 10% (в т.ч. долериты и габбро-долериты — 8% и граниты — 2%); завершают этот ряд метаморфические породы (6%).
Для решения поставленной задачи мы исследовали магматические породы двух групп: вулканические породы, впервые вскрытые при бурении трех глубоководных скважин у подножия поднятия Менделеева, и обломки полнокристаллических, возможно интрузивных пород, поднятых при драгировании склонов поднятия Менделеева (рис. 1, табл. 1).
Для наглядности на рис. 2 показана схема отбора проб на полигоне № 6, согласно которой перемещенные (драгированные) образцы чаще встречаются на склонах поднятия (область пониженных значений магнитного поля), тогда как образцы коренных пород были выбурены у подножья поднятия (область повышенных значений магнитного поля).
Ниже дается краткая характеристика изученных пород.
Скважина K-D12-00-31b; полигон № 0, глубина 2380 м, интервал отбора керна коренных пород (от поверхности дна) — 100—138 см. Исследовались две разновидности пород: трахибазальты (К-2/4) и тра-хиандезиты (К-2/2), различающиеся по химическому составу (табл.2) и более основному составу плагиоклаза в трахибазальтах (Ап65 во вкрапленниках и Ап44 — в лейстах основной массы) по сравнению с трахиандезитами (Ап45-47 и Ап33-34 соответственно). Текстура пород массивная; структура — порфировая с вкрапленниками плагиоклаза, реже клинопироксена (авгита) и магнетита (рис. 3а, б). Структура основной массы — интерсер-тальная, фрагментами трахитоидная (лейстовидные микролиты плагиоклаза в девитрифицированном вулканическом стекле) с переходами в пойкилоо-фитовую, пилотакситовую и гиалопилитовую. Вторичные изменения: тонкозернистые агрегаты хло-рит-серицит-гетита по клинопироксену и серицит-гидросерицита — по порфировым вкрапленникам и лейстам плагиоклаза, а также глинистые минералы и гидроокислы железа при девитрификации вулканического стекла. Степень изменения пород слабая (табл. 1).
Скважина KD12-00-33b; полигон № 0, глубина 2360 м, интервал отбора керна коренных пород (от поверхности дна) — 39—551 см. Исследуемая порода представлена базальтом (К-3/4). Текстура — миндалекаменная, структура — порфировая с вкрапленниками основного плагиоклаза (Ап65), клинопироксена (авгит) и рудного минерала (магнетит, ильменит). Миндалины (1—1.5 см) либо пустые, либо выполнены опалом. Структура основной массы — интерсертальная, фрагментами — микро-дол еритовая с лейстами плагиоклаза (Ап45-47), скоплениями мелких изометричных зерен клино-пироксена и рудного минерала; промежутки сложены вулканическим стеклом (рис. 3в). Вторичные изменения проявлены крайне сл
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.