научная статья по теме ОТНОШЕНИЕ ФЛЮИД–ПОРОДА В ПРОЦЕССАХ СЕРПЕНТИНИЗАЦИИ ОКЕАНИЧЕСКИХ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ПОРОД, ВМЕЩАЮЩИХ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ПОЛЕ ЛОСТ СИТИ, 30° C.Ш., САХ Геология

Текст научной статьи на тему «ОТНОШЕНИЕ ФЛЮИД–ПОРОДА В ПРОЦЕССАХ СЕРПЕНТИНИЗАЦИИ ОКЕАНИЧЕСКИХ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ПОРОД, ВМЕЩАЮЩИХ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ПОЛЕ ЛОСТ СИТИ, 30° C.Ш., САХ»

ПЕТРОЛОГИЯ, 2015, том 23, № 6, с. 589-606

УДК 552.08+550.42

ОТНОШЕНИЕ ФЛЮИД-ПОРОДА В ПРОЦЕССАХ СЕРПЕНТИНИЗАЦИИ ОКЕАНИЧЕСКИХ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ПОРОД, ВМЕЩАЮЩИХ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ПОЛЕ ЛОСТ СИТИ, 30° с.ш., САХ © 2015 г. Е. О. Дубинина*, Н. С. Бортников*, С. А. Силантьев**

*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 109017, Россия; e-mail: elenadelta@gmail.com ** Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия Поступила в редакцию 11.01.2015 г.

Получена после доработки 20.02.2015 г.

Оценка отношения флюид/порода (W/R) по изотопно-кислородным характеристикам является специфичной для процессов серпентинизации, поскольку они сопровождаются не только изменением стехиометрических соотношений кислорода во флюиде и в породе, но и формированием сопутствующих серпентину минералов. Учет этих факторов необходим для обстановок, предполагающих ограниченную роль водного флюида, например, глубинной серпентинизации пород океанической литосферы в условиях низких скоростей спрединга. В работе изучены изотопные характеристики образцов, отобранных при погружении ГОА "МИР" в 50-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш", вдоль вертикального профиля на южном склоне массива Атлантис, на котором расположено гидротермальное поле Лост Сити. Почти все изученные серпентиниты имеют гомогенный изотопный состав стронция, соответствующий таковому составу современной океанической воды. Изотопный состав кислорода серпентинитов закономерно изменяется в зависимости от глубины отбора образца, общий интервал изменения величины SO составляет от 2.6 до 6.1%е. Закономерные вариации указывают на сохранность стратиграфической позиции образцов в разрезе массива Атлантис и свидетельствует о глобальной серпентинизации всей толщи плутонических пород массива. Мы провели оценку отношения флюид—порода при серпентинизации в закрытой относительно флюида системе, используя модель растворения-кристаллизации, которая учитывает переменную стехиометрию кислорода и влияние параллельного формирования брусита на изотопный состав новообразованного серпентина. Результаты моделирования показывают, что при умеренно-повышенных температурах («300°C) существует область 0.1 < W/R < 5, характеризующаяся резкими вариациями изотопного состава кислорода как во флюиде (1.3—7.8%), так и кристаллизующихся минералах — серпентине (2.5—8.9%) и брусите (от —4.5 до 1.9%). Модель объясняет наблюдаемый диапазон вариаций величин S18O в серпентинизированных гарцбургитах массива Атлантис. По нашим оценкам, наиболее вероятными условиями серпентинизации пород изученного разреза массива Атлантис являлись Т = 270—350°C при отношении W/R = 0.7—3. При более низкотемпературной серпентинизации, например при Т = 250°C, отношение W/R могло достигать 6. Современный процесс серпентинизации глубинных зон массива Атлантис, в котором участвует флюид поля Лост Сити, протекает при Т> 270°C и отношении W/R < 1. Эти условия аналогичны условиям серпентинизации гарцбургитов нижних частей изученного разреза массива Атлантис.

DOI: 10.7868/S0869590315050039

ВВЕДЕНИЕ

Соотношение флюид—порода (W/R) является информативным параметром при изучении серпентинизированных пород, занимающих разную геологическую позицию. В применении к ультраосновным породам дна океана этот параметр позволяет судить об условиях протекания процесса серпентинизации, что особенно актуально для медленноспрединговых зон океанической литосферы. Спецификой взаимодействия океанических вод с ультраосновными породами, является гидролиз оливина и пироксена, которые при повышенных температурах находятся далеко от рав-

новесия с океанической водой, что приводит к растворению оливина и пироксена и кристаллизации гидросиликатов и гидроксидов магния (Foustoukos et al., 2008; Palandri, Reed, 2004; Bonatti, Michael, 1989). Однонаправленный характер процессов гидролиза оливина (±пироксена), формирования серпентина и сопутствующих минералов должен учитываться при оценке соотношения флюид/порода по изотопным данным. Классические модели взаимодействия флюид—порода, описывающие поведение изотопно-кислородных характеристик породы и флюида (например, Taylor, 1977, 1978), не учитывают изменения стехиомет-рических соотношений кислорода во флюиде и

породе и сопутствующее минералообразование при серпентинизации, хотя эти факторы являются ключевыми, если предполагается, что процесс серпентинизации протекает в режиме, далеком от резкого доминирования флюида. Например, в модели (Berndt et al., 1988), описывающей поведение изотопной системы стронция, учитываются пути реакционного взаимодействия между флюидом и породой, а в модели (Sakai etal., 1990) — учитывается изменение мольных долей кислорода и водорода в породе, но не рассматривается образование сопутствующих серпентину минералов.

В случае, когда система флюид—порода закрыта относительно флюида, изотопные параметры и флюида, и новообразованных минералов должны зависеть не только от температуры, но и от W/R (Sakai et al., 1990; Дубинина и др., 2007). В закрытой относительно флюида системе большое значение имеет сопутствующее серпентинизации минералообразование. Например, можно ожидать, что кристаллизация брусита вместе с серпентином в условиях умеренных температур должна приводить к облегчению изотопного состава породы (Foustoukos, 2008), поскольку равновесное фракционирование в системе брусит— вода характеризуется достаточно сильным обеднением брусита относительно воды изотопом 18О (Wenner, Taylor, 1971; Saccocia et al., 1998). Следовательно, при моделировании взаимодействия флюид—порода требуется описать поведение изотопных параметров не только породы в целом, но и слагающих ее новообразованных минералов. В настоящей работе рассматривается модель взаимодействия флюид—порода при серпентиниза-ции в закрытой относительно флюида системе. В модели учитываются указанные выше факторы, а в качестве объекта для ее приложения выбраны серпентинизированные породы массива Атлан-тис, с которыми ассоциирована современная гидротермальная деятельность поля Лост Сити, уникального по ряду параметров, прежде всего низкой температуре и высокой щелочности растворов (Kelley et al., 2001, 2005, 2007 и др.).

Первоначально предполагалось, что движущей силой гидротермальной активности поля Лост Сити является энергия, выделяемая за счет экзотермической реакции серпентинизации оливина (Proskurowski et al., 2006; Fruh-Green et al., 2003; Ludwig et al., 2006; Foustoukos, 2008; Kelley etal., 2001). Однако расчеты энергетического баланса (Allen, Seyfried, 2004) указывают на недостаточное количество тепла, выделяемого только за счет серпентинизации пород массива Атлан-тис, для поддержания деятельности поля Лост Сити в течение 30 тыс. лет, согласно возрастным оценкам (Fruh-Green, 2003). Как альтернатива, было выдвинуто предположение, что основной движущей силой циркуляции гидротермальных

растворов поля Лост Сити является тепло остывающих тел интрузивов габбро, расположенных в глубинных зонах разреза коры. Проникновению воды на эти уровни способствуют низкие скорости спрединга (Allen, Seyfried, 2004; Силантьев и др., 2011б), характерные для данного района. Считается (German, Von Damm, 2003), что масштабы глубинной циркуляции растворов на фоне низкой скорости спрединга могут быть настолько значительны, что не только породы, но и сами гидротермальные растворы начинают отражать протекание процессов взаимодействия флюид-порода. Оценка температуры и отношения флюид-порода, при которых формируется изотопный состав пород массива Атлантис и флюида Лост Сити, может способствовать выяснению обстановки гидротермального процесса в этом районе Срединно-Атлантического хребта (САХ) — высокие отношения W/R и низкие температуры серпентинизации должны указывать на процесс конвекции океанической воды в субповерхностных зонах массива, низкие W/R и высокие температуры — на процесс взаимодействия флюид-порода в глубинных зонах океанической коры.

КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Массив Атлантис находится в 15 км западнее рифтовой долины и его южный склон погружается в одноименный трансформный разлом до глубин океана около 6 км. Для этого сегмента САХ характерны низкие скорости спрединга (Bonatti, 1996; Cannat et al., 1997; Силантьев и др., 2011б). К верхней части южного склона массива приурочено поле Лост Сити, обнаруженное в 2001 году на глубине около 800 м (Kelley et al., 2001). К настоящему времени опубликованы многочисленные результаты геологических, петрологических, минералогических, изотопных и геохимических исследований, проводившихся в пределах поля Лост Сити и массива Атлантис (Kelley et al., 2001, 2005; Fruh-Green et al., 2003, 2007; Леин и др., 2002, 2004, 2007; Palandri, Reed, 2004; Allen, Seyfried, 2004; Дубинина и др., 2007; Силантьев и др., 2011б; Godard et al., 2009; Foustoukos et al., 2008; Proskurowski et al., 2006, 2008; Boschi et al., 2008; Karson et al., 2006).

Массив Атлантис имеет форму купола, морфология его центральной части интерпретируется как поверхность пологого сдвигового разлома (или "разлома срыва", detachment fault), который привел к поднятию и экспозиции около 1.5—2 млн лет назад нижнекоровой и верхнемантийной последовательности пород (Cann et al., 1997; Blackman et al., 2002). Верхняя часть массива покрыта в разной степени литифицированными пелагическими карбонатами и рассеянными выходами осадочных брекчий (Schroeder et al., 2004; Fruh-

Green et al., 2003; Blackman et al., 2002; Karson et al., 2006). На восточном фланге массива наблюдаются аллохтонные блоки базальтовых лав, приуроченные к зоне сдвиговых деформаций (Black-man et al., 2002; Karson et al., 2006).

Куполообразная форма массива Атлантис и участие в его строении габбро и ультраосновных пород, измененных и деформированных в ходе их тектонического транспорта к поверхности океанического дна, относятся к ключевым компонентам внутренних океанических комплексов (oceanic core complex), которые являются атрибутом мед-ленно-спрединговых зон (Fujiwara et al.,

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»