ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 4, с. 356-375
УДК 552.2(263)
ПИЛЛОУ-ЛАВЫ ПОЛИГОНА СЬЕРРА-ЛЕОНЕ, СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКИЙ ХРЕБЕТ, 5°-7° С.Ш.: Sr-Nd ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМАТИКА, ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ
© 2008 г. Е. В. Шарков, К. Н. Шатагин, И. С. Красивская, И. В. Чернышев, Н. С. Бортников,
А. В. Чистяков, Н. В. Трубкин, А. Ю. Крамчанинов
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия; e-mail: sharkov@igem.ru Поступила в редакцию 06.06.2007 г.
Проведено детальное петрологическое, геохимическое и изотопно-геохимическое изучение фрагментов свежих пиллоу-лав с корками закалочного стекла, драгированных в осевой рифтовой зоне САХ между 5° и 7° с.ш., на полигоне Сьерра-Леоне. По своим геохимическим и изотопно-геохимическим характеристикам они отвечают толеитам MORB, но не являются первичными мантийными выплавкам, а подверглись кристаллизационной дифференциации в промежуточных магматических (интрузивных) камерах. Впервые установлено наличие мелкомасштабной геохимической и изотопной Sr-Nd гетерогенности в базальтах и их стеклах. Показано, что в ряде случаев имеются значимые несистематические различия между базальтами и их закалочными стеклами по 87Sr/86Sr отношению и менее значимые - по величине eNd, причем более высокие стронциевые отношения могут наблюдаться как в стеклах, так и в базальтах одних и тех же фрагментов лав. Существенной корреляции между изотопными характеристиками образцов и их геохимическими особенностями не установлено; показано также, что морская вода не влияла на изотопные системы Sr и Nd в закалочных стеклах изученных пиллоу-лав. Предполагается, что подобные различия в изотопных отношениях связаны с мелкомасштабной неоднородностью самих расплавов, не успевших гомогенизироваться из-за их быстрого подъема к поверхности. Возникновение неоднородности базальтовых расплавов объясняется их частичной контаминацией веществом более древних плутонических пород (особенно габброидов) нижней океанической коры, через которую базальты поднимались к поверхности дна океана. При этом более широкий размах изотопных отношений Sr по сравнению с Nd связывается с наличием в базальтах ксенокристов основного плагиоклаза - главного концентратора Sr; для Nd такого специфического концентратора нет, поэтому колебания изотопного состава Nd менее отчетливы. Показано, что все изученные базальты полигона на Sr-Nd изотопной диаграмме составляют единый тренд, располагаясь вдоль линии мантийной корреляции. Причины этого пока неясны.
Как известно, базальты океанического дна являются самым распространенным типом горных пород на поверхности твердой Земли. Согласно существующим плейт-тектоническим моделям, эти базальты зарождаются в осях океанического спре-динга (срединно-океанических хребтах, СОХ), формируя новую океаническую кору, которая по мере роста постепенно раздвигается в обе стороны от оси спрединга, а образующийся ее избыток поглощается в зонах субдукции. Соответственно, считается, что океаническая кора в осевых рифто-вых зонах СОХ имеет "нулевой" возраст, а все изотопные и геохимические особенности базальтов срединно-океанических хребтов (MORB) связаны с особенностями состава и структуры верхней мантии Земли (Zindler, Hart, 1986; Hofmann, 2003). Однако исследованиями последних лет в габброидах осевой зоны медленно-спредингового Срединно-Атлантического хребта (САХ) было установлено наличие цирконов, имеющих мезозойские и даже
протерозойские U-Pb возрасты (Pilot et al., 1998; Шарков и др., 2004). Из этого следует, что породы 3-го слоя океанической коры САХ могут существенно отличаться по возрасту от свежих базальтов 2-го слоя, т.е. в зоне спрединга присутствуют разновозрастные породы, и ее геологическое строение значительно сложнее, чем предполагалось ранее.
До недавнего времени основное внимание было привлечено к изучению геохимии базальтов и особенно закалочных вулканических стекол, образующих корки на поверхности пиллоу-лав. Считается, что эти стекла отражают состав исходных мантийных выплавок, и по ним накоплен огромный фактический материал, суммированный в ряде обобщающих работ (Melson et al., 1977; Дмитриев и др., 2006 и ссылки в них). Однако приоритет отдавался геохимическим и изотопно-геохимическим исследованиям, а петрологи-
Рис. 1. Положение района исследования среди структур океанического дна Центральной Атлантики. Карта выполнена на основе спутниковой альтиметрии, по (Sandwell, Smith, 1997).
ческие аспекты проблемы все же в значительной мере оставались в тени.
Вместе с тем представление о разном возрасте пород в осевой зоне САХ существенно расширило возможности для интерпретации результатов изотопных и геохимических исследований базальтов СОХ, которые ранее однозначно связывались с мантийными процессами. Однако уже в конце прошлого века было показано, что в процессах магмообразования в современной зоне спрединга САХ существенную роль может играть переплавление пород более древней гидратиро-ванной океанической коры (Michael, Cornell, 1998; Kent et al., 1998), что подтвердили и наши работы (Шарков и др., 2005). Очевидно, что эти процессы могли оказывать влияние и на изотопные характеристики базальтов, чему ранее не придавалось должного значения. Обсуждению проблемы взаимодействия мантийных расплавов с более древними породами 3-го слоя океанической коры и посвящена данная работа, выполненная на основе изучения коллекции образцов, драгированных в 10-ом рейсе НИС "Академик Иоффе" (2001-2002 гг.) в осевой рифтовой долине центральной части САХ.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
Изученный сегмент осевой зоны САХ лежит между разломом Богданова (7° 10' с.ш.) и 5°00' с.ш., в области разломной зоны Сьерра-Леоне (рис. 1). Геология района подробно рассмотрена в монографии Ю.М. Пущаровского с соавторами (2004), и поэтому здесь мы ограничимся самыми общими сведениями. Рельеф САХ в пределах полигона сильно расчленен. Сама рифтовая долина представлена эшелонированной системой глубоководных впадин, одна из которых достигает глубины 5 км (впадина Маркова). Результаты драгирования впадин показали, что их борта на большом протяжении (более 300 км) сложены глубинными плутоническими породами, включая серпентинизированные перидотиты и различные габброиды. Сильно измененные и тектонизиро-ванные базальты и долериты обнажены как на дне рифтовой долины и ее северном и южном флангах, так и в верхней части склонов; свежие базальты с корками вулканического стекла встречены на дне долины либо на склонах неовулканических поднятий на гребне хребта.
Среди плутонических образований 3-го слоя океанической коры здесь присутствуют, по край-
ней мере, две группы пород, имеющих свои субвулканические и вулканические эквиваленты:
(1) примитивные высокомагнезиальные трокто-литы, оливиновые габбро и габбро с геохимическими характеристиками, близкими к MORB, и
(2) породы кремнеземистой Fe-Ti-оксидной серии, представленные различными феррогабброи-дами, часто с красно-коричневой роговой обманкой, с которыми ассоциируют жилы диоритов и трондьемитов (Шарков и др., 2005). Большинство из этих пород в той или иной степени подверглось катаклазу и наложенному низкотемпературному метаморфизму в условиях цеолитовой и зелено-сланцевой фаций. В породах часто встречаются жилки кальцита, пренита, актинолита, хлорита и других вторичных минералов. Кроме того, здесь нередко наблюдаются зоны метасоматической переработки пород, в ряде случаев сопровождаемые богатой сульфидной минерализацией (Пу-щаровский и др., 2004).
Для изучения петрологических и изотопно-геохимических особенностей изверженных пород полигона из большой коллекции были отобраны 12 образцов свежих базальтов с корками закалочного вулканического стекла, а также 4 образца глубинных пород: габброиды (примитивные и ро-говообманковые), трондьемит и метасоматит по катаклазированным габброидам.
МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Весь комплекс исследований (микроскопическое и изотопное изучение и анализ элементного состава) был выполнен в ИГЕМ РАН.
Микроскопические исследования. Прозрачно-полированные шлифы отобранных пород вначале изучали под обычным поляризационном микроскопом с целью выявления их главных петрографических особенностей (табл. 1). После этого в части шлифов (главным образом базальты и стекла) с помощью электронного микроскопа JEM-100C, оборудованного аналитической энергодисперсионной приставкой Link ISIS, изучали тонкую структуру вулканического стекла и определяли состав минералов.
Геохимические исследования. Валовый химический состав базальтов и закалочных стекол определен классическим силикатным методом (мокрая химия) или рентгенофлюоресцентным методом на XRF-спектрометре PHILIPS PW 2400, в редких случаях - на электронном микроскопе с помощью приставки Link ISIS. Средний состав закалочных стекол рассчитывали из нескольких точечных определений или небольших площадных замеров рассеянным пучком.
Содержания редких элементов определяли XRF-методом, а редкоземельных элементов - ме-
тодом ICP-MS с использованием квадрупольного масс-спектрометра VG Elemental PQ2 + TURBO.
Результаты геохимических исследований представлены в табл. 2-4.
Изотопные исследования. Для изотопных исследований образцы пиллоу-лав были разделены на пробы базальта и закалочного стекла, дальнейшее изучение которых проводили раздельно. Несколько образцов коллекции (I1016/5, I1069/1 и I1072/1) были изучены более детально. От штуфов этих образцов было отделено не по одной, а по две пробы базальта и по две - стекла. Для ряда образцов такие пробы-дубликаты были подготовлены только для базальта (обр. 11027/5 и I1036/4) или только для стекла (обр. I1052/38).
Пробы глубинных пород были измельчены до пудры, а базальтов и закалочных стекол дробились до размера частиц 0.2-0.5 мм.
С целью снижения эффекта возможной поверхностной контаминации морской водой, все пробы были подвергнуты предварительной обработке. Материал проб промывали в ультразвуковой ванне в течение 10 мин в растворе 2.3М HCl, а затем в деионизированной воде. После кислотной обработки пробы
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.