ГЕОХИМИЯ, 2007, № 9, с. 915-932
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЩЕЛОЧНЫХ ПЕРВИЧНЫХ МАГМ
АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА
© 2007 г. Л. Н. Когарко, А. М. Асавин
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 1199991, ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: alex@geokhi.ru Поступила в редакцию 15.12.2006 г.
На основе ГИС-проекта по геохимии внутриплитного магматизма Атлантического океана исследованы составы первичных высокомагнезиальных расплавов, близких к первичным магмам. Статистический анализ выделенной группы позволил выделить пять типов первичных магм - фоидиты, пикриты, базаниты-нефелениты, щелочные оливиновые базальты и толеиты. Установлены соотношения выделенных типов как для Атлантического океана в целом, так и для каждого центра внутриплитного магматизма. Рассчитаны интервалы и средние составы выделенных типов первичных расплавов. В целом в продуктах внутриплитного магматизма преобладают щелочные разности, однако довольно велика (около четверти) доля толеитовых расплавов. Дифференцированные разности в продуктах океанического вулканизма океанических островов резко преобладают над первичными расплавами (20 и 80% соответственно). Различное соотношение выделенных типов в центрах внутриплитного магматизма Атлантики позволило построить карту петрохимической типизации внутриплитного магматизма Атлантического океана. Предварительно выделено семь различных петрохимических зон. Таким образом, впервые показано существование латеральной петрохимической гетерогенности источников внутриплитного магматизма Атлантического океана. Наряду с глобальной геторогенностью в пределах каждого крупного центра внутриплитного магматизма (архипелага или островной цепи) также наблюдаются локальные гетерогенности. Исследованные вариации реперных геохимических отношений Na/K, Ti/Na, Si/Ca в первичных расплавах позволяют говорить о значительных глубинах источников генерации внутриплитных магм более на уровне нижней мантии. Предложена гипотеза, объясняющая статистическую кривую распространенности Ti/Na отношений в высокомагнезиальных расплавах за счет изменения коэффициентов распределения натрия и титана в пироксенах при увеличении глубины выплавления расплавов. Проведено сопоставление изменения магматической активности генерации щелочных расплавов на континенте и океане в процессе эволюции Земли.
В последние годы активно развиваются идеи о неоднородности верхней мантии Земли в отношении редких элементов. В исследованиях химического состава верхней мантии преобладают два подхода: изучение ксенолитов мантии, выносимых щелочными базальтами на поверхность и использование химических составов первичных магм - продуктов частичного плавления мантийного субстрата. С помощью этих методов установлена глобальная геохимическая неоднородность верхней мантии в отношении редких элементов и изотопов [1-3]. В настоящее время удалось наметить пути оценки размеров "блоков" мантии с определенными характеристиками и их расположение в вертикальном и латеральном направлениях. Появляются оценки возрастов событий, послуживших причиной изотопной гетерогенности подкоровых зон, выявляется роль мантийного метасоматоза в переносе редких и рудных элементов. Огромное внимание уделяется геохимической дифференциации подкоровых зон, связанной с процессами рециклинга океанической коры. Данные сейсмической томографии
[4] показали принципиальную возможность проникновения субдуцированного материала на глубины порядка 2600 км - то есть материал океанической коры может погружаться до глубины пограничного слоя ядро-нижняя мантия. Наиболее однозначно гетерогенность мантийных источников установлена для океанических островов и базальтов срединно-океанических хребтов [5]. В работе Гаста [1] впервые показано, что любые вариации степени частичного плавления мантии не могут обеспечить наблюдаемую контрастность в химическом составе толеитов океанического ложа и щелочных базальтов океанических островов. Накопленный за последние годы фактический материал по геохимии редких элементов и изотопным отношениям в системах U-Pb, Th-Pb, Rb-Sr, Sm-Nd, Lu-Hf позволяет различать два источника океанического магматизма [5]. Мантия базальтов срединно-океанических хребтов (СОХ) и океанического дна характеризуется устойчивыми смещениями отношений Rb/Sr, U/Pb, Th/Pb в сторону более низких значений по сравнению с хондритами и обеднением несовместимыми лито-
фильными элементами-(легкими редкими землями рубидием, цезием, барием, ниобием и др.). В результате для типичных базальтов СОХ Ш143/Ш144 > 0.51305, Зг^/Зг86 < 0.7030, Pb206/Pb204 < < 18.7 и отношения Ва/Зг, С8/ЯЬ, ЯЬ/К, ЬЯЕЕ/НЯЕЕ, Zг/Nb ниже хондритовых. Мантийные источники щелочного магматизма океанических островов, напротив, обогащены редкими литофильными элементами и радиогенными изотопами по сравнению с хондритовой примитивной мантией. Обычны отношения Зг87^86 > 0.7030, РЬ206/РЬ204 > > 18.7, Ш143/Ш144 < 0.51305, что говорит о существовании в мантии древних изолированных резервуаров, обогащенных редкими несовместимыми элементами.
В настоящее время установлена заметная гетерогенность мантийных источников базальтов сре-динно-океанических хребтов [5]. Так, например, мантия базальтов срединных хребтов Индийского океана в значительной степени обогащена радиогенными изотопами. На основании этих данных была выделена аномальная зона в мантии - БИРЛЬ [6], которая проявляется в основном в магматизме южного полушария. Однако в целом можно рассматривать два крупных мантийных резервуара -деплетированный (источник океанических базальтов МОЯВ) и обогащенный (источник 01В, внут-риплитного магматизма).
Целью настоящей работы является детальное исследование геохимической гетерогенности внут-риплитного магматизма Мирового океана (на примере Атлантики). В задачи работы входило:
• Выделение области составов щелочных вулканитов, отвечающих особенностям первичных магм, возникших в ходе частичного плавления мантии.
• Классификация первичных магм океанических островов и подводных гор Атлантики.
• Построение карт петрохимической и геохимической типизации первичных расплавов с помощью технологий электронных географических информационных систем (ГИС).
• Выделение петрохимических провинций внут-риплитного магматизма.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
База данных разрабатывалась с 1989 г. на основе кадастра по геохимии океанических островов Института геохимии и аналитической химии. Помимо этого использовались и другие источники, доступные по сети Интернет ("Ре1хо8", ЮВЛ, ОеоЯоск, БЗБР и др.). Общий объем использованной информации, хранящейся в базе, составил порядка 35 тысяч записей, собранных примерно из 400 литературных источников о пятистах проявлениях внутриплитного магматизма. Следует подчеркнуть, что авторами ведется постоянный мониторинг текущих публикаций и актуализация
содержащейся в базе информации, в том числе и за счет ретроспективной обработки литературы. Таким образом, ежегодное приращение информационного обеспечения составляет от 5 до 10% объема имеющихся данных. Это незначительное приращение свидетельствует о представительности данной выборки и широком охвате геохимической информации по внутриплитному магматизму Атлантического океана. Выборки из базы формируются по гибкому набору поисковых признаков - содержанию макрокомпонентов (возможны количественные ограничения на интервал содержаний), возрасту (геологическому и прямым изотопным датировкам), географической и иной геолого-структурной принадлежности, типу пород. После вывода выборки в виде файлов формата DBASE, ASCII точки наносятся на карту Атлантики с помощью программного пакета Arc/Info v. 8.0. Это позволяет провести дополнительную привязку составов к центрам проявления внутриплитного магматизма и отбраковать составы образцов, расположенные в районах проявления толеитового магматизма рифтовых зон и океанического дна, трансформных разломов и других структурных элементов океанов, не относящихся к внутриплитным проявлениям магматизма. Последующее представление данных было реализовано средствами Arc/View. Этот программный пакет достаточно широко используется в геоинформационных исследованиях [7], поэтому мы не будем детально останавливаться на его возможностях визуализации данных.
При построении геохимических карт был использован программно-информационный ГИС-комп-лекс, разработанный в рамках проекта Геодинамический глобус [8] масштаба 1 : 10000000, созданный в отделе Геоинформационных систем Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского [9] с добавлением отдельных покрытий и предметно-ориентированных баз данных Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН. Картографической основой послужил бумажный вариант Тектонического глобуса, составленный во ВНИИ Зарубежгеология под руководством Л.П. Зоненшайна в 1995 году [10].
Методической основой, использованной для решения поставленных задач, явилось применение технологии ГИС-проектов - создание электронных карт, совмещенных с базами данных. Технология электронных карт в отличие от обычных карт дает возможность:
• оперативно совмещать любые тематические карты в общей географической системе;
• сопоставлять неограниченное количество параметров, выявляя, таким образом, скрытые пространственные зависимости различных величин друг от друга.
Для изучения закономерностей изменений структурно-вещественных составов вулканических комплексов внутриплитного магматизма океана был создан проект, представляющий собой набор электронных карт-покрытий, геоинформационный проект, представляющий собой фрагмент Геодинамического глобуса. При построении карт распределения элементов мы обычно использовали следующую методику. Сформированные по заданным геохимическим параметрам выборки из базы данных с концентрациями элементов автоматически подключались к геоинформационному проекту. Затем проводилось разбиение выборки на классы и распределение визуализировалось с помощью градиентных по цвету (либо штриховке) или размеру кружков. В случае анализа соотношений элементов строились круговые секторные диаграммы. На этих диаграммах относительное содержание
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.