ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 2, с. 206-224
УДК 552.11:548.4
ВАРИАЦИИ СОСТАВОВ КЛИНОИИРОКСЕНОВ БАЗАЛЬТОВ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК ИЗ РАЙОНА АНТАРКТИДЫ
© 2004 г. Н. А. Мигдисова*, Н. М. Сущевская*, А. В. Латтенен**, Е. М. Михальский***
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия; e-mail: nadyas@geokhi.ru **Department of Geology, Helsinki University, Finland P.O.BOX11, FIN-00014 Helsinki, Finland ***ВНИИ Океангеология 190121 Санкт-Петербург, Английский бульвар, 1, Россия Поступила в редакцию 20.12.2002 г.
Проведенное изучение клинопироксенов базальтов из различных геодинамических обстановок Южного океана показало, что их составы отражают специфику условий образования магм. Численное моделирование, основанное на зависимости состава клинопироксенов от давления и температуры их образования (Nimis, Ulmer, 1998), позволило оценить глубину фракционирования расплавов в условиях промежуточных очагов. Было выявлено три различных уровня кристаллизации лав различного генезиса: 1 -малоглубинный уровень (1-5 км), характерный для мезозойских траппов Антарктиды; 2 - наиболее глубинный (до 20 км), отмеченный для части составов четвертичных щелочных магм Антарктического полуострова (провинция Хоббс); 3 - промежуточный (10-12 км), типичный для основной массы магм района Хоббс и толеитов, образующихся в условиях спрединговой зоны западного окончания Африкано-Антарктического хребта вблизи острова Буве. По характеру распределения литофильных элементов клинопироксены из разных типов оливинсодержащих магм близки между собой. Содержания большинства элементов увеличиваются с уменьшением их магнезиальности, ростом концентраций глинозема и натрия. В процессе фракционирования увеличиваются отношения "менее несовместимых" элементов к "более совместимым". Оцененные коэффициенты распределения Срх/расплав для наименее порфировых щелочных магм провинции Хоббс возрастают на порядок и более в ряду от Ва до Yb при относительных минимумах на Zr и Sr, что близко к экспериментальным данным.
В ходе кристаллизации базальтовых магм кли-нопироксен является одной из основных минеральных фаз системы. По своей природе он достаточно устойчив к процессам вторичного изменения, а потому часто в измененных образцах он остается единственной минеральной фазой, по которой можно расшифровать петрогеохимичес-кий облик породы. Пироксены отличаются большим химическим разнообразием, чем любой другой породообразующий минерал изверженных пород. Их составы и количество зависят от давления, температуры и состава кристаллизующегося расплава. Сэк и Гиорсо (Sack, Ghiorso, 1994) при изучении свойств клинопироксенов отметили, что их состав, выраженный в виде формулы [Na, Ca, Fe2+, Mg]M2[Fe2+, Mg, Ti, Al, Fe3+]M1[Al, Fe3+, Si]TetSiO6, зависит от характера обмена, представленного векторами между TiAl2(MgSi2)-1,
TiFe23+ (MgSi2)-1, AlFe3+(MgSi)-1, NaAl(CaMg)-1, Al2(MgSi)- 1, которые, в свою очередь, являются функцией изменяющихся Т, Р, фугитивности кислорода и состава расплава. Существующая зависи-
мость состава клинопироксенов от давления и температуры позволила Нимису (Nimis, Ulmer, 1998) в первом приближении разработать метод оценки глубины, на которой происходила кристаллизация магм.
Не менее важную информацию несет и геохимия литофильных элементов в клинопироксенах: во многих типах базальтовых магм именно клинопироксены, а не главные фазы - оливин и плагиоклаз - являются их концентраторами. Исследования, посвященные проблеме экспериментального и природного распределения несовместимых элементов в клинопироксенах (Hart, Dunn, 1993; Hack et al., 1994; Соболев и др., 1996), касаются главным образом щелочных типов магм. Вместе с тем данных по геохимии природных клинопироксенов все еще недостаточно. Нами была поставлена задача провести изучение клинопироксенов из пород разного генезиса - от щелочных базальтов, траппов до океанических толеитов с целью возможной оценки по их составам специфики кристаллизующихся расплавов и условий их образования. Все образцы были взяты из доста-
Рис. 1. Схематическое расположение полигонов отбора базальтов в пределах и вблизи Антарктиды. Цифрами показаны: 1 - район западного окончания Африкано-Антарктического хребта вблизи тройного сочленения Буве, находящийся к северу (хр. Шписс) и югу (сегмент напротив о-ва Буве) от трансформного разлома Буве; 2 - район проявления мезозойского траппового магматизма в пределах Земли Королевы Мод; 3 - провинция Хоббс (Западная Антарктида), распространение четвертичного щелочного магматизма.
точно хорошо изученных базальтов Антарктиды и смежных районов (рис. 1). Базальты представляли собой разновозрастные образования от мезозойских - базальтовые потоки, связанные с трапповым магматизмом в районе Земли Коро-
левы Мод (ЗКМ), - до четвертичных - щелочные базальты, излившиеся на побережье Хоббс (Западная Антарктида), а также современных толеи-тов, образующихся в пределах западного окончания Африкано-Антарктического хребта.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАЗАЛЬТОВ
Мезозойские базальты из района Земли Королевы Мод
Мезозойские антарктические платобазальты, распространенные в западной части Земли Королевы Мод (Dronning Maud Land), в горах Вестфь-елла, Кирванвегген и Хемифронтфьелла, связаны с этапом интенсивной вулканической деятельности, предшествовавшей этапу раскола Гондваны (Grantham, 1996). Интрузивные аналоги базальтовых лав (дайки долеритов) распространены в основном в горах Вестфьелла (Grantham, 1996; Fumes et al., 1987). Мощность лавовых потоков, излияние которых относится к возрасту около 180 млн. лет (Brewer et al., 1996), достигает 900 м на севере и 400 м на юге гор Вестфьелла. Лавовые потоки секутся дайками и силлами долеритов и интрузиями габброидов. По составу трап-повые формации Земли Королевы Мод (ЗКМ) близки к толеитам (Luttinen, Furnes, 2000). На основании детального опробования двух разрезов было выделено три переслаивающихся типа то-леитовых базальтов (CT-1, CT-2, CT-3), отличающихся по соотношению литофильных элементов (Luttinen, Furnes, 2000; Furnes et al., 1987). Для изучения были выбраны клинопироксены из лавовых потоков базальтов (307-AL-92) - обогащенный тип СТ-1; базальта AL-22^ и долерита из даек (AL-В^) - обогащенный тип СТ-3; базальта (KHG11-90) - деплетированный тип СТ-2. Базальты представляют собой порфировые разновидности, во вкрапленниках которых отмечается доминирование плагиоклаза, а также многочисленные кристаллы клинопироксена и оливина. Последние чаще всего замещены вторичными минералами. Клинопироксены встречаются как в виде отдельных кристаллов, так и в виде сростков или гломеропорфировых выделений c плагиоклазом и оливином. Базальты, из которых выделены клинопироксены, обогащены оливином и относятся к пикритам, исключение составляет образец KHG11-90.
Четвертичные базальты Антарктиды
Базальтовые породы района побережья Хоббс являются частью большой щелочной вулканической провинции в пределах Западно-Антарктического хребта, которая находится в активном состоянии в течение последних 25-30 млн. лет (Hart et al., 1997). По составу здесь наиболее широко распространены типичные базальты, базаниты, тефриты, гавайиты, которые слагают потоки до нескольких тысяч метров толщиной, а также встречаются в виде изолированных потоков, гиа-
локластитовых пластов, пепловых и туфовых конусов (Hart et al., 1997).
Изучаемые образцы были отобраны из выступающих надо льдами гор, вытянутых по простиранию с севера на юг на побережье Хоббс, называемом провинцией Хоббс. Магматизм здесь начался 11.7 млн. лет назад и продолжался до рубежа 2.34 млн. лет (Hart et al., 1997). Точка опробования 35 располагалась на возвышенности Колемана, протяженность которой достигает 1.3 км и которая сложена субгоризонтальными потоками базальтовых гиалокластитовых брекчий общей мощностью ~150 м. Образец был отобран из туфового конуса, который является наивысшим стратиграфическим уровнем возвышенности Колемана. Были также отобраны базальты с возвышенности Паттон Блаф (точка 37), состоящей из базальтовых потоков, перекрывающих гранитный цоколь. Точка опробования 48В находилась на возвышенности Холмс Блаф, образованной базальтовыми лавами, излившимися на древний фундамент Западной Антарктиды. Вулканизм провинции Хоббс начался 11.7 млн. лет назад на возвышенности Колемана и затем распространялся далее на север и в центральные части, где 9.97 млн. лет назад была образована возвышенность Паттон Блаф, а позднее (8.17 млн. лет) Холмс Блаф (Hart et al., 1997).
Все отобранные нами образцы были достаточно свежие и представляли собой мелкозернистые и афировые разновидности. Образцы из Холмс Блаф (ст. 48В) несколько более грубозернистые. Большинство образцов массивные до слабо пористых. Основная масса изученных образцов представлена на 80% микрофенокристами плагиоклаза и нераскристаллизованным стеклом (20%). Фе-нокристы оливина и клинопироксена обычно наблюдаются в небольших количествах (0-5%); плагиоклаз присутствует в виде редких фенокри-стов, составляя иногда около 5%. По составу образцы 37А и 48В относятся к щелочным, нефе-линнормативным базальтам (Hart et al., 1997). Образец 35М определен как базанит (Hart et al., 1997).
Толеитовый магматизм Африкано-Антарктического хребта
Третий район исследования относится к западному окончанию Африкано-Антарктического хребта (АфАХ), району тройного сочленения Бу-ве. Образцы клинопироксенов отобраны из базальтов двух сегментов АфАХ: одного, непосредственно расположенного напротив острова Буве, и второго - хребта Шписс, являющегося самым западным окончанием АфАХ. По составу базальты, получившие здесь широкое развитие, являются океаническими толеитами, обогащенными ли-тофильными элементами и радиогенными изото-
пами, причем по характеру обогащения базальты обоих сегментов близки между собой (Сущевская и др., 2003).
Хребет Шписс представляет собой наиболее крупную структуру района тройного сочленения Буве. Морфологически он выглядит как обширное вулканическое поднятие и ориентирован под ост
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.