ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 456, № 2, с. 181-183
= ГЕОЛОГИЯ
УДК [551.35:552.313](265.53+265.54)
ВУЛКАНИЗМ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЯПОНСКОГО И ОХОТСКОГО МОРЕЙ КАК РЕЗУЛЬТАТ ВЛИЯНИЯ ТИХООКЕАНСКОГО СУПЕРПЛЮМА
© 2014 г. Т. А. Емельянова, Е. П. Леликов
Представлено академиком Ю.М. Пущаровским 26.02.2013 г. Поступило 06.03.2013 г.
Б01: 10.7868/80869565214140199
Проблема происхождения окраинных морей Западно-Тихоокеанской зоны перехода по-прежнему актуальна. Многие связанные с ней вопросы остаются открытыми и требуют своего решения. В этой связи изучение вулканизма Японского, Охотского морей и особенно его позднекайнозой-ских этапов, непосредственно связанных с формированием глубоководных котловин, может пролить свет на некоторые особенности геодинамики и приблизить понимание глубинных механизмов формирования данных морей.
В последние десятилетия все большую популярность приобретает гипотеза мантийных плю-мов или "плюмтектоника", в рамках которой разные авторы предлагают ряд моделей зарождения и подъема плюмов (суперплюмов). Предпринята также попытка их классификации на основе проявлений "горячих точек" на современной поверхности Земли, которые приурочены к границам либо внутренним частям литосферных плит [1].
Согласно этой классификации, одна из таких "горячих точек", связанная с мантийным плю-мом — одним из сателлитов Тихоокеанского су-перплюма, выделяется в районе Японского моря, а точнее — под Японо-Курильской котловиной. О ней авторы [2—4] неоднократно упоминали как о единой Японо-Курильской рифтовой системе, с формирования которой в позднем олигоцене— раннем миоцене начался процесс образования Японского и Охотского морей. При этом максимум тектономагматической активности приходится главным образом на миоцен, т.е. на период окраинноморского щелочного базальтоидного вулканизма (типа 01В) в Японском море, а в плиоцене—плейстоцене (вплоть до голоцена) происходит завершение формирования задуго-
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток
вых бассейнов и островных дуг, отгородивших данные моря от океана.
Среди позднекайнозойских этапов вулканизма рассматриваемых регионов выделяются позднеоли-гоцен-раннемиоценовый, миоцен-плиоценовый и плиоцен-плейстоценовый. Геохимический анализ показал, что по La/Sm и Sm/Yb позднеолигоцен-раннемиоценовые известково-щелочные андезито-иды и кислые вулканокластиты Японского моря и более поздние плиоцен-плейстоценовые известко-во-щелочные вулканиты Курильской котловины относятся к производным малоглубинного мантийного источника — шпинелевых перидотитов [5]. Эти породы характеризуются близкими значениями La/Sm 3.33-4.57, Sm/Yb 1.53-2.10 и низкой степенью частичного плавления (СЧП) — 0.1—3%, обусловленной в основном высокой концентрацией LILE и LREE. Породам также свойственны низкие содержания элементов группы Fe — Со, Ni, Cr, V и особенно Ti (TiO2 менее 1%) и HFSE. Это обусловливает повышенные La/Nb 2—4 и Ta-Nb-минимум на нормализованных к хон-дриту многокомпонентных диаграммах (спайдер-диаграммах).
Окраинноморские щелочные базальтоиды Японского моря в основном миоценовые (реже плиоценовые) отличаются от вышеописанных вулканитов повышенными концентрациями не только LILE, LREE, но и HFSE, в частности Zr 200—400 г/т, Ti (TiO2 2—3%) и особенно Ta и Nb (основных элементов нижней мантии), которые на спайдер-диаграммах образуют положительную аномалию. Насыщенность расплава несовместимыми элементами обусловливает весьма низкую степень частичного плавления (0.05—0.1%). Эти породы характеризуются также значительно пониженными Zr/Nb 4.24—9.47, Y/Nb 0.54—1.74, La/Nb 0.6—0.9, а значения La/Sm 2.7—3.41, Lu/Hf 0.1—0.12 указывают на наличие граната в их источнике. Все эти химические свойства свидетельствуют о глубинной (плюмовой) природе окраин-
182
ЕМЕЛЬЯНОВА, ЛЕЛИКОВ
Nb/Y 10
0.1
0.01
Плюмовые источники Базальты IO
Базальты O
Базальты IA, ACM
Базальты MOR
Неплюмовые источники _I_
1 ■■ 2 ■ 3
и 4
10
10 Zr/Y
143Nd/144Nd 0.5134
0.5120
0.702 0.703 0.704 0.705 0.706 0.707 0.708
87Sr/86Sr
1
Рис. 1. Диаграмма Zr/Y—Nb/Y для позднеолигоцен-раннемиоценовых андезитоидов (1) и вулканокла-ститов (2), миоцен-плиоценовых окраинноморских базальтоидов (3) Японского моря и плиоцен-плейстоценовых вулканитов (4) Курильской котловины. Квадрат: PM — примитивная мантия, DM — малоглубинная деплетированная мантия, DEP — глубинная деплетированная мантия, EM — обогащенная мантия. Вулканиты различных геодинамических обста-новок: IO — океанических островов, OP — океанических плато, MOR — срединно-океанических хребтов, AI — островных дуг, ACM — активных континентальных окраин.
номорских щелочных базальтоидов Японского моря. В этом отношении наиболее информативна диаграмма Zr/Y—Nb/Y [6], которая демонстрирует принадлежность этих пород к производным "плюмовового" источника (OIB), а других позд-некайнозойских вулканитов рассматриваемых морей — к "неплюмовым" образованиям (рис. 1).
Химические особенности окраинноморских щелочных базальтоидов могут служить в той или иной мере доказательством в пользу наличия мантийного плюма ("горячей точки") в районе Японо-Курильской котловины — возможно, одного из сателлитов Тихоокеанского суперплюма [1].
Предполагается, что суперплюмы имеют термохимическую природу и "зарождаются" на границе ядро—мантия, в слое D [7—9]. В виде восходящей ветви конвективного потока они поднимаются к подошве литосферы. Далее происходит разрастание головной части суперплюма в форме гриба, что приводит к центробежному раздвиганию фрагментов литосферы и формированию спредин-говых и рифтовых структур. Эти процессы сопровождаются интенсивным вулканизмом, обусловливающим возникновение "горячих точек".
Рис. 2. Изотопные отношения Nd и Sr в миоцен-плейстоценовых вулканитах глубоководных котловин: 1 — Японского, 2 — Охотского (Курильская котловина) морей. Материалы по скв. 794, 797 [11].
Существует точка зрения, что зона субдукции, способствовавшая надсубдукционному магматизму при образовании Восточно-Сихотэ-Алин-ского вулканического пояса в мелу, в кайнозое была разрушена в результате мощной коллизии Индийской плиты [10]. Но не исключено, что это разрушение явилось следствием проникновения Тихоокеанского суперплюма под окраину Евроазиатского континента. Здесь в позднем олигоце-не произошло его столкновение с Северо-Азиат-ским суперплюмом, который достиг окраины континента еще в позднем мелу [11]. Эта коллизия привела к формированию не только впадин окраинных морей, но и всей уникальной зоны перехода, которая не встречается в других местах, на границе океанов и континентов, поскольку подобные столкновения нигде не были проявлены, во всяком случае, в таком масштабе.
Таким образом, с раннего кайнозоя магматические расплавы в районе нынешней Японо-Курильской котловины формируются под воздействием плюмового источника (апофиз Тихоокеанского суперплюма). С эоцена до раннего миоцена в плавлении принимают участие фрагменты разрушенного некогда метасоматически измененного мантийного клина (литосферной континентальной мантии — шпинелевых перидотитов) и разрозненных блоков океанического слэба, поэтому расплавы имеют известково-щелочной (андезитовый состав), аналогичный типичным надсубдукционным магмам. Они обогащены SiO2, Al2O3, LILE, LREE и обеднены
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 456 № 2
2014
ВУЛКАНИЗМ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЯПОНСКОГО И ОХОТСКОГО МОРЕЙ
183
некоторыми HFSE. В случае позднеолигоцен-раннемиоценовых кислых вулканокластитов (формации "зеленых туфов"), формирующихся в условиях сжатия по периферии Японо-Курильской котловины, в магмогенерации принимает участие и континентальная кора.
В среднем миоцене—плиоцене головная часть апофизы суперплюма максимально приблизилась к поверхности в районе Японской (Центральной) котловины. Низкая степень частичного плавления (0.05—0.1%) обусловила максимальную насыщенность расплавленной жидкости, выдавливающейся из плюма в магматические очаги, несовместимыми элементами — LILE, LREE, HFSE (Zr, Ti, Ta и особенно Nb). Среди формирующихся щелочных базальтоидов практически отсутствуют толе-иты N-MORB. Близкие к ним породы встречаются в скв. 797 [12], но и они, характеризуясь несколько повышенными значениями изотопов Nd (рис. 2), незначительно отличаются от всех остальных пород этого этапа вулканизма. Формирование толеитов с характеристиками N-MORB (производных деплетированной мантии — DM) в пределах Японского и Охотского морей, вероятно, произойдет за счет плавления тугоплавкой ре-ститовой фазы плюма и растекания расплавленной жидкости под уже сформировавшими в результате щелочного вулканизма структурами впадин морей [13].
Таким образом, в кайнозое Тихоокеанский су-перплюм достиг окраины континента. В позднем олигоцене—миоцене его столкновение с СевероАзиатским суперплюмом спровоцировало первый этап тектономагматической активизации в пределах Японского и Охотского морей и вызвало формирование Японо-Курильской котловины, а также ряда мелких рифтов в Цусимской котловине и сети разломов в Курильской котловине. В плиоцене—плейстоцене именно на эти области приходится максимум второго и последнего этапа тектономагматической активизации с мощным проявлением рифтогенного и островодужного
вулканизма. Этот этап характерен для всей зоны перехода континент—океан. На наш взгляд, он был вызван возобновившейся в плиоцене-плейстоцене субдукцией тихоокеанской плиты под окраину континента, что способствовало завершению формирования впадин окраинных морей и островных дуг в той форме, которая характерна для них сегодня.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ-ДВО, проект № 09-05-98602, ДВО РАН, проекты № 09-Ш-А-07-320, № 12-Ш-А-07-116 и ФЦП "Мировой океан".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коваленко В.И., Ярмолюк В.В., Богатиков О.А. // ДАН. 2009. Т. 427. № 5. С. 654-658.
2. Емельянова Т.А., Леликов Е.П. // Тихоокеан. геология. 2010. Т. 29. № 2. С. 58-69.
3. Емельянова Т.А., Леликов Е.П. // Литосфера. 2010. № 3. С. 21-35.
4. Емельянова Т.А., Леликов Е.П. // Петрология. 2010. Т. 18. № 6. С. 73-94.
5. Емельян
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.