УДК 550.1+551.2
ДЕПЛЕТИРОВАННАЯ СУБЛИТОСФЕРНАЯ МАНТИЯ ПОД БОГЕМСКИМ МАССИВОМ И ПАННОНСКИМ БАССЕЙНОМ: НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО СОСТАВУ И ИЗОТОПИИ ГЕЛИЯ МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТОВ И ВМЕЩАЮЩИХ БАЗАЛЬТОВ И ПРОБЛЕМА СУЩЕСТВОВАНИЯ МАНТИЙНЫХ ПЛЮМОВ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЕВРОПЕ
© 2013 г. А. Ф. Грачев
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 26.03.2013 г.
В работе приведены новые данные по химическому составу и изотопии гелия мантийных ксенолитов и вмещающих кайнозойских базальтов Паннонского бассейна и Богемского массива. Впервые полученные данные по изотопии гелия в базальтах и мантийных ксенолитах Паннонского бассейна и Богемского массива показывают очень низкие величины Я/Яа, близкие к атмосфере или незначительно превышающие это значение, что указывает на то, что мантия под рассматриваемыми областями сильно дегазирована. То, что мантийные плюмы по данным сейсмической томография под областями новейшего вулканизма в Центр. Европе не прослеживаются глубже 200 км, означает весьма сильное растекание вещества плюма под литосферй Европы, в силу чего ножка плюма настолько тонка, что не может быть прослежена существующими методами.
Ключевые слова: базальты, мантийные ксенолиты, мантийные плюмы, сейсмическая томография, Паннонский бассейн, Богемский массив.
БО1: 10.7868/80002333713050013
ВВЕДЕНИЕ
Кайнозойский щелочно-базальтовый вулканизм охватывает обширную территорию Западной, центральной и Юго-Восточной Европы. Самые западные его проявления приурочены к Центральной, Восточной и Северо-Восточной части Иберийского полуострова, юга Франции (Центральный Французский массив), Рейнского грабена (Эйфель, Рен, Гессен и др.) в Германии, зоны Эгер в Богемском массиве, Силезии (юго-запад Польши), Штирии и Бургенленда в Австрии, Паннонского бассейна в Венгрии, южной части Словакии, Южным Карпатам на территории Румынии и области Болгарского Среднегорья и Предбалкана. Важно отметить, что во всех случаях базальты содержат мантийные ксенолиты.
Кайнозойский щелочно-базальтовый вулканизм Европы изучается уже достаточно длительное время, но до сих пор его природа остается предметом дискуссии. В свое время Г. Штилле, подчеркивая приуроченность вулканизма к гер-цинским массивам (рис. 1), предложил специальный термин "ренотипный орогенез", имея в виду Рейнский грабен как тектонотип (Штилле, 1964). Однако базальтовый вулканизм является характерной чертой развития и Альпийско-Карпато-Балканский региона (рис. 1), на территории которого в течение позднего миоцена (в самом начале паннонского века) произошло резкое изменение известково-щелочного вулканизма на щелочно-
базальтовый — событие, имеющее важнейшее значение для новейшей геодинамики.
Проведенный нами ранее анализ распространения и времени проявления щелочно-базальто-вого вулканизма на территории Юго-Западной, Центральной и Юго-Восточной Европы позволяет сделать следующие выводы [Грачев, 2003]:
Развитие вулканизма в Европе происходило в разной геодинамической обстановке и охватило значительный интервал времени. Если максимум вулканической активности в Паннонском бассейне приходится на 5.4 млн. лет (начало плиоцена), т.е. совпадает с постколлизионном этапом в пределах Альпийского пояса, то за его пределами в платформенном обрамлении ("раме") магматизм начался существенно раньше — 40—44 млн. лет тому назад, свидетельствуя о его независимости от событий в зоне орогенеза. Поэтому попытки связать проявления вулканизма в Европе с развитием Альпийского орогена в рамках тектоники плит [Ыррок, 1982 и др.] оказались не соответствующими фактическим данным.
Широко распространена точка зрения о связи вулканической активности в Чешско-Силезском районе с развитием рифта — а именно грабена р. Эгер (рифт Огрже), который, как полагают, возник вследствие коллизии Африканской и Европейской плит литосферы в Альпах в эоцене [Тектоническое..., 1963; ^ЫпИсИ й а1., 1999]. Таких же взглядов придерживаются и некоторые исследо-
Рис. 1. Карта распространения полей кайнозойских базальтов в Европе [Щкоп, Downes, 1991].
ватели Рейнского грабена [Neugebauer, Temme, 1981]. Однако здесь, как и в других районах развития вулканизма на месте эпигерцинской платформы, поля базальтов располагаются вне всякой связи как с разломами, так и с предполагаемыми рифтами. В большинстве случаев наблюдается тенденция многофазной вулканической активности в пределах отдельно взятых районов (Рейнский грабен, Богемский массив, Силезия, Шти-рия и Бургенленд).
Во-вторых, отсутствует какая-либо пространственная связь вулканических ареалов с рифто-выми структурами [Грачев, 2003]. Такая закономерность характерна не только для системы кайнозойских рифтов Европы, но и для всех континентальных рифтов Земли [Грачев, 1977; 1987; 1998].
В Паннонском бассейне ареалы распространения базальтов находятся в самых различных элементах структуры: в пределах выходов фундамента в Прибалатонье и в районе Нограда, внутри чехла паннонских отложений (что установлено бурением и сейсмопрофилированием) [Грачев, 2000]. Далее к западу в Штирии и Бургенленде на восточной окраине Альп многочисленные выходы базальтов также не имеют связи со структурой ни фундамента, ни с новейшими структурными формами.
В пределах Богемского массива имеется семь районов развития вулканитов основного состава (щелочные и ультращелочные лавы с преоблада-
нием базальтов и базанитов), которые с юго-запада на северо-восток располагаются на расстоянии 80—90 км друг от друга [Cwejdinski, Jodlowski, 1982]. Первые четыре области (Хеб, Дуповские горы, Чешское Среднегорье и район Житава-Лю-бань) приурочены к Рудавско-Охарецкой зоне разломов, а три другие (Лагница-Яров, Стшелин-Зембице и Ополе) связаны с системой разломов судетского направления (грабен р. Одра).
Первоначально для Богемского массива были выделены три стадии развития кайнозойского вулканизма [Lippolt, 1982]: олигоцен-ранний миоцен (35—17 млн. лет), миоцен (9.0—6.4 млн. лет) и плиоцен (2.7—0.9 млн. лет). Новые радиометрические данные показали, что разрыва между второй и третьей стадиями нет, ибо существуют потоки базальтов с возрастом 4—6 млн. лет [Sibrava, Havlicek, 1980]. Следует отметить, что имеется одна более древняя K-Ar датировка для вулканитов Силезии (41 млн. лет — эоцен) [Alibert et al., 1987].
В последние годы получила развитие идея М. Гране и др. [Granet et al., 1995] о том, что все поля базальтов, входящие в кайнозойскую систему рифтов в Европе (ECRIS), имеют общий источник, связанный с деятельностью небольших мантийных плюмов (baby-plumes). Эта идея основана на данных сейсмической томографии, впервые полученных для Центрального Французского массива (ЦФМ) [Granet et al., 1995] и распространена на другие вулканические ареалы: Эйфель,
Таблица 1. Список образцов и их положение
Богемский массив Паннонский бассейн
oбразец место опробования oбразец место опробования
СН-1 8шгс1, карьер 1 V1 Somosko
СН-2 Се8каЫра V2 Eresztveny
СН-3 8шгс1, карьер V3 Miske
СН-4 £шгш, карьер V4 Gerce
СН-5 Се8каЫра, Ьуза8ка1а V5 Piczex
СН-7 \k1emin V10 Gerce
СН-8 Рго8ес, карьер V50 Badasconi
СН-10 Рго8ес, карьер V54 Kopasz-hegy
СН-11 \fe1emin V106 Hegyes-Tu
СН-12 Sшrci, карьер 2 V107 Szentbekkalla
СН-14 \fe1emin V108 Hagagos
СН-15 \k1emin V109 Szigliget
СН-17 Sшrci, карьер 1 V130 KisSomlyo
СН-18 Sшrci, карьер 1 V131 Kisterenye
СН-19 8шгш, карьер 1 Best Bestein, Styria
Паннонский бассейн, грабен Валенсии [Goes et al., 1999; Koulakov et al., 2009].
Учитывая множественность ареалов развития позднекайнозойского вулканизма в Европе, приходится предполагать и такое же количество плю-мов, что априори представляется маловероятным. Дискуссионными остаются и вопросы о корнях плюмов, т.е. о той глубине, до которой прослеживаются плотностные неоднородности, и о природе процессов вызывающих эти неоднородности.
Существенное значение для решения указанной проблемы имеют данные химической геодинамики, основанные на изучении изотопно-геохимической систематики как мантийных ксенолитов, так и вмещающих базальтов.
Известные данные по изотопии гелия в мантийных ксенолитах из базальтов ECRIS показали, что отношение 3He/4He, нормированное к атмосфере (R/Ra), ниже, чем для источника типа MORB, что противоречит концепции мантийных плюмов, развиваемых в работах М. Гране и др. [Granet et al., 1995; Goes et al., 1999; Koulakov et al., 2009].
В данной работе мы приводим новые данные по химическому составу и изотопии Не в мантийных ксенолитах и базальтах и результаты сравнительного анализа химизма вмещающих ксенолиты базальтов Паннонского бассейна и Богемского массива, на основе которых обсуждаются данные сейсмической томографии о существования плюмов под этими структурами.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Нами были получены новые данные по валовому составу, содержанию редких и редкоземельных элементов и изотопии гелия и в мантийных ксенолитах и вмещающих базальтах Паннонского бассейна и Богемского массива. Список исследованных образцов и их местоположение приведено в табл. 1.
Определение малых и редкоземельных элементов выполнено в лаборатории ядерно-физических методов Опытно-методической экспедиции ГГП "Севзапгеология" (Санкт-Петербург) инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА) и рентгено-флюорисцентным анализом (РФА). При выполнении исследований методом ИНАА пробы навеской 150—250 мг, упакованные в герметично запаянные ампулы из сверхчистого кварца, облучались в исследовательском канале тепловой колонны реактора ВВР-М Института ядерной физики (г. Гатчина). Время облучения составило 10 часов с потоком тепловых нейтронов 7.5 х 1013 н/см2 сек.
Для метрологического обеспечения применялись стандартные образцы AGV-2, G-2, '-2, В1Я-1, ВНУО-1, любезно предоставленные д-ром Д. Миллером (США). Стандартные образцы облучались в одном контейнере с исследуемыми пробами. Измерения проводились в три этапа со временем остывания соответственно 6, 12, и 35 дней.
Рентгено-флюорисцентный анализ выполнялся по оригинальной методике, разработанной в ОМЭ ГГП "Севзапгеология", аттестованной НСАМ в 1989 г. Пробы навеской 20 г, истертые до 200 меш, у
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.