УДК 552.11 + 551.25
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ТИПИЗАЦИЯ БАЗАЛЬТОВ ПО ГЕОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ © 2014 г. С. Д. Великославинский, Д. П. Крылов
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 2 e-mail: sd1949@yandex.ru Поступила в редакцию 23.10.2013 г.
Предлагаются новые "тектономагматические" дискриминационные диаграммы для определения геодинамических обстановок формирования базальтов по геохимическим данным. Эталонные (обучающие) выборки в основе диаграмм включают: 1) базальты современных островных дуг (IAB, n = 2902); 2) внутриплитные базальты (WPB, n = 12379); 3) базальты срединно-океанических хребтов (MORB, n = 1828); 4) постколлизионные базиты (PCB, n = 1823), включая дайки и силлы. Для определения геодинамических обстановок формирования базальтов сначала устанавливается принадлежность объектов экзамена к одной из групп WPB + PCB, MORB или IAB + PCB с дальнейшим выделением группы постколлизионных базитов от WPB или IAB. Средневзвешенная ошибка идентификации базальтов IAB, MORB и WPB составляет порядка 10%. Применение новых диаграмм приводит к существенному снижению ошибок классификации по сравнению с разработанными до сих пор.
Ключевые слова: базальты, геодинамические обстановки, геохимия, дискриминантный анализ, типизация, классификация
DOI: 10.7868/S0016853X14060071
ВВЕДЕНИЕ
Различные источники и условия плавления, фракционирования, кристаллизации магм в разных тектонических обстановках в той или иной степени находят отражение в химическом составе магматических пород. Так, базальты срединно-океанических хребтов (МОЯБ), сформированные из выплавок деплетированной мантии в узком интервале глубин и при минимальных дифференциации и контаминации расплавов, характеризуются однородным химическим составом. Возможные небольшие вариации содержаний отдельных элементов могут определяться скоростями спрединга и добавками "плюмовой компоненты" (при формировании Т- и Е-МОЯБ). В качестве источника базальтов островных дуг (1АБ) рассматривается гидратированный мантийный клин. Генерация расплавов происходит примерно на одной глубине, определяемой геометрическими параметрами зоны Беньофа. Незначительная контаминация расплавов 1АБ возможна за счет осадочных пород, вовлекаемых в зоны субдукции. Таким образом, специфика химического состава базальтов островных дуг и отличие их состава от МОЯБ определяются в первую очередь разными источниками плавления родоначальных магм.
Базальты внутриплитовых тектонических об-становок (WPB) образовались при плавлении мантии на различных глубинах. При этом для континентальных базальтов возможна значительная контаминация как мантийным веществом, так и породами коры. Разнообразие источников во многом объясняет широкие вариации геохимических (от обогащенных высокозарядными и легкими редкоземельными элементами высокотитанистых щелочных базальтов до дебетированных этими элементами низкотитанистых высокожелезистых толеитов) и изотопно-геохимических характеристик.
В постколлизионной обстановке магматизм связан с процессами деламинации литосферы, вызванных коллапсом коллизионного орогена, постколлизионного растяжения, отрывом слэба и рядом других. Магматические породы формируются за счет разноглубинных мантийных выплавок, в том числе из метасоматизированного флюидами слэба при интенсивном взаимодействии с выплавками из утолщенной коры. Во многих случаях при отнесении конкретных комплексов к постколлизионной обстановке подчеркивают отсутствие связи как с плюмами, так и субдукцией. Таким образом, набор источников постколлизионных магматических пород хотя и сходен, но несколько шире, чем для внутриплитных. Базальты
сформированные в постколлизионной обстановке (PCB), могут иметь сходство как с островодуж-ными, так и с внутриплитными базальтами.
Применение "тектономагматических" дискриминационных диаграмм для определения геодинамических обстановок формирования базальтов в ряде случаев приводит к ошибочным или неоднозначным выводам (например, [49]). Построение новых диаграмм [6, 50, 51] позволило, за счет использования современных методов статистического анализа и формирования более представительных эталонных выборок, снизить риск неправильных реконструкций. Однако, несмотря на доступность больших баз данных (GEOROC, PETDB, IGBA, Ridge DB и др.), из-за существенных пробелов при построении эталонных (обучающих) совокупностей, даже наиболее продвинутые схемы классификации не могут претендовать на универсальность. В частности, в упомянутых выше новых диаграммах не учитываются ни широко развитые базальты крупных магматических провинций (принадлежащих группе внутриплитных базальтов), формирование которых связывается с развитием плюмов, ни группа постколлизионных базальтов. Слагающие крупные магматические провинции высокотитанистые базальты по составу существенно отличаются от базальтов островных дуг (и их классификация обычно не вызывает проблем), но низкотитанистые базальты этих же провинций часто характеризуются весьма близкими с базальтами островных дуг геохимическими характеристиками. Поэтому распознавание как внутриплитных базальтов, так и базальтов островных дуг без учета низкотитанистых внутрип-литных базальтов может приводить к неправильной классификации (см. обсуждение результатов). В настоящей работе предлагается новый вариант определения тектонических обстановок с учетом внутриплитных базальтов (включая базальты крупных магматических провинций, WPB), базальтов срединно-океанических хребтов (MORB), базальтов островных дуг (IAB). Кроме того, в состав эталонных выборок отдельно включены постколлизионные базиты (PCB), которые ранее при построениях дискриминационных диаграммах не рассматривались.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА КЛАССИФИКАЦИИ
В работе использованы результаты анализов магматических пород из банка данных петрохи-мической, геохимической, изотопно-геохимической, геохронологической и геологической информации LAGED (Лабораторно-Аналитические и Геологические Данные), разрабатываемого в ИГГД РАН. Из имеющегося массива петрохими-ческих данных выделены эталонные ("обучаю-
щие") выборки и, отдельно, независимые выборки базальтов для контроля результатов. Анализы предварительно отбраковывались по сумме окислов (100 ± 2%), содержанию SiO2 (40-54%) и MgO (<18%). Дополнительно были удалены единичные эрратические анализы.
После фильтрации эталонные выборки в общей сложности содержат более 17000 анализов, включая (табл. 1):
1. Базальты практически всех современных островных дуг и Андийской континентальной окраины (IAB, n = 2902). Вулканические породы палеодуг, большинство из которых реконструированы исключительно по геохимическим характеристикам, из эталонной выборки исключены.
2. Внутриплитные базальты (WPB, n = 12379). В данную группу включены: а) вулканиты и, в существенно подчиненном количестве, породы дайковых комплексов и силлов крупных магматических провинций (траппы Кару и Феррар, Арктической Канады, Декана, Параны, Этенде-ки, Сибири, Мадагаскара, Эмейшаня, Эфиопии, базальты провинции Колумбия Ривер и других, всего n = 5688 анализов); б) разновозрастные вулканиты континентальных рифтов (n = 3293) и в) практически все известные современные вулканиты океанических островов (n = 3398).
3. Базальты срединно-океанических хребтов (MORB, n = 1828), в том числе N- MORB и, в меньших объемах E- и T-MORB Срединно-Ат-лантического хребта, Восточно-Тихоокеанского поднятия и срединно-океанических хребтов Индийского Океана.
4. Постколлизионные вулканические базиты, а также базиты даек, силлов и их интрузивные аналоги (PCB, n = 1823). Около половины объема выборки PCB составляют кайнозойские породы Средиземноморья (см. табл. 1). Принимая во внимание неравномерную представительность постколлизионных базитов из разных регионов результаты классификации постколлизионных ба-зитов можно рассматривать как предварительные.
Максимальная достоверность классификации при использовании линейного дискриминантно-го анализа получена путем перебора разных совокупностей переменных (включая нормирование исходных аналитических данных) и сравнения вероятностей неправильного соотнесения к той или иной группе базальтов. Найденная (оптимальная, для заданных эталонных выборок) схема классификации включает два этапа.
На первом этапе производится разделение WPB, IAB и MORB. Учитывая специфику химического состава, базальты MORB рассматриваются в качестве самостоятельной выборки, выделенной из выборки внутриплитных базальтов. Для разделения WPB, IAB и MORB наиболее информативным (при условии достаточной пред-
Таблица 1. Геологические подразделения представительных эталонных выборок базальтов
Базальты современных островных дуг п Базальты океанических островов п
Средиземноморские дуги (Эолейская, Эгейская) 257 Острова Кука 153
Андийская дуга 275 Азорские острова 224
Индонезийские дуги (Сунда, Сулавези, Лузон, Банда) 240 Канарские острова 452
Новозеландская дуга 95 Острова Зеленого Мыса 149
Алеутская дуга 110 Французская Полинезия 24
Вулканическая дуга Каскад 208 Коморские острова 65
Центрально-Американская дуга 380 Остров Пасхи 25
Дуга Больших Антильских островов 190 Галапагосские острова 153
Дуга Хонсю 128 Гавайские острова 1030
Идзу-Бонинская дуга 167 Архипелаг Кергелен 220
Камчатская дуга 205 Архипелаг Мадейра 136
Курильская дуга 50 Острова Принс-Эдуард 72
Дуга Малых Антильских островов 142 Маркизовы острова 102
Марианская дуга 186 Маскаренские острова 288
Архипелаг Новые Гебриды 93 Острова Питкэрн 40
Дуга Рюкю 34 Архипелаг Ревилья-Хихедо 47
Дуга Скоша 69 Архипелаг Самоа 57
Дуга Тонга 73 Острова Святой Елены 59
Остров Тринидад 17
Архипелаг Тристан-да-Кунья 85
Континентальные базальты крупных магматических провинций п Базальты континентпльных рифтов п
Кайнозойские вулканические провинции Австралии 261 Кайнозойская Западно-Антарктическая рифто-вая система 126
Кайнозойская Центрально-Европейская вулканическая провинция 519 Кайнозойские рифты провинции Хребтов и Бассейнов 325
Провинция Колумбия-Снейк-Ривер, кайнозой 190 Кайнозойский Восточно-Африканский рифт 725
Кайнозойс
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.