ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 5, с. 527-547
УДК 550.4:552.323.5:551.732.2
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ВНУТРИИЛИТНОГО ОКЕАНИЧЕСКОГО МАГМАТИЗМА ИАЛЕОАЗИАТСКОГО ОКЕАНА ОТ ИОЗДНЕГО НЕОИРОТЕРОЗОЯ ДО РАННЕГО КЕМБРИЯ
© 2008 г. И. Ю. Сафонова
Институт геологии и минералогии СО РАН 630090 Новосибирск, просп. Коптюга 3, Россия; e-mail: inna@uiggm.nsc.ru Поступила в редакцию 10.07.2007 г.
Получена после доработки 11.10.2007 г.
В позднем протерозое - раннем кембрии на юго-западной окраине Палеоазиатского океана существовала группа океанических островов и/или поднятий (далее "палеоостров" или "подводная гора"), образованных в результате действия океанического магматизма горячих точек. В позднем кембрии они были аккретированы к Кузнецко-Алтайской островной дуге и позже, при закрытии палеоокеана, вошли в состав аккреционных комплексов западной части Алтае-Саянской области (Юго-Западная Сибирь, Россия). Содержания породообразующих и редких элементов, а также изотопный состав Sr и Nd в пиллоу-лавах и потоках базальтов Курайского (600 млн. лет) и Катунского (550-530 млн. лет) палеоостровов Горного Алтая характеризуют эволюцию магматизма гавайского типа Палеоазиатского океана в течение этого периода. Полученные данные свидетельствуют о существенном изменении состава лав с 600 до 550-530 млн. лет. Для толеитовых базальтов Курайского палеоострова (600 млн. лет) из южной части Горного Алтая характерны более низкие концентрации несовместимых элементов и более высокие отношения 147Sm/144Nd, чем для более молодых толеитовых и щелочных базальтов Катунского палеоострова (550-530 млн. лет), породы которого выходят на поверхность в северной части Горного Алтая. Редкоэлементный состав катунских лав близок к таковому для толеитов Гавайских островов, а отношение 147Sm/144Nd в первых ниже, чем в курайских базальтах. В работе высказано предположение, что более древний Курайский палеоостров формировался над более тонкой океанической литосферой, т.е. ближе к зоне палеоспредин-га, чем более молодой Катунский палеоостров. Вероятно, наблюдаемые временные вариации химического и изотопного состава лав связаны с вариациями степени плавления гетерогенной мантии из-за различной толщины океанической литосферы, над которой формировались Курайский и Катунский палеоострова. В эдиакаране плюм в Палеоазиатском океане располагался под более молодой и, следовательно, менее мощной литосферой. При этом степени плавления в мантийной колонне были выше, что привело к большему вовлечению в расплав тугоплавкого дебетированного материала верхней мантии. Через 50-70 млн. лет, т.е. в раннем кембрии, плюм уже "прожигал" более мощную литосферу; его мантийная колонна стала короче и степени плавления в ней были ниже; при этом в базальтовый расплав вошло больше легкоплавкого и обогащенного некогерентными элементами нижнемантийного материала.
Внутриплитный магматизм горячих точек считается результатом поверхностного проявления мантийных плюмов, которые представляют собой колонны разогретого материала, поднимающиеся из глубин нижней мантии (Morgan, 1971). Геохимическое изучение плюмовых базальтов докембрия и палеозоя дает возможность получить представления о структуре и составе мантии того времени. Ранее опубликованные результаты изучения современных и древних океанических базальтовых лав показали, что состав внутриплатных базальтов океанических островов и поднятий (OIB) более разнообразен, чем состав базальтов срединно-океанических хребтов (MORB), которые образуются в результате декомпресси-онного плавления вещества верхней мантии (Hof-
mann, 1997; Reiners, 1998 и др.). Несмотря на большое количество публикаций об океанических плюмовых базальтах, природа вариаций геохимического и изотопного состава как молодых (базальты Императорско-Гавайской цепи подводных гор (ИГЦ)), так и более древних внутриплит-ных лав до сих пор остается неясной. Одним из возможных факторов гетерогенности глубинной мантии считаются процессы субдукции океанической литосферы (Hofmann, 1997; Hofmann, White, 1982).
Примитивные базальтовые магмы поднимаются от глубин их мантийных источников до поверхности без существенного охлаждения и кристаллизации en route, и, следовательно, данные по их геохимическому составу могут дать информа-
цию о составе мантийного источника и степени частичного плавления в мантии. С другой стороны, на меньших глубинах исходный состав OIB могут изменить влияние океанической литосферы, близость зоны спрединга и фракционная кристаллизация. Цепочки подводных гор, сформированные при движении океанических плит над мантийными плюмами, фиксируют изменения в составе лав, изливающихся на поверхность над определенным плюмом в определенный период времени. Поэтому изучение временных вариаций химического состава внутриплитного магматизма дает возможность оценить влияние, в частности, океанической литосферы на состав внутриплит-ных лав (Basu, Faggart, 1996; Dupuy et al., 1993). При использовании геохимических данных по плюмовым базальтам важно учитывать влияние менее глубинных процессов на состав лав. Данные по многим цепочкам вулканов показывают, что для некоторых из них характерны значительные вариации состава базальтов, в то время как в пределах других горячих точек в течение достаточно долгого периода времени изливались лавы очень похожего состава. Например, состав лав, изливавшихся над Луисвильской горячей точкой в южной части Тихого океана, мало изменился за последние 70 млн. лет (Cheng et al., 1987), а редко-элементный и изотопный состав лав, изливавшихся над Гавайской горячей точкой, за 85 млн. лет изменился существенно (Regelous et al., 2003). Чаще всего геохимические вариации состава внутриплитных базальтов объясняют их излиянием на различном расстоянии от зоны спрединга и/или излиянием на океаническую литосферу разного возраста и, следовательно, разной мощности (Regelous, Hofmann, 1999; Regelous et al., 2003).
В данной работе представлены результаты изучения химического состава базальтов Курай-ского и Катунского палеоостровов, фрагменты которых встречаются в каледонских аккреционных комплексах Горного Алтая (рис. 1). Палео-острова и подводные горы образовались на юго-западе Палеоазиатского океана в период от 600 до 550-530 млн. лет. Наши предыдущие исследования показали, что редкоэлементные составы лав более древнего Курайского палеоострова (600 млн. лет) и более молодого Катунского палеоострова (550 млн. лет) существенно отличаются друг от друга (Safonova et al., 2004; Сафонова, 2005). Такого рода геохимические вариации характерны для многих цепочек подводных гор возраста до 85 млн. лет (Regelous et al., 2003; Ito, Mahoney, 2005). Но для более древних океанических поднятий или подводных гор, которые сохранились во многих аккреционных поясах Дальнего Востока, Японии, Австралии и Канады (Хан-чук и др., 1989; Войнова и др., 1994; Гордиенко и др., 2007; Isozaki et al., 1990; Polat et al., 1999; Ko-
ш1уа е! а1., 2002), таких исследований еще не проводилось. Проблема в том, что в результате тектонических процессов первичные взаимоотношения вулканитов и ассоциирующих осадочных пород, как правило, нарушены, и поэтому очень сложно определить возраст базальтов из разных комплексов и обосновать их связь с эволюцией одного палеоокеана, одной океанической плиты и/или одной горячей точки. Курайский (600 млн. лет) и Катунский (550 млн. лет) палеоострова представляют собой уникальные объекты с сохранившимися первичными взаимоотношениями базальтов и осадочных толщ, по которым был надежно определен их возраст. Это позволило привязать эти объекты к имеющимся геодинамическим палеореконструкциям (см. ниже).
Детальное геохимическое и предварительное изотопное изучение лав из обоих палеоостровов было проведено с целью характеристики временных изменений состава внутриплитного магматизма Палеоазиатского океана с позднего протерозоя до раннего кембрия и выяснения их причин.
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
В поздненеопротерозойское время группа палеоостровов и подводных гор существовала в Палеоазиатском океане, который располагался между Сибирью и Восточной Гондваной и достигал 4000 км в ширину (Зоненшайн и др., 1990; Берзин и др., 1994; Добрецов и др., 2005; МсКегго,№ е! а1., 1992; БоЪге180У е! а1., 1995 и др.). Закрытие Палеоазиатского океана привело к формированию нескольких аккреционных комплексов, которые в настоящее время сохранились на Горном Алтае. Эти комплексы образовались в ходе трех основных аккреционно-коллизионных этапов эволюции палеоокеана. Первый этап - раннекембрийская субдукция океанической коры, во время которой палеоострова и подводные горы были аккретиро-ваны к протяженной Кузнецко-Алтайской остро-водужной системе, существовавшей на юго-западной окраине Сибирского континента. На втором этапе, в позднем кембрии-раннем ордовике, продолжавшаяся субдукция привела к аккреции островной дуги вместе с палеоостровами к Сибирскому континенту, что вызвало складчатость и на-двигообразование. Третий этап включает два события: аккрецию Алтае-Монгольского микроконтинента гондванской группы к Сибирскому континенту и коллизию Сибирского и Казахстанского континентов. В позднем палеозое аккреционно-коллизионная структура окраины Сибирского континента была нарушена крупномасштабными правосторонними сдвигами, которые образовали характерную мозаично-блоковую структуру Южной Сибири (Вш1оу е! а1., 2001, 2002). Формирование Курайской и Катунской аккреционных зон, включающих фрагменты одно-
52° с.ш.
|| м
83° в.д.
Кайнозойский чехол
о о о в Преддуговой ° ° ° Я прогиб О!
Алтае-Монгольский террейн
Надвиги
11 11
Океаническая кора С 3-О1 Сдвиги
Курайский и Катунский аккреционные клинья (С1)
г " ►
Олистостромы Осадки океанического острова
г л отб/орб
1к к-мояб
Тела ультрамафитов
Кузнецко-Алтайская островодужная система (V- С1)
Уймен-Лебедская толеит-бонинитовая дуга
Ч'ч'ч ^ /
X X X
Известково-щелочные серии
Массивы габброидов
Ануй-Чуйский преддуговой прогиб: а - флиш, б - олистострома
Рис. 1. Схема геологического строения Горного Алтая по (Би81оу е! а1., 2001) с изменениями. Кг - Курайский па
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.