ПЕТРОЛОГИЯ, 2011, том 19, № 3, с. 227-248
УДК 552.311(260)
ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ПЕРИДОТИТОВОМ СУБСТРАТЕ МЕДЛЕННО-СПРЕДИНГОВЫХ ХРЕБТОВ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И БАЛАНСА ВЕЩЕСТВА: РОЛЬ ГАББРОИДОВ
© 2011 г. С. А. Силантьев, А. А. Новоселов, М. В. Мироненко
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: silantyev@geokhi.ru Поступила в редакцию 21.09.2010 г.
Получена после доработки 12.10.2010 г.
Главная цель настоящей работы заключалась в оценке роли габбро в мобилизации рудного вещества при гидротермальном преобразовании разреза океанической коры, сложенного габбро-перидотитовой ассоциацией в медленно-спрединговых срединно-океанических хребтах. С помощью кинетико-термоди-намического моделирования предполагалось реконструировать геохимические и минералогические тренды изменения габброидов при их гидротермальном взаимодействии с флюидом морского происхождения. Приведенные результаты расчетного моделирования позволили по-новому взглянуть на некоторые аспекты проблемы баланса вещества и рудообразования при гидротермальном процессе в мед-ленно-спрединговых срединно-океанических хребтах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что корневые зоны всех известных гидротермальных полей САХ, связанных с серпентинитами, сложены ультраосновными породами и расположены внутри перидотитового субстрата вблизи горячих или неостывших тел габбро. Показано также, что взаимодействие гидротермального флюида, просочившегося сквозь перидотитовый разрез океанической коры Хессовского типа, с телами габбро может обеспечить наблюдаемое разнообразие минеральных и геохимических типов метагаббро медленно-спрединго-вых срединно-океанических хребтов. Установлено, что почти остывшие тела габброидов, будучи вовлеченными в гидротермальную циркуляцию в малоглубинных корневых зонах, могут играть важную роль в перераспределении вещества внутри разреза океанической коры Хессовского типа.
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая статья является завершающей в цикле статей (Силантьев и др., 2009а, 2009б), ранее опубликованных и посвященных расчетному моделированию геохимических и минералогических эффектов, характерных для гидротермального преобразования ультраосновных пород медленно-спре-динговых хребтов на нисходящей и восходящих ветвях циркуляционной гидротермальной системы.
В результате изысканий, проводившихся в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта (САХ) в последние два десятилетия (например, Cannat etal., 1992; Силантьев, 1998; Fujiwara et al., 2003; Shipboard..., 2003), было установлено, что габброи-ды в океанической коре медленно-спрединговых хребтов могут составлять около половины объема ее разреза, тесно ассоциируют с серпентинитами и широко распространены в мантийном субстрате океанической литосферы ниже границы Мохо. Габброиды участвуют в строении внутренних океанических комплексов ("oceanic core complex"), вмещающих все крупнейшие гидротермальные рудные поля Центральной Атлантики (поля Ашад-зе, Семенов, Логачев, Рейнбоу) и, таким образом, вовлечены в рудообразующие гидротермальные процессы.
Главная цель настоящей работы заключалась в оценке роли габбро в мобилизации рудного вещества при гидротермальном преобразовании разреза океанической коры, сложенного габбро-пери-дотитовой ассоциацией (кора Хессовского типа) в медленно--спрединговых срединно-океанических хребтах (СОХ). В этом же контексте с помощью кинетико -термодинамического моделирования, которое, как и в недавно опубликованных работах (Силантьев и др., 2009а, 2009б), являлось основным инструментом исследования, предполагалось реконструировать геохимические и минералогические тренды изменения габброидов при их гидротермальном взаимодействии с флюидом морского происхождения.
В настоящее время накоплен значительный объем данных по геохимии и минералогии габброидов медленно--спрединговых СОХ, свидетельствующий о несомненной вовлеченности этих пород в процесс гидротермального преобразования океанической коры Хессовского типа. В работе (Силантьев и др., 1987) отмечалось, что в пределах СОХ реализуются условия, благоприятные для образования в зонах действующих гидротермальных систем вертикальной метаморфической зональности, представленной (сверху вниз по разрезу) мета-базитами цеолитовой (<300°С), зеленосланцевой
(300—500°С) и эпидот-амфиболитовой (500— 650°С) фаций. Во многих более поздних работах было показано, что практически во всех образцах габброидов внутренних океанических комплексов САХ фиксируются ассоциации вторичных минералов, образованных в широком температурном интервале, варьирующем от низов зеленосланце-вой до верхов амфиболитовой фации метаморфизма (например, Gillis et al., 1993; Силантьев, 1998; Fletcher et al., 1997). Характерной чертой вторичной высокоглиноземистой роговой обманки габброидов САХ является высокое содержание Cl в анионной группе, достигающее 1.2—2.0 мас. % (Vanko, 1986; Силантьев и др., 1987). Учитывая крайне низкое содержание хлора в производных магматизма СОХ (например, Jambon, 1994), следует считать, что источником хлора в метаморфической системе, ответственной за формирование роговой обманки с высоким содержанием хлора в габброидах САХ, является минерализованный флюид морского происхождения. Убедительным аргументом в пользу участия подобного флюида в высокотемпературном гидротермальном преобразовании океанических габброидов могут служить также данные о присутствии во вторичных амфиболе, эпидоте, кварце и плагиоклазе флюидных включений с высокой соленостью (Stakes, Vanko, 1986; Kelley, Delaney, 1987; Симонов и др., 1995). Используя результаты экспериментов, М. Моттл (Mottl, 1983) выявил закономерное возрастание железистости амфибола и сосуществующего хлорита из метабазитов океанических гидротермальных систем с уменьшением величины отношения W/R (вода/порода). В (Силантьев и др., 1987) эта тенденция была объяснена эволюцией состава гидротермального флюида, который в верхних ко-ровых горизонтах (при высоких W/R), взаимодействуя с вмещающими породами, выносит из них железо в более глубинные уровни коры, где образуются железистые амфибол и хлорит.
Полученные в последние годы данные о поведении систем стабильных и радиогенных изотопов в габброидах и серпентинитах внутренних океанических комплексов САХ продемонстрировали сложную картину эволюции изотопного состава флюида морского происхождения, взаимодействующего с этими породами в широком температурном интервале: для серы (Alt et al., 2007; Delacour et al., 2008), для кислорода (Alt et al., 2007), для стронция (Силантьев, Костицын, 1990). Сведения об изотопном составе кислорода и серы в габброидах, вскрытых скважинами ODP 1268 и 1271 в осевой зоне САХ непосредственно к северу от поля Логачев, свидетельствуют о высокотемпературном (>350°C) взаимодействии этих пород с гидротермальным флюидом на глубинных уровнях корового разреза (Alt et al., 2007). В (Силантьев, Костицын, 1990) с помощью данных о содержании и изотопном составе Sr во вторичных минералах в образце океанического ме-
тагаббро была предпринята попытка реконструкции истории эксгумации метагабброидов внутреннего океанического комплекса, расположенного в районе пересечения САХ и разломной зоны 15°20'. Полученные в этой работе результаты, очень наглядно продемонстрировали закономерное возрастание величины 87Sr/86Sr в ряду вторичных минералов по мере уменьшения температуры их образования: 0.7044 - Hbl1 (550°С), 0.7060 - Al-Act (450°С), 0.7070 - Act (300°С), 0.7080 - Sap + Chl (150°-200°С).
Роль габбро в гидротермальном процессе в осевой зоне САХ обсуждалась в (Шарков и др., 2007). Авторы пришли к заключению, что габбро-идные интрузивы, образованные при эволюции водонасыщенных расплавов, родительских для производных "кремнеземистой Fe-Ti-оксидной серии" (терминология Е.В. Шаркова с коллегами), могут являться источниками рудоносных флюидов. К габброидам такого типа, согласно (Шарков и др., 2007), относятся роговообманко-вые габбро САХ.
Работы, посвященные расчетному моделированию геохимических и минералогических трендов изменения габброидов при их гидротермальном взаимодействии с флюидом морского происхождения, крайне малочисленны. Термодинамическая модель гидротермального изменения нижней части океанической коры, сложенной габбро, предложена в работе (McCollom, Shock, 1998). В этой работе расчетными методами моделировалось взаимодействие флюида морского происхождения с оливино-вым габбро, габбро-норитом и троктолитом при температурах 300-900°С. Важным достижением предложенной в (McCollom, Shock, 1998) модели явилось подтверждение расчетными методами высокотемпературного (>700° С) взаимодействия флюида морского происхождения с глубинными океаническими породами, признаки которого ранее были обнаружены эмпирически (Kelley, Delaney, 1987; Силантьев, 1998).
Единственная попытка предложить расчетную модель нисходящей ветви гидротермальной системы, расположенной в разрезе СОХ, включающем ассоциацию габбро-перидотит, была предпринята в (Силантьев и др., 1992). Одним из принципиальных выводов, полученных в этой работе можно
1 Символы минералов, принятые в работе: Act - актинолит, Amph - амфибол, Anh - ангидрит, Arg -арагонит, Atg - ан-тигорит, Bn - борнит, Brc - брусит, Ccp - халькопирит, Cc -халькозин, Chl - хлорит, Ctl - хризотил, Cv - ковеллин, Cz - клиноцоизит, Di - диопсид, Dol - доломит, Fa - фаялит, Fe-Act - Fe-актинолит, Fe-Prg - Fe-паргасит, Fo -форстерит, Gn - галенит, Gt - гетит, Hbl - роговая обманка, Hd - геденбергит, Hem - гематит, Mag - магнезит, Mg-Sap - Mg-сапонит, Mt - магнетит, Na-Sap - Na-сапонит,
Ol - оливин, Prh - пренит, Py - пирит, Po - пирротин, Qtz - кварц, Sap - сапонит, Sp - сфалерит, Spl - шпинель, Srp - серпентин, Tlc - тальк, Tr - тремолит, Zo - цоизит.
Таблица 1. Составы растворов, поступивших в корневые реакционные зоны, моль/кг Н20
Компоненты Т = 107°С, Р = 1140 бар Т = 151°С, Р = 1460 бар Т = 500°С, Р = 4000 бар
ЕСОг 3.815Е-05 9.058Е-19 6.557Е-18
СН4 3.852Е-24 2.691Е-05 5.212Е-05
Н2 6.087Е-12 4.895Е-02 2.236Е+00
3.699Е-16 6.783Е-04 8.4
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.