УДК 552.311:551.14+550.902.66
МЕЛОВАЯ НИЖНЯЯ КОРА КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОКРАИН СЕВЕРА ПАЦИФИКИ: ПЕТРОЛОГО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПО НИЖНЕ-СРЕДНЕКОРОВЫМ КСЕНОЛИТАМ
© 2013 г. В. В. Акинин*, А. В. Андроников**, С. Б. Мукаса***, Э. Л. Миллер****
*ФГБУНСеверо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт ДВО РАН ул. Портовая 16, Магадан, 685000, Россия; e-mail: akinin@neisri.ru **Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, 1629 E, University Blvd., 85721, Tucson, AZ, USA
***College of Engineering and Physical Sciences, University of New Hampshire, Kingsbury Hall W289, 33 Academic Way Durham, New Hampshire 03824-3591, USA
****Department of Geological and Environmental Sciences, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA
Поступила в редакцию 01.03.2012 г.
Получена после доработки 22.04.2012 г.
Несмотря на обнаженные на поверхности докембрийские и палеозойские породы и аккреционную тектоническую историю севера Пацифики (Северо-Восток Азии, Аляска, Камчатка), похоже, что существенный объем нижней коры континентальных окраин значительно моложе и генерирован меловыми постаккреционными магматическими событиями. Данные по ксенолитам позволяют предположить, что позднемеловые и палеоценовые мафические интрузии и кумулаты известково-щелочных магм играют все более возрастающую роль с глубиной. Вывод следует из петролого-гео-хронологического изучения нижне-среднекоровых ксенолитов, вынесенных на поверхность мантийными щелочно-базальтовыми лавами, а также из определения U-Pb возраста ядер цирконов из магматических пород региона.
Исследованы глубинные мафические ксенолиты гранулитов и габброидов (составляющие <2% в общей популяции ксенолитов) из поздненеогеновых щелочно-базальтовых лав Энмеленских вулканов и Вилигинского вулканического поля (Россия), а также вулканического поля Имурук на п-ве Съюард, о. Св. Лаврентия, о. Нунивак (Аляска). Среди плагиоклазсодержащих ксенолитов по составу различаются деплетированные MORB-подобные разности и относительно обогащенные радиогенными изотопами и LREE породы. В наиболее представительной коллекции энмеленских ксенолитов выделяются три группы: обогащенные LREE чарнокитоиды и мафические расплавы, пироксен-плагиоклазовые кумулаты с положительной Eu-аномалией, обедненные LREE гранатовые габброиды. Ксенолиты доставлены из нижних и средних горизонтов земной коры, судя по данным минеральной термобарометрии и расчетным скоростным сейсмическим характеристикам (p = = 5—12 кбар, Т = 740—1100°С, Vp = 7.1 ± 0.3 км/с), породы имеют признаки происхождения в результате магматического фракционирования известково-щелочных магм и последующего метаморфизма в условиях гранулитовой фации. U-Pb возраст циркона из ксенолитов варьирует от мела до палеоцена, главным образом в интервале 107—56 млн. лет (всего датировано 147 кристаллов из 17 образцов). Даты интерпретированы как отражающие магматическую и метаморфическую стадии роста и модификацию нижней коры в регионе. Распределение полученных дат отвечает главным импульсам магматизма в двух крупнейших магматических поясах региона — Охотско-Чукотском и Анадырско-Бристольском. Отсутствие захваченных унаследованных (inherited) древних доменов в цирконах и из ксенолитов, и из магматических пород региона предоставляют сильные аргументы в пользу идеи о внедрении ювенильного материала и андерплейтинга известково-щелочных магм в нижнюю кору на данный интервал времени. Изотопно-геохимические данные согласуются с этим заключением, отношения изотопов Sr, Nd и Pb в породах и минералах ксенолитов имеют мантийные метки (87Sr/86Sr = 0.7040-0.70463; 143Nd/144Nd = 0.51252-0.51289; 206Pb/204Pb = 18.32-18.69), соответствующие OIB-источнику и в целом близки к таковым в меловых базальтах и андезитах из-вестково-щелочных серий окраинно-континентальных надсубдукционных вулканоплутонических поясов. Ксенолиты о. Нунивак и мыса Наварин отличаются более деплетированными геохимическими и изотопными характеристиками (MORB-like) и указывают на различающийся состав нижней коры около южной границы Беринговоморского шельфа.
DOI: 10.7868/S0869590313010032
ВВЕДЕНИЕ
Тектонические и петрологические процессы, инициирующие рост и модификацию континентальной земной коры в зоне взаимодействия континент—океан, вызывают интерес у широкого круга исследователей наук о Земле. Главным способом познания строения коры и времени ее заложения остаются геологические наблюдения на поверхности Земли. Фундаментальный вклад в наше понимание строения коры внесли результаты глубинного сейсмического профилирования методом отраженных и преломленных волн. Континентальная кора, по сейсмическим данным, подразделяется на верхнюю, среднюю и нижнюю (Holbrook et al., 1992; Christensen, Mooney, 1995; Rudnick, Fountain, 1995); ранее было принято двухчленное деление (Тектоносфера..., 1978). Верхняя кора доступна для опробования, и по грубой оценке ее средний состав близок к грано-диориту, обогащенному несовместимыми элементами и обедненному совместимыми (например, Taylor, McLennan, 1985). Более глубокие горизонты коры труднодоступны для исследования, и для оценки ее состава в целом можно выделить три способа: 1) исследование высокоградных метаморфических пород амфиболитовой и гранули-товой фаций, которые обнажены на поверхности в поднятиях, вскрывающих разрезы коры с глубин 20 км и более (Fountain et al., 1990; Hart et al., 1990; Miller, Christensen, 1994; Kelemen et al., 2003); 2) изучение ксенолитов гранулитовой фации, которые доставлены к поверхности с больших глубин быстро поднимающимися мантийными магмами (Rudnick, 1992); 3) глубинные сейсмические исследования и изучение теплового потока (Smithson, 1978; Тектоносфера., 1978; Christensen, Mooney, 1995; Rudnick, Fountain, 1995). Синтез данных показывает, что с глубиной кора становится более мафической, а концентрации радиоактивных элементов, продуцирующих тепло, резко снижаются, что связано отчасти с возрастанием уровня метаморфизма. Таким образом, кора вертикально стратифицирована, хотя и проявляется ее гетерогенность от региона к региону (например, Rudnick, Gao, 2003). Оценка среднего состава земной коры важна при масс-баллан-совых геохимических расчетах, а реконструкция изменения ее состава во времени позволяет лучше понять процессы, при которых кора образуется и модифицируется. Являются ли эти процессы рождения/модификации круговыми, вечными? Ответ на этот вопрос имеет важное значение для понимания эволюции планет солнечной системы.
Фундаментальный вклад в наше понимание процессов формирования и преобразования коры вносят результаты глубинного сейсмического профилирования, однако они ставят и новые вопросы. Как нам интегрировать сложную струк-
турную и петрологическую историю, полученную при геологических исследованиях, с кажущейся относительно простой и современной сейсмической структурой глубокой коры? Как могут быть использованы результаты "поверхностной" геологии для понимания природы, истории и структуры глубинной части коры? Существенную помощь в ответах на эти вопросы могут оказать детальные исследования ксенолитов нижней коры и мантии из базальтов и кимберлитов. Их исследование позволяет проследить историю, которая не отражается в данных геологии поверхности. В отличие от обнаженных перидотитовых массивов и гранулитовых поясов, испытавших длительную и многостадийную тектоническую эволюцию до выведения их на поверхность, ксенолиты доставлялись практически мгновенно (первые дни и часы) и в большинстве случаев не подвергались каким-либо изменениям в верхней коре, а взаимодействие их с транспортирующей мантийной магмой ограничено, чаще всего, краевыми частями фрагментов. Таким образом, ксенолиты предоставляют нам глубинный "отпечаток" в момент вулканических извержений. Исследуя состав и возраст этих обломков можно обсуждать не только вещественное выполнение недр, но и проследить эволюцию и взаимосвязь процессов, происходящих в нижней коре и верхней мантии, лучше понять геологическую историю. Комбинирование таких петролого-геохронологических данных с геофизическими материалами позволяет надежно ограничивать модели глубинного строения.
Среди коровых ксенолитов необходимо различать: 1) собственно глубинные ксенолиты нижней и средней коры, которые, как правило, выносятся мантийными магмами вместе с ксенолитами перидотитов и пироксенитов верхней мантии; 2) ксенолиты верхнекоровые, представляющие фрагменты обнаженных на поверхности окружающих пород и неглубоко залегающего фундамента; 3) кумулаты или родственные (гомеогенные) полнокристаллические включения в магматических телах. Самый простой способ разграничения может быть основан на сравнении состава и возраста пород ксенолитов с вмещающими их магматическими породами и с обнаженными на поверхности в регионе геологическими комплексами. Кумулаты и родственные глубинные интрателлу-рические включения (3) кроме комплементарно-сти по составу с вмещающими их магматическими телами (интрузиям, лавам) должны иметь и близкий им возраст. Породам верхнекоровых ксенолитов неглубоко залегающего фундамента (2) с большой вероятностью могут быть найдены эквиваленты по составу и возрасту среди известных в регионе магматических и метаморфических комплексов. Наконец, наиболее интересная и важная группа собственно нижне-среднекоровых ксенолитов (1) сложена минеральными парагенезисами с высоки-
ми расчетными параметрами равновесного давления, характерными для гранулитов; как правило, похожих по петрографии, геохимии и возрасту горных пород, обнаженных на поверхности, в регионе найти не удается. Кроме изложенных выше критериев для случая (1) необходимо учитывать, что транспортирующие ксенолиты мантийные щелочно-базальтовые и щелочно-ультраоснов-ные магмы (за исключением кимберлитов) не несут геохимических признаков масштабного кри-сталлофракционирования и контаминации; судя по расчетам, такие магмы достигают поверхности из глубин мантии в течение первых дней или часов без признаков задержки (например, Kelley, Wartho, 2000). Таким образом, остается очень небольшая вероятность захвата близповерхностных боковых пород
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.