УДК 551.242.2(261/264)
МОЛОДЫЕ И ДРЕВНИЕ ЦИРКОНЫ ИЗ ПОРОД ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЛИТОСФЕРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АТЛАНТИКИ, ГЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ
© 2010 г. С. Г. Сколотнев1, В. Е. Бельтенев2, Е. Н. Лепехина3, И. С. Ипатьева1
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 2Полярная морская геологоразведочная экспедиция МПР (ПМГРЭ), 189510, Ломоносов, ул. Победы, 24 3Всероссийский научно-исследовательский геологический институт МПР (ВСЕГЕИ), 199026, Санкт-Петербург, Средний проезд, д. 74 Поступила в редакцию 11.01.2010 г.
Проведено локальное U-Pb изотопное датирование цирконов, выделенных из различных пород гребневой зоны Срединно-Атлантического хребта и г. Картера (поднятие Сьерра-Леоне) в Центральной Атлантике. В обогащенных базальтах, щелочных вулканитах, габброидах и плагиограни-тах обнаружены молодые цирконы, сформировавшиеся in situ, и древние цирконы, являющиеся ксеногенными для этих пород. В деплетированных базальтах и в перидотитах обнаружены только древние цирконы. Древние цирконы распространены в молодой океанической литосфере Центральной Атлантики повсеместно.
Возраст молодых цирконов из пород гребневой зоны САХ варьирует от 0.38 до 11.26 млн. лет и последовательно увеличивается по мере удаления от осевой зоны хребта. Этот факт является еще одним доказательством спрединга океанского дна. При этом скорость полуспрединга, вычисленная по возрасту изученных цирконов, близка к скорости полуспрединга, рассчитанной по магнитным аномалиям. Возраст молодых цирконов с г. Картера (58 млн. лет) указывает время формирования вулканической постройки.
Древние цирконы образуют протяженный полихронный ряд возрастов от 53 до 3200 млн. лет. На хронологической шкале цирконы с различным возрастом располагаются группами с квазипериодичностью около 200 млн. лет, временные интервалы которых приблизительно соответствуют времени глобальных эпох тектогенеза, имевших место в истории геологического развития Земли. Выделено несколько возрастных групп древних цирконов, объединяющих зерна с близкими морфологическими и геохимическими характеристиками: 1) призматические зерна позднепротерозой-ского—фанерозойского возраста (от 53 до 700 млн. лет) со слабо резорбированными гранями с хорошо сохранившейся или "просвечивающей" осцилляторной зональностью и с геохимическими параметрами, свойственными магматическим цирконам; 2) призматические зерна с возрастом 1811 млн. лет с сильно резорбированными гранями и ребрами с фрагментарной или "просвечивающей" осцилляторной зональностью и с геохимическими параметрами, свойственными магматическим цирконам; 3) ово-идные и сильно резорбированные призматические зерна с хаотичной внутренней структурой с метаморфическими геохимическими параметрами с возрастным пиком около 1880 млн. лет. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что древние ксеногенные цирконы из молодых пород гребневой зоны САХ захватывались расплавом или включались в тугоплавкий рестит, по-видимому, в подлитосферной мантии на уровне зоны магмогенерации (в астеносфере). Сделано предположение, что цирконы могли оказаться в мантии двумя способами: 1) неоднократно на протяжении геологической истории они кристаллизовались в астеносфере из мигрирующих через нее расплавов и 2) попадали в астеносферу вместе с блоками дезинтегрированной и делимитированной континентальной литосферы при расколе континентов более ранних, чем Гондвана. Полихронность древних цирконов, проявляющаяся даже в масштабе одного образца, может являться свидетельством активного перемешивания вещества на уровне астеносферы в результате периодически возникающих и разрушающихся разноплановых и разномасштабных внутриастеносфер-ных конвективных и иных течений.
ВВЕДЕНИЕ
Определения возраста цирконов из ряда габ-броидов осевой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ), произведенные локальным изотопным и-РЬ методом, показали, что они находятся в широчайшем временном диапазоне от архея до
практически современного [3, 8, 39, 73]. Возможность обнаружения молодых цирконов (первые млн. лет) в породах осевой зоны САХ следует из теории спрединга океанского дна и к настоящему времени подтверждена и-РЬ изотопным локальным датированием цирконов не только из габ-броидов [8, 39], но и из плагиогранитов [7]. При-
Рис. 1. Обзорная карта рельефа дна в Центральной Атлантике. Построена на основе [58, 77]
Квадраты — местоположение образцов, используемых в данной работе. Цифры в кружках стоят над трансформными разломами: 1 — Зеленого Мыса, 2 — Марафон, 3 — Вима, 4 — Архангельского, 5 — Долдрамс, 6 — Вернадского, 7 — Богданова, 8 — Страхова. Глубины на карте увеличиваются от более светлого к более темному тону
сутствие же древних цирконов в породах из этой зоны противоречит имеющимся представлениям о генерации литосферы и механизмах спрединга. Сделанные в работах [3, 8, 39, 73] предположения о природе древних цирконов обращаются либо к более сложным, чем принято считать, тектоно-магматическим процессам, происходящим в недрах мантии океанов, либо к иным моделям строения и состава океанической литосферы.
Полученные результаты столь неожиданны, что у многих исследователей вызывают недоверие, приводящее к простому объяснению природы древних цирконов загрязнением монофракций циркона посторонними зернами в ходе лабораторного выделения цирконов. Тем не менее, проблема древних цирконов в молодых породах океана, затрагивающая область фундаментальных знаний о геологическом строении и развитии дна Мирового океана, не может оставаться без должного внимания.
В распоряжении авторов имеется обширная коллекция пород, драгированных в гребневой зоне САХ в Центральной Атлантике в ходе многолетних исследований этого региона на НИС "Академик Николай Страхов", "Академик Иоффе" и "Профессор Логачев". Это дало возможность подойти к проблеме древних цирконов в
молодых породах более широко, чем прежде, сопоставив возрасты цирконов, выделенных не только из плутонических пород, но и из базальтов и ультрабазитов, драгированных не только в осевой зоне, но и за ее пределами, охватив несколько районов Центральной Атлантики с различным геологическим строением. Использовался каменный материал из района восточного сочленения трансформного разлома Зеленого Мыса с рифтом; центральной части сегмента САХ, заключенного между разломами Марафон и Зеленого Мыса; активных частей трансформных разломов Вима и Долдрамс; с г. Пейве, расположенной вблизи западного сочленения разлома Вернадского с рифтом; из рифтовой впадины Маркова, находящейся вблизи разлома Сьерра-Леоне; и с г. Картера, надстраивающей поднятие Сьерра-Леоне на востоке Центральной Атлантики (рис. 1).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Зерна циркона из представительных пород были выделены по стандартной методике с использованием электромагнитной сепарации и разделения в бромоформе. Для выделения цирконов отбирались крупные образцы весом 15—20 кг, за исключением диоритов и плагиогранитов, навес-
ка которых составляла 0.5—1 кг. Эта процедура для большинства образцов осуществлялась в лаборатории минералогического анализа Геологического института РАН, но для плагиогранитов из сегмента САХ между разломами Зеленого Мыса и Марафон — в Центральной лаборатории ВСЕГЕИ.
Отобранные зерна цирконов были закреплены в шашке эпоксидной смолой вместе с зернами цирконовых стандартов TEMORA и 91500. Для выявления внутреннего строения цирконов использовались катодолюминесцентные изображения (CL), получаемые с помощью сканирующего электронного микроскопа CamScan MX2500.
U-Pb возраст цирконов был определен на вторично-ионном масс-спектрометре высокого разрешения SHRIMP-II в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) в соответствии с методикой, описанной в работе [82]. Учитывая экстремально низкие концентрации радиогенных изотопов свинца в молодых цирконах, в стандартную методику были внесены изменения — увеличены диаметр пучка и время интегрирования некоторых изотопов. В процессе анализа измерялись следующие ионы при временах интегрирования: 196Zr2O — 2 с, 204Pb — 10 с, фон 204Pb - 10 c, 206Pb - 30 с, 207Pb - 40 с, 208Pb - 20 с, 238U - 4 с, 248ThO - 4 с, 254UO - 4 с. Интенсивность первичного пучка молекулярных отрицательно заряженных ионов кислорода составляла 4 нА, диаметр кратера - 40 мкм. Обработка полученных данных осуществлялась при помощи программы SQUID [67]. В качестве концентрационного уранового стандарта использовался цирконовый стандарт "91500" с концентрацией U = 81.2 г/т [81], в качестве стандарта U/Pb отношений - цирко-новый стандарт "Temora" c возрастом по 206Pb/238U = 416.75 млн. лет [42]. Значения возраста из измеренных величин отношений 207Pb/206Pb и 238U/206Pb, не скорректированных на обыкновенный свинец, получались в соответствии с методом, описанным в [41]. В предположении о конкордантности цирконов строилась линия смешения между радиогенной и обыкновенной компонентами в координатах Терра-Вассербурга [80]. Пересечение этой линии с осью ординат показывает отношение 207Pb/206Pb в обыкновенном свинце. В нашем случае это отношение задавалось значением 207Pb/206Pb = 0.836, что соответствует составу современного свинца [79]. Нижнее пересечение линии смешения с конкордией определяет возраст цирконов. Поправка на фракционирование 230Th в процессе роста циркона не вводилась ввиду значительного разброса Th/U отношений. Этот метод применялся для цирконов, возраст которых не превышал первые миллионы лет.
Для более древних цирконов скорректированные на обыкновенный свинец изотопные отно-
шения 207РЬ/235и — 206рь/238и наносились на диаграмму Аренса—Везерилла с конкордией. Возраст цирконов был установлен по местоположению соответствующих измеренных параметров на линии конкордии (конкордантные возрасты). У некоторых зерен изотопные отношения лежат вне конкордии (дискордантные возрасты). Их возраст определялся по пересечению линии дискор-дии, построенной по нескольким зернам, с линией конкордии. Однако в некоторых случаях представлялось возможным определить возраст и для одного зерна путем аппроксимации его изотопных отношений на верхнее пересечение с линией конкордии.
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.