ПЕТРОЛОГИЯ, 2012, том 20, № 1, с. 25-44
УДК 552.11(265)
ОКВАРЦЕВАНИЕ ПЕРИДОТИТОВ РАЗЛОМНОЙ ЗОНЫ СТЕЛМЕЙТ (СЕВЕРО-ЗАПАД ТИХОГО ОКЕАНА): РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ И ИХ ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
© 2012 г. С. А. Силантьев*, А. А. Новоселов*, Е. А. Краснова*, М. В. Портнягин*, **,
Ф. Хауфф**, Р. Вернер**
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: silantyev@geokhi.ru **Leibniz Institute of Marine Sciences (IFM-GEOMAR), Wischhofstr, 1—3, 24148Kiel, Germany
Поступила в редакцию 11.05.2011 г.
В ходе рейса совместной российско-германской экспедиции НИС "Зонне" S0201-1b в 2009 г. на восточном склоне северо-западного сегмента поперечного хребта Стелмейт, сопряженного с одноименной разломной зоной, были драгированы в различной степени вторично-измененные мантийные перидотиты. Изученная коллекция пород включала 4 образца окварцованных аподунитовых серпентинитов и 11 образцов в различной степени серпентинизированных лерцолитов. Обогащен-ность аподунитов аморфным кремнеземом и кварцем, а также очень высокое содержание в них кремнезема (до 88.7 мас. % Si02) и необычно низкое — магния (до 1.4 мас. % MgO) резко отличают эти породы от известных продуктов гидротермального преобразования и низкотемпературного (придонного) выветривания перидотитов океанической коры. Для определения условий и процессов, способствовавших окварцеванию перидотитов разломной зоны Стелмейт, в настоящей работе был применен метод термодинамического моделирования с учетом кинетики растворения минералов, реализованный в программном комплексе GEOCHEQ. Результаты моделирования позволяют предполагать, что геохимические и минералогические эффекты, наблюдаемые в окварцованных аподунитах разломной зоны Стелмейт, являются следствием низкотемпературной десерпентиниза-ции океанического субстрата в субаэральных условиях.
ВВЕДЕНИЕ
За исключением детально изученной цепи Императорских подводных гор, сведения о строении земной коры северо-западной акватории Тихого океана до настоящего времени ограничиваются лишь геофизическими данными (Erickson, Grim, 1969; Grim, Erickson, 1969) и содержатся в описаниях керна осадков, полученного при глубоководном бурении (Fullam et al., 1973; Rea, Dixon, 1973; Shipboard..., 1993). Природа океанического фундамента в этом районе Мирового океана до сих пор остается практически неизученной и является белым пятном в существующих представлениях о геологической истории бассейна Тихого океана. Наиболее полная интерпретация геодинамической эволюции литосферы северозападной части Тихого океана, основанная на геофизических и палеомагнитных данных, представлена в работе П. Лонсдэйла (Lonsdale, 1988). Согласно этому автору, небольшой фрагмент древней и ранее считавшейся гипотетической океанической плиты Кула сохранился в северозападном секторе Тихого океана к югу от Алеутского желоба. Вдоль своего южного окончания этот фрагмент ограничен протяженным попереч-
ным хребтом Стелмейт, сопряженным с одним из предполагаемых палеотранс формных разломов спредингового центра Кула-Пацифик. Предполагается, что этот хребет, имеющий протяжение с юго-востока на северо-запад около 500 км, был образован при тектоническом взбросе блока океанической литосферы мелового(?) возраста вдоль трансформного разлома (Lonsdale, 1988). Однако какие-либо данные о породах, слагающих хребет Стелмейт, до настоящего времени отсутствуют.
В 2009 г. в рамках германско-российского проекта KALMAR в северо-западной части Тихого океана состоялся рейс S0201-1b германского НИС "Зонне", одним из объектов изучения которого была разломная зона Стелмейт. Результаты проведенной в рейсе многолучевой батиметрической съемки (рис. 1) подтверждают выводы более ранних работ (Lonsdale, 1988) и позволяют уверено относить это поднятие к поперечным хребтам (Transverse Ridge). По своей морфологии хребет Стелмейт аналогичен поперечным хребтам, простирающимся параллельно смежным трансформным разломам в современных океанических бассейнах и образованным в результате тектонического поднятия океанической литосферы вдоль
169°40'E
170°00'E
170 °20'E
52°20'N
52°00'N
51°40'N
00'N
51°40'N
169°40'E
170 °00'E
170 °20'E
170°40'E
171 °00'E
171 °20'E
Рис. 1. Карта рельефа океанического дна и местоположения станций драгирования НИС "Зонне" в районе палео-трансформного разлома Стелмейт.
Детальная карта основана на данных многолучевой батиметрии в ходе рейса НИС "Зонне" S0201-1b в рамках германско-российского проекта КАЛЬМАР и была создана в результате набортной обработки данных в программе GMT (Wessel, Smith, 1995). Обзорная карта создана в программе GeoMapApplication (http://www.geomapapp.org, Ryan et al., 2009).
трансформного разлома (Bonatti, 1978; Kastens etal., 1998; Bonatti et al., 2005). Несомненной удачей этой экспедиции можно считать успешное драгирование, проведенное на четырех станциях, расположенных вдоль простирания хребта Стелмейт (рис. 1), на которых были подняты породы, представляющие полный разрез океанической литосферы, образованной в спрединговом центре Кула-Пацифик (FS Sonne. Fahrbericht, 2009).
Станция драгирования DR37, на которой были подняты рассматриваемые в настоящей статье породы, располагалась на восточном склоне северо-западного сегмента хребта Стелмейт, в районе которого диапазон глубин океана составляет 4600—3000 м (рис. 1). Драгирование происходило на глубинах 4360—3955 м. Драга принесла обломки сильно измененных ультраосновных пород, представленных, согласно набортному описа-
нию, серпентинизированными дунитами, гарц-бургитами и лерцолитами (FS Sonne. Fahrbericht, 2009). Основная цель проведенного исследования заключалась в реконструкции условий низкотемпературных изменений, которым подвергались перидотиты хребта Стелмейт и идентификации соответствующих им процессов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Отобранные для изучения образцы перидотитов подвергали дроблению в IFM-GEOMAR (г. Киль, ФРГ). Для проведения химического анализа фракцию 1—5 мм промывали деионизиро-ванной водой и истирали до размерности 200 меш в том же научном центре в планетарной яшмовой мельнице. Фракцию менее 1 мм использовали для отбора мономинеральных фракций, предназначенных для изготовления препаратов (шашек)
для исследования с помощью рентгеновского микроанализатора.
Для определения содержаний главных элементов порошки пород сплавляли с Li2B407/LiB02 и затем анализировали рентгенофлюоресцентным методом (XRF) в аналитической лаборатории ACME-Labs (Ванкувер, Канада). Аналитический фон для всех элементов составлял менее 0.01 мас. %. Результаты измерения стандартных образцов показали правильность анализов 0.02 отн. % и воспроизводимость данных 0.01 отн. %.
Для определения содержаний рассеянных элементов порошки пород смешивали с эпоксидной смолой (EpoThin фирмы Buehler) и заливали в отдельные ячейки в плексиглазовом диске. Доля порошка в эпоксидной смоле варьировала для разных образцов и обычно составляла 20—40% порошка. После затвердевания препараты шлифовали на корундовой шкурке размерностью до 12 микрон. Аналогичным образом были подготовлены порошки стандартных образцов пород AGV-2, BCR-2, BHVO-2, BIR-1, W-2. Анализ проводили в Институте Наук о Земле при Университете им. Христиана-Альбрехта (г. Киль, ФРГ) методом индукционно-связанной плазмы c лазерной абляцией. Для анализа использовали эксимерный лазер COMPexPro™ в системе Geo-lasPro фирмы Coherent, совмещенный с оптическим микроскопом Olympus, и квадрапольный спектрометр индукционно-связанной плазмы Agilent 7500c. Каждый образец перидотитов и стандарты анализировали 2 раза. Для первичной калибровки использовали стекла NIST612 и BCR-2G (Jochum et al., 2009). Все образцы и стандарты анализировали по аналогичной процедуре, которая включала измерение фона в течение 20 с и анализ образца в течение 250 с по линии длиной 1 мм. Диаметр лазерного пучка составлял 80 микрон, энергия 10 Дж/см2, частота импульсов 10 Гц. Содержания элементов были рассчитаны на основании калибровочных прямых, построенных по данным измерения стандартных образцов в координатах отношений элемента к Si02 и отношений измеренных интенсивностей соответствующего изотопа элемента и изотопа 30Si. Отношение 232Th160+/232Th+ во время анализов составляло менее 0.5%, что отражает высокую степень разрушения комплексных ионов в плазме и практически полное отсутствие их влияния на результаты анализа. Данные измерения стандартных образцов представлены ниже (см. табл. 2).
Состав породообразующих минералов изучали в ГЕОХИ РАН под руководством Н.Н. Кононко-вой методом точечного анализа с помощью рент-геноспектрального микроанализатора SX 100 (САМЕСА) с четырьмя вертикальными спектрометрами, ускоряющим напряжением 15 кВ и током зонда 30 нА. Данные о составе тремолита,
сфена и эпидота в образцах DR37-8 и DR37-15, а также карты элементного распределения в образцах окварцованных серпентинитов были получены на электронном микроанализаторе JE0L JXA 8200 в IFM-GE0MAR.
ПЕТРОГРАФИЯ И ГЕОХИМИЯ ПЕРИДОТИТОВ ХРЕБТА СТЕЛМЕЙТ
Петрографические и минералогические особенности
Изученная коллекция перидотитов включала 4 образца сильно измененных аподунитовых и 11 образцов аполерцолитовых пород. Согласно результатам работы (Krasnova et al., 2011), шпинеле-вые лерцолиты являются продуктом 10—12% околофракционного плавления деплетированной мантии, а дуниты, возможно, представлены продуктами взаимодействия лерцолитового субстрата с магматическим расплавом. Сильно измененные дуниты выглядят как светло-рыжие породы с редкими (<3%) макроскопически различимыми реликтами шпинели (FS Sonne. Fahrtbericht, 2009). При петрографическом изучении этих пород выявляется типичная для аподунитов петельчатая структура (рис. 2). Главным породообразующими минералом аподунитовых пород, однако, является не серпентин, а кварц. В резко подчиненном количестве присутствуют хлорит, серпентин и гидрокислы железа; присутствуют также редкие реликты первичной красно-бурой шпинели и бутылочно-зеленого клинопироксена (рис. 2). Практически полное окв
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.