ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 5, с. 547-560
УДК 550.4:[546.42=546.81/.819+546.657].0.27.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЩЕЛОЧНЫХ ВУЛКАНИТОВ КАМЕРУНСКОГО ПОЯСА НА ОСНОВАНИИ ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ: НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА КОМПОНЕНТ HIMU
© 2004 г. Н. А. Титаева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, геологический факультет, Россия; e-mail: ntitaeva@geol.msu.ru Поступила в редакцию 19.06.2003 г.
Наблюдаемые вариации в распределении изотопного и геохимического состава щелочных серий вулканических пород вдоль Камерунского пояса рассмотрены с позиций предложенных нами новых представлений о происхождении резервуара HIMU. Согласно этим представлениям, формирование вещества HIMU связано с флюидными потоками, возникающими в верхней части мантии при подъеме плюмов. Сам резервуар HIMU представляет собой участки ореолов рассеяния подвижных компонентов, в том числе и радиогенных изотопов свинца, в верхней мантии вокруг континентальной литосферы или ее фрагментов, оставшихся после раскола континентов (DUPAL-аномалия). Относительная подвижность радиогенных изотопов Pb объясняется влиянием энергии радиоактивной отдачи при альфа-распаде урана и тория. Была выполнена обработка опубликованных в литературе изотопных и геохимических данных по вулканическим породам Камерунского пояса и прилегающих регионов с помощью факторного метода математического анализа с геохимической интерпретацией результатов, а также ряда бинарных диаграмм. Это позволило высказать оригинальный взгляд на причины своеобразия в распределении изотопного и геохимического составов вулканитов Камерунского пояса. Формирование составов происходило под воздействием поднимающегося плюма на границе континент-океан как в результате частичного плавления пород над его головной частью, так и в результате флюидной экстракции наиболее подвижных компонентов, в том числе U и радиогенных изотопов Pb, из вмещающих пород: океанической мантии и континентальной литосферы. Полученные в работе данные подтвердили правомочность высказанного нами взгляда на происхождение компонента HIMU. Если предложенный механизм возникновения в океанической мантии вещества HIMU справедлив, то для объяснения его присутствия в "горячих точках" нет необходимости привлекать глубинные зоны верхней мантии, а тем более - нижнюю мантию и ядро.
Камерунский пояс - гигантская разломная зона, пересекающая границу континент-океан у западного побережья Африки в районе Гвинейского залива и трассируемая цепочкой вулканических центров. В настоящее время существует достаточно подробная информация об изотопно-геохимических особенностях вулканических пород Камерунского пояса (Fitton, Dunlop, 1985; Hal-liday et al., 1990; Der-Chuen Lee et al., 1994; Marzoli et al., 2000). Практически все исследователи связывают вулканическую деятельность в этом регионе с подъемом плюма или его апофизов на границе континент-океан. В этих работах большая роль в формировании изотопного состава вулканических пород отводится так называемому HIMU-компоненту. Согласно представлениям химической геодинамики Зиндлера и Харта (Zindler, Hart, 1986), принятой в настоящее время большинством исследователей, HIMU-компонент является одним из конечных членов так называемого мантийного тетраэдра (наряду с DM, EMI,
ЕМ11), в результате смешения которых образуется изотопный состав всего многообразия вулканических пород океана. Если относительно происхождения резервуаров БМ (деплетированная мантия) и ЕМ (обогащенная мантия) разногласия не столь велики, то происхождение вещества Н1Ми наименее ясно. Вещество Н1Ми, по определению, отличается высокими значениями | = = 238и/204РЬ и обогащено радиогенными изотопами РЬ. Для объяснения РЬ-парадокса Н1МИ-ком-понента привлекались различные гипотезы: о фракционировании РЬ в ядре после аккреции; ре-циклинге древней океанической коры, обогащенной и и поступившей в нижнюю мантию в процессе субдукции; о фракционировании И и РЬ за счет меньшей "несовместимости" И по сравнению с РЬ; о метасоматизме под воздействием С02-обогащенных флюидов и др. Наибольшее распространение получила вторая, так называемая "субдукционная" гипотеза (Но!тапп, 1997).
547
7*
с.ш. 10°
5° в.д.
ТИТАЕВА 10°
плато Биу
0 500 км
1_I_I_I_I_I
Рис. 1. Карта основных кайнозойских вулканических центров Камерунского пояса вблизи границы континент-океан.
Цифрами показаны средние значения изотопного отношения 206РЬ/204РЬ в лавах моложе 10 млн. лет для каждого вулканического центра по (Ыа1Шау е! а1., 1990).
Камерунский пояс является одним из наиболее хорошо изученных и удобных для исследования вещества Ы1Ми объектов. В океане он прослеживается от острова Святой Елены, который считается эталоном вещества Ы1Ми, далее - по цепочке островов Гвинейского залива (Пагалу, Сан-Томе, Принсипи, Биоко). На континенте Камерунский пояс трассирует ряд вулканических центров и плутонов, в том числе и вулкан Камерун (рис. 1). Южнее располагается сектор Южной Атлантики, который относят к так называемой БИРАЬ-аномалии с изотопно-геохимическими характеристиками, близкими к таковым для континентальной литосферы. В зону аномалии входят: подводный хребет Китовый, фрагмент Сре-динно-Атлантического хребта (примерно между
35° и 46° ю.ш.), острова Тристан-да Кунья, Гоф и подводное поднятие Дискавери.
Как видно на рис. 1, для кайнозойских вулканитов Камерунского пояса характерна аномалия радиогенного РЬ, которая достигает максимума в вулканических центрах Камерун, Этинде и Биоко и уменьшается на флангах как в сторону океана (острова Принсипи, Сан-Томе, Пагалу), так и в сторону континента (массив Маненгуба, плато Нгаундере, гора Мандара). Уменьшение латерального эффекта наблюдается на расстоянии около 400 км (ЫаШёау е! а1., 1990). Указанные авторы объясняют высокое отношение 206РЬ/204РЬ избытком вещества Ы1Ми, возникшего в плюме на уровне верхней мантии в результате фракционирования и/РЬ, сопровождавшего миграцию расплава. В дальнейшем эти авторы пришли к
выводу (Der-Chuen Lee et al., 1994), что источником исследованных ими вулканитов, наиболее ярко проявленным на острове Пагалу, была обычная верхняя мантия, на которую воздействовала головная часть плюма во время его подъема. Состав плюма был подобен веществу PREMA и обогащен веществом HIMU. Однако убедительного объяснения, что такое вещество HIMU, так и не получено.
Нами (Титаева, 2001) была высказана альтернативная гипотеза относительно происхождения резервуара HIMU. Было показано, что вариации изотопного состава Sr, Nd и Pb в "горячих точках" над плюмами контролируются двумя группами различных, не коррелированных друг с другом геохимических процессов. Высказано предположение, что для изотопов Sr, Nd и некоторой части Pb -это магматический процесс, связанный с частичным плавлением и кристаллизационной дифференциацией. Для подавляющей части радиогенного Pb - это процесс, так или иначе обусловленный экстракцией и растворением флюидной фазы под воздействием плюма. При этом формирование вещества HIMU происходит под влиянием последнего процесса, а резервуар HIMU представляет собой участки ореолов рассеяния подвижных компонентов, в том числе и радиогенных изотопов Pb, вблизи континентальной литосферы или ее фрагментов, оставшихся после раскола континентов. Б0льшая подвижность радиогенных изотопов свинца по сравнению со свинцом обыкновенным объясняется влиянием энергии радиоактивной отдачи при альфа-распаде материнских по отношению к ним изотопов урана и тория. В пользу нашего предположения также свидетельствуют экспериментальные данные по экстракции и возгонке свинца из минералов и пород (Соботович, 1970). Было обнаружено, что в экстракты или возгоны в первую очередь переходят радиогенные изотопы Pb, что авторы экспериментов также объяснили влиянием a-отдачи. В данной работе делается попытка рассмотреть с позиций предложенной нами гипотезы опубликованные в литературе изотопные и геохимические данные по вулканическим породам Камерунского пояса, являющегося прекрасным объектом для изучения зоны перехода континент-океан на участке воздействия плюма.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Начиная от Гвинейского залива Камерунский пояс представляет собой Y-образную цепь внут-риплитных вулканических центров, которая протягивается на 1600 км от острова Пагалу в Атлантическом океане вглубь Африканского континента. В континентальном секторе пояса имеется 17 плутонических центров возрастом от 65 до 30 млн. лет. В океаническом секторе имеется
12 вулканических центров, возраст которых варьирует от 35 млн. лет до современного (Ьег-СИиеп Ьее е! а1., 1994). Между океаническим и континентальным секторами вулканической цепи располагаются активные вулканические центры: на побережье Африки - вулкан Камерун (последнее извержение было в 1982 г.) и конус Этинде, в океане -остров Биоко; все они приурочены к сейсмической границе континент-океан. Геологическое строение и состав пород вулканических центров Камерунского пояса подробно описаны в ряде работ (Нйоп е! а1., 1983; Бег-Ошеп Ьее е! а1., 1994; МагеоИ е! а1., 2000), в соответствии с которыми ниже приводится краткая геологическая характеристика исследованных центров. За исключением Этинде, породы которого состоят преимущественно из нефелинитов, в вулканических центрах преобладают основные породы от базанитов до гиперстен-нормативных базальтов. В континентальных вулканических центрах, помимо того, также присутствуют трахиты, трахифонолиты, риолиты и редко фонолиты. В массиве Маненгу-ба последние образуют непрерывный ряд с основными породами. В других континентальных центрах состав вулканических пород существенно бимодален. Вулкан Камерун представлен в основном базанитами (Пйоп е! а1., 1983). В океаническом секторе Камерунского пояса базальтовые лавы по составу подобны лавам континентального сектора. В то же время трахиты там редки, риолиты отсутствуют, а фонолиты найдены лишь на островах Сан-Томе и Принсипи.
Биоко - юный вулканический остров, расположенный на границе континент-океан. Среди вулканитов Биоко преобладают базальтовые лавы от базанитов до гиперстен
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.