Статья: Особенности вулканизма и геодинамика области тройного сочленения Буве
(по составам базальтов)
Содержание
- Аннотация
- Введение
- Структурное положение и
характер изученности района Тройного сочленения Буве
- Петрография и
минералогия вулканитов и их пространственное распространение
- Петро-геохимический
состав вулканитов
- Основные
петро-геохимические группы базальтов, их пространственное распространение
и геодинамические обстановки образования
- Выводы
- Литература
Аннотация
Рассматривается состав
основных вулканитов района тройного сочленения Буве, которые могут быть
разделены на шесть основных петро-геохимических групп. Наиболее
распространенным типом являются базальты N-MORB, производные деплетированного
мантийного источника, встреченные на всей изученной территории. Субщелочные
вулканиты: гавайиты и муджиериты, - сильно обогащенные литофильными элементами
и радиогенными изотопами, слагающие вулканическое поднятие Буве, и близкие к
ним базальты и андезито-базальты хребта Шписс, генерированные в обогащенной
более глубинной мантии. Относительно слабо обогащенные базальты (T-MORB),
являющиеся продуктами смешения расплавов двух первых типов, распространены в
приосевых частях САХ, АфАХ и АмАХ. Базальты близкие по степени обогащения
литофильными элементами-примесями вулканитам хребта Шписс и острова Буве, но
более богатые в сравнении с ними калием, фосфором, титаном, хромом. Они развиты
в пределах структур растяжения: рифтовая долина АфАХ, грабены Восточной области
дислокаций, линейное поднятие между хребтом Шписс и вулканом Буве. Их исходные
расплавы, вероятно, формировались из вещества плюмов, растекавшегося от
основных каналов и претерпевшего мантийную флюидно-магматическую
дифференциацию. Вулканическая серия от базальтов до липаритов,
характеризующаяся низкими содержаниями литофильных элементов и особенно низкой
концентрацией титана, распространенная на горе Шона и на других структурах
сжатия в пределах Антарктической и Южно-Американской плит вблизи ТСБ. В отличие
от четырех предыдущих типов, имеющих толеитовый тренд дифференциации,
характеризуется известково-щелочным трендом. Их родоначальные расплавы могли
быть также связаны с веществом плюмов, но в дальнейшем испытали интенсивную
флюидо-магматическую дифференциацию и ассимиляцию субстрата в условиях закрытых
магматических камер на уровне верхней мантии. С другой стороны гора Шона может
быть фрагментом древней океанической островной дуги. Обогащенные базальты,
отличающиеся от других обогащенных типов очень высокими концентрациями фосфора
и радиогенных изотопов, слагающие тектоническое поднятие вблизи сочленения трех
рифтов. Таким образом, основными факторами, определяющими разнообразие составов
вулканитов в данном районе являются гетерогенность мантийных источников,
плюмовая активность, сложная геодинамика района тройного сочленения, вызывающая
напряженные состояния в прилегающих участках плит и геологическая предыстория
региона. Низкая скорость спрединга и, следовательно, недостаточно эффективное
перемешивание неоднородного мантийного материала обуславливает сильные
пространственные вариации составов базальтов.
Введение
В пределах Мирового океана имеется всего несколько областей, где происходит
одновременное сочленение трех различных океанических плит. Как правило, это
сложно построенные области, характеризующиеся сочетанием разнотипных
морфоструктур и разнообразным магматизмом. Последний несет особенности
магматической системы и состава мантии того или иного срединно-океанического
хребта. Изучение магматизма тройных сочленений дает уникальную возможность
проследить особенности мантийной геодинамики взаимодействующих литосферных плит
при образовании океанической коры в срединно-океанических хребтах. В районе
тройного сочленения Буве (ТСБ) на процесс образования коры дополнительно
накладывается плюмовый магматизм. Здесь находится активное вулканическое
поднятие (остров Буве), рассматриваемое как океаническая горячая точка. Кроме
того, непосредственно к северу от области тройного сочленения расположены
многочисленные подводные горы и поднятия (Дискавери, Шона и др.), сложенные
базальтами, имеющими нерифтовую природу.
Как известно, базальты, наиболее распространенные породы верхов океанической
коры, несут информацию не только о процессах фракционирования и об условиях их
излияния на морском дне и последующем изменении, но также и об особенностях
вещественного состава и строения мантии. Их изучение дает возможность
охарактеризовать процессы формирования океанической коры и провинциальные
особенности базальтового магматизма, изучить геодинамические условия развития
области ТСБ.
Структурное положение и
характер изученности района Тройного сочленения Буве
Тройное сочленение Буве, расположенное в Южной Атлантике примерно на 55o ю.ш.,
представляет собой место стыковки Южно-Американской, Африканской и
Антарктической плит.
Целенаправленное изучение тройного сочленения Буве с помощью эхолотирования
и магнитометрии впервые проводилось в 1974 г. [Sclater et al., 1976].
В 18-м рейсе НИС "Академик Николай Страхов" в 1994 г. детально
исследовались структуры Срединно-Атлантического хребта (САХ), северной части
хребта Шписс, а также Африкано-Антарктического хребта (АфАХ) на участке между
разломами Буве и Мошеш [Мазарович и др., 1995; Пейве и др., 1994,
1995]. В 1995 г. английскими исследователями с помощью сонара бокового
обзора изучались область ТСБ и хребет Шписс [Mitchell and Livermore, 1998].
Дополнительный фактический материал был получен на НИС "Геленджик" в
1996 г. [Пейве и др., 1999; Carrara et al., 1997; Ligi et
al., 1997, 1999].
В результате
проведенных работ могут быть выделены четыре основных морфоструктурных
провинции: а) структуры САХ; б) структуры АфАХ и район их сочленения
с САХ; в) структуры АмАХ (Американо-Антарктический хребет) и район их сочленения
с САХ; г) зона сочленения палеоструктур САХ, АфАХ и АмАХ. Мы также
рассмотрим составы вулканитов подводной горы Шона. Это изометричное поднятие,
находящееся в 200 км к западу от оси САХ на широте 54o30 и не входящее
непосредственно в область ТСБ, но представляющее интерес для понимания
процессов, протекающих в области ТСБ (рис. 1).
Структуры САХ представлены тремя сегментами рифтовой долины между 53o20 ю.ш. и 54o55 ю.ш. и
параллельными им грядами и депрессиями северо-северо-западного простирания.
Южный сегмент рифтовой долины разветвляется на два небольших трога: западный с
простиранием близким к оси АмАХ и восточный - к простиранию оси АфАХ. Они также
являются ареной рифтового вулканизма.
Кора, образованная в САХ, характеризуется достаточно закономерным
чередованием линейных магнитных аномалий, которые в восточном направлении
прослежены до хроны C3Bn [Ligi et al., 1999], что соответствует возрасту
около 7 млн лет [Cande and Kent, 1995].
Структуры АфАХ и район их сочленения со структурами САХ.
Африкано-Антарктический хребет в изученном районе представлен двумя сегментами,
смещенными вдоль разлома Буве. Осевая часть восточного сегмента имеет
высокоприподнятую, мелкую, асимметричную рифтовую долину. К ее западному флангу
подступают структуры обширного тектоно-вулканического поднятия Буве,
венчающегося вулканом Буве. Западным сегментом АфАХ является хребет Шписс
шириной до 55 км, ограниченный крутыми ступенчатыми склонами. Вершинная
поверхность хребта лежит на глубинах 1400-1700 м. В центральной части
имеется крупная вулканическая постройка размером более 15 км в диаметре,
слегка вытянутая в ВЮВ направлении с кальдерой размером 1 2,5 км. Вершина
вулкана находится на глубине 800-900 м. Для хребта Шписс характерно
множество конусовидных поднятий, представляющих собой, по-видимому, небольшие
вулканы. Осевая часть хребта отличается исключительно высокими значениями
аномального магнитного поля, существенно превышающими таковые в пределах
рифтовой долины САХ, что, видимо, связано с интенсивным современным вулканизмом
в пределах этой структуры. В юго-западной части хребта вплоть до его подножия
может быть выделена еще одна хрона (C2n), простирание которой соответствует простиранию
хребта Шписс. Таким образом, можно допустить, что возраст этого хребта не
древнее 2-2,5 млн лет.
Между хребтом Шписс и поднятием Буве протягивается ряд поднятий, косо
расположенных по отношению к структурам АфАХ. Наиболее крупное из них линейное
поднятие длиной около 120 км начинается южнее разлома Буве и тянется к
острову Буве.
Зона сочленения палеоструктур АфАХ и САХ осложнена развитием так называемой Восточной
области дислокаций. Последняя находится к северу от долины разлома Буве,
между ним и структурами с простираниями САХ. Зона дислокаций представлена
крутосклонными поднятиями, часто имеющими в плане форму вытянутого
треугольника, и разделяющими их цепочками депрессий. Эти депрессии имеют
грабеновую природу [Ligi et al., 1999].
Структуры АмАХ и район их сочленения со структурами САХ. Наиболее
крупной структурой Американо-Антарктического хребта в изученном районе является
разлом Конрад, к которому с севера примыкает наиболее западный сегмент АмАХ.
Осевая часть АмАХ в этом сегменте представлена глубокой рифтовой долиной,
сменяющейся к северу Граничным прогибом - широкой депрессией, косо
расположенной по отношению к рифту. Прогиб сочетает в себе признаки левостороннего
сдвига и косого спрединга. Между рифтовой долиной и разломом Конрад развито
обширное поднятие внутреннего угла, имеющее уплощенную вершину, которая в
западной части надстраивается конусовидной постройкой. На противоположной
стороне рифта развито поднятие внешнего угла, также венчающееся конусовидной
постройкой. За этими поднятиями наблюдаются структуры с простираниями АмАХ
вплоть до участков коры с возрастом около 6,5-7 млн лет (магнитная хрона C3An)
[Ligi et al., 1999].
Район сочленения палеоструктур САХ и АмАХ имеет сложное строение. На
крайнем западе района рифтовые горы АмАХ непосредственно переходят в рифтовые
горы САХ. Ближе к Граничному прогибу многие структуры как САХ, так и АмАХ
деформированы, что проявилось в изменении их простираний. По мнению,
высказанному в работе [Сколотнев, 2000], такое строение дна отражает
обстановку сжатия при его формировании.
Зона сочленения палеоструктур САХ, АфАХ и АмАХ ограничена с юга
пассивными отрезками разломов Конрад и Буве, а с севера двумя трогами, на
которые разветвляется южное окончание САХ. В северной части зоны между двумя
этими трогами развито поднятие, осложненное более мелкими структурами с
простиранием характерным для САХ. В ее южной части контактируют структуры с
простираниями АмАХ и АфАХ, при этом они на протяжении 35 км сдвинуты друг
относительно друга. Эта часть Антарктической плиты также характеризуется
обстановкой сжатия [Сколотнев, 2000].
Гора Шона расположена в районе 54o32 ю.ш. 5o50 з.д. Она
состоит из двух поднятий, главное из которых имеет округлую форму с ровной
вершинной поверхностью. Диаметр у основания - 9 км, минимальная глубина
вершины 925 м. К востоку от него расположены 2 мелких вулканических конуса
1 км диаметром и глубиной 1500 м. Второе поднятие глубиной
1650 м расположено юго-восточнее. В вершинной части имеется два кратера
диаметром менее 1 км и глубиной около 100 м. Это поднятие ограничено
на севере тектоническим уступом СЗ простирания.
Таким образом, строение океанского дна в районе ТСБ отличается большой
сложностью и характеризуется широким распространением структур не типичных для
гребневых частей срединно-океанических хребтов, развитых как на дивергентных
границах, так и внутри плит. Это не позволяет однозначно трактовать геодинамику
этого района и его геологическую эволюцию. Существует несколько моделей
геологического развития района тройного сочленения Буве [Apotria and Gray,
1985, 1988; Kleinrock and Morgan, 1988; Sclater, 1976]. Модели,
учитывающие результаты последних исследований, приведены в работах [Пейве и
др., 1999; Сколотнев, 2000; Ligi et al., 1999]. В них
показано, что устойчивое развитие тройного сочленения при конфигурации
хребет-разлом-разлом, продолжавшееся около 20 млн лет, нарушилось около 10 млн
лет назад. С тех пор ТСБ неоднократно меняло свою конфигурацию, при этом
периодически возникали напряженные состояния на участках плит, примыкающих к
тройному сочленению. Общая направленность развития состоит в проградации АфАХ и
АмАХ к северу и миграции вулкано-тектонической активности САХ в этом же
направлении. 2-2,5 млн лет назад развитие тройного сочленения осложнилось
плюмовой активностью, локализованной в районе хребта Шписс. Современная
конфигурация тройного сочленения сложилась около 1 млн лет назад, при этом
по нашему мнению [Пейве и др., 1995] ТСБ не может быть аппроксимировано
одной точкой, а представляет собой обширную область взаимовлияния различных
структур в пространстве и во времени.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|