Влияние конвекционно-спрединговых и мантийно-плюмовых процессов на формирование химического состава базальтов и плутонических пород рифта Палеоуральского океана

Впервые, на основании представительного количества новых оригинальных ICP-M/S анализов, с использованием спайдер-диаграмм распределения редкоземельных и несовместимых элементов, нормированных по примитивной мантии [San & McDonough, 1989], выполнено сопоставление палеоокеанических базальтов и ассоциирующих с ними плутонических пород во всех пяти сегментах рифта Палеоуральского океана: Щучьинском (Полярный Урал), Войкарском (Приполярный Урал), Тагильском (Северный и Средний Урал), Магнитогорском (Южный Урал и Северный Казахстан) и Мугоджарском (Северный Казахстан). Установлена геохимическая неоднородность как базальтов, так и плутонических пород по простиранию палеорифтовой структуры и ее специфика в каждом сегменте. Получены первые достаточно убедительные доказательства того, что образование базальтов и плутонических пород (габбро, пироксенитов, гипербазитов) рифта Палеоуральского океана контролировали, по крайней мере, два типа мантийных источников: конвекционно-спрединговый деплетирорванной верхней мантии и мантийно-плюмовый слабо деплетированной или недеплетированной нижней мантии. Производными конвекционно-спредингового источника (деплетированной верхней мантии) являются базальты, габбро, пироксениты и гипербазиты, развитые в Войкарском, Мугоджарском сегментах и Cыумкеуском блоке Щучьинского сегмента; производными мантийно-плюмового источника (слабо деплетированной или недеплетированной нижней мантии) - подобные же породы, слагающие Магнитогорский сегмент и Харутский блок Щучьинского сегмента. Заметно отличается в этом отношении Тагильский сегмент, в составе которого развиты породы, производные конвеционно-спредингового источника (базальты), мантийно-плюмового источника (базальты, габбро), а также продукты смешения производных двух вышеназванных источников (базальты, габбро, пироксениты).
Большинство базальтов и плутонических пород конвекционно-спредингового и мнтийно-плюмового источников рифта Палеоуральского океана обладают дефицитом высокозарядных элементов (Nb-Ta, Zr-Hf), что обусловлено рециклингом обогащенной водным компонентом океанической коры, морских осадков, продуктов островодужного вулканизма и другого субдуцированного водосодержащего субстрата. Породы типа N-MORB (с дефицитом Nb-Ta, Zr-Hf ) могли образоваться при плавлении верхней мантии, близкой СОХ, но при воздействии на очаг плавления верхней периферической части плюма умеренно обогащенной, более богатой H₂O мантии. Породы типа E-MORB и OIB (с дефицитом Nb-Ta, Zr-Hf) могли возникнуть при плавлении верхней периферической части плюма умеренно обогащенной мантии, более богатой H₂O, летучими и несовместимыми элементами-примесями. По типу мантийного источника выделены сегменты гомогенные и гетерогенные. Гомогенные сложены производными только конвеционно-спредингового источника (Войкарский и Мугоджарский сегменты, кроме исландитов) или только слабо деплетированного мантийно-плюмового источника (Магнитогорский сегмент); гетерогенные - производными тех и других источников (Щучьинский сегмент), а также производными каждого из этих источников и продуктами их смешения (Тагильский сегмент). Показано, что исландиты, развитые в Мугоджарском сегменте в виде изолированного выхода (размером 4,5 × 1,8 км) на площади развития базальтов спрединговой ассоциации, близки базальтам E-MORB и имеют мантийно-плюмовую природу. Их образование среди обширных площадей развития базальтов спрединговой ассоциации, по-видимому, связано с резкой локализацией плюма небольшого поперечного сечения.

Палеоуральский океан , спрединг , рециклинг , плюмы , ICP-M/S анализы , базальты , габбро , пироксениты , гипербазиты

1. Воронцов А.А., Ярмолюк В.В.,Северо-Монгольская-Забайкальская полихронная рифтовая система (этапы формирования, магматизм, источники расплавов, геодинамика) // Литосфера. 2004. № 3. С. 17-32.

2. Геодинамика и рудогенез Мирового океана. СПб: ВНИИОкеангеология, 1999. 209 с.

3. Грачев А.Ф. Идентификация мантийных плюмов на основе изучения вещественного состава вулканитов и их изотопно-геохимических характеристик //Петрология. 2003. Т. 11. № 6. С. 618-654.

4. Дмитриев Л.В., Силантьев С.А., Плечова А.А. и др. Сравнение базальтового магматизма в условиях разной скорости спрединга на примере Срединно-Атлантического хребта (САХ) и Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП) // Российский. журнал. наук о Земле. 2000. Т. 2. № 3. С. 207-226.

5. Дмитриев Л.В., Соколов С.Ю. Геодинамика трех контрастных типов магматизма океанов и их отражение в данных сейсмотомографии // Петрология. 2003. Т. 11. № 6. С. 655-672.

6. Дмитриев Л.В., Соколов С.Ю., Мелсон В.Г. и др. Плюмовая и спрединговая ассоциация базальтов и их отражение в петрологических и геофизических параметрах северной части Срединно-Атлантического хребта // Российский журнал наук о Земле. 1999. Т. 1. № 6. С. 457-476.

7. Добрецов Н.Л., Зоненшайн Л.П. Сопоставление рифейско-палеозойских офиолитов Северной Евразии // Рифейско-нижнепалеозойские офиолиты Северной Евразии. Новосибирск: Наука, 1985. 201 с.

8. Золотухин В.В., Симонов В.А., Альмухамедов А.И. Сравнительный анализ составов континентальных и океанических платобазальтов // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. № 12. С. 1339-1348.

9. Иванов А.В. Водонасыщенный слой в переходной зоне мантии и объемный внутриплитный магматизм: пример сибирских траппов // Вулканизм и геодинамика. Мат-лы III Всерос. симпоз. по вулканологии и палеовулканологии. Т. 1. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского НЦ СО РАН, 2006. С. 17-19.

10. Исландия и срединно-океанический хребет. Геохимия. М.: Наука, 1978. 184 с.

11. История развития Уральского палеоокеана. М.: Ин-т океанологии АН СССР, 1984. 165 с.

12. Кашинцев Г.Л., Фрих-Хар Д.И. Строение океанической коры в зоне разломов Элтанин (Тихий океан) по петрографическим данным // Океанология. 1978. Т. XVIII. Вып. 1. С. 64-69.

13. Киселев А.И., Егоров К.Н., Чернышов Р.А., Чащухин А.В. Геодмнамика среднепалеозойского магматизма алмазоносных районов Сибирской платформы // Вулканизм и геодинамика: Мат-лы. II Всерос. симп. по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2003. С. 208-212.

14. Киселев А.И., ЯрмолюкВ.В., Егоров К.Н. и др. Среднепалеозойский базитовый магматизм северо-западной части Вилюйского рифта: состав, источники, геодинамика // Петрология. 2006. Т. 14. № 6. С. 626-648.

15. Книппер А.Л. Океаническая кора в структуре Альпийской складчатой области (юг Европы, западная часть Азии и Куба). М.: Наука, 1975. 208 с.

16. Коваленко В.И., Наумов В.Б., Гирнис А.В.и др. Состав и вещественная структура океанических мантийных плюмов // Петрология. 2006. Т. 14. № 5. С. 482-507.

17. Когарко Л.Н. Щелочной магматизм и обогащенные мантийные резервуары. Механизмы возникновения, время проявления и глубины формирования // Геохимия. 2006. № 1. С. 5-13.

18. Колман Р.Г. Офиолиты. М.: Мир, 1979. 262 с.

19. Коротеев В.А., Зоненшайн Л.П., Парначев В.П.и др. Офиолиты Южного Урала. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1985, 80 с.

20. Коротеев В.А., Семенов И.В. Возможное влияние мантийных плюмов на сегментарность, химический состав базальтов и плутонитов спрединговой структуры Уральского палеозойского океана // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Мат-лы Междунар. (X Всерос.) петрограф. совещ. Т. 1. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН. 2005. С. 109-111.

21. Коротеев В.А. Семенов И.В. Распространение базальтов спрединговой и плюмовой ассоциаций в палеозойской океанической спрединговой структуре Урала // Вулканизм и геодинамика: Мат-лы III Всепрос. симпоз. по вулканологии и палеовулканологии. Т. 1. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского НЦ СО РАН, 2006. С. 36-39.

22. Кузнецов П.П., Симонов В.А. Офиолиты и рифты. Новосибирск: Наука, 1988. 151 с.

23. Кузьмин М.И. Геохимия магматических пород фанерозойских подвижных поясов. Новосибирск: Наука, 1985. 200 с.

24. Кузьмин М. И., Альмухамедов А.И., Ярмолюк В.В., Кравчинский В.А. Рифтогенный и внутриплитный магматизм, соотношение с «горячими» и «холодными» полями мантии // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. № 12. С. 1270-1279.

25. Литасов К.Д., Отани Э. Влияние воды на субдукцию океанической коры в нижнюю мантию // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 12. С. 1427-1433.

26. Магматические формации СССР. Т. 1 / В.Л. Масайтис, В.Н. Москалева, Н.А. Румянцева и др. Л., Недра, 1979. 318 с.

27. Мантийные плюмы и металлогения. Мат-лы Междунар. симпоз. Петрозаводск, М.: «ПРОБЕЛ-2000», 2002. 515 с.

28. Марков М.С. Метаморфические комплексы и базальтовый слой земной коры островных дуг. М.: Наука, 1975. 232 с.

29. Металлогеническая зональность Мирового океана. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1997. 172 с.

30. Пущаровский Ю.М. Тектонические феномены океанов // Фундаментальные проблемы общей тектоники. М.: Научный мир. 2001. С. 174-230.

31. Рябчиков И.Д. Главные компоненты геохимических резервуаров силикатной Земли // Геохимия. 2006. № 1. С. 14-22.

32. Савельева Г.Н. Габбро-ультрабазитовые формации дна океана // Магматизм и тектоника океана (проект «Литос»). М.: Наука, 1990. с. 264-296.

33. Сафонова И.Ю. Геохимия внутриплитного океанического вулканизма ЮЗ части Палео-Азиатского океана: эволюция плюмового магматизма от венда до раннего кембрия // Вулканизм и геодинамика: Мат-лы III Всерос. симпоз. по вулканологии и палеовулканологии. Т. 2. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского НЦ СО РАН, 2006. С. 314-320.

34. Сафонова И.Ю, Буслов М.М., Кох Д.А. Фрагменты океанической коры Палео-Азиатского океана в Горном Алтае и Восточном Казахстане: геохимия и структурное положение // Литосфера. 2004. № 3. С. 84-96.

35. Семенов И.В. Палеоокеанический спрединговый вулканизм Урала и реконструкция параметров Уральского палеозойского океана. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 362 с.

36. Семенов И.В. Сравнение строения и состава пород палеозойской океанической спрединговой структуры Урала и современных срединно-океанических хребтов // Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: Мат-лы XIV Геологического съезда Республики Коми. Т. II. Сыктывкар: Геопринт, 2004. С. 49-51.

37. Семенов И.В. Проблема офиолитов и возможные пути ее решения // Офиолиты: геология, петрология, металлогения и геодинамика. Мат-лы Междунар. конф. XII Чтения памяти А.Н. Заварицкого. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2006. С. 48-52.

38. Семенов И.В. Ковекционно-спрединговые и мантийно-плюмовые процессы в формировании химического состава базальтов рифта Палеоуральского океана // Геодинамика, магматизм, метаморфизм и рудообразование / Отв. ред.: Н.П. Юшкин, В.Н. Сазонов. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2007а. С. 158-181.

39. Семенов И.В. Роль и значение конвекционно-спрединговых и мантийно-плюмовых процессов в формировании химического состава базальтов, габбро и гипербазитов в различных сегментах рифтовой структуры Палеоуральского океана // Геодинамика формирования подвижных поясов Земли. Мат-лы Междунар. науч. конф. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2007б. С. 273-278.

40. Силантьев С.А., Левский Л.К., Аракелянц М.Н.и др. Возраст магматических и метаморфических событий в САХ: интерпретация данных изотопного K-Ar датирования //Российский журнал наук о Земле. Т. 2. № 3. 2000. C. 269-278.

41. Симонов В.А., Колобов В.Ю., Ковязин С.В. Петрохимические особенности базальтовых магм в районе тройного сочленения Буве // Геология и геофизика. 1996. Т. 37. № 2. С. 86-96.

42. Симонов В.А., Пейве А.А., Колобов В.Ю., Тикунов Ю.В. Геохимия и геодинамика базитов в районе тройного сочленения Буве, Южная Атлантика // Петрология. 2000. Т. 8. № 1. С. 43-58.

43. Сущевская Н.М., Беляцкий Б.В. Влияние глубинных плюмов на магматизм Индийского и Атлантического океанов // Мантийные плюмы и металлогения. Мат-лы. междунар. симп. Петрозаводск, М.: «ПРОБЕЛ-2000», 2002. С. 246-248.

44. Тектоника Урала: Объяснительная записка к тектонической карте Урала масштаба 1:1000 000 / А.В. Пейве, С.Н. Иванов, В.М. Нечеухин и др. М.: Наука, 1977. 120 с.

45. Трухалев А.И., Погребицкий Ю.Е., Беляцкий Б.В. и др. Древние породы в Срединно-Атлантическом хребте // Отечественная геология. 1993. № 11. С. 81-89.

46. Ферштатер Г.Б., Беа Ф. Геохимическая типизация уральских офиолитов // Геохимия. 1996. № 3. С. 195-218.

47. Хаин В.Е. Основные проблемы аовременной геологии. М.: Наука, 1994. 521 с.

48. Юриш В.В., Юриш З.А., Тимофеев Ю.И. Океанический вулканизм и колчеданообразование Западных Мугоджар // Вулканизм и геодинамика: Мат-лы II Всерос. симп. по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2003. С. 158-164.

49. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Кузьмин В.И. Северо-Азиатский суперплюм в фанерозое: магматизм и глубинная геодинамика // Геотектоника. 2000. № 5. С. 3-29.

50. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И. Глубинная геодинамика, мантийные плюмы и их роль в формировании Центрально-Азиатского складчатого пояса // Петрология. 2003. Т. 11. № 6. С. 556-586.

51. Sun S-s, McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts implication for mantle composition and processes // Magmatism in the ocean basins. Geol. Soc. Spec. Publ. 1989. № 42. P. 313-345.