Имеющиеся данные о наличии ультрабазитовых маркирующих горизонтов среди габброидов, обратной зональности в плагиоклазах и двух компактных максимумов составов пироксенов, различия в характере платинометальной минерализации, очевидно, свидетельствуют о том, что формирование интрузива происходило за счет неоднократного внедрения новых порций расплава в кристаллизующуюся камеру. Об этом же свидетельствует также характер распределения РЗЭ в породах ультраосновной и габброидной частей разрезов, указывающий на невозможность происхождения габброидов за счет дифференциации магмы, сформировавшей ультраосновную зону (рис. 4). Таким образом, здесь можно выделить по крайней мере два типа (группы) магм – ультрамафитовую и обогащенную глиноземом мафитовую, характерных для раннепротерозойской кремнеземистой высокомагнезиальной (бонинитоподобной) серии. Судя по изотопным данным, в формировании базитовых расплавов существенную роль играли породы нижней коры.
Интересно, что двум типам магм, образовавшимся в камере интрузива, соответствуют два типа магматических зон (серий): ультраосновная и основная. Первая (нижняя) по характеру оруденения, связанного с тугоплавкими платиноидами Главного хромитового горизонта, весьма напоминает оруденение классического плутона Бушвельд. Вторая (верхняя) содержит платиново-палладиевое оруденение, связанное с бедной сульфидной вкрапленностью, близкое к типу массива Стиллуотер. Таким образом, в одном Бураковском массиве совмещаются как бы два типа рудообразования, характерных для двух различных и весьма удаленных интрузивов (Ю. Африка и Сев. Америка).
Бураковский интрузив является типичным магматическим образованием кратонной стадии (2,5–2,2 млрд. лет назад). К этому времени земная кора повсеместно стабилизировалась, и типичный для раннего докембрия тип плюмтектоники продолжился в условиях консолидированной литосферы. Это привело к широкому распространению роев даек и крупных расслоенных интрузивов на всех докембрийских щитах (их около 30 только на Балтийском щите; в том числе Мончегорский, Панских-Федоровых тундр, Луккулайсваара, Бураковский и др.) и к смене типа магматической активности – от коматиит-базальтовых серий архея к бонинитоподобным сериям палеопротерозоя.
В 150–200 км к северу от Бураковского интрузива расположен пояс раннепротерозойских вулканитов – так называемый Ветреный пояс. Это бесполевошпатовые высокотитанистые эффузивы, близкие к пикритам, которые имеют идентичный с Бураковским массивом возраст (2,4 млрд. лет) и очень близкие показатели по изотопии (рис. 5), в частности, по величине отрицательного Nd и распределению редких земель (Пухтель и др., 1995).
Сходство геологической позиции, возраста и изотопно-геохимических показателей эффузивов Ветреного пояса и Бураковского массива позволяют уверенно говорить о происхождении их родоначальных магм из мантии одинакового состава и одинаковой последующей эволюции, включая контаминацию коровым материалом. Таким образом, валовый состав и геохимия лавовых пород Ветреного пояса демонстрируют нам состав магмы Бураковского массива до ее внутрикамерной дифференциации и расщепления на кальциевую основную ветвь и ветвь ультраосновную.
Мезозойский срез
Идея коррелятивной связи магматизма и геодинамики и соответствующий методический подход дали оригинальные и важные результаты при изучении калиевой ветви ультраосновного магматизма Алданского щита в юре и раннем мелу.
На рис. 6 приведена диаграмма Nd–87 Sr/86 Sr для мировых типов ультракалиевых магматитов и для таковых Центрально-Алданского региона. На диаграмме нанесены поля составов ультракалиевых и калиевых пород с одной стороны Италии, Африки, Западной Австралии, с другой – палеозойских и мезозойских вулканитов и плутонитов Алдана и кайнозойских пород Запада США.
Эти две группы пород образуют два различных петро-геохимических тренда. Первый отличается пологим наклоном, отражающим главное увеличение стронциевого отношения и в конечном счете существенное обогащение им. Величина Nd возрастает от нейтральной нулевой до –16. Максимальные величины стронция и неодима отвечают аномальной мантии (EMII), являвшейся источником соответствующих расплавов.
Второй тренд, охватывающий поля составов пород Запада США (кайнозой), Ц. Алдана (мезозой) и палеозойского массива Сакун, имеет более крутой наклон и величина eNd в нем достигает необычно низкого отрицательного значения –28. В то же время стронциевые отношения не превышают величину 0,704–0,709. Эти породы являются дериватами мантийного источника ЕMI. Составы со столь низкими величинами Nd не обнаружены нигде среди коровых магматических пород континентов, поэтому модель корового обогащения и изменения геохимического профиля данных пород недостаточна для объяснения их специфики. Ее надо связывать исключительно с обогащением самой мантии ЕMI, послужившей источником щелочных магматитов, например, вследствие процессов мантийного метасоматоза.
Когда возникла аномальная мантия ЕMI и, следовательно, источник мезозойских калиевых пород Центрального Алдана? Расчет модельного возраста, который позволяет оценить время формирования регионального мантийного источника, показал величину 2,4 млрд. лет. Докембрийский возраст источника подтверждают также значительные отрицательные величины Nd, высокие концентрации бария и его отношения к La и Rb.
Видимо, это тот временной интервал, когда могла происходить метасоматическая переработка мантии в исследуемом регионе, сопровождавшаяся обогащением ее LILE компонентами (K, Ba, Rb, Cs). Как раз для этого интервала докембрийской истории Алданского щита отмечались эпохи термотектогенеза, связанных с воздействием на земную кору глубинных тепловых и флюидных потоков. Возможно, термотектогенез в земной коре взаимосвязан с мантийным метасоматозом, ответственным за формирование источников калиевых магм. Это разноглубинные явления изменения древней литосферы в раннем протерозое.
Но возраст самого калиевого магматизма Ц. Алдана фиксирован очень точно в интервале 160–120 млн. лет (J1 –K1 ), в том числе и изохронным Rb-Sr методом (Кононова и др., 1994).
Таким образом, при любых допустимых погрешностях в датировке магматических событий несомненным и обязательным становится вывод о двух этапах, ответственных за специфику калиевого магматизма в регионе. Первый этап (докембрийский) – подготовка субстрата в виде особой разновидности обогащенной мантии. Второй этап (мезозойский) – возникновение магматического очага и образование плутонитов и вулканитов специфического состава. Интервал между ними определяется в 1,5–2,0 млрд. лет.
Какие процессы могут нести ответственность за оба события? Высокие концентрации K, Ba, Rb, Cs в обогащенной мантии свидетельствуют о коровом происхождении метасоматических флюидов. Механизм поступления их в мантийные глубины, видимо, связан с процессами субдукции (Кононова и др., 1995).
Выше отмечалось некоторое сходство зеленокаменных поясов Карелии и их размещения в пространстве с островными дугами. М.З. Глуховский (1990) отмечает наличие таких же «трогов» – островных дуг, обрамляющих Ц. Алдан с запада и юга. Он допускает при этом, что на границе их с сиалическими ядрами могли возникать условия, сходные с тектогенезом в зонах субдукции или коллизий. По данным глубинной сейсмотомографии установлено, что Центральный Алдан со всех сторон ограничивается открытыми коро-мантийными разломами, которые образуют тектоносферную воронку. Эти «наклонные палеозоны» по В.А. Абрамову (1993) напоминают зоны Беньофа, по которым и проходило, видимо, затягивание, субдукция корового материала в мантийные глубины.
Исследования показали, что по распределению REE и некогерентных элементов калиевые основные и ультраосновные породы различных регионов тяготеют к различным вулканическим дугам. При этом породы Ц. Алдана более соответствуют вулканитам окраинно-континентальных дуг, а Италии и Индонезии – породам постколлизионных дуг.
В мезозое зона субдукции располагалась в 500–600 км от ареала калиевого магматизма в Центральном Алдане, в зоне сближения Амурского блока с юго-западной частью Сибирской платформы. В конце раннего мела это сближение завершилось коллизией. По-видимому, несколько импульсов сжатия и локального растяжения имели место в связи с этими геодинамическими процессами и в Ц. Алдане как форма отраженной активизации. Образовавшиеся при этом разломы открывались на различных глубинах, доставляя к поверхности разные по составу щелочные расплавы.
Разность источников для магм кайнозоя Запада США и Ц. Алдана с одной стороны и для Африки, Италии, Зап. Австралии с другой свидетельствует о латеральной неоднородности верхней мантии, установленной петрологическими исследованиями.
Кайнозойский срез
Исследования связи магматизма и геодинамики на новейшем отрезке геологической истории приобретают еще один важный аспект – раскрывают связь магматизма с природной средой и открывают возможности экологического прогноза в этой области.
Территория развития кайнозойских платобазальтов Сирии расположена на северо-востоке Красноморской рифтовой области и характеризуется двумя уникальными геологическими структурами: внутриплитной складчатой зоной Пальмирид и континентальным Левантским (Мертвого моря) трансформным разломом, прослеживающимся от залива Акаба Красного моря до складчатых сооружений Тавра. Развитые здесь базальты на юге, с одной стороны, входят в состав огромного Сирийско-Иорданского лавового плато, а с другой – приурочены к трансформному разлому. Они являются типичными внутриплитными образованиями, характерными для мантийных плюмов (горячих точек).
Магматическая активность в регионе началась в раннем миоцене, 25 млн. лет назад, одновременно с раскрытием Красного моря, и продолжается практически до сих пор – последние извержения здесь наблюдались около 300 лет назад. Проведенное изучение показало, что здесь происходит активное механическое взаимодействие астеносферного диапира с земной корой, причем последняя отнюдь не является пассивным участником процесса. Так, например, формирование Пальмирид, обусловленное деформациями земной коры Аравийской плиты в процессе ее движения на север, привело к прекращению вулканизма на участке их развития и его резкому усилению к северу и югу от него. Очевидно, это связано с погружением корней структуры Пальмирид в кровлю астеносферы и прекращением здесь магмообразования. По мере развития Пальмирид происходило постепенное перетекание астеносферного вещества к северу и востоку от Пальмирид, обеспечивших миграцию магматической активности на север и на восток. К югу от Пальмирид такой перестройки рельефа кровли астеносферы не происходило, и извержения здесь с небольшими перерывами продолжались на протяжение 20 млн. лет.
Появлению Левантского разлома предшествовала рассредоточенная вулканическая деятельность в раннем-среднем миоцене. Сам разлом образовался в позднем миоцене, 5–6 млн. лет назад. И только после этого стали формироваться лавовые плато, уже контролируемые структурой разлома.
Обращает на себя внимание наличие новейшего вулканизма в пределах грабенов вдоль оси Левантского разлома (Эль-Габ, Тибериадское озеро, Мертвое море). Это свидетельствует о наличии под ними локальных выступов кровли астеносферного диапира, за счет растекания которых и образовались сами грабены, обязанные своим происхождением как мантийному диапиризму, так и сдвиговым процессам вдоль Левантского разлома.
Таким образом, проведенное исследование показало, что области внутриплитного вулканизма периферии новообразующегося океана могут устойчиво существовать на протяжение не менее 25 млн. лет. При этом в их пределах происходит активное механическое взаимодействие кровли астеносферного диапира с земной корой, приводящее к закономерной миграции как вулканической, так и тектонической активности. Ведущую роль при этом играет астеносферный диапир, но деформации земной коры оказывают существенное влияние на формирование конкретных центров магматической активности.
Учитывая длительную (25 млн. лет) историю развития вулканизма в этом регионе в связи с его геодинамикой можно прогнозировать в будущем вулканический покой к северу от Пальмирид, в полях миоценовой активности, поскольку погружающиеся на север корни складчатых сооружений перекрыли здесь астеносферные очаги. На юге от Пальмирид в поле голоценового вулканического плато есть основания ожидать продолжения вулканической активности, поскольку глубинная ситуация и характер взаимодействия астеносферы и литосферы здесь не изменяется. т.е. экологическая угроза сохраняется.
Пример еще более локального прогноза экологических последствий современного вулканизма дает комплексное (геодинамическое, магматологическое, изотопно-геохимическое, геофизическое и геотермическое) изучение вулкана Эльбрус в Северо-Кавказском регионе.
Вулкан Эльбрус, расположенный в густонаселенной части юга России на Северном Кавказе, считался потухшим. Его вулканическая постройка имеет в плане изометричную форму (диаметр основания до 18 км, а диаметр сохранившегося кратера восточной вершины до 250 м) и покрыта мощным ледниковым панцирем. В последнее время появились новые данные, позволившие пересмотреть эту точку зрения.
1. Под Эльбрусом выявлена отрицательная гравиметрическая аномалия, которая, вероятно, отражает наличие на глубине магматического очага вулкана с температурой не ниже 700 °С.
2. В Приэльбрусье были зарегистрированы землетрясения с частотой колебания 1–2 Гц и устойчивым присутствием на сейсмограммах интенсивной поверхностной волны (Хитаров и др., 1985), резко отличающимися по этим параметрам от землетрясений в других частях Северного Кавказа (5–6 Гц). Эти данные свидетельствуют, скорее всего, о наличии на глубине разуплотненного вещества. Выявленная в районе Эльбруса специфичная картина микросейсмичности обычно наблюдается в пределах вулканических полей действующих вулканов.
3. На существование под вулканом Эльбрус еще не остывшего магматического очага указывают: аномально высокая (4,8*10–5 кал/см2 сек) плотность теплового потока, более чем на порядок превышающая фоновый показатель для Северного Кавказа; наличие фумарольной деятельности и термальных минеральных источников.
Все вышеуказанные аномалии, выявленные в пределах Эльбрусского вулканического центра, практически совпадают с гравитационными минимумами – 80 мГл (Приэльбрусье) и – 100–120 мГл (Эльбрус, с экстремально низкой плотностью 2,1*103 кг/м3) на фоне гравитационного поля для Центрального Кавказа в –20–40 мГл, а также со знакопеременными магнитными аномалиями, (от –7 до +12,7*102 нТл), установленными в районе Эльбруса на фоне относительно спокойного магнитного поля (0–2 нТл) для Центрального Кавказа.
Проведенный нами анализ единичных, часто противоречивых, радиологических, палеомагнитных и геологических (соотношения с датированными моренами и периодами оледенений) данных говорит о том, что породы вулкана Эльбрус сформировались, по-видимому, в интервале от позднего плиоцена - раннего плейстоцена до голоцена при последних извержениях вулкана не древнее 3000 лет. Последние радиоуглеродные датировки указывают на очень молодой возраст пеплов, туфов и лав Эльбруса порядка 900–2500 лет (в печати).
Прогнозной оценкой возможной активности вулкана Эльбрус и были обусловлены те комплексные исследования, которые мы начали и собираемся проводить совместно с вулканологами Камчатки и США. На первом этапе исследований нами была составлена геологическая карта Эльбруса и проведен анализ динамических характеристик вулканизма Эльбрусского центра. Расчеты показали, что после первого полного цикла активности (нижний плейстоцен – верхи верхнего плейстоцена), с практическим прекращением вулканической активности в конце цикла, устанавливается резкое увеличение объемов изверженного материала в голоцене, что, возможно, может фиксировать начало следующего цикла активности, чего не наблюдается для вулкана Казбек.
Принципиальное значение для предсказания типа (спокойный или катастрофический) предполагаемых извержений имеют данные о происхождении родоначальных магм вулкана Эльбрус. В содружестве с лабораторией изотопной геохронологии ИГЕМ РАН были начаты комплексные исследования изотопных систем пород Эльбрусского центра. Вопреки существующим представлениям об исключительно коровой природе новейших лав Эльбрусского вулканического центра нами впервые установлена существенная роль мантийной компоненты в их первичных расплавах. На мантийную природу основной составляющей источника магм, давших новейшие лавы Эльбрусской области, указывают, в частности, изотопный состав неодима (Nd от +1,3 до –3,5), стронция (87 Sr/86 Sr = 0,70506–0,70590), отрицательная, близкая к мантийной, корреляция между 87 Sr/86 Sr и 143 Nd/144 Nd для лав Эльбрусского центра. Наш вывод подтверждается результатами измерений гелия в подземных флюидах Большого Кавказа, проведенных Б.Г. Поляком и др. (1996). Установлены максимальные значения примесей мантийного гелия в Приэльбрусье (3 He/4 He = 260*10–8 ) и особенно в районе вулкана (3 He/4 He от 360*10 –8 до 800*10 –8 ) при фоновых значениях для Северного Кавказа порядка 5–31*10–8 . Распределение же 3 He/4 He не прямо коррелируется с распределением плотности теплового потока, обусловленного разгрузкой тепломассопотока из мантии в кору. Выявлено, что наблюдаемая неоднородность изотопного и вещественного состава новейших вулканитов в пределах Эльбрусской вулканической области чаще всего связана с процессами контаминации исходных мантийных расплавов сиалическим коровым материалом. В пользу контаминации первично мантийного расплава коровым компонентом свидетельствуют, в частности, повышенные значения 18 О (6,8–7,5%) в лавах Эльбрусского комплекса
29-04-2015, 00:35