Особенности вулканизма и геодинамика области тройного сочленения Буве (стр. 7 из 10)

Хотя мы и объединили вулканиты острова Буве и хребта Шписс в единую серию, тем не менее между ними имеются различия. На вариационных диаграммах Na₂O, Al₂O₃, FeO

- FeO /MgO они образуют различные тренды параллельные друг другу, при этом концентрации Na₂O и FeO выше, а Al₂O₃ ниже в вулканитах хребта Шписс при тех же самых уровнях дифференциации. Это различие свидетельствует о разнице в условиях генерации первичных расплавов для хребта Шписс и для острова Буве.

На вариационных диаграммах, отображающих поведение элементов-примесей, вулканиты острова Буве имеют более высокие отношения Nb/Zr и Zr/Y, чем таковые хребта Шписс. Эта разница может быть обусловлена как различием в составе мантийного источника, так и процессами фракционной кристаллизации, так как анализировались в основном сильно дифференцированные разности. Некоторые различия между вулканитами Буве и Шписс следуют также из данных по их изотопии [Сущевская и др., 1999; Kurz et al., 1998]. Вулканиты острова Буве характеризуются довольно высокими содержаниями радиогенных изотопов стронция ( ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 0,70371) и свинца ( ²⁰⁶ Pb/²⁰⁴Pb 19,588), что резко отличает их от деплетированных базальтов, в частности, южного окончания САХ (соответственно 0,70323-0,70338 и 18,037-18,932). Вулканиты хребта Шписс имеют в основном низкие значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0,70329-0,70336) на уровне деплетированных MORB, хотя у отдельных образцов оно более высокое (0,70349), и промежуточные значения ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (19,010-19,244). В вулканитах острова Буве определены высокие значения радиоактивного гелия ( ³He/⁴He 12,4), которые уменьшаются по мере удаления от острова. Повышенные значения радиоактивного гелия в вулканитах острова Буве в совокупности с высокими содержаниями радиогенных изотопов стронция и свинца в них указывают на то, что их первичные расплавы связаны с плюмом глубинной обогащенной мантии. В то же время вулканиты хребта Шписс характеризуются очень низкими отношениями ³He/⁴He (2,15-7,44), в целом даже более низкими, чем в деплетированных базальтах САХ (7,11-7,66) [Kurz et al., 1998]. Таким образом, если следовать имеющимся представлениям о генетической роли изотопных и геохимических параметров, то невозможно предложить непротиворечивую модель образования вулканитов хребта Шписс. С одной стороны, содержания калия, фосфора, титана, ряда литофильных элементов-примесей в них близки к таковым в вулканитах острова Буве, плюмовая природа которых, как показано выше, подтверждается многими данными. С другой стороны, их изотопные характеристики отличаются. Изотопия стронция близка к деплетированным толеитам, изотопия свинца занимает промежуточное положение между деплетированными базальтами и вулканитами острова Буве, а для того чтобы объяснить очень низкие значения радиоактивного гелия необходимо предположение либо о разбавлении исходных расплавов компонентом, обогащенным радиогенным гелием, либо о ранней дегазации мантийного источника. В работе Н. М. Сущевской с соавторами [Сущевская и др., 1999] делается интересное предположение о том, что вулканиты хребта Шписс произошли в результате плавления метасоматизированной гетерогенной мантии, образовавшейся на более раннем этапе рифтогенеза. Возможность ее сохранения в современных осевых частях спрединговых хребтов следует из сложной геодинамики раскрытия этой части Южного океана. Привлечение метасоматизированной мантии в качестве магматического источника объясняет некоторую обогащенность вулканитов хребта Шписс радиогенными изотопами и низкие значения радиоактивного гелия. Хотя идея о возможности нахождения метасоматизированной мантии в данном регионе не вызывает возражений, все же имеется ряд, прежде всего, геологических фактов, не позволяющих полностью принять эту точку зрения. Хребет Шписс начал формироваться около 2-2,5 млн лет назад, а собственно сам вулкан Шписс около 1 млн лет назад, когда крайний отрезок АфАХ уже существовал, время начала его образования около 10 млн лет назад [Ligi et al., 1999]. На ранних этапах существования этого сегмента АфАХ в его осевой части изливались преимущественно деплетированные базальты, о чем свидетельствуют данные по составу базальтов станций G9620 и G9621, находящихся на западном фланге этого сегмента.

Между вулканитами хребта Шписс и острова Буве существует структурная близость. И те, и другие формируют мощные поднятия, венчающиеся крупными вулканическими постройками центрального типа, под которыми существуют обширные промежуточные магматические камеры. Время начала формирования вулканических построек приблизительно одинаковое. Привлекая этот дополнительный аргумент, мы склоняемся все же к представлению о том, что мантийным источником для первичных расплавов хребта Шписс служило вещество того же плюма, что и для расплавов острова Буве. Этот плюм поднимается к поверхности по двум основным каналами, соединяющимися на глубине. Поскольку канал, центрированный под хребтом Шписс, совпадает со спрединговым центром, то в данном случае происходит смешение обогащенных расплавов с истощенными расплавами, характерными для океанского рифтового вулканизма. В пользу реальности процесса смешения расплавов, образованных из плюмовых источников, с деплетированными N-MORB свидетельствует диаграмма соотношений Zr/Y-Zr/Nb (рис. 6). Из нее можно сделать вывод о том, что не только базальты хребта Шписс, но и обогащенные базальты из рифтовых долин САХ и АфАХ являются результатом смешения, представляя разную степень смешения этих конечных компонентов. В то же время очевидно, что процессы смешения имеют очень сложный характер и не укладываются в рамки простой модели, предложенной Дж. Шиллингом и др. [Shilling et al., 1985]. Действительно, в вулканитах хребта Шписс содержания одних элементов (калий, титан, фосфор, хром и др.) аналогичны таковым в плюмовых выплавках (вулканиты острова Буве), другие параметры (отношения несовместимых элементов-примесей, изотопов свинца) имеют промежуточные значения, наконец, отношения изотопов стронция и гелия близки к таковым в деплетированных расплавах. В обогащенных толеитах из рифтовой долины САХ, которые, как сказано выше, скорее всего, также являются результатом смешения расплавов из плюмового и истощенного источников, наблюдаются иные соотношения компонентов. В частности, от вулканитов хребта Шписс они отличаются меньшими концентрациями некогерентных литофильных элементов и натрия, но заметно большим содержанием магния, хрома, ванадия и скандия. Взаимодействие между плюмовым источником и источником истощенных базальтов не ограничивается только процессами смешения их расплавов. Более высокие концентрации Na₂O и FeO

в вулканитах хребта Шписс в сравнении с таковыми острова Буве свидетельствуют и об иных условиях частичного плавления. Не исключено, что именно с этими изменениями условий частичного плавления может быть связано вовлечение в процесс плавления метасоматизированной мантии, присутствие которой в данном районе предполагается в работе [Сущевская и др., 1999], чем можно объяснить низкие значения ³He/⁴He в вулканитах хребта Шписс.

Таким образом, учитывая то, что на диаграммах TiO₂, K₂O, P₂O₅ - FeO

/MgO вулканиты хребта Шписс и острова Буве образуют единый тренд дифференциации, с определенным приближением их можно объединить в единую вулканическую серию. В этот же тренд попадает часть базальтов из рифтовой долины АфАХ.

Однако немалая часть базальтов из рифтовой долины АфАХ составляет самостоятельную группу. Основным критерием для ее выделения послужил тот факт, что на вариационных диаграммах K₂O, P₂O₅ - FeO

/MgO (рис. 2, 3, 4) данные базальты образуют самостоятельные тренды с более высокими значениями K₂O и P₂O₅, чем у представителей вулканической серии острова Буве при тех же самых коэффициентах фракционирования. Обособление этого тренда могло быть также следствием занижения коэффициента фракционирования из-за пониженных концентраций железа или повышенных концентраций магния в рассматриваемых базальтах в сравнении с вулканитами острова Буве. Однако по концентрации магния они не отличаются, а железо, напротив, имеет более высокие значения в базальтах данной группы и, следовательно, повышенные концентрации фосфора и калия отражают особенности состава первичных расплавов. Другим принципиальным отличием базальтов этой группы от вулканитов острова Буве являются существенно более высокие концентрации хрома в первых. Такие индикаторные отношения элементов-примесей как Nb/Zr и La/Sm у них близки к таковым у базальтов хребта Шписс. Данные по изотопии базальтов из рифтовой долины этого сегмента АфАХ в целом [Kurz et al., 1998] показывают сравнительно высокие содержания радиогенных изотопов стронция ( ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 0,70322-0,70378), свинца ( ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb 19,287-19,343) и радиоактивного гелия ( ³He/⁴He 8,1-12,9), приближающихся к таковым у базальтов с острова Буве. Поэтому было бы логично объяснить происхождение этих базальтов смешением расплавов, продуцируемых плюмом глубинной мантии, центрированным под островом Буве, и расплавов, генерированных в истощенной мантии. Но в таком случае необходимо выяснить, каким образом их первичные расплавы были дополнительно обогащены калием и фосфором.

Для понимания природы этих исходных расплавов важно вспомнить, что помимо рифтовой долины АфАХ базальты, близкие по составу к рассматриваемым базальтам, встречены на линейном поднятии между вулканами Шписс и Буве, а также в Восточной области дислокаций, то есть в пределах внутриплитных структур вулкано-тектонического происхождения. Встреченные там базальты, принадлежащие к этой группе, нередко имеют аномально высокие концентрации хрома. Наши предположения заключаются в следующем. От двух основных каналов плюма глубинной мантии, локализованных под вулканами Буве и Шписс, происходит подлитосферное растекание вещества, при этом последнее более обогащено флюидами. О возможности флюидно-мантийной дифференциации вещества поднимающегося плюма свидетельствуют данные о высоком содержании воды в первичных расплавах вулканитов хребта Шписс и острова Буве [Simonov et al., 1996], при этом при равной степени дифференциации содержание воды в базальтах рифтовой долины вблизи острова Буве существенно больше, чем таковое в гавайитах с самого острова Буве. Флюиды, по отношению к которым калий и фосфор обладают повышенным сродством, дополнительно обогащают растекающееся вещество плюмов этими элементами. Эти плюмовые дериваты могут выступать в качестве магматических источников при благоприятных условиях проницаемости: в рифтовых долинах и в зонах интенсивных внутриплитных тектонических движений. При взаимодействии образующихся расплавов, насыщенных флюидами, с веществом верхней мантии, они обогащаются хромом. В реститах широко распространена хромистая шпинель, а как показано в работе [Seyler and Bonatti, 1997], она наиболее подвержена изменениям состава при взаимодействии с основными расплавами. Процесс обогащения хромом носит очень неравномерный характер, что естественно, учитывая, что шпинель в реститах распространена неравномерно.