В. А. Симонов

Институт геологии ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск simonov@uiggm.nsc.ru

 

 

Отличительной особенностью данного курса является то, что его основой являются последние результаты исследований коллекций образцов, собранных при участии автора во время многочисленных экспедиций в Атлантическом и Тихом океанах. Значительный объем информации, предлагаемой студентам, получен в результате обработки уникальных образцов, поднятых со дна океана с помощью глубоководных обитаемых аппаратов “Мир”. Сравнительный анализ оригинальных данных по современным и древним океаническим структурам дает возможность студентам выработать оптимальный подход к выяснению особенностей эволюции складчатых структур.

В данном сообщении приводятся некоторые наиболее интересные результаты исследований магматических и гидротермальных процессов в срединно-океанических хребтах, проведенных в последние годы с использованием анализа расплавных и флюидных включений в минералах.

Магматические процессы в срединно-океанических хребтах детально рассмотрены на примере Центральной Атлантики (зоны трансформных разломов 15° 20¢ , Вима, Сьерра-Леоне). Большое значение для выяснения физико-химических параметров магматических систем имеет анализ расплавных включений в минералах. При этом используются включения не только в фенокристах, но и в микролитах минералов, где стекло занимает до 30–40 % объема кристаллика.

В зоне разлома 15° 20¢ в результате морских экспедиционных работ 1990–1992 гг. удалось расшифровать особенности геодинамических и магматических процессов, выделив среди них основные: 1 – движение литосферных плит; 2 – относительные движения по разлому; 3 – конвективное течение в астеносфере; 4 – валиковые течения в астеносфере; 5 – подъем нормальных магм типа N-MORB; 6 – подъем обогащенных расплавов типа E-MORB [8].

Уникальным объектом для выяснения эволюции магматизма срединно-океанических хребтов является район трансформного разлома Вима (10.5–11° с. ш.). Во время 19-го (1998 г.) и 22-го (2000 г.) рейсов НИС “Академик Николай Страхов” при участии автора были проведены исследования практически всей активной части разлома [9, 10]. Для выяснения эволюции магматических систем во времени изучены образцы, отобранные вдоль южного борта разломного трога. Особенности глубинных расплавов рассмотрены при исследовании базальтовых стекол и расплавных включений в минералах. Оценки возраста пород были проведены на основе Ar/Ar датирования и данных по скорости спрединга. Определены следующие значения возраста магматических ассоциаций различных станций, расположенных последовательно с запада на восток: S1920 – около 27 млн лет, S1901 – 18.5 млн лет, S1934 – 13 млн лет, S2215 – 9 млн лет, S2204 – 3.5 млн лет. Исследования показали, что температуры гомогенизации расплавных включений в плагиоклазах варьируют для разных станций:
S1920 – 1160–1180 ° С, S1934 – 1215–1260 ° С, S2215 – 1230–1270 ° С, S2204 – 1250–1275 ° С, Ve19 – 1245–1260 ° С. Включения в клинопироксене (станция S1901) становятся полностью гомогенными при температурах 1245–1260 ° С, а в оливине (станция S2215) – при 1280–1300 °С. Сравнительный анализ полученных по включениям данных выявил отчетливые изменения магматических систем во времени в зоне разлома Вима. В период с 27 до 13 млн лет происходило закономерное изменение основных характеристик магматических систем с последовательным ростом температур кристаллизации от 1160–1180 ° С до 1215–1260 ° С, падением степени фракционирования от 1.8–2.5 до 0.8–1.1 и содержаний титана (от 0.95–1.97 до 0.53–1.06 мас. %). Около 10–12 млн лет тому назад существенно изменился характер расплавов. Примерно с 9 млн лет до настоящего времени магматические системы обладают достаточно высокими и устойчивыми температурами (1230–1275 ° С). Составы расплавов изменяются с резким ростом в период 10–12 млн лет таких важных характеристик, как FeO/MgO и TiO₂ и последующим достаточно равномерным снижением их значений до настоящего времени. Фактически с 9–10 млн лет начинается новый цикл развития магматических систем с таким же закономерным изменением характеристик, как в предыдущий период, но на более высокотемпературном уровне. Таким образом, просматривается явная периодичность развития магматических систем в зоне разлома Вима. Оценки условий плавления мантии с образованием первичных расплавов, проведенные на основе данных по включениям, показали, что максимальные параметры с вариациями глубин (35–85 км) и температур (1300–1500° С) характерны для древних магматических систем станции S1920. Далее, в период от 27 до 13 млн лет, параметры генерации глубинных расплавов закономерно изменяются с уменьшением максимальных глубин от 85 до 57 км и температур от 1500 до 1400 ° С. Около 10–12 млн лет происходил резкий скачок условий плавления мантии (рост глубин до 70 км и температур до 1430 ° С) и с последующими (от 9 млн лет до настоящего времени) снижениями параметров (от 70 до 38–45 км и от 1430 до 1280–1330 ° С).

Район трансформного разлома Сьерра-Леоне (6° –6° 20¢ ) в Центральной Атлантике привлек особое внимание после того, как в 2000 г. в ходе 22-го рейса НИС “Академик Николай Страхов” здесь были обнаружены проявления гидротермальной активности и сульфидной минерализации [5, 6]. В результате проведенных исследований, главным образом, с помощью анализа расплавных включений, оказалось возможным установить некоторые геохимические особенности магматических систем в районе трансформного разлома Сьерра-Леоне. Исследования расплавных включений, базальтовых стекол и базальтов показали, что по петрохимии, геохимии редких, редкоземельных элементов и воды в районе разлома Сьерра-Леоне преобладают нормальные магматические системы срединно-океанических хребтов типа N-MORB. В то же время для отдельных участков с рудной минерализацией, располагающихся непосредственно рядом с разломными трогами, устанавливаются свои характерные особенности магматических процессов. Среди преобладающих низкокалиевых и сухих базальтовых магм типа N-MORB района Сьерра-Леоне в участках пересечения рифта САХ трогами разломов выделяются расплавы, обогащенные водой и редкими элементами, что связано, скорее всего, с влиянием процессов развития трансформных разломов, накладывающихся на более глобальные магматические процессы в САХ. Сравнительный анализ данных по составам расплавных включений в оливинах и плагиоклазах с характеристиками базальтов и базальтовых стекол свидетельствует, что эволюция глубинных расплавов рифтовой зоны САХ в районе Сьерра-Леоне при их подъеме идет согласно тренду N-MORB с ростом железистости и с незначительным накоплением щелочей. В то же время для “рудного” участка станции S2234 данная эволюция более соответствует тренду E-MORB. Анализ расплавных включений в оливинах из базальтовых порфиритов станции S2238 показал, что глубинные магмы рифтовой зоны САХ в районе трансформного разлома Сьерра-Леоне, формируясь на глубинах 50–60 км, имели достаточно высокие начальные температуры кристаллизации – 1275–1345 ° С.

Гидротермальные процессы в срединно-океанических хребтах рассмотрены на примере гидротермальной деятельности в районах трансформных разломов Сьерра-Леоне и 15° 20¢ . Основное внимание при исследовании физико-химических условий гидротермальных систем было уделено анализу флюидных включений в минералах.

Для выяснения физико-химических параметров гидротермальных процессов в районе трансформного разлома Сьерра-Леоне (Центральная Атлантика) были исследованы образцы с сульфидной минерализацией, поднятые в 2001 г. во время 10-го рейса НИС “Академик Иоффе” [4]. Включения были найдены как в клиноцоизите и в эпидоте из основной массы, так и в микрокристалликах этих минералов из пустот в образцах драгировочной станции I1032. Криометрические исследования флюидных включений в клиноцоизите показали, что в растворах включений преобладает NaCl с добавкой KCl. Концентрации солей составляют 4.6–6.5 мас. %. По данным термометрии температуры гомогенизации включений составляют 172–238 ° С.
С учетом поправки на давление, температуры образования клиноцоизита – 202–270 ° С. Для включений в эпидоте установлены близкие к данным по клиноцоизиту параметры растворов: в составе растворов преобладает NaCl с примесью KCl, концентрации солей 5.7–6.0 мас. %, температуры кристаллизации – 168–280 ° С. Полученная информация по флюидным включениям показывает, что эпидот и клиноцоизит начали кристаллизоваться фактически одновременно при 270–280 ° С, ниже 200 ° С формировался, преимущественно, эпидот. При этом минералы основной массы более высокотемпературные (200–280 ° С), чем кристаллиты в микропустотах (165–196 ° С). В целом, статистически значимые данные по флюидным включениям в клиноцоизите свидетельствуют о том, что гидротермальные растворы, приведшие к формированию ассоциации с сульфидной минерализацией станции I1032, по своей солености практически аналогичны другим рудообразующим системам Срединно-Атлантического хребта, а по температурным характеристикам наиболее близки рудам поля Рейнбоу. Учитывая преобладание габброидов среди пород, поднятых на станции, в данном случае была опробована, в основном, глубинная часть разреза океанической коры. Подобная ситуация отмечается и для расположенной несколько севернее в районе разлома Сьерра-Леоне “рудной” станции S2234 [5]. Таким образом, оба обнаруженных в последнее время в районе Сьерра-Леоне проявления сульфидной минерализации связаны с внутрикоровыми процессами. В связи с этим, сульфидное оруденение формируется не совместно с ангидритом, баритом и другими минералами “черных курильщиков”, а в ассоциации с амфиболами, клиноцоизитом и эпидотом.

За последние годы в районе трансформного разлома 15° 20¢ удалось исследовать два типа гидротермальных систем, расположенных фактически на одной широте и приуроченных к южному разрезу, где развиты аномально обогащенные магмы типа E–MORB [8] – подножие западного борта рифтовой долины САХ (станция А9-25Д)
и гидротермальное поле Логачев на уступе восточного борта долины.

Исследования флюидных включений в минералах из интрузивных пород станции А9-25Д в зоне трансформного разлома 15° 20¢ показали активное развитие гидротермальных процессов с достаточно высокими параметрами: преобладающие температуры 335–375 ° С, редко до 405 ° С, давление от 400 до 510–960 бар. Установлен сложный многокомпонентный состав гидротермальных растворов. Присутствуют обычные для морской воды соли натрия и магния, наблюдаются также более характерные для гидротермального флюида соли кальция и калия, и, возможно, соли железа. Все это свидетельствует о формировании рассмотренных гидротермальных систем в сложных процессах преобразования морской воды и ее смешения с магматогенными флюидами. Концентрации солей в гидротермальных растворах, судя по результатам изучения флюидных включений, превышают соленость морской воды и большинства активно действующих гидротерм на дне океана, достигая 8–19 % и даже 38–48 %, приближаясь фактически к расплавам-рассолам. Причиной подобной ситуации является, по всей вероятности, близость рассмотренных гидротермальных образований к действующим магматическим очагам, служившим в определенной мере источниками высококонцентрированных рассолов. В целом, приведенные выше материалы показывают явное влияние эндогенных магматических источников при образовании высококонцентрированных гидротермальных растворов в зоне разлома 15° 20¢ . В то же время составы гидротерм, определенные по флюидным включениям, свидетельствуют и об участии морской воды.
Таким образом, рассмотренные гидротермальные системы станции А9-25Д функционировали, скорее всего, в эндогенных условиях вблизи действующих магматических камер с расплавами, обогащенными флюидными компонентами, которые смешивались с поступающей морской водой и создавали высококонцентрированные гидротермальные растворы [8].

В 1995 г. во время рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш” в ходе погружений ГОА “Мир” были опробованы рудные постройки “черных курильщиков” гидротермального поля Логачев [1, 2]. Исследования поднятых во время этой экспедиции образцов дали возможность провести анализ флюидных включений в минералах сульфидных руд [3, 7]. Рассматривая результаты исследования флюидных включений в ангидрите из рудных образцов поля Логачев, видно, что, в отличие от гидротермальных систем станции А9-25Д, содержания солей в растворах имеют только один локальный диапазон (4–6 мас. %), близкий к солености морской воды. Выделяются два интервала температур гомогенизации включений (240–270 ° С и 280–300 ° С), в то время как для станции А9-25Д характерно большее разнообразие, и преобладают более высокотемпературные растворы. По соотношению температур гомогенизации и солености выделяются две группы с преобладанием включений c соленостью 4.5–6.7 % и температурами 248–274 ° С. Более локальна группа включений с температурами гомогенизации до 302 ° С. Обе группы резко отличаются от флюидных включений в минералах пород станции А9-25Д.
С учетом поправки на давление преобладающие температуры кристаллизации ангидрита из “черных курильщиков” поля Логачев составляют 270–322 ° С до 353 ° С.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты №№ 02-05-64046, 05-05-64380) и интеграционного проекта совместных фундаментальных исследований ученых Сибирского и Уральского отделений РАН.

 

Литература