Особенности вулканизма и геодинамика области тройного сочленения Буве

Рефераты по географии » 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 54o 30 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 53o 20 ю.ш. и 54o 55 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 54o 32 ю.ш. 5o 50 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.

Петрография и минералогия вулканитов и их пространственное распространение

В пределах Африкано-Антарктического хребта базальты и их более кислые дериваты получены из рифтовой долины к юго-востоку от разлома Буве и с ближайших к ней рифтовых гор с бортов разлома Буве а также с хребта Шписс.

На хребте Шписс опробована крупная вулканическая постройка в привершинной кальдерной (станции G9611 и G9612) и в нижней части ее склона (станция G9613) также получены образцы с нескольких более мелких вулканов (рис. 1 табл. 1). Два из них располагаются на одной линии по обе стороны от кальдеры Шписс (на западе - станция G9614 на востоке - станция G9616) и возможно маркируют разломную зону. К северу от кальдеры в осевой части хребта Шписс изучен побочный вулкан (станция G9615). Поднятые образцы отличаются прежде всего тем что среди них преобладают сильно пористые разности. Вулканиты с пористостью около 10-15% в виде фрагментов пиллоу встречены на станции G9615. Более пористые разности (20-50%) образуют пиллоу причудливой уплощенной формы с несколькими зонами закалки внутри пиллоу с многочисленными крупными пустотами а также являются фрагментами кровлевой части лавовых потоков типа пахое-хое. Они обладают отчетливой флюидальной текстурой обусловленной субпараллельным расположением вытянутых везикул и распространены главным образом в прикальдерной части вулкана. Наиболее пористые образования (до 80%) встречены в виде угловатых обломков небольших размеров (до 8-10 см) и представляют собой вулканический шлак. При разламывании они издают запах сероводорода.

Наименее пористые базальты (2-3%) драгированы в нижней части крупного вулкана (станция G9613). Таким образом отчетливо проявляется зависимость пористости вулканитов слагающих пиллоу и лавовые потоки от их гипсометрического положения: чем выше по склону расположены базальты тем больше их пористость.

Среди поднятых вулканитов преобладают афировые разности часть из них содержит небольшое количество как правило не более 1% вкрапленников плагиоклаза оливина и клинопироксена. С помощью микрозонда изучены составы единичных зерен плагиоклаза: An66 в образце G9614/27 клинопироксена: Fs20 в образце G9612/30 и оливина: Fo86 в образце G9616/4 (табл. 2 3 4).

Структура основной массы изученных вулканитов отличается как правило плохой степенью раскристаллизации и состоит из мелких микролитов плагиоклаза состава An 42-48 (табл. 2) клинопироксена иногда окрашенного в розоватый цвет и рудного минерала. Для сильно пористых разностей слагающих шлаки и кровлевые участки лавовых потоков свойственна гиаломелановая структура основной массы характеризующаяся обильным выделением тончайших кристаллитов рудного минерала в слабо раскристаллизованном матриксе.

Степень изменения вулканитов хребта Шписс находится в определенной зависимости от их текстурно-структурных особенностей. Слабо и умеренно пористые разности имеют свежий облик в них отмечается лишь небольшое количество глауконита (табл. 5) частично заполняющего везикулы в пределах зоны темного гало развитого вдоль трещин контракции пиллоу. Сильно пористые разности часто имеют красный цвет в силу обильного осаждения в них окислов и гидроокислов железа. В некоторых окисленных образцах наблюдаются также весьма специфические новообразования дающие тонкодисперсные выделения желтого цвета на поверхности отдельных везикул. Это полиминеральный агрегат состоящий из очень мелких (~1 мк) плохо раскристаллизованных зерен что затрудняет определение их состава. В табл. 5 приведены наиболее корректные результаты микрозондового анализа этих новообразований. Они наиболее близки к клинопироксену и ортоклазу. Новообразования подобного вида и близкого состава описаны среди молодых наземных базальтов как продукты пневматолитового метасоматоза [Сколотнев 1984].

Имеются также очень сильно измененные вулканиты преобразование которых происходило в пределах термальных площадок. В образце G9612/30 широко развит палагонит по стеклу в образцах G9612/29 34 - агрегаты цеолита и барита в образце G9614/35 стекло замещается нонтронитом (табл. 5).

Таким образом анализ текстурно-структурных особенностей вулканитов хребта Шписс позволяет предположить что в ходе становления этого хребта типичные подводные излияния пиллоу лав при наращивании конуса вулканической постройки сменялись излияниями менее вязких лав дающих при застывании сильно пористые вулканиты формирующиеся в сильно окислительной обстановке. Вероятно что раньше часть кальдеры Шписс выступала над поверхностью океана о чем свидетельствуют продукты пневматолитового метасоматоза и гиаломелановая структура основной массы. В результате активной поствулканической деятельности в прикальдерной части происходили окисление и гидротермальные изменения шлаков и базальтов.

Петрографическая характеристика вулканитов с сегмента АфАХ расположенного юго-восточнее разлома Буве из рифтовой долины (станции S1815-17 22-27 30 31 36 37) с флангов хребта (станции S1828 29 32 33 35 40-44) и со склонов поднятия острова Буве (станции S1813 14 19-21) приведена в предыдущих работах [Пейве и др. 1995]. Важно подчеркнуть следующее. Каменный материал поднятый со склона поднятия близок к таковому полученному со склонов кальдеры Шписс. Существенным отличием является наличие большого объема гальки в форме которой подняты вулканиты а также сравнительно большое количество метабазальтов (обр. S1814/51-56 S1821/31) с хлоритом и с сульфидами. Последний факт свидетельствует о том что поднятие острова Буве имеет тектоно-вулканическую природу. Среди базальтов поднятых из рифтовой долины преобладают умеренно и слабо пористые разности. Там где рифтовая долина пересекает поднятие острова Буве возрастает роль окатанного материала и сильно пористых вулканитов. Разнообразие фланговых базальтов в целом совпадает с таковым для рифтовой долины но среди них больше измененных пород.

Страницы: 1 2 3 4 5 6