Вік магматичних та метаморфічних подій у САХ інтерпретація даних ізотопного K-Ar
М. М. Аракелянц, В. А. Лебедєв(Інститут геології рудних родовищ, петрографії, мінералогії та геохімії РАН)
H. Bougault(IFREMER, Брест, Франція)
M. Cannat(Universite Pierre et Marie Curie (Paris 6), Париж, Франція)
Опубліковано: "український журнал наук про землю"Том 2, N 3, Грудень 2000
5. Інтерпретація даних ізотопного датування
Результати проведеного дослідження дозволяють зробити низку принципових висновків, що мають пряме відношення до сформульованої раніше проблеми речової неоднорідності будови океанічної літосфери в гребеневій зоні САХ в районі 13-17 o пн.ш. [Silantyev,1998;Silantyev et al.,1995] і свідчать про можливу вікову неоднорідність океанічного субстрату, виявлену поблизу осі спредингу.
Дані, наведені у табл. 1 вказують на можливість існування вікової асиметрії в однотипних комплексах порід, що складають протилежні борти рифтової долини САХ між 15 і 16 o пн.ш. (Рис. 1). Результати датування демонструють, що вік гнейсоподібних габро східного борту долини більш ніж удвічі перевищує вік габроїдів з тими ж речовими характеристиками із західного борту. У разі габроїдів, представлених зр. FR12-05, при обговоренні та інтерпретації отриманих результатів перевагу, очевидно, слід віддати вікової оцінки, отриманої для цього зразка в ІГЕМ РАН, як достовірнішою.
Оскільки магматичні та метаморфічні процеси, що беруть участь в акреції океанічної літосфери, судячи з петрологічними даними, протікають у масштабі геологічного часу майже одночасно [Silantyev,1998], важливо оцінити вплив цих процесів на K-Ar вікові оцінки.
У деяких зразках габроидів станції FR16 були зафіксовані магматичні контакти з грандоїмітового ряду, що рвуть їх гранітоїдами, що дозволяє розглядати останні як житлові утворення. Трондйоміти містять ксеноліти перекристалізованих габроїдів, а габро, що вміщають (у тому числі представлені обр. FR16-02) містять біотит, за складом ідентичний присутній в трондемітах. До цього слід додати, що біотит-містять гнейсовидні габро, також як трондеміти, що їх інтрудують, виявляють істотне збагачення ЛРЗЕ. Таким чином, є чіткі петрографічні та геохімічні свідчення високотемпературної перекристалізації габроїдів зі станції FR16 в результаті їх взаємодії з трондемітовим розплавом. У реконструкції головних етапів магматичної історії сегмента САХ, розташованого на північ від розломної зони 15 o 20 , трондеміти розглядаються як найпізніші магматичні утворення західного борту рифтової долини в цьому районі [Silantyev,1998]. Оскільки втрати аргону в кристалічному субстраті можуть бути обумовлені частковим плавленням і перекристалізацією, вікова оцінка, отримана для гнейсовидного габроїду станції FR16, можливо, відображає час магматичної взаємодії цієї породи з пізніми, щодо часу формування габброїдного комплексу, ін'єкціями тронд. Іншими словами, вік 3,5 млн років характеризує час магматичної кристалізації трондемітового жильного комплексу. У рамках такої інтерпретації вік, визначений для зразка FR12-05, повинен відповідати або часу його кристалізації в магматичній системі, або перекристалізації при метаморфізмі.
В обох досліджених зразках зазначена часткова метаморфічна перекристалізація первиннихмагматогенних фаз з утворенням амфіболу чи рідкісного хлориту. Клінопіроксен у габроїдах нерідко майже повністю, часто псевдоморфоно, заміщується амфіболом, тоді як ортопіроксен заміщений тією самою фазою лише з обох боків зерен. Хлорит, будучи пізнішою вторинною фазою, частково замінює як темнокольорові мінерали (включаючи амфібол), так і плагіоклаз. Параметри складу амфіболу з вивчених зразків вказують на те, що метаморфічна перекристалізація цих порід відбувалася за участю флюїду морського походження та температурах порядку 500-550 o С. На підставі петрологічних даних, наведених у [Silantyev,1998], було висловлено припущення, що метаморфізм габроїдів у розглянутому сегменті САХ протікав у малоглибинних умовах, а підйом плутонічних утворень до поверхні океанічного дна здійснювався з більшою швидкістю. З останнього припущення випливає, що якщо метаморфогенні фази суттєво вплинули на отриману оцінку K-Ar віку у валових пробах габроїдів станцій FR16 та FR12, то принаймні у разі зразка FR12-05 виміряний вік відповідає метаморфічній перекристалізації габро на рівні глибинності , що відповідає 2-2,5 км, і не пов'язаний із низькотемпературними процесами. Можливо, цей вік - 9 млн років, близький до часу магматичної консолідації габроїдного комплексу сегмента САХ на північ від розломної зони 15 o 20 , оскільки найбільш високотемпературним етапам метаморфізму порід, що його складають, відповідали температури, що відповідають субсолідусним умовам [Silantyev,1998]. Резюмуючи відомості про метаморфічну історію габроїдів розглянутої ділянки САХ та аналізуючи характер розподілу умов метаморфізму в цьому районі, можна констатувати, що встановлена вікова асиметріяпротилежних бортів рифтової долини, виявлена в однотипних габроидах, не пов'язана з відмінностями в метаморфічній еволюції цих порід, оскільки їм властива однаковий ступінь метаморфізму.
Наведені вище міркування дозволяють висловити припущення, що вікові різницю між габроидами розглянутого сегмента САХ зумовлені, головним чином, різною магматичною історією становлення плутонічного комплексу східного та західного борту рифтової долини. Очевидно також, що пізні ін'єкції трондемітів, незважаючи на їх відносно молодий вік, проте не пов'язані із сучасним магматизмом рифтової долини (так званий "zero age magmatism"). Для гребеневої зони САХ в районі 13-17 o швидкість спредингу [Галушкін, Ушаков, 1978] становить близько 2,8 см / рік. Отже, для океанічного субстрату з віком 3,5 млн років слід очікувати його віддалення від осі спредингу на відстань близько 100 км, тоді як станція FR16 віддалена від осі рифтової долини не більше ніж на 5 км. У свою чергу, габроид станції FR12 тим більше не може розглядатися як плутонічний аналог сучасних базальтів рифтової долини, так як виміряний для нього вік, при зазначених швидкостях спредингу вимагає видалення подібного корового субстрату від рифтової осі долини на дистанцію не менше 250 км. На ще більшому віддаленні від осі хребта, з тих самих міркувань, повинні бути породи з віком 20 млн років - 560 км.
Зазначене протиріччя між K-Ar віком порід, що становлять борти рифтової долини, та їх інтерпретацією, заснованої на геодинамічних постулатах канонічної моделі спредингу, може свідчити про недосконалість останньої, принаймні стосовно розглянутого сегменту САХ. Вікові оцінки, отримані у ційроботі, дають підстави припускати, що магматизм у рифтовій долині САХ між 15 і 16 o пн.ш. має пульсаційний характері і відповідає інтервалу часу, значно перевищує тривалість формування основних структурних елементів рифтової долини, передбачену розрахунковими методами.
Результати вивчення мантійних перидотитів із розломної зони Віма (10 o пн.ш.), що беруть участь у будові фрагмента океанічної кори, віддаленого від осі САХ на відстань близько 300 км і має модельний вік майже 20 млн років, продемонстрували, що цим породам властиві суттєві варіації у складі та ступеня плавлення, що свідчать про систематичну зміну термальної структури мантії під САХ у тимчасовому інтервалі, що охоплює щонайменше 10 млн років [Brunelli et al.,1999]. Наведені в роботі, що цитується, дані можуть розглядатися як підтвердження висловленого вище припущення про пульсаційний характер плавлення мантії під гребневою зоною хребта.
У контексті проблеми вікових і речових співвідношень магматичних комплексів гребеневої зони САХ є правомочним питання про джерело трондемітового розплаву, що впроваджується в габроїди станції FR16. У цьому важливо підкреслити, що сегменти САХ, у яких широко поширені оголення мантійних реститів і плутонічних порід, нині у багатьох роботах [Brunelli et al.,1999;Silantyev,1998;Xia et al.,1992] розглядаються як амагматичні через редукованість або навіть відсутність у цих регіонах базальтового шару. Рисунок 1 наочно демонструє, що розглянутий у цій роботі сегмент САХ може бути по праву віднесений до подібних ділянок хребта з низьким магматичним бюджетом. Слід зазначити, що вікова невідповідність між вивченимиплутонічними породами та сучасним базальтовим магматизмом рифтової долини, можливо є універсальною якістю амагматичних сегментів хребта, оскільки ультраосновні рестити, згідно з оцінкою, наведеною в [Bazylev and Silantyev,2000] оголюються на океанічному дні4 в середньому ,5 млн років після відокремлення від них розплаву.
Очевидно також, що встановлений феномен присутності в амагматичних сегментах САХ різновікових плутонічних комплексів свідчить про залучення в процеси плавлення під гребенем хребта магматичних джерел, не пов'язаних з нормальними мантійними резервуарами, що продукують розплави, родоначальні. Можна також припустити, що амагматичні сегменти САХ характеризуються понад низькими швидкостями спредингу, з чим узгоджуються наведені вище дані. Можливим кандидатом на роль подібних магматичних джерел є лінзи та житлові тіла габроїдів, що розкристалізувалися в умовах верхньої мантії. На можливість глибинної кристалізації габро під САХ вказують знахідки в його гребеневій зоні мантійних реститів, що містять габброідні жили та дайки [Базилів та ін.,1999;Cannat et al.,1992]. З експериментальних даних про часткове плавлення толеїтового субстрату випливає, що при високих тисках, щодо низьких температурах і низькому парціальному тиску води в цій системі можуть виплавлятися трондеміти [Winther,1996]. Плавання габроїдного матеріалу в умовах верхньої мантії несуперечливо пояснює утворення трондемітового розплаву, що інтрудував гнейсоподібні габро станції FR16.
Існують незалежні свідчення участі фрагментів давньої літосфери в акреції океанської кори гребеневої зони САХ, що випливають з ізотопно-геохімічних особливостеймантійних перидотитів, здобутих із сегментів хребта із корою Хессовського типу. Ізотопні характеристики Sm і Nd різною мірою деплетованих мантійних перидотитів сегмента САХ, розташованого на північ від розломної зони 15 o 20 дозволив припустити [Силантьєв, Біляцький,1998], що ці породи зазнали плавлення 1,5 млрд років т.зв., що добре узгоджується із встановленим у [Silantyev et al.,1995] феноменом генетичного невідповідності мантійних реститів з того ж району з продуктами сучасного магматизму рифтової долини.
Таким чином, можна припускати присутність у гребеневій зоні САХ двох типів магматичних комплексів, що не відповідають у віковому відношенні сучасному магматизму рифтової долини: 1) локалізованого в сегментах з корою Хессовського типу з понад низькими швидкостями спредингу і пов'язаного з повторним плавленням у мантійних кумулятивних порід, часто із аномальними геохімічними характеристиками; 2) представленого реліктами літосфери суперконтиненту Гондвана і який характеризується ізотопним віком близько сотень мільйонів років.