Особенности вулканизма и геодинамика области тройного сочленения Буве

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 54o30 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 53o20 ю.ш. и 54o55 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 54o32 ю.ш. 5o50 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. 

Разлом Буве детально опробован в 18-м рейсе на одном протяженном поперечном профиле драгирования (станции S1806-S1812). Следует отметить, что среди полученных базальтов преобладают непористые или слабо пористые, измененные разности, содержащие хлорит, смектит, карбонаты. На станциях S1807 и S1810 поднято небольшое количество сильно пористых вулканитов, в том числе похожих на вулканические бомбы. 

В Срединно-Атлантическом хребте детально опробована рифтовая долина (станции S1848-S1853, S1861-S1864, G9624-G9626) (рис. 1, табл. 1). Получены свежие непористые или слабо пористые афировые и сильно порфировые базальты. Среди вкрапленников преобладает плагиоклаз. В базальтах станции G9626 его количество достигает 30%. В меньших количествах развит оливин, еще реже встречается клинопироксен. Изученные составы вкрапленников - для Pl-An86, Ol-Fo78-80. В образце G9624/15 измерены также микролиты плагиоклаза и клинопироксена, соответственно An67 и Fs21 (табл. 2, 3, 4). Из вторичных минералов в небольших количествах в зонах темного гало пиллоу развит только глауконит (табл. 5). Фланги этого хребта опробованы на трех станциях (S1857, S1866, S1867). Полученный базальтовый материал охарактеризован в предыдущих работах [Пейве и др., 1995], в отличие от рифтовых базальтов он отличается большой степенью вторичных изменений. 

На юго-западном фланге САХ располагается поднятие Шона, которое было опробовано на двух станциях: G9608 - из привершинной части конусовидной постройки и G9609 - со склона хребта, на котором располагается эта постройка (рис. 1, табл. 1). Полученный вулканический материал, представленный широким диапазоном составов от базальтов до липаритов, по внешнему виду во многом похож на вулканиты хребта Шписс, поскольку среди него также резко преобладают пористые разности. Среди наименее пористых базальтов по характеру изменений выделяются две группы. Во-первых, это базальты, которые характеризуются развитием смектита, цеолитов, хлорита, актинолита (обр. G9608/3, 4, 45, 48, 52, G9609/2), то есть относительно глубинных вторичных минералов, при этом образец G9609/2 несет признаки непосредственного отрыва от склона. Это - порфировые разности, содержащие заметные количества (4-8%) либо Ol, Pl, Cpx (обр. G9608/3), либо только Ol (обр. G9608/48, G9609/16), либо только Pl (обр. G9608/45, 52, G9609/2). В образцах G9608/48 и G9609/16 изучены составы оливинов, в первом - это Fo69-73, во втором - Fo82-83, а в образце G9609/16 и состав субфенокриста плагиоклаза - An60 (табл. 2, 3). Вторая группа слабо пористых базальтов объединяет свежие разновидности, в которых в небольших количествах могут быть гидроокислы железа и глауконитоподобные минералы (обр. G9608/5, 51, 55, G9609/3, 5, 10, 16), как правило, формирующиеся в придонных условиях. Среди них имеются афировые (обр. G9608/51, G9609/3, 5) и порфировые разности: c Opx, Cpx, Pl (обр. G9608/5, G9609/10), а также c Ol и Pl (обр. G9608/55). Составы вкрапленников изучены и составляют для плагиоклаза - An 87-92, для клинопироксена - Fs16 , для ортопироксена - Fs26-30 и для оливина - Fo73. Состав субфенокриста оливина в образце G9608/55 составляет Fo63 (табл. 2, 3, 4). 

Среди сильно пористых разностей преобладают более кислые, чем базальты вулканиты. Наиболее пористые из них представляют собой вулканический шлак, при этом некоторые образцы имеют причудливые формы, напоминающие вулканические бомбы. Многие вулканиты из этой группы имеют красноватый и интенсивно красный цвет в силу окисления матрикса, имеющего гиаломелановую структуру, либо осаждения гидроокислов железа на стенках пор. Среди них встречены афировые (обр. G9608/8, 13, 15, 25, 28, 37, 42, 43, G9609/18) с редкими вкрапленниками Pl-Px-Ol (обр. G9608/27, 29, G9609/11) и Pl порфировые разности (обр. G9608/31). В андезито-даците G9608/58 наряду с вкрапленниками плагиоклаза встречены вкрапленники роговой обманки. В сильно окисленных породах вкрапленники оливина опацитизированы. В табл. 2, 3, 4 приведены составы некоторых вкрапленников плагиоклаза - An86-96, клинопироксена - Fs19, ортопироксена - Fs39 и оливина - Fo79. 

Таким образом, структурно-текстурный анализ полученных вулканитов позволяет предположить, что поднятие Шона имеет тектоно-вулканическую природу. Вероятно, вулканическая постройка центрального типа при своем формировании в основании имела базальтовую толщу, сложенную непористыми диагенетически измененными базальтами. Эти базальты сейчас выведены на уровень дна в результате последующих тектонических движений. О большом размахе последних свидетельствует тот факт, что наряду с базальтами драгированы также габброиды. В ходе наращивания высоты вулканической постройки формировались все более пористые вулканиты. Аналогично с хребтом Шписс имеются те же основания для предположения о том, что вершина вулкана выступала над поверхностью океана. Дополнительными аргументами в пользу этого является также окатанность некоторых образцов и плоский характер вершины поднятия, что могло быть вызвано морской абразией. 

В пределах Американо-Антарктического хребта опробовано только поднятие внутреннего угла, откуда получено небольшое количество вулканического материала. Драгирование было проведено в нижней (станция G9602), средней (станция G9604) и верхней (станция G9605) частях склона (рис. 1, табл. 1). Среди вулканитов выделяются слабо пористые, преимущественно афировые, измененные базальты с хлоритом или смектитом в качестве вторичных минералов, представленные небольшими окатанными обломками (обр. G9602/1-4, 11-15, G9604/49, 51, 53-56); сильно пористые афировые андезито-базальты, иногда встречающиеся в виде вулканических бомб (обр. G9602/5-7, G9604/50, 52, 76, 77); и дациты с небольшим количеством мелких вкрапленников плагиоклаза и роговой обманки (обр. G9605/1). Дациты встречены в виде слабо окатанных обломков в составе брекчии с песчано- глинистым цементом. 

С верхней части склона подняты также габброиды и ультрабазиты, выведенные на этот уровень в результате интенсивных тектонических движений. Возможно, раньше вершина поднятия находилась выше уровня моря, о чем свидетельствует ее абразионный характер и галечный материал, в виде которого поднята большая часть выше описанных пород. Вероятно, обнаруженные сильно пористые андезито-базальты и дациты характеризуют вулканизм центрального типа, в ходе которого сформировалась конусовидная постройка на западном окончании углового поднятия. 

Район сочленения палеоструктур Американо-Антарктического и Африкано-Антарктического хребтов имеет сложное строение, обусловленное наложенными внутриплитными тектоническими движениями [Сколотнев, 2000]. Из четырех станций драгирования, проведенных в этом районе, две (G9620 и G9621) характеризуют борта пассивной части разлома Буве, одна (G9619) небольшое поднятие, относящееся к АмАХ, и еще одна (G9610) расположена на склоне поднятия, являющегося реликтовой структурой САХ (рис. 1, табл. 1). 

На станции G9610 подняты слабо пористые (пористость 2-4%, редко до 10%) афировые (обр. G9610/1 -15, 17, 23, 29-36) и оливин-плагиоклаз порфировые (обр. G9610/16, 18-22, 24-28) базальты. Некоторые базальты очень свежие, аналогичные таковым, поднятым в рифтовой долине САХ (обр. G9610/1-12). Другие в той или иной мере изменены. В частности в образце G9610/30 развит смектит близкий к сапониту (табл. 5). В этом же образце определен состав микролитов клинопироксена, имеющих отчетливую розовую окраску. По своему составу они относятся к титаноавгитам с большим содержанием TiO 2 (5,05-5,32%) (табл. 4). 

На станции G9619 базальты отличаются большим разнообразием текстур и структур. Среди них выделяются следующие разновидности: непористые плагиоклаз порфировые (обр. G9619/1-4, 23), пористые (15-20%) афировые (обр. G9619/10-14) и оливин-плагиоклаз порфировые (обр. G9619/5-9, 15, 16). Помимо базальтов драгированы более кислые вулканиты, содержащие вкрапленники Ol, Cpx, Pl и иногда роговой обманки, отличающиеся сильной пористостью (до 80%) (обр. G9619/18-21). Измеренные составы вкрапленников в базальте (G9619/16) и в более кислом вулканите (G9619/20) заметно отличаются. В образце G9619/16: центр вкрапленника Pl-An89, край - An81, у микролита - An72, оливин: вкрапленник - Fo85-87, субфенокрис. - Fo82 . В образце G9619/20: Pl-An91, Ol-Fo66, Cpx-Fs14-15 (табл. 2, 3, 4). Из вторичных минералов в базальтах обнаружены глауконит (табл. 5) и смектит. 

Вулканический материал, поднятый на станциях G9620 и G9621, близок между собой. Среди базальтов также имеются непористые афировые (обр. G9620/10-12, 18, 19, G9621/6, 7, 10-12) и оливин-плагиоклаз порфировые (обр. G9620/1-9, 13-17, G9621/4, 5, 9) и пористые (10-15%) афировые (обр. G9620/21, 22, G9621/1, 2) и плагиоклаз порфировые (обр. G9621/3) представители. В афировых разностях встречаются отдельные вкрапленники Pl, Ol, Cpx. На станции G9620 подняты также очень пористые породы (60-80%), представленные окисленными шлаками красного цвета (обр. G9620/25-27) и вулканическими бомбами (обр. G9620/23, 24, 28). Последние имеют кислый состав (до дацитов) и содержат небольшое количество вкрапленников Pl, Ol, Cpx. Изучены составы вкрапленников в 4 образцах, при этом они группируются в две группы в независимости от их текстурно-структурных особенностей. В образцах G9620/6, 9 - An85-89, Fo83-84, Fs10 , а в образцах G9621/1, 4 - An85-91, Fo76, Fs15 (табл. 2, 3, 4). Большая часть вулканитов слабо изменена, в них встречается в небольших количествах лишь глауконит (табл. 5). Ряд образцов тектонизированы и содержат хлорит (обр. G9620/7, 20). 

Базальты из зоны сочленения палеоструктур АмАХ и САХ (станции S1854-56) в целом близки к таковым, встреченным на флангах САХ. 

Район сочленения палеоструктур САХ и АфАХ охарактеризован только одной станцией - G9617 (рис. 1, табл. 1), приуроченной к тектоническому эскарпу, представляющему собой борт одной из грабенообразных депрессий. Полученные при драгировании преимущественно афировые и практически непористые базальты отличаются друг от друга степенью свежести. Часть из них несет только продукты поверхностного изменения (палагонит) (обр. G9617/1-11), другие в заметных количествах содержат хлорит, карбонаты (табл. 5), кварц, пирит и иногда халькопирит и борнит (обр. G9617/12-33) и таким образом, по-видимому, характеризуют нижние горизонты базальтового разреза. Базальты с хлоритом тектонизированы, разбиты многочисленными трещинами кливажа. 

Три станции характеризуют три различных хребта, простирающихся между поднятием Шписс и островом Буве (станции G9618, 22, 23) (рис. 1, табл. 1). Полученный каменный материал близок между собой и близок к таковому, распространенному на выше названных поднятиях. Это в основном пористые и сильно пористые слабо оливин-плагиоклаз порфировые разности базальтов и более кислых вулканитов. Часть из них окрашена в красный цвет в силу интенсивного окисления, другие заметно палагонитизированы (обр. G9623/1, 2). Небольшое количество базальтов менее пористые и более измененные, содержащие уже смектит (обр. G9618/7, G9622/6). 

Выше были приведены составы вкрапленников и микролитов из некоторых вулканитов. Их количества недостаточно для корректных выводов о характере изменчивости состава минералов, в то же время следует отметить некоторые намечающиеся тенденции. 

Наиболее железистые вкрапленники оливина встречены среди вулканитов поднятия Шона. Для крупных вкрапленников - это Fo72-80, для мелких - Fo62-67. Такие же оливины имеются в аналогичных вулканитах, но на других структурах из зоны сочленения палеоструктур САХ, АфАХ и АмАХ. При этом с наиболее железистыми вкрапленниками оливина ассоциируют наиболее основные вкрапленники плагиоклаза - An86-96. Наиболее магнезиальные фенокристы оливина (Fo86-87 ), встречены среди деплетированных базальтов, вкрапленники плагиоклазов в них в целом более кислые (An85-89 ), чем на поднятии Шона. Вкрапленники ортопироксена имеются только в вулканитах, развитых на поднятии Шона и аналогичных им. Все изученные микролиты клинопироксена отличаются от вкрапленников большей железистостью и имеют высокие концентрации титана, при этом, чем более обогащенный базальт, тем эта концентрация выше. Изученные вкрапленники рудного минерала относятся к титаномагнетиту (табл. 6). Заметно более высоким содержанием TiO 2 (29,91%) выделяются зерна из образца G9610/30, который представляет базальты, также заметно отличающиеся по составу от других вулканитов. В изученных вулканитах было встречено несколько зерен шпинели. По соотношению хромистости (40-51) и магнезиальности (40-70) они попадают в поле составов шпинелей из мантийных перидотитов, однако высокие концентрации титана свидетельствуют о воздействии на них базальтового расплава (табл. 7). 



Петро-геохимический состав вулканитов 

Вещественный состав пород в районе ТСБ изучался в ряде морских экспедиций [Dick et al., 1984; Dickey et al., 1977; Le Roex et al., 1983, 1985, 1987]. Выявлены значительные вариации составов лав от пикритов до ферробазальтов. Было показано, что подъем мантийного плюма Буве привел к формированию в непосредственной близости от него провинций базальтов, обогащенных легкими редкоземельными элементами, с изотопными отношениями 87Sr/86Sr и 143Nd/144Nd соответственно выше и ниже, чем N-MORB. Эти выводы в основном базируются на данных изучения базальтов из осевых частей срединно-океанических хребтов. Мы рассмотрим составы базальтов, поднятых в пределах различных структур из гораздо более обширной области, что позволит проанализировать вулканизм этого района в значительно большем возрастном диапазоне. 

Базальты южной части САХ (табл. 8) в пределах осевой (рифтовой) зоны характеризуются сравнительно однородным составом. Это преимущественно свежие слабо и умеренно фракционированные толеитовые базальты типа N-MORB ((La/Sm)n 0,7-1,0, (Nb/Zr)n 0,3-0,7)) с преобладающей железистостью (FeO/MgO) около 1,2-1,4 (здесь и в дальнейшем значения отношения (La/Sm)n приводятся по данным работ [Пущаровский и др., 1998; Сущевская и др., 1999; Simonov et al., 1996]). Концентрации TiO2, K2O и P2O5 закономерно возрастают соответственно от 1,1%, 0,2%, 0,08% в наименее дифференцированных разностях (обр. G9625/1 с железистостью 0,8) до 2,2%, 0,4%, 0,6% в наиболее дифференцированных базальтах с железистостью до 1,7-1,8 (рис. 2-4). Это свежие породы с потерями при прокаливании (п.п.п.) менее 1%. Содержание SiO 2 находится в пределах 48-50%, Cr 130-150 г/т, Sr 90-150 г/т, Rb 1-10 г/т. Несколько отличаются базальты станции G9624, в которых заметно более высокие концентрации K2O (до 0,57%) и P2O5 (до 0,24%), что позволяет отнести их к толеитам типа T-MORB. 

На вариационных диаграммах базальты Срединно-Атлантического хребта за исключением существенно измененных разностей образуют компактные поля или тренды, наиболее отличающиеся от других вулканитов этого района более высоким содержанием FeO и более низким - Al2O3 при тех же значениях коэффициента фракционирования FeO/MgO, а также менее быстрым темпом накопления K2O (рис. 2, 3, 4). 

Хребет Шписс сложен свежими, преимущественно пузыристыми базальтами и андезито-базальтами (табл. 8). В отличие от базальтов САХ они охватывают гораздо больший интервал фракционирования: от слабо фракционированных с железистостью 1,1 до сильно фракционированных разностей с FeO/MgO до 4. Преобладают значения 1,8-2,5. На диаграмме TiO2 - FeO/MgO (рис. 2) отчетливо прослеживается тренд фракционирования с резким накоплением TiO2 от 2,16% (обр. G9612/19) до 3,43% (обр. G9614/20). При дальнейшем фракционировании расплава массовая кристаллизация рудных фаз привела к падению содержаний TiO2 до 2,5% при железистости около 4 (обр. G9612/6). В ходе фракционирования, как видно из диаграмм окисел - FeO/MgO (рис. 2), возрастают содержания SiO2 от 45 до 55%, K2O от 0,4 до 1,6%, P2O5 от 0,1 до 0,65%, Na2O от 2 до 6%. Закономерно падает содержание Al2O3 от 17 до 14% и CaO от 12 до 6%. Точки составов базальтов хребта Шписс хорошо аппроксимируются единым трендом дифференциации, что позволяет говорить о сохранении условий формирования расплавов на всем протяжении хребта за время его существования. Об однородности его мантийного источника говорят незначительно варьирующие отношения некогерентных элементов, в частности (La/Sm)n (1,6-2,1) и (Nb/Zr)n (0,8-1,2). Следует подчеркнуть, что на этот тренд попадают вулканиты со всех опробованных морфоструктур хребта в независимости от их текстурно-петрографических особенностей. Это и слабо пористые разности, и пористые лавы, и пиллоу, и чрезвычайно пузыристый вулканический шлак. Наименее дифференцированный образец с хребта Шписс (G9612/19) по уровню SiO2, K2O и P2O5 близок к обогащенным базальтам из рифтовой долины САХ (станция G9624), однако заметно отличается от него более низкими концентрациями Cr, Cu, Ni, V, Zn, Co и Sc. Перечисленные элементы имеют невысокие или пониженные концентрации во всех вулканитах хребта Шписс, особенно это характерно для хрома. 

От всех базальтов хребта Шписс по многим параметрам отличается образец G9614/22, где (Nb/Zr)n отношение составляет всего 0,38 и имеют место очень низкие концентрации TiO2 и Na2O. По этим особенностям он близок к базальтам, широко распространенным на поднятии Шона, которые будут рассмотрены ниже. Вторым исключением является образец G9614/10, выделяющийся заметно более низкими содержаниями Na2O и очень высокими концентрациями хрома (около 250 г/т), что сближает его с обогащенными базальтами, встреченными в пределах САХ. 

Со склонов острова Буве нами драгированы базальты и андезито-базальты. Породы близкого состава широко распространены и на самом острове Буве. В работе [Le Roex and Erlank, 1982], учитывая их субщелочной уклон, они классифицируются как гавайиты и муджиериты. Поэтому в дальнейшем мы также будем применять такое название для этих пород. Основная масса гавайитов и муджиеритов острова Буве и его подводных склонов ложится на единый, протяженный тренд дифференциации по многим параметрам и, прежде всего, по таким генетически важным, как TiO2, K2O и P2O5, совпадающий с трендом фракционирования вулканитов хребта Шписс. Но в отличие от последнего он существенно более продвинутый, на самом острове встречены очень кислые вулканиты вплоть до риолитов [Le Roex and Erlank, 1982]. Железистость гавайитов и муджиеритов варьирует от 1 до 5, содержание SiO2 от 48% до 55%, TiO2 от 2,28% до 4,4% и снова падает до 1,52% у наиболее дифференцированных разностей, K2O от 0,8% до 2,3%, P2O5 от 0,4% до 1,0% [Симонов и др., 2000; Le Roex and Erlank, 1982]. Существуют и другие отличия между вулканитами хребта Шписс и острова Буве. На вариационных диаграммах SiO2, FeO, Na2O, Al2O3 - FeO/MgO составы образцов с острова Буве образуют самостоятельные тренды с более низкими концентрациями SiO2, FeO и Na2O и более высокими Al2O3 субпараллельные аналогичным трендам серии вулканитов с хребта Шписс (рис. 2, 3, 4). Степень вторичных изменений базальтов сильно варьирует (п.п.п. 0,1-2,4%). В тоже время, как видно, например, из соотношений K2O - п.п.п. (рис. 5), отсутствует значимая корреляция между этими параметрами, что позволяет нам использовать содержания литофильных элементов как сравнительную характеристику магматических процессов. Вариации ряда литофильных элементов-примесей аналогичны таковым в базальтоидах хребта Шписс. Однако в наиболее дифференцированных разностях вулканитов с острова Буве, каковых не было встречено на хребте Шписс, отмечаются более высокие значения отношений некогерентных элементов ((La/Sm)n 2-3 [Симонов и др., 2000; Le Roex and Erlank, 1982], (Nb/Zr)n 1,4-1,7, Zr/Y~7,3). Среди других элементов-примесей характерны очень низкие концентрации хрома и никеля, что сближает их с вулканитами хребта Шписс и резко отличает от других базальтов этого района. 

Базальты рифтовой зоны Африкано-Антарктического хребта (АфАХ) гораздо менее фракционированы, чем вулканиты острова Буве (FeO/MgO 0,7-1,5), они не выходят за рамки собственно базальтов [Диденко и др., 1999; Симонов и др., 2000; Le Roex et al., 1983]. В тоже время для них характерна чрезвычайная пестрота составов. Среди изученной коллекции выделяются четыре группы. Немногочисленная группа образцов близка по составу гавайитам острова Буве, и на вариационных диаграммах (рис. 2, 3, 4) они попадают на соответствующие тренды изменения составов вулканической серии острова Буве. 

Большая часть базальтов составляет группу, образующую самостоятельные непротяженные тренды на этих вариационных диаграммах. Не достигая высоких степеней дифференциации, базальты из этой группы имеют тенденцию к более быстрому накоплению калия и фосфора, чем гавайиты острова Буве, при этом для данных коэффициентов фракционирования содержания K2O в них наиболее высокие среди всех базальтов района тройного сочленения. Для данной группы также свойственны в целом более низкие значения CaO и глинозема и более высокие TiO2, а по вариациям в содержании натрия, а также по содержанию литофильных элементов-примесей Rb, Th, Nb, Ta [Симонов и др., 2000] и отношениям (La/Sm)n 1,8-2,3, (Nb/Zr)n 1,0-1,6 они близки к вулканитам хребта Шписс. В то же время по существенно более высокому содержанию хрома и никеля базальты данной группы резко отличаются от базальтов и острова Буве, и хребта Шписс. 

Небольшая группа базальтов с заметно более низкими содержаниями TiO2, K2O и P2O5 не образует собственного тренда, не обнаруживая каких-либо закономерностей в вариациях составов. Наиболее близки они к обогащенным толеитам типа T-MORB. 

Аномально высокие значения K2O (до 3,35%) в некоторых образцах станций S1824, S1825 и S1835 при низкой железистости обусловлены высокой степенью их вторичных изменений. 

Подводная гора Шона по данным драгирования сложена разнотипными вулканитами (табл. 8). Наиболее широко здесь распространены породы с очень низкими содержаниями TiO 2 (0,6-1,2%). В совокупности они образуют пологий и протяженный тренд дифференциации от базальтов (обр. G9608/25, 27, 51, 55, G9609/3, 5, 11) через андезиты (обр. G9608/5, 13, 24, 29, 31, 37, 45) и дациты (обр. G9608/28, 43, 58) к липаритам (обр. G9608/8, G9609/12). Этот тренд резко отличается от трендов составов вулканитов хребта Шписс и острова Буве. При росте коэффициента дифференциации, сопровождающемся быстрым возрастанием содержания кремнекислоты, происходит очень медленное накопление TiO2 (до 1,2%), K2O (до 0,5%) и P2O5 (до 0,15%), которые в целом остаются низкими. Собственно базальты из этой группы имеют в сравнении с базальтами хребта Шписс несопоставимо более высокие концентрации хрома (около 500 г/т), более высокие содержания ванадия и скандия, заметно более низкие значения литофильных элементов (Sr, Zr, Y, Nb) и близкие содержания никеля. По мере дифференциации содержания Cr, V, Sc быстро уменьшаются, напротив, концентрации Sr, Zr, Y, Nb постепенно возрастают. Для этих вулканитов характерны низкие (Nb/Zr)n отношения 0,1-0,5. Среди этих вулканитов преобладают сильно пористые образцы типа шлаков, вулканических бомб, пемзы, однако есть и типичные среднепористые и слабо пористые породы. Они в основном свежие, некоторые сильно окислены. 

Остальные вулканиты горы Шона представлены только базальтами, среди которых выделяется несколько малочисленных групп. Сильнопористый образец G9608/15 петрохимически близок к базальтам хребта Шписс, но имеет очень высокие концентрации хрома (535 г/т), что более сближает его с базальтами рифтовой долины АфАХ. Два из изученных базальтов (обр. G9608/45, 52) близки к обедненным разностям толеитов. Для них также характерны низкие содержания TiO2, но в отличие от основной группы вулканитов горы Шона они имеют еще более низкие концентрации калия. К слабо обогащенным разностям толеитов относятся базальты G9608/4 и G9609/2, которые отличаются от двух предыдущих групп более высокими концентрациями K2O (0,40%) и TiO2. Встречены два необычных состава базальтов (обр. G9608/3, 46). Первый из них - существенно оливин порфировый базальт, что и нашло отражение в низких содержаниях кремнекислоты и глинозема и в аномально высоких концентрациях хрома и никеля. По уровню и соотношению в нем содержаний калия и фосфора он близок к обогащенным базальтам станции G9610. По этим параметрам к базальтам этой станции близки и измененные образцы G9608/24, 46. Следует отметить, что все базальты, отличающиеся от основной группы вулканитов горы Шона практически непористые, часть из них заметно изменена, некоторые несут признаки непосредственного отрыва от склона. 

В пределах линейного поднятия, протягивающегося от южной части хребта Шписс в сторону острова Буве и, видимо, структурно связывающего их, поднято несколько базальтов существенно различного состава (станция G9622). Большинство образцов это сильно дифференцированные высоко железистые (FeO/MgO = 2,5) базальты, обогащенные TiO2 (3,8-3,9%), K2 O (1,7-1,8%), P2O5 (0,6%), Na2O (3,9-4,3%) (табл. 8). Отношения (Nb/Zr)n в них равны 1,3. По этим и другим параметрам рассматриваемые базальты, как видно из графиков вариаций составов (рис. 2-4), очень близки к тем базальтам рифтовой долины АфАХ, которые отличаются повышенными концентрациями K2O и P2O5. При этом следует отметить, что образец G9622/2 имеет очень высокие концентрации хрома. 

Исключением является образец G9622/6, не выделяющийся среди других представителей этой группы ни характером вторичных изменений, ни текстурой. Он имеет низкие содержания TiO2 (0,88%), Na2O (2,18%), K2O (0,28%), P2O5 (0,07%) и железистость 1,8, что сближает его с вулканитами поднятия Шона. 

Отличительной особенностью вулканических пород, драгированных на склонах разлома Буве, является чрезвычайное разнообразие петрографических типов, поэтому и петрохимические составы пород сильно различаются. В целом это слабо и умеренно дифференцированные породы с несколько пониженным содержанием SiO2 (44-46%) [Симонов и др., 2000]. Степень вторичных изменений (п.п.п. 0,8 до 1,8%) соответствует таковой в базальтах САХ. Из диаграммы TiO2 - FeO/MgO (рис. 2) видно, что базальты дают два существенно различных тренда. Подавляющее большинство попадает на тренд дифференциации базальтов САХ с вариациями TiO2 от 1,0% до 2,0%. Для них характерны отношения (La/Sm)n 0,7-1,2 и (Nb/Zr)n 0,6-1, не выходящие за пределы составов базальтов САХ. Поведение базальтов второй группы соответствует тренду характерному для базальтов горы Шона, где содержания TiO2 не превышают 1% при FeO/MgO 1,6-2,6. Отношения (La/Sm)n и (Nb/Zr)n в одном из представляющих эту группу образцов составляют соответственно 0,93 и 0,81. 

В некоторых базальтах разлома Буве отмечается относительно большое количество вкрапленников плагиоклаза. Это нашло отражение в их химическом составе - в повышенных концентрациях CaO и Al2O3. 

Основная часть базальтов из Восточной области дислокаций (табл. 8), драгированных на станции G9617, характеризуется низкой степенью фракционирования 1,2-2,2 при высоком содержании TiO2 (в среднем 2,3-2,4%). Низкие K2O (0,1-0,3%) и P2O5 (0,1-0,25%), (La/Sm)n и (Nb/Zr)n соответственно 1,2 и 0,7-0,9 сближают эти базальты с таковыми из района САХ. Все эти базальты отличаются широким развитием хлорита и ряда других относительно высокотемпературных вторичных минералов, сформировавшихся при повышенных Р-Т условиях, вероятно, в глубине базальтового разреза. Это отразилось и на их составе, для данных базальтов свойственно пониженное содержание CaO и у некоторых повышенное - натрия. 

Исключение составляют образцы G9617/01 и G9617/06 с существенно повышенным K2O (1,0-1,4%), P2O5 (0,3-0,4%), (La/Sm)n и (Nb/Zr)n соответственно 2,5 и 1,5-1,6. В этом отношении они близки к составу базальтов из рифтовой долины АфАХ, но по крайне низким концентрациям хрома совпадают с таковыми хребта Шписс и острова Буве. Эти базальты отличаются от основной группы и по типу вторичных изменений. В них развиты в небольшом количестве только продукты низкотемпературных преобразований. 

Базальты в пределах самого восточного сегмента АмАХ можно разделить на 2 группы. Первая характеризуется единичными образцами G9604/54, G9602/03 с повышенными содержаниями TiO2 (2,2-3,1%) и P2O5 (0,2-0,4%) при относительно низкой железистости - 1,6-1,9 (табл. 8), и (Nb/Zr)n 0,4-0,6, (La/Sm)n 0,9-2,1. В целом они близки к слабо обогащенным базальтам южного окончания САХ. В этих базальтах относительно широко развит хлорит. Основная группа базальтов в различной степени дифференцирована (FeO/MgO 1,0-2,4), при этом содержания TiO2 (0,8-1%) очень низкие, а K2O (0,4-0,53%), P2O5 (0,08-0,09%), (Nb/Zr)n 0,3. Эти составы ложатся на тренд дифференциации вулканитов горы Шона. Среди них обнаружены и более кислые разности с SiO2 62%, которые также попадают на этот тренд. Необходимо отметить, что в целом эти базальты менее изменены или даже свежие. Они имеют различный облик от непористых до сильно пузыристых, похожих на вулканические бомбы. 

Базальты, поднятые в пределах поднятия, находящегося между двумя трогами, отходящими от южного окончания САХ (станция G9610), относятся к умеренно и сильно дифференцированным породам, FeO/MgO в которых варьирует от 1,2 до 4 (табл. 8). Они подразделяются на 2 группы. Первая (обр. G9610/1, G9610/12) характеризуется низкими содержаниями литофильных элементов (K2O 0,3%, P2O5 0,1-0,2%) и низкими (Nb/Zr)n отношениями, соответствуя базальтам N-MORB САХ. Вторая группа существенно более обогащена K2O 1,1-1,4%, P2O5 0,7-0,9% и имеет повышенные (Nb/Zr)n 1,32. При этом в образцах G9610/8, G9610/21, G9610/31 при низкой степени фракционированности отмечаются аномально высокие содержания P2O5 (0,7-0,8%), Sr (500-600 г/т). Их другая особенность - слабые вариации содержаний TiO2, Al2O3 и CaO при дифференциации. Составы обогащенных базальтов на вариационных диаграммах образуют самостоятельные тренды, не совпадающие с таковыми для вулканитов хребта Шписс и острова Буве. По содержаниям Sr, Rb, Ba они попадают в поля составов базальтов аномалии 12-14o в.д. [Le Roex et al., 1992], но отличаются более низкими концентрациями Y и Nb. Базальты двух петрохимических групп различаются и по характеру вторичных изменений. Если первые практически свежие с небольшим количеством глауконита, то вторые содержат смектит, что характеризует их в качестве представителей более глубоких частей базальтового разреза. 

В зоне сочленения палеоструктур Американо- и Африкано-Антарктических и Срединно-Атлантического хребтов (станции G9619, G9620 и G9621) подняты вулканиты трех геохимических типов (табл. 8). Первый тип - это слабо дифференцированные базальты, отвечающие N-MORB и не выходящие за пределы колебаний составов базальтов САХ в районе ТСБ (FeO /MgO 1-1,5, K2O 0,2-0,3%, P2O5 0,07-0,15%, TiO2 1,4-1,6%, (Nb/Zr)n 0,5-0,7). Вторая группа базальтов отличается повышенными содержаниями литофильных элементов (K2O и P2O5 ) и TiO2 (2,5-3,0%), характерными для слабо обогащенных толеитов, в то же время они имеют сравнительно низкие отношения (Nb/Zr)n. Некоторые из этих базальтов характеризуются очень высокими концентрациями хрома (500-800 г/т). Третья группа (G9619/2, 5, 10, G9620/23 и G9621/1, 4) с низкими содержаниями TiO2 (0,6-1,2%) и P2O5 (0,07-0,1%) имеет также низкие (Nb/Zr)n отношения (0,2-0,3). Среди них встречены высоко дифференцированные разности, вплоть до дацитов. Вулканиты аналогичного состава широко распространены в районе горы Шона. Проанализированы в основном слабо измененные образцы, но представители третьей группы отличаются своей повышенной пористостью от базальтов двух первых групп. 



Основные петро-геохимические группы базальтов, их пространственное распространение и геодинамические обстановки образования 

Проведенное исследование показывает, что в районе тройного сочленения Буве распространены очень разнообразные по составу вулканиты, среди которых преобладают базальты. Для их классификации и разделения на группы мы руководствовались следующими соображениями. К элементам, характеризующим мантийный источник первичных расплавов, относятся титан, фосфор, калий и ряд других некогерентных элементов (Nb, Zr, Y), отношения которых слабо зависят от процессов частичного плавления и фракционирования. Поэтому концентрации и отношения этих элементов являются главными критериями для подразделения вулканитов на группы. В то же время мы учитывали, что калий достаточно подвижен при подводном выветривании базальтов, поэтому породы с высоким содержанием воды не принимались во внимание при выделении групп; а поведение фосфора и титана при очень высоких степенях дифференциации определяется осаждением из расплава апатита и Fe-Ti фаз. Последнее накладывает отпечаток и на распределение таких несовместимых элементов как Nb, Zr, Y. К наиболее важным параметрам, используемым при характеристике мантийных источников, относятся изотопные отношения и распределение редкоземельных элементов в вулканитах. Мы не проводили собственных исследований в этом направлении, но в ряде случаев имеются опубликованные данные по той или иной группе пород. 

Вариации содержаний других элементов во многом зависят от характера дифференциации, при этом образуются дифференцированные вулканические серии, выделение которых было проведено в основном при анализе вариационных диаграмм элемент - коэффициент фракционирования (FeO/MgO). Вулканические серии образуют на диаграммах либо субпараллельные тренды, что говорит о близких условиях фракционирования, либо пересекаются друг с другом. Наличие самостоятельных трендов, характеризующих поведение того или иного элемента, также может свидетельствовать либо об особенностях состава мантийного источника, либо о различиях в условиях частичного плавления разных групп вулканитов. В частности, Клейн и Лангмюр [Klein and Langmuir, 1987] на основании изучения состава базальтовых стекол сделали вывод, что повышенные концентрации натрия в первичном расплаве указывают на более низкую степень частичного плавления мантийного источника, а повышенные концентрации железа - на большую глубину зоны генерации расплавов. 

Следует отметить, что на различных диаграммах тренды разных вулканических серий или групп могут совпадать друг с другом, а на других отчетливо различаться, что затрудняет однозначную идентификацию серий. Кроме того, базальты, образовавшиеся из различных по составу мантийных источников, могут иметь для отдельных элементов одинаковые тренды фракционирования. 

Наиболее многочисленной и наиболее распространенной в регионе ТСБ группой является группа базальтов N-MORB, главной отличительной чертой которых являются низкие концентрации литофильных элементов. Породы слабо или умеренно дифференцированы, поэтому они не дают протяженного тренда, а образуют на вариационных диаграммах компактные поля составов, располагающиеся в основании всех трендов дифференциации. Лишь на диаграмме FeO - FeO/MgO (рис. 4) базальты из этой группы формируют самостоятельный тренд с наиболее высокими концентрациями железа. Проведенные ранее исследования [Симонов и др., 2000; Simonov et al., 1996] показали, что данные базальты могут являться производными расплавов, генерированных при частичном плавлении мантийного субстрата под срединно-океаническими хребтами, начиная с глубин 60-70 км. В пределах изученного региона они наиболее широко распространены в рифтовой долине и на флангах САХ. В двух других спрединговых хребтах (АфАХ и АмАХ) они встречены реже (разлом Буве, угловое поднятие Конрад), хотя по данным Ле Ро [Le Roex et al., 1983, 1985] за пределами ТСБ они широко распространены и в пределах этих хребтов. Деплетированные базальты встречены также в зонах сочленения палеоструктур САХ и АфАХ (Восточная область дислокаций). Там они сильно изменены, при этом среди вторичных минералов преобладает хлорит, и, следовательно, к поверхности дна они были выведены с более глубоких горизонтов разреза океанической коры. В зоне сочленения палеоструктур САХ, АфАХ и АмАХ базальты рассматриваемой группы слагают ряд поднятий, но в данном случае они несут признаки лишь поверхностных изменений. Единичные образцы базальтов N-MORB драгированы с нижней части поднятия Шона. Таким образом, базальты N-MORB являются фоновыми для района ТСБ. Внутри самой этой группы наблюдаются вариации содержаний ряда элементов, особенно натрия и титана, однако каких-либо закономерностей в пространственном распределении таким образом различающихся базальтов не наблюдается. Базальты из Восточной области дислокаций выделяются более низкими концентрациями СаО, что связано с широким распространением в них хлорита. Напротив, для некоторых существенно плагиоклаз-порфировых разностей из района разлома Буве свойственны повышенные концентрации СаО и особенно Al2O3. 

Близки по составу к базальтам предыдущей группы умеренно обогащенные толеиты типа T-MORB. Они отличаются от деплетированных разностей более высокими концентрациями литофильных элементов (K, P, Zr, Sr, Y, Nb и др.), степень обогащения которыми варьирует. Для них также характерны и более высокие отношения некогерентных элементов Nb/Zr, La/Sm и др. Базальты T-MORB были встречены практически везде, где были описаны деплетированные базальты, но только в меньшем количестве. Их единичные образцы встречены также на хребте Шписс. 

Составы вулканитов, драгированных с хребта Шписс и с подводных склонов острова Буве, на вариационных диаграммах TiO2, K2O, P2O5 - FeO/MgO (рис. 2, 3, 4) в совокупности образуют единый самостоятельный, протяженный тренд, отражающий продолжительную дифференциацию, в ходе которой накапливались железо, натрий, калий и уменьшались содержания магния, кальция и алюминия. Судя по характеру тренда, концентрации железа, титана и фосфора на первых этапах фракционирования быстро возрастали, а на конечных этапах, когда в промежуточной камере происходило осаждение Fe-Ti фаз (ильменита?) и апатита, их содержание в расплаве значительно сократилось. Несмотря на очень протяженный тренд дифференциации, содержание кремнекислоты до момента осаждения апатита и Fe-Ti фаз увеличивается не намного. Описанный характер дифференциации свойственен для толеитовых расплавов, фракционирование в которых происходит по феннеровскому типу. Среди вулканитов острова Буве существенно больше сильно дифференцированных разностей, чем в пределах хребта Шписс, что указывает на более крупные размеры промежуточного очага, существующего под вулканом Буве. В пользу этого свидетельствуют и гораздо большие поперечные размеры вулканического сооружения острова Буве. 

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. 

Самостоятельную группу составов образует большая часть базальтов, поднятых на станции G9610, которая характеризует поднятие, расположенное в районе южного окончания САХ. На вариационных диаграммах K2O, TiO2, P2O5 - FeO/MgO они объединены одним трендом, косо пересекающим тренды других вулканических серий. Это достаточно протяженная дифференцированная серия базальтов, для которых при той же степени фракционирования свойственны существенно более высокие содержания фосфора в сравнении со всеми остальными группами вулканитов. Для них характерно также сравнительно высокое, на уровне вулканических серий острова Буве и хребта Шписс, содержание калия и литофильных элементов-примесей при том, что содержания таких элементов как Ce, Th, Ba, B, Sr [Сущевская и др., 1999] существенно более высоки. Тренд составов этих базальтов отличается от трендов дифференциации типичных толеитовых расплавов тем, что в ходе дифференциации наблюдается очень слабое накопление калия, титана, фосфора и глинозема. Изотопные характеристики стекол этих базальтов [Сущевская и др., 1999] (обр. G9610/37) резко отличаются от всех других вулканитов, встреченных в районе ТСБ и острова Буве. Основные отличия заключаются в аномально высоком значении 87Sr/86Sr (0,70545) и высоком отношении 208Pb/204Pb (39,23). Такие параметры характерны для вещества континентальной мантии или древней океанической коры. Мы предполагаем, что в разрезе поднятия данные обогащенные базальты слагают более глубокие горизонты, поскольку в качестве вторичных минералов в них выступает смектит, сменяясь вверх по разрезу деплетированными базальтами, содержащими только продукты поверхностного изменения (глауконит). Следовательно, обогащенные базальты характеризуют ранний этап формирования поднятия, который приходится на время соединения трех спрединговых хребтов: САХ, АфАХ и АмАХ - в одной точке 1 млн лет назад [Сколотнев, 2000]. Можно ожидать, что в силу этого, в этот период имел место чрезвычайный разогрев уже существовавшей литосферы. Вероятно, в результате этого разогрева могло произойти частичное подплавление литосферы, содержащей блоки континентальной мантии или древней океанической коры, и подмешивание расплавленного материала к истощенным расплавам N-MORB. 

Конечно, вопрос о происхождении блоков континентальной мантии или древней океанической коры вблизи осевых частей срединно-океанических хребтов не менее труден, чем вопрос о природе рассматриваемых базальтов. В связи с этим необходимо отметить следующее. Данный регион является чрезвычайно сложным и по строению океанского дна, и по истории его геологического развития. В ряде работ [Дубинин и др., 1999; Пущаровский, 1998] предполагается, что АмАХ и АфАХ сравнительно недавно соединились с САХ. До этого существовали другие спрединговые центры в этом регионе, следы которых уверенно распознаются в структуре океанского дна. Очевидно, что такие глобальные перестройки геодинамического режима в данном регионе являются благоприятным фактором для сохранения блоков континентальной мантии или древней океанической коры в более молодой океанской литосфере. 

Наконец, самостоятельную группу составов формирует большая часть вулканитов горы Шона. Они образуют протяженную дифференцированную серию, тренд которой резко отличается от трендов других групп вулканитов. Во-первых, наиболее примитивные разности базальтов из этой группы имеют в сравнении с аналогичными базальтами из других групп крайне низкие концентрации титана и пониженные содержания фосфора. Во-вторых, по мере дифференциации происходит очень медленное накопление в расплавах титана, калия, фосфора, железа и, напротив, очень быстрое накопление кремнекислоты. Содержания K2O в них также низкие, хотя и превышают в целом таковые в деплетированных толеитах N-MORB. Все эти особенности характерны для дифференциации не толеитовых, а известково-щелочных расплавов, как известно, широко распространенных в зонах субдукции. Объединяет их с известково-щелочными магмами и наличие вкрапленников ортопироксена, повышенная железистость вкрапленников оливина (Fо72-80 ) и высокая основность вкрапленников плагиоклаза (An86-96 ). Однако имеются и существенные различия между вулканитами горы Шона и типичными вулканитами известково-щелочной серии. У первых наблюдаются заметно более высокие содержания магния и кальция и несколько более низкие - калия, натрия и алюминия, а самое главное отличие заключается в очень высоком содержании хрома, на порядок превышающее таковое у базальтов вулканических дуг. Как известно, одним из характерных признаков островодужных вулканитов является наличие ниобий - танталовой отрицательной аномалии на спайдер-диаграммах. Мы не проводили подробное изучение распределения элементов-примесей в вулканитах горы Шона, поэтому не можем однозначно утверждать присутствует ли данная аномалия в них. Вулканиты с такими составами являются уникальными для океанической коры и естественно необходимы достаточно убедительные доказательства того, что они сформировались на месте, а не являются продуктами ледового разноса, поскольку данный регион располагается в зоне распространения айсбергов. 

С нашей точки зрения этот каменный материал является местным. Он не несет следов ледниковой штриховки. Ближайший источник островодужного материала - Южно-Сандвичевы острова занимают ничтожную территорию, в пределах которой собственно айсберги не формируются. Антарктида же поставляет другой материал в виде ледового разноса, характерный для континентальной коры (гнейсы, граниты, песчаники и др.), хотя в ее пределах и известны известково-щелочные вулканиты. Но более важные доказательства коренного происхождения вулканитов данного типа следуют из изучения их текстурных особенностей. Наряду с преобладающими сильно пористыми разностями, имеющими действительно необычный вид, но в целом похожими на вулканиты хребта Шписс, в их коллекции присутствуют и непористые представители, ничем не отличающиеся от типичных океанических базальтов. На абразионной вершине углового поднятия разлома Конрад обнаружены дациты, принадлежащие к этой группе, в составе брекчии с песчанистым цементом. Зерна цемента состоят из обломков такого типа вулканитов. 

Как было сказано выше, по ряду признаков базальты горы Шона близки к известково-щелочным сериям островных дуг, однако для окончательной идентификации необходимо более детальное изучение геохимии и изотопии этих вулканитов. Возможно, мы имеем дело с конвергенцией признаков. Тем не менее, мы рискнем высказать ряд предположений о происхождении этой вулканической серии, используя ряд имеющихся представлений о генезисе известково-щелочных пород. Основные усилия исследователей в данном направлении концентрируются на поиске удовлетворительного объяснения некоторой обогащенности первичных расплавов известково-щелочных серий легкими литофильными элементами и наличия при этом ниобий-танталовой отрицательной аномалии. Предполагается, что генерация первичных расплавов известково-щелочной серии происходит в надсубдукционной мантии, предварительно обогащенной в результате флюидного метасоматоза. Источником флюидов и литофильных компонентов, переносимых этими флюидами, является океанская кора, попавшая на большие глубины в результате субдукции. Ряд авторов [Ringwood, 1990] считают, что низкие концентрации титана, ниобия, тантала и др. обусловлены кристаллизацией рутила в качестве остаточной фазы. Другие это связывают с меньшей подвижностью данных элементов в сравнении с другими литофилами [McCulloch and Gamble, 1991], считая, что их основным источником является вещество уже деплетированной мантии. Дальнейшая эволюция расплавов и условия их дифференциации, приводящие собственно к образованию известково-щелочных серий, подробно рассматриваются Т. И. Фроловой [Фролова и др., 1985]. Согласно Т. И. Фроловой, для формирования вулканических известково-щелочных серий необходимы три условия. Это интенсивный флюидный режим области, обстановка сжатия, при которой возникают условия для закрытости промежуточных камер, обеспечивающие в ней флюидно-магматическую дифференциацию расплава и эволюцию самих флюидов в сторону большей кислотности и окисленности, и ассимиляция расплавом субстрата базитового состава. 

Для понимания природы вулканитов горы Шона важно вспомнить, что аналогичные им породы эпизодически встречены в зонах сочленения палеоструктур АфАХ и АмАХ, а также АмАХ и САХ, где они участвуют в строении сложно тектонически построенных структур совместно с деплетированными базальтами. При этом, судя по тому, что они имеют более свежий облик и существенно более пористые, чем последние, вулканиты Шоновского типа слагают более верхние и молодые горизонты базальтового разреза. Некоторые из таких структур имеют отчетливую конусовидную надстройку, которая, вероятно, является вулканом. Это дает основание предположить, что вулканиты Шоновского типа являются продуктами внутриплитного вулканизма. Помимо этого данные вулканиты обнаружены на линейном поднятии между вулканами Шписс и Буве, где они ассоциируют с сильно обогащенными базальтами, аналогичными таковым в рифтовой долине АфАХ. 

Для объяснения природы вулканитов поднятия Шона нами предложены две гипотезы. Одна из них опирается на уже ранее сделанное предположение о подлитосферном растекании плюмового вещества, обогащенного флюидной фазой, которое может выступать в качестве мантийного источника обогащенных расплавов. Выше также указывались признаки того, что данные расплавы на уровне мантийных промежуточных камер могли быть контаминированы веществом субстрата. Наше следующее предположение заключается в том, что в обстановке сжатия при внутриплитных напряжениях магматические камеры приобретают закрытый характер, что приводит к резкому увеличению масштабов взаимодействия расплава и субстрата, коим является сильно истощенный рестит. Согласно геодинамическим построениям С. Г. Сколотнева [Сколотнев, 2000] вблизи тройного сочленения в пределах Южно-Американской и Антарктической плит, то есть там, где встречены вулканиты Шоновского типа, периодически возникают условия сжатия. Вполне вероятны они и при формировании горы Шона, отличающейся сложным тектоническим строением, залеганием габброидов в верхах поднятия. В результате ассимиляции реститового вещества состав расплава сильно трансформировался. Плюмовая компонента в нем была значительно ослаблена, расплав обогатился хромом и магнием, элементами, которые содержатся в большом количестве в рестите. Последующая флюидно-магматическая дифференциация расплава в условиях закрытости камеры, в силу чего флюид становился более окисленным, обусловила его эволюцию по боуэновскому типу. Раннее выпадение минералов железа и титана из расплава привело к образованию вулканической серии, схожей с известково-щелочной вулканической серией. Высокие концентрации хрома являются общим геохимическим признаком базальтов двух различных вулканических серий, совместно встреченных на линейном поднятии между вулканами Буве и Шписс. Очевидно, в соответствии с выше сказанным, в ходе становления этого поднятия режим растяжения, при котором из растекающегося плюмового вещества генерировались обогащенные расплавы, сменился режимом сжатия, при котором на состав формирующихся магм большое влияние оказали процессы ассимиляции вещества литосферы и эволюции флюидов. 

Следует также отметить, что о принципиальной возможности генерации низкотитанистых ортопироксен содержащих толеитовых расплавов при частичном плавлении диапиров, поднимающихся под срединно-океаническими хребтами, указывается Д. Грином и др. [Green et al., 1979]. По мнению данных авторов это происходит в относительно низкобарических условиях, когда диапир уже претерпевший частичное плавление при дальнейшем подъеме снова подвергается плавлению. Реальный пример такого расплава описывается в работе Данюшевский и др. [1987]. Он был обнаружен в виде расплавного включения в зерне оливина из базальтов разлома Вима и отличается от других толеитов океанических хребтов крайне низкими содержаниями титана, калия и натрия и повышенными концентрациями кремнезема и кальция. Таким образом, за исключением калия состав этого расплава в определенной степени сопоставим с наиболее примитивными разностями базальтов с горы Шона. Учитывая сказанное, мы все же придерживаемся мнения, что решающую роль в формировании вулканитов подобных таковым с горы Шона играло плавление плюмового материала, но, вероятно, оно происходило при низкобарических условиях. 

Другая гипотеза образования необычных вулканитов, встреченных на горе Шона, исходит из сложного геологического строения Южной Атлантики. На восточном фланге САХ в районе 15o в.д. находится отмерший срединно-океанический хребет субмеридионального простирания, ортогонально сочленяющийся на севере с Фолклендско-Агульясским разломом. Судя по имеющимся магнитным аномалиям он активно развивался в период между хронами 34 и 27 (100-60 млн лет) [La Brecque and Hayes, 1979]. Предполагается, что его отмирание произошло из-за возникновения существенно западнее новой (параллельной) зоны спрединга в пределах САХ в период между хронами 31 и 25 (68-56 млн лет). 

К западу от этой палеоспрединговой зоны на восточном фланге САХ (между 2o и 10o в.д.) находится дугообразное поднятие Метеор. По своей форме и размерам оно вполне сопоставимо с островной дугой Скоша. Вероятно, это вулканическое поднятие (как и дуга Скоша) имеет островодужную природу. Его образование можно объяснить следующим образом. К западу от палеозоны спрединга располагался блок мощной консолидированной коры (Фолклендское плато). Последний препятствовал нормальному раскрытию Южной Атлантики. В результате взаимодействия (столкновения) коры, образованной к западу от палеорифта САХ и мощной коры Фолклендского плато, сформировалась зона субдукции с соответствующим вулканическим (островодужным) поднятием Метеор. В последующем, после перескока зоны спрединга существенно западнее, последняя, как и палеорифт САХ, прекратила свое существование в качестве островной дуги. 

К сожалению, на сегодняшний день нам не известны работы по изучению вещественного состава поднятия Метеор. Но гора Шона, учитывая состав вулканитов, встреченных на ней, может рассматриваться как один их наиболее удаленных к западу флангов позднемеловой островной дуги, разрезанной более молодыми структурами САХ. 



Обсуждение 

К основным факторам, определяющим разнообразие состава вулканитов в районе тройного сочленения Буве, относятся: плюмовая активность, сложная геодинамика района тройного сочленения, приведшая к многообразию форм взаимодействия плюмового магматизма с рифтовым магматизмом и веществом литосферы, а также, возможно, геологическая предыстория данного района. 

Плюм глубинной мантии в районе ТСБ поднимается по двум главным каналам, поверхностным проявлением которых являются вулканические постройки Буве и Шписс. Видимо, эти каналы питаются на глубине из одного источника, имеющего форму близкую к эллипсоиду, вытянутому к северо-западу, связанную с перемещением материала в этом направлении. Под островом Буве канал более крупный и горячий, что приводит к формированию в этом районе более мощной литосферы и долго живущих промежуточных камер, в которых осуществляется более глубокая кристаллизационная дифференциация расплавов. Плюмы продуцируют расплавы, обогащенные литофильными элементами и радиогенными изотопами. Проявление плюмовой активности в данном регионе началось не ранее 2-2,5 млн лет назад. 

В районе хребта Шписс плюм локализован под осевой частью спрединга, что приводит к смешению его выплавок с расплавами истощенных толеитов. Но взаимодействие двух мантийных источников не ограничивается лишь процессами смешения, которые сами по себе довольно сложны. Происходит изменение условий частичного плавления в них, одним из следствий которого может быть вовлечение в процесс плавления метасоматизированной мантии, фрагменты которой могли сохраниться с момента раннего рифтогенеза. Плюм, локализованный под хребтом Шписс, охватывает своим влиянием и рифтовый вулканизм близко расположенного САХ. Однако в данном случае процесс смешения носит иной характер. Обогащенные разности распространены дискретно среди деплетированных базальтов, при этом компоненты деплетированного источника доминируют в них над компонентами плюмового источника. 

В районе острова Буве плюм локализован в стороне от осевой части спрединга, тем не менее, его влияние на рифтовый вулканизм значительно. Во-первых, в рифтовой долине наблюдается излияние базальтов, производных от расплавов, генерированных при частичном плавлении непосредственно вещества плюма. Во-вторых, практически отсутствуют деплетированные разности, но преобладают обогащенные толеиты, представляющие собой продукт смешения деплетированных и плюмовых расплавов. Доля плюмового компонента в обогащенных базальтах велика. 

От этих двух основных каналов происходит подлитосферное растекание плюмового вещества, обогащенного флюидной фазой и элементами, обладающими большим сродством к ней, в частности, калием и фосфором. Эти флюидонасыщенные плюмовые дериваты также могут продуцировать расплавы, которые будут обогащены калием, фосфором и др. При этом вследствие повышенной флюидонасыщенности эти расплавы взаимодействуют с окружающим субстратом, по-видимому, на уровне промежуточных очагов в верхней мантии. В результате этого может происходить неравномерное обогащение расплавов хромом. Излияния базальтов, производных от таких расплавов, наблюдаются на участках растяжения литосферы как на границах плит, в частности, в рифтовой долине АфАХ, так и внутри плит. 

В случае, если зоны магмогенерации, связанные с флюидонасыщенными дериватами плюмов, возникают в условиях сжатия, то в ходе эволюции этой локальной магматической системы формируются закрытые промежуточные камеры, вероятно, на уровне истощенной верхней мантии, где происходят процессы активной ассимиляции субстрата с участием флюидов и интенсивная флюидо-магматическая дифференциация, приводящая к формированию вулканической серии пород схожей с известково-щелочной. Такой процесс, очевидно, мог иметь место и при формировании горы Шона, но только в более раннее геологическое время. С другой стороны гора Шона может являться фрагментом древней внутриокеанической островной дуги. 

Непосредственно вблизи тройного сочленения обнаружены базальты аномально обогащенные фосфором и рядом элементов-примесей (Th, Ba, B, Ce), а также радиогенными изотопами. Они резко отличаются по этим параметрам, а также по характеру дифференциации от остальных базальтов района. Одними из наиболее предпочтительных источников вещества, которое может обеспечить такие изотопные метки в данных базальтах, могут быть континентальная мантия или древняя океаническая кора. В ходе сложной геологической предыстории этого региона блоки континентальной мантии или древней океанической коры могли сохраниться среди более молодой океанской литосферы. В районе тройного сочленения эти блоки могли оказаться в зонах аномального разогрева литосферы, в частности, в момент соединения трех спрединговых хребтов в одной точке и быть частично подплавлены. 



Выводы 

Среди вулканитов района тройного сочленения Буве выделяется 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 внутриокеанической островной дуги. 

Обогащенные базальты, отличающиеся от других обогащенных типов очень высокими концентрациями фосфора и радиогенных изотопов, слагают тектоническое поднятие вблизи сочленения трех рифтов. Вероятно, на состав их первичных расплавов оказало влияние подплавление блоков вещества, сильно обогащенного радиогенными изотопами (континентальная мантия? древняя океаническая кора?) на участках аномального разогрева литосферы. 

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. 

 



Литература

Данюшевский Л. В., Соболев А. В., Дмитриев Л. В., Ортопироксенсодержащие низкотитанистые толеиты - новый тип толеитов океанических рифтов, Докл. АН СССР, 292, (6), 1449-1453, 1987. 

Диденко А. Н., Пейве А. А., Тихонов Л. В., Петромагнитные и петрологические вариации вдоль Срединно-Атлантического и Юго-Западно-Индийского хребтов в районе тройного сочленения Буве, Физика Земли, (12), 47-66, 1999. 

Дубинин Е. П., Сущевская Н. М., Грохольский А. Л., История развития спрединговых хребтов Южной Атлантики и пространственно-временное положение тройного соединения Буве, Российский журнал наук о Земле, 1, (4), 1999. 

Мазарович А. О., Пейве А. А., Зителлини Н., Перфильев А. С., Разницин Ю. Н., Турко Н. Н., Симонов В. В., Аверьянов С. Б., Бортолуци А., Булычев А. А., Гасперини Л., Гилод Д. А., Гладун В. А., Евграфов Л. М., Ефимов В. Н., Колобов В. Ю., Лиджи М., Лодоло Э., Перцев А. Н., Соколов С. Ю., Шуто Ф., Морфоструктура района острова Буве, Докл. РАН, 342, (3), 354-357, 1995. 

Пейве А. А., Зителлини Н., Перфильев А. С., Мазарович А. О., Разницин Ю. Н., Турко Н. Н., Симонов В. А., Аверьянов С. Б., Бортолуци Д., Булычев А. А., Гасперини Л., Гилод Д. А., Гладун В. А., Евграфов Л. М., Ефимов В. Н. и др., Строение Срединно-Атлантического хребта в районе тройного сочленения Буве, Докл. РАН, 338, (5), 645-648, 1994. 

Пейве А. А., Перфильев А. С., Пущаровский Ю. М., Симонов В. А., Турко Н. Н., Разницин Ю. Н., Строение района южного окончания Срединно-Атлантического хребта (тройное сочленение Буве), Геотектоника, (1), 51-68, 1995. 

Пейве А. А., Турко Н. Н., Сколотнев С. Г., Лиджи М., Сущевская Н. М., Фабретти П., Мазарович А. О., Соколов С. Ю., Гилод Д. А., Тройное сочленение Буве, особенности строения и эволюции, Труды ГИН РАН, Вып. 511, Проблемы геодинамики литосферы, c. 91-109, Наука, Москва, 1999. 

Пущаровский Ю. М., Тектоника и геодинамика спрединговых хребтов Южной Атлантики, Геотектоника, (4), 41-52, 1998. 

Пущаровский Ю. М., Симонов В. А., Пейве А. А., Колобов В. Ю., Тикунов Ю. В, Мельгунов М. С., Взаимосвязь геохимических особенностей базальтов с геодинамическими обстановками в районе тройного сочленения Буве (Южная Атлантика), Докл. РАН, 361, (2), 1-4, 1998. 

Симонов В. А., Пейве А. А., Колобов В. Ю., Тикунов Ю. В., Геохимия и геодинамика базитов в районе тройного сочленения Буве, Южная Атлантика, Петрология, 8, (1), 38-52, 2000. 

Сколотнев С. Г., Вторичные преобразования базальтоидов Ключевской группы вулканов, В сб.: Минеральные преобразования пород океанической коры, 241 c., Наука, Москва, 1984. 

Сколотнев С. Г., Структурные факторы в истории геологического развития тройного сочленения Буве (Южная Атлантика), Геотектоника, 2000. 

Сущевская Н. М., Коптев-Дворников Е. В., Хворов Д. М., Мигдисова Н. А., Пейве А. А., Сколотнев С. Г., Беляцкий Б. В., Каменецкий В. С., Особенности процесса кристаллизации и геохимии толеитовых магм западного окончания Африкано-Антарктического хребта (хребет Шписс) в районе тройного сочленения Буве, Российский журнал наук о Земле, 1, (3), 221-251, 1999. 

Фролова Т. И., Бурикова И. А., Гущин А. В., Фролов В. Т., Сывороткин В. Л., Происхождение вулканических серий островных дуг, 275 c., Недра, Москва, 1985. 

Apotria T. G. and Gray N. H., Absolute motion and evolution of the Bouvet triple junction, Nature, 316, (6029), 623-625, 1985. 

Apotria T. G. and Gray N. H., The evolution of the Bouvet triple junction: implications of its absolute motion, Tectonophysics, 148, (3/4), 177-193, 1988. 

Cande S. C. and Kent D. V., Revised calibration of geomagnetic polarity time scale for the Late Cretaceous and Cenozoic, J. Geophys. Res., 100, (B4), 6093-6095, 1995. 

Carrara G., Bortoluzzi G., Zitellini N., Bonatti E., Brunelli D., Cipriani A., Fabretti P., Gasperini L., Ligi M., Penitenti D., Sciute F., Mazarovich A., Peyve A., Turko N., Skolotnev S. and Gilod D., The Bouvet triple junction region (south Atlantic): a report on two geological expeditions, Giornale di Geologia, 59, Ser 3a, (1-2), 19-33, 1997. 

Dick H. J., Fisher R. L. and Bryan W. B., Mineralogic variability of the uppermost mantle along mid-ocean ridges, Earth Planet. Sci. Lett., 69, (1), 88-106, 1984. 

Dickey J. S., Frey F. A., Hart S. R. and Watson E. B., Geochemistry and petrology of dredged basalts from the Bouvet triple junction, South Atlantic, Geoch. Cosmochim, 41, 1105-1118, 1977. 

Green D. H., Hibberson W. D. and Jaques A. L., The Earth: Its origin, structure and evolution, Acad. Press. London, p. 265-290, 1979. 

Klein E. M. and Langmuir Ch. H., Global correlations of ocean ridge basalt chemistry with axial depth and crustal thickness, J. Geophys. Res., 92, (B8), 8089-8115, 1987. 

Kleinrock M. C. and Morgan J. P., Triple Junction reconstruction, J. Geophys. Res., 93, (B4), 2981-2996, 1988. 

Kurz M. D., Le Roex A. P. and Dick H., Isotope geochemistry of oceanic mantle near the Bouvet triple junction, Geoch. Cosmochim., 62, (5), 841-852, 1998. 

La Brecque J. L. and Hayes D. E., Seafloor spreading history of the Agulhas basin, Earth Planet. Sci. Lett., 45, 411-428, 1979. 

Le Roex A. P. and Erlank A. J., Quantitative evaluation of fractional crystallization in Bouvet island lavas, J. Volcan. Geotherm. Res., 13, 309-338, 1982. 

Le Roex A. P., Dick H., Erlank A. J., Reid A. M., Frey F. A. and Hart S. R., Geochemistry, mineralogy and petrogenesis of lavas erupted along the Southwest Indian Ridge between the Bouvet Triple Junction and 11 Degrees East., J. Petrol., 24, Part 3, 267-318, 1983. 

Le Roex A. P., Dick H., Reid A. M., Frey F. A. and Erlank A. J., Petrology and geochemistry of basalts from the American-Antarctic Ridge, Southern Ocean: implications for the westward influence of the Bouvet mantle plume, Contrib. Mineral. Petrol., 90, 367-380, 1985. 

Le Roex A. P., Dick H., Gulen L., Reid A. M. and Erlank A. J., Local and regional heterogeneity in MORB from the Mid-Atlantic Ridge between 54,5 S and 51 S: Evidence for geochemical enrichment, Geoch. Cosmochim., 51, 541-555, 1987. 

Le Roex A. P., Dick H. J. B. and Watkins R. T., Petrogenesis of anomalous K-enriched MORB from the Southwest Indian ridge: 11o53 E to 14o38 E, Contrib. Mineral. Petrol., 110, 253-268, 1992. 

Ligi M., Bonatti E., Bortoluzzi G., Carrara G., Fabretti P., Penitenti D., Gilod D., Peyve A., Skolotnev S. and Turko N., Death and transfiguration of a triple junction in the South Atlantic, Science, 276, 243-245, 1997. 

Ligi M., Bonatti E., Bortoluzzi G., Carrara G., Fabretti P., Zitellini N., Gilod D., Peyve A., Skolotnev S. and Turko N., Bouvet triple junction in the South Atlantic: geology and evolution, J. Geophys. Res., 104, (B12), 29,365-29,386, 1999. 

Mitchell N. C. and Livermore R. A., Spiess ridge: an axial high on the slow spreading Southwest Indian ridge, J. Geophys. Res., 103, (B7), 15,457-15,471, 1998. 

McCulloch M. T. and Gamble J. A., Geochemical and geodynamical constraints on subduction zone magmatism, Earth Planet. Sci. Lett., 102, 358-374, 1991. 

Ringwood A. E., Slab-mantle interactions 3, Petrogenesis of intraplate magmas and structure of the upper mantle, Chem. Geol., 82, 187-207, 1990. 

Schilling J. G., Tompson G., Kingsley R. and Humphris S., Hotspot-migrating ridge interaction in the South Atlantic, Nature, 313, (5999), 187-191, 1985. 

Sclater J. G., Bowin C., Hey R., Haskins H., Peirce J., Phillips J. and Tapscott C., The Bouvet triple junction, J. Geophys. Res., 81, 1857-1869, 1976. 

Seyler M. and Bonatti E., Regional-scale interaction in lherzolitic mantle in the Romanche Fracture zone, Atlantic ocean, Earth Planet. Sci. Lett., 146, 273-281, 1997. 

Simonov V. A., Peyve A. A., Kolobov V. Yu., Milosnov A. A. and Kovyazin S. V., Magmatic and hylrothermal processes in the Bouvet triple junction region (South Atlantic), Terra Nova, 8, 45-424, 1996.