Кайнозойский вулканизм Монголии

Проблемы геодинамики

Итак, геолого-геофизические данные свидетельствуют о том, что кайнозойский вулканизм в Монголии обусловлен существованием в ее верхней мантии разуплотненных горячих масс вещества. Остаются дискуссионными вопросы пространственного распределения по латерали и глубине этих масс и его изменения во времени, природы этой глубинной динамики и образования щелочно-базальтовых расплавов. Большинство исследователей, включая авторов, признает рифтогенную природу кайнозойского вулканизма Монголии, или рифтовый эндогенный режим эволюции рассматриваемых ареалов в кайнозое. Это означает, что формирование поверхностных структур и магматическая активность обусловлены диапироподобным внедрением в подкоровые слои верхней мантии разуплотненного горячего вещества (аномальной мантии). При этом возможен как активный рифтинг, т.е. подъем диапира в силу его собственной плавучести, так и пассивный, под действием внешних сил, приводящих к деформации литосферы, образованию в ней ослабленных зон, по которым и происходит внедрение диапира.

Геолого-исторический анализ показывает, что, по-крайней мере, с палеозоя Монголия испытывала устойчивый однотипный континентальный рифтогенный магматизм в одних и тех же структурно-формационных зонах: Южно-Монгольской, Центрально-Монгольской и Северо-Монгольской [Ярмолюк, 1986]. Отмечая поразительное сходство строения разновозрастных тектономагматических ареалов, авторы [Коваленко и др., 1989] указывают на необходимость признания общей причины формирования этих ареалов и непрерывности ее проявления на территории Монголии на протяжении, по крайней мере, палеозоя и мезозоя. Установлена приуроченность разновозрастных рифтогенных зон Монголии к системам разломов, маркирующих древние литосферные границы и сохраняющих глубинные структурные неоднородности на протяжении всего фанерозоя.

В кайнозое показана устойчивость развития вулканизма в различных ареалах БМР: смена во времени субщелочного (толеитового или переходного) петрохимического типа лав на все более щелочные, цикличность вулканизма, особенности пространственных вариаций состава магм относительно Хангайского нагорья. Последнее выступает устойчивой структурой на протяжении всего фанерозоя и на схеме изотопных провинций земной коры Центральной Азии [Коваленко и др., 1996] выделяется блоком с дорифейским основанием.

Рис. 17. Минеральные палеогеотермы для верхней мантии БМР

Рифтогенный эндогенный режим характеризуется разными стадиями эволюции, выделяются предрифтовая и собственно рифтовая стадии этого режима [Грачев, Девяткин, 1997; Грачев и др., 1981]. Они различаются как поверхностными явлениями, так и физико-химическим состоянием недр. Последнее проявляется в особенностях термического состояния подкоровой верхней мантии. На примерах Дариганги, Хангая, Витимского нагорья было показано, что минеральная геотерма предрифтового режима на уровне существования шпинелевых ультрабазитов на 150-200^o С "холоднее" геотермы того же глубинного уровня под развитыми рифтогенными структурами (рис. 17) [Буданова и др., 1991; Геншафт, Салтыковский, 1985б; Салтыковский, Геншафт, 1983]. Предполагая, что переход от предрифтовой к рифтовой стадии происходит за время около 15-20 млн лет, получаем среднюю скорость разогрева около 10^oС/млн лет. Ясно, что такой разогрев может быть обеспечен только в результате тепло-массопереноса, т.е. путем диапиризма разогретого глубинного вещества.

Как было показано изучением состава и микроструктуры ксенолитов ультрабазитов мантии, процесс диапиризма сопровождается деформационными и метасоматическими процессами изменения вещества мантии [Буданова и др., 1991; Геншафт, 1993]. Детальные исследования ксенолитов в базальтах Центрального Французского массива показали тесную связь процессов деформации пород, метасоматических изменений в минеральном и изотопно-геохимическом составе, плавления [Cabanes and Briqueu, 1986/1987; Zangana et al., 1997]. Метасоматические изменения в породах мантии установлены и для БМР [Коваленко и др., 1985; Салтыковский, Геншафт, 1985; Ionov et al., 1994; Kovalenko et al., 1986 и др.].

В последнее время в литературе широко дебатируется вопрос о возможной связи рифтогенеза с мантийными плюмами, т.е. с диапирами, не связанными с подъемом кровли астеносферы, поднимающимися из основания верхней мантии или от границы ядро - мантия. Плюмовый источник магм устанавливается, преимущественно, по изотопно-геохимическим данным [Грачев, 1998а] и для ряда структур (Исландия, Гавайи, Афарский треугольник и др.), главным образом, сейсмологическими методами выявляется столбообразная мантийная аномалия, уходящая на глубины в сотни км. Одним из наиболее ярких индикаторов мантийного плюма является изотопное отношение ³Не/ ⁴Не, значение которого в породах или в термоминеральных флюидах, испытавших влияние плюма, должно превышать 11 10^-6 ( величина, характеризующая мантийный источник типа MORB) [Грачев, 1998а]. В пределах БМР такие высокие значения были установлены в ультраосновных ксенолитах из базальтов Хамар-Дабана [Грачев, 1998б; Друбецкой, Грачев, 1987], Витима и Хангая [Staudacher and Allegre, 1991]. По измерениям изотопных отношений гелия во флюидах самые высокие величины, достигающие характеристики MORB, получены для Тункинской впадины.

Данные сейсмической томографии [Мордвинова и др., 2000] показывают отсутствие под БМР непрерывной астеносферы на глубинах менее 200 км (рис. 16). Более того, выполненный авторами цитируемой работы анализ невязок для продольных и поперечных волн привел их к выводу об отсутствии под БРЗ обширных областей частичного плавления. Вместе с тем устанавливаются глубинные изолированные диапиры, характеризуемые пониженными скоростями и более горячим состоянием, чем окружающая среда. С учетом отмеченных высоких значений изотопии гелия такое распределение низкоскоростных масс в недрах региона скорее всего указывает на существование горячей точки типа плюма.

К подобному выводу пришли авторы ряда работ [Грачев, 1998а, 1998б; Ярмолюк и др., 1990; Windley and Allen, 1993]. Отмечается, например, существование Южно-Байкальской и Южно-Хангайской "горячих точек" с формированием тройных сочленений по типу Афарского треугольника [Ярмолюк и др., 1990]. Изотопно-геохимические данные по базальтам и глубинным включениям не противоречат гипотезе о монгольском плюме (плюмах?). Кайнозойские базальты региона выплавлялись из обогащенного относительно MORB источника, ультраосновные ксенолиты обладают всеми чертами, характерными для областей плюмового диапиризма: метасоматическим обогащением литофильными и легкими редкоземельными элементами, деформационными структурами и частичным плавлением при участии щелочных флюидов. Характер корреляционных соотношений между различными компонентами состава базальтов типичен для расплавов, формирующихся под влиянием плюма.

Интересно, что петрохимическими чертами, присущими базальтам плюмов - высокая магнезиальность при повышенных содержаниях оксидов железа и титана [Грачев, 1998а] -, обладают базальты плато Дариганга, для которого никаких проявлений мантийных аномалий не известно. Скорее всего это связано с очень слабой изученностью этого района геофизическими методами. По устному сообщению А. Ф. Грачева, первые определения изотопии Не в ксенолитах из базальтов Дариганги дали величины ³He/⁴He, не превышающие значения источника MORB.

Отсутствие явно выраженного плавления в мантии под БМР по данным сейсмической томографии согласуется с развиваемыми авторами данной статьи моделью образования щелочно-базальтовых магм в относительно узких и локальных зонах дислокаций (или повышенной проницаемости), обеспечивающих подток флюидов, метасоматическое преобразование перидотитов "зеленого" типа (в частности, привнос железа, титана, щелочей), разогрев и образование базальтовой магмы [Геншафт, Салтыковский, 1987]. При этом разрешающая способность метода томографии не позволяет выявить такие неоднородности (области плавления) размером менее 50 км.

Отмеченная выше пространственная унаследованность структур развития рифтовых режимов в течение сотен миллионов лет, исключительно глубокие корни источника базальтового магматизма и устойчивая картина временной эволюции магматизма и сопутствующих ему глубинных процессов приводят нас к убеждению о связи кайнозойского вулканизма в Монголии с активным диапиризмом, возможно, плюмового типа.