Возраст магматических и метаморфических событий в САХ: интерпретация данных изотопного K-Ar датирования

5. Интерпретация данных изотопного датирования

Результаты проведенного исследования позволяют сделать ряд принципиальных выводов, имеющих прямое отношение к сформулированной ранее проблеме вещественной неоднородности строения океанической литосферы в гребневой зоне САХ в районе 13-17^o с.ш. [Silantyev, 1998; Silantyev et al., 1995] и свидетельствующих о возможной возрастной неоднородности океанического субстрата, проявленной вблизи оси спрединга.

Данные, приведенные в табл. 1, указывают на возможность существования возрастной асимметрии в однотипных комплексах пород, слагающих противоположные борта рифтовой долины САХ между 15 и 16^o с.ш. (рис. 1). Результаты датирования демонстрируют, что возраст гнейсовидных габбро восточного борта долины более чем в два раза превышает возраст габброидов с теми же вещественными характеристиками с западного борта. В случае габброидов, представленных обр. FR12-05, при обсуждении и интерпретации полученных результатов предпочтение, очевидно, следует отдать возрастной оценке, полученной для этого образца в ИГЕМ РАН, как более достоверной.

Как следует из приведенного выше обсуждения влияния на оценки K-Ar возраста пород океанической коры эндогенных и экзогенных факторов, избыточный мантийный аргон предпочтительно концентрируется в плохо раскристаллизованных продуктах магматизма САХ, с другой стороны, процессы подводного выветривания, обуславливают потерю радиогенного аргона в океанском субстрате и привнос в него калия, что определяет систематическое занижение измеренного для этих пород K-Ar возраста. Изученные образцы представлены полнокристаллическими габбро и лишены признаков низкотемпературного изменения (в них отсутствуют смектиты и другие глинистые минералы), поэтому ни один из перечисленных выше факторов не мог влиять на измеренный в них возраст. Поскольку главные породообразующие минералы в датированных габброидах представлены плагиоклазом, пироксеном и амфиболом, оценки возраста, полученные в настоящем исследовании по валовой пробе, могут рассматриваться как достаточно надежные, так как эти фазы, согласно [Faure, 1986], характеризуются хорошей способностью к удержанию аргона. О том же свидетельствует совпадение возрастов, определенных K-Ar методом для гнейсовидных амфиболитов разлома Вима по амфиболу, плагиоклазу и валовой пробе [Honnorez et al., 1984]. К этому следует добавить, что содержание калия в изученных породах составляет не менее 0,25-0,27 масс.%, и, таким образом, удовлетворяет требованиям K-Ar метода.

Поскольку магматические и метаморфические процессы, участвующие в аккреции океанической литосферы, судя по петрологическим данным, протекают в масштабе геологического времени почти одновременно [Silantyev, 1998], принципиально важно оценить влияние этих процессов на K-Ar возрастные оценки.

В некоторых образцах габброидов станции FR16 были зафиксированы магматические контакты с рвущими их гранитоидами трондъемитового ряда, что позволяет рассматривать последние как жильные образования. Трондъемиты содержат ксенолиты перекристаллизованных габброидов, а вмещающие габбро (в том числе представленные обр. FR16-02) содержат биотит, по составу идентичный присутствующему в трондъемитах. К этому следует добавить, что биотит-содержащие гнейсовидные габбро, также как интрудирующие их трондъемиты, обнаруживают существенное обогащение ЛРЗЭ. Таким образом, имеются четкие петрографические и геохимические свидетельства высокотемпературной перекристаллизации габброидов со станции FR16 в результате их взаимодействия с трондъемитовым расплавом. В реконструкции главных этапов магматической истории сегмента САХ, расположенного к северу от разломной зоны 15^o20 , трондъемиты рассматриваются как наиболее поздние магматические образования западного борта рифтовой долины в этом районе [Silantyev, 1998]. Поскольку потери аргона в кристаллическом субстрате могут быть обусловлены частичным плавлением и перекристаллизацией, возрастная оценка, полученная для гнейсовидного габброида станции FR16, возможно, отражает время магматического взаимодействия этой породы с поздними, относительно времени формирования габброидного комплекса, инъекциями трондъемитового расплава. Иными словами, возраст 3,5 млн лет характеризует время магматической кристаллизации трондъемитового жильного комплекса. В рамках такой интерпретации, возраст, определенный для образца FR12-05 должен соответствовать или времени его кристаллизации в магматической системе, или перекристаллизации при метаморфизме.

В обоих исследованных образцах отмечена частичная метаморфическая перекристаллизация первичных магматогенных фаз с образованием амфибола или редкого хлорита. Клинопироксен в габброидах нередко почти полностью, часто псевдоморфоно, замещается амфиболом, в то время как ортопироксен замещен той же фазой только по краям зерен. Хлорит, являясь наиболее поздней вторичной фазой, частично замещает как темноцветные минералы (включая амфибол), так и плагиоклаз. Параметры состава амфибола из изученных образцов указывают на то, что метаморфическая перекристаллизация этих пород происходила при участии флюида морского происхождения и температурах порядка 500-550^o С. На основании петрологических данных, приведенных в [Silantyev, 1998], было высказано предположение, что метаморфизм габброидов в рассмотренном сегменте САХ протекал в малоглубинных условиях, а подъем плутонических образований к поверхности океанического дна осуществлялся с большей скоростью. Из последнего допущения следует, что если метаморфогенные фазы существенно повлияли на полученную оценку K-Ar возраста в валовых пробах габброидов станций FR16 и FR12, то, по крайней мере, в случае образца FR12-05 измеренный возраст отвечает метаморфической перекристаллизации габбро на уровне глубинности корового разреза, соответствующего 2-2,5 км, и не связан с низкотемпературными процессами. Возможно, этот возраст - 9 млн лет, близок ко времени магматической консолидации габброидного комплекса сегмента САХ к северу от разломной зоны 15^o20 , так как наиболее высокотемпературным этапам метаморфизма слагающих его пород соответствовали температуры, отвечающие субсолидусным условиям [Silantyev, 1998]. Резюмируя сведения о метаморфической истории габброидов рассмотренного участка САХ и анализируя характер распределения условий метаморфизма в этом районе, можно констатировать, что установленная возрастная асимметрия противоположных бортов рифтовой долины, проявленная в однотипных габброидах, не связана с различиями в метаморфической эволюции этих пород, поскольку им свойствена одинаковая степень метаморфизма.

Приведенные выше соображения позволяют высказать предположение, что возрастные различия между габброидами рассмотренного сегмента САХ обусловлены, главным образом, разной магматической историей становления плутонического комплекса восточного и западного борта рифтовой долины. Очевидно также, что поздние инъекции трондъемитов, несмотря на их относительно молодой возраст, тем не менее не связаны c современным магматизмом рифтовой долины (так называемый "zero age magmatism"). Для гребневой зоны САХ в районе 13-17^o скорость спрединга по [Галушкин, Ушаков, 1978] составляет около 2,8 см/год. Следовательно, для океанического субстрата с возрастом 3,5 млн лет следует ожидать его удаление от оси спрединга на расстояние порядка 100 км, в то время как станция FR16 удалена от оси рифтовой долины не более, чем на 5 км. В свою очередь, габброид станции FR12 тем более не может рассматриваться как плутонический аналог современных базальтов рифтовой долины, так как измеренный для него возраст, при указанных скоростях спрединга требует удаления подобного корового субстрата от оси рифтовой долины на дистанцию не менее 250 км. На еще большем удалении от оси хребта, по тем же соображениям, должны находиться породы с возрастом 20 млн лет - 560 км.

Указанное противоречие между K-Ar возрастом пород, слагающих борта рифтовой долины, и их интерпретацией, основанной на геодинамических постулатах канонической модели спрединга, может свидетельствовать о несовершенстве последней, по крайней мере, применительно к рассмотренному сегменту САХ. Возрастные оценки, полученные в настоящей работе, дают основания предполагать, что магматизм в рифтовой долине САХ между 15 и 16^o с.ш. имеет пульсационный характер и соответствует интервалу времени, значительно превышающему длительность формирования главных структурных элементов рифтовой долины, предсказанную расчетными методами.

Результаты изучения мантийных перидотитов из разломной зоны Вима (10^o с.ш.), участвующих в строении фрагмента океанической коры, удаленного от оси САХ на расстояние около 300 км и имеющего модельный возраст почти 20 млн лет, продемонстрировали, что этим породам свойственны существенные вариации в составе и степени плавления, свидетельствующие о систематическом изменении термальной структуры мантии под САХ во временном интервале, охватывающем по меньшей мере 10 млн лет [Brunelli et al., 1999]. Приведенные в цитируемой работе данные могут рассматриваться как подтверждение высказанного выше предположения о пульсационном характере плавления мантии под гребневой зоной хребта.

В контексте проблемы возрастных и вещественных соотношений магматических комплексов гребневой зоны САХ правомочен вопрос об источнике трондъемитового расплава, внедрившегося в габброиды станции FR16. В этой связи важно подчеркнуть, что сегменты САХ, в пределах которых широко распространены обнажения мантийных реститов и плутонических пород, в настоящее время во многих работах [Brunelli et al., 1999; Silantyev, 1998; Xia et al., 1992] рассматриваются как амагматичные из-за редуцированности или даже отсутствия в этих регионах базальтового слоя. Рисунок 1 наглядно демонстрирует, что рассмотренный в настоящей работе сегмент САХ может быть по праву отнесен к подобным участкам хребта с низким магматическим бюджетом. Следует заметить, что возрастное несоответствие между изученными плутоническими породами и современным базальтовым магматизмом рифтовой долины, возможно является универсальным качеством амагматичных сегментов хребта, поскольку ультраосновные реститы, согласно оценке, приведенной в [Bazylev and Silantyev, 2000] обнажаются на океаническом дне в среднем через 1,4 0,5 млн лет после отделения от них расплава.

Очевидно также, что установленный феномен присутствия в амагматичных сегментах САХ разновозрастных плутонических комплексов свидетельствует о вовлечении в процессы плавления под гребнем хребта магматических источников, не связанных с нормальными мантийными резервуарами, продуцирующими расплавы, родоначальные для современных MORB. Можно также предположить, что амагматичные сегменты САХ характеризуются сверх низкими скоростями спрединга, с чем согласуются приведенные выше данные. Возможным кандидатом на роль подобных магматических источников являются линзы и жильные тела габброидов, раскристаллизованных в условиях верхней мантии. На возможность глубинной кристаллизации габбро под САХ указывают находки в его гребневой зоне мантийных реститов, содержащих габброидные жилы и дайки [Базылев и др., 1999; Cannat et al., 1992]. Из экспериментальных данных о частичном плавлении толеитового субстрата следует, что при высоких давлениях, относительно низких температурах и низком парциальном давлении воды в этой системе могут выплавляться трондъемиты [Winther, 1996]. Плавление габброидного материала в условиях верхней мантии непротиворечиво объясняет образование трондъемитового расплава, интрудировавшего гнейсовидные габбро станции FR16.

Интерпретация всех имеющихся данных по K-Ar датированию плутонических пород гребневой зоны САХ была бы неполной без обсуждения полученных разными авторами (см. выше) очень древних возрастов габброидов Центральной Атлантики. В работе [Трухалев и др., 1990] древний возраст метагаббро и фрагмента плагиогранита, драгированных в САХ на 26^o с.ш. интерпретируется как свидетельство возможного присутствия реликтов древнего корового субстрата, сформированного задолго до раскрытия современного бассейна Атлантического океана. Это предположение совпадает с точкой зрения М. Озимы с коллегами [Ozima et al., 1976] на тектоническую позицию изученных ими метабазальтов из зоны пресечения САХ и разлома Атлантис, по которой происхождение этих древних вулканитов ( ⁴⁰ Ar- ³⁹ Ar метод, 169 млн лет) связано с начальными этапами раскрытия Центральной Атлантики, а в формировании их изотопно-геохимических характеристик принимало участие вещество древней (доатлантической) литосферы. Прогресс в изотопно-геохимических исследованиях продуктов магматиза САХ, наметившийся в последнее десятилетие, предоставил новые данные, которые позволяют вернуться к упомянутой выше интерпретации древнего возраста некоторых представителей магматических комплексов в гребневой зоне САХ. Анализ изотопно-геохимических особенностей базальтов САХ между 31 и 41^o с.ш., предпринятый в [Dosso et al., 1999], продемонстрировал существование вещественной гетерогенности мантийных источников этих пород, которая возможно была сформирована до открытия бассейна современной Атлантики и является унаследованной от литосферы древнего суперконтинента Гондвана. В работе [Dosso et al., 1999] приводятся оценки изотопного возраста главных этапов магматической истории мантийных источников под САХ между 31 и 41^o с.ш., которые соответствуют временному интервалу 100-300 млн лет и близки к возрасту, приведенному в [Ozima et al., 1976].

Существуют независимые свидетельства участия фрагментов древней литосферы в аккреции океанской коры гребневой зоны САХ, вытекающие из изотопно-геохимических особенностей мантийных перидотитов, добытых из сегментов хребта с корой Хэссовского типа. Изотопные характеристики Sm и Nd в различной степени деплетированных мантийных перидотитов сегмента САХ, расположенного к северу от разломной зоны 15^o20 , позволил предположить [Силантьев, Беляцкий, 1998], что эти породы испытали плавление 1,5 млрд лет т.н., что хорошо согласуется с установленным в [Silantyev et al., 1995] феноменом генетического несоотвествия мантийных реститов из того же района с продуктами современного магматизма рифтовой долины.

Таким образом, можно предполагать присутствие в гребневой зоне САХ двух типов магматических комплексов, не соответствующих в возрастном отношении современному магматизму рифтовой долины: 1) локализованного в сегментах с корой Хессовского типа со сверх низкими скоростями спрединга и связанного с повторным плавлением в мантийных условиях линз и прослоев кумулятивных пород, часто с аномальными геохимическими характеристиками; 2) представленного реликтами литосферы суперконтинента Гондвана и характризующегося изотопным возрастом порядка сотен миллионов лет.