Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Физико-химические условия образования толеитовых базальтов срединно-океанических хребтов

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические условия образования толеитовых базальтов срединно-океанических хребтов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВА

Геологический факультет

На правах рукописи

ГОРШКОВ АЛЕКСЕЯ ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 550.42

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТОЛЕИТОШХ БАЗАЛЬТОВ СРЕ5ДИНН0-0КЕА1ШЧЕСКИХ ХРЕБТОВ

Специальность 04.00.02 - Геохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кавдздата геаюгонмнералогаческих наук

МОСКВА - 1988

Работа выполнена в Института океанологил им.П.П.Ширщова АН СССР

Научные руководители! член-корреспондент АН СССР, дохтор геолого-минералогических наук И.Д.Рябчиков

кандидат физико-математических наук И.П.Лукашевич

Официальные опронентш доктор геолого-минералогических наук А.А.ЯрошевскиА (МГУ им.М.В.Ломоносова)

кандидат геолого-минсралогическнх наук А.Я.Шараськин . (ГИН АН СССР)

Ведущая организация - НПО Севморгеология Мингео СССР

/Защита диссертации состоится " * СШ/^р? 1988 г.

специализированноге

в ауд,829 на заседании специализированного ученого

совета К.053.058.. по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых Геологического факультета МГУ.

Адрес: 119889, Москва, Ленгоры, МГУ, Геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического Факультета МГУ (зона "А", 6 этаж).

Автореферат разослан " /3 " _1988г

Учений секретарь

специализированного совета

ст.н.сотрудник

А.М.Батанова

. - 1 -ВВЕДЕНИЕ.

Акт^альность_темы_исследования. Толеитовие базальты, слагамцив /наряду с близкими к ним по химическому составу габброидами/ 2-ой слой океанической коры, образуют крупнейшую геохимическую провинцию земной коры. Как показано с помощью объемного метод" /1'онов, 1985/, господствующим типом эффузивного вулканизма на неогейском этапе истории Земли был базальтовый. Объем базальтов составляет свыше 901 от объема всех эффузивных пород, тогда как на долю андезитового и риолит-Зипаритового магматизма приходится соответственно 8 и 24. )) свою очередь, на долю толеитового магматизма приходится свыше 954 всей магматической активности дна океанов, таким образом, этот процесс является ведущим фактором формирования океанической коры. По современным представлениям, образование толентовых базальтов контролируется двумя процессами - процессом формирования первичных магм и процессом кристаллизационной дифференциации в приповерхностной магматической камере.- Поэтому актуальными становятся:

1. Исследование физико-химических условий /давления, температуры, флюидного режима, степени плавления мантийного вещества/ при ма-гмогенерации;

2. Изучение влияния тектонических и геодинамическнх процессов на характер магмообраэования и магматической дифференциации.

Цель работы заключалась в том, чтоби на основе анализа имеющихся данных по химическому составу стекол толентооых базальтов срединио-океанических хребтов реконструировать историю формирования базальтов, рассмотрев отдельно генерацию первичных магм и кристаллизационную дифференциацию в верхних ма|матмческнх камерах.

В задачу автора входило: выявить закономерность вариаций химического состава лервичнчх магм толеитовых базальтов, установить характер изменения температур и давлений при их генерации, определить характер эволюции этих магм, приводящей к образованию толеитовых базальтов, и связать эти процессы с особенностями геодинамики и региональной тектоники. Результаты, полученные в ходе этого исследования, необходимы для решения актуальных проблем, связанных с изучением состава к строения мантии как источника магматизма, закономерностей смены условий зарождения и дифференциации магм, зависимости этих условий от динамики развития коры и мантии, формировании

геохимических провинций базальтов. ' ;

и£2!ЯУ^££Е92::2Ц9У5У!!2..Е2§21й.: Разработанный иами метод позволил пронести.крупномасштабное районирование дна Мирового океана с целмо выяснении особенностей генезиса толеитовых базальтов. Дока-лишая щш усом связь химического состава базальтов с возрастом рифтовон системы на момент образования эти* базальтов может иметь полмпую практическую ценность для. палеогеодинамических реконструкции тех регионов, где отсутствуют уверенные датировки линейных магнитных аномалия.Рассчитанные нами температуры кровли магматических камер среднино-океанических хребтов могут иметь важное значен», при расчетах гидротермальной циркуляции в рифтовых зонах н связанной с ней металлогении срединно-океаничесхих хребтов.

в основу работы положен-весь доступный •тнаштичсский материал по составам стекол толеитовых базальтов /около I 200 составов/, опубликованный в отчетах о данных глубоководного бурении в каталоге В.Мелсоиа, и в других отечественных и иностранных пбулнкациях, а также опубликованные данные по химическому составу базальтов трансформных разломов. Были использованы также опубликованные в литературе гравиметрические и сейсмологические данные но строению магматических камер срединно-океанических хребтов, данные но электропроводности астеносферы, карта линейных маг-ш 'нь1х аномалий А.м.Карасика и другие геофизические данные.

Лучннй_вклад_автоЕа_. Автором предложена постановка задачи расчета температур магматических очагов при мальи$ давлениях, связанная с применением методики численного моделирования ликвидусных фазовых соотношений. Собран, обработан и интерпретирован материал по магматизму трансформных разломов. Автор участвовал в создании программ численного моделирования плавления мантийного лерцолита при высоких давлениях, им выполнен расчет фракционирования модельных пер-тпших магм. Автором собраны материалы и создан банк данных химических составов стекол толеитовых базальтов Мирового океана /около 1 200 составов/. Для каждого состава на ЭВМ была рассчитана соответствующая ликвидусная температура. Автор принимал участие в интерпретации всех полученных результатов.

1'2^1,!122.и9Е'!3й2.заи1ИИ,аемо^ Работы состоите том, что для решения задачи о генерации первичных магм и их последующей дифференциации аьгором была применена комплексная интерпретация геохимических и геофизических данных о строении верхней мантии и срединно-океани-

ческих хребтов, а также современные представления о теш омических и геоднкамических процессах.

Защищаемие_попо*ения^

1. На основе применения метода численного моделирования лсеидолик-видусных фазовых соотношений установлено,что эволюция шим;пнче-ских очагов срединио-океанических хребтов пропсх днт в температурном интервале 1270- 1170°С.

Показано,что мировая система срединно-океанических хребтов распадается на тектонически-однородные участки/заключенные между крупными трансформныкн разломами/,различающиеся между собой термическим режимом и составом первичных магм.

2. Создана классификация толеитовых базальтов срсдннно-окелнических хребтов по хитческому составу их стекол .различающиеся по уровню концентрации индикаторных компонентов: ^(^^¿QjK^OjCaO; иьъчечо-но 3 типа толеитовых базальтов и показано,что на каждом iciriопиче-ски-однородном участке развиты базальты лишь одного ич эшх чипоп.

3. Показано,что первичные магкы базальтов различных тиной были образованы при различных физико-химических условиях,то есть данная классификация имеет генетический характер,при чем стекла I тина/с низкими содержаниями ТК^/были образованы при высоких ci оленях плавления,а стекла 3 типа/с высоким! содержаниями IiO,/-iipii низких степенях плавления единого мантийного субстрата,близкого но составу к примитивному лерцолиту.

4. В процессе развития рнфтовой система происходит закономерная смена типов базальтов,каждому из которых соответствует период определенной длительности,причем в течение первых 30 млн лег яэлнна-втёя" йаэальтп" I тип^.поейедуицил 50^60 млн.лел-бааальты 2тг.пп, и затеи базальт 3 типа.,

5. Показано,- что трансформные раэлоьы характеризуются особым типом магматизма, который имеет щелочную направленность.

П0ст20сние_и_0бъсм ^аб0ту1 Диссертация состоит нэ введении,3-х пшь и заключения;она содержит 136 стр.машинописного текста,иллюстрируется 3/рис. и 10 табл. Список литературы включает 79 наименований.

Ап£дбация_£аботы. По теме диссертации опубликовано работ. Результаты докладывались на Ш съезде советских океанологон /1987/, на 6 Всесоюзном вулканологическом совещании /1985/, на 1 и 2 Всесоюзных геохнмико-геофизических школах,на 6 и 7 Всесоюзных школах но морской геологии и не семинарах по магматическим гщодамПЮХП AJI СССР.

Глава t. Термический режим магматических очагов.

Тектонически-однородные участк.!.

На состав базальтов, изливающихся в сродинно-океаннческнх хре-

бгах, влияют два основных процесса - генерации первичных магм и их дифференциации. Рассмотрим основные процессы, протекающие в магматических камерах. Местом формирования вещества океанической коры ь рифтових зонах является верхний магматический очаг, расположенным в диапазоне давлений до 1,5 кбар. В магматический очаг поступает первичный расплав - частично расплавленное вещество верхней мантии, которое на своем пути также может подвергаться дифференциации; в верхнем магматическом очаге происходит заключительный этап дифференциации первичного расплава, отсюда происходят излияния базальтовых лав на дно океанов.

Степень плавле'ния базальтового вещества в верхней магматической камере оценивается как геофизическими методами, так ч в результате изучения образцов базальтов примерно в 30 весовых процентов. При такой высокой степени плавления в камере интенсивно идут процессы фракционирования /Йодер, 1979/.

С точки зрения термодинамика под магматическим очагом понимается область /вне зависимости от ее размеров и формы/, где твердая и жидкая фазы расплава находятся в состоянии, близком к равновесному. На своем пути от области генерации до излияния магматический расплав может находиться в нескольких промежуточных очагах; тот очаг, в котором кристаллы и расплав в последний раз находятся в состоянии равновесия перед их излиянием на поверхность, ми называем верхним магматическим очагом, именно в нем и происходит формирование океанической коры - ее габбрового и базальтового слоев.

Следовательно, процесс формирования океанической коры в огромной степени определяется физико-химическими условиями, существующими в магматических очагах - давлением и термическим режимом очага, окислительно-восстановительными условиями и химическим потенциалом компонентов, в нем находящихся.

Толетовые базальты и стекла срединно-океанических -хребтов пред ставляют собой дифференцированные серии, заключительный этап дифференциации которых проходит в верхних магматических камерах.

По современным данным, верхние магматические камеры лежат на малых глубинах /при давлении 1,5 кбар/, и их эволюция происходит без существенного влияния летучих компонентов и в окиелчтельно-восстановительных условиях, близких- к буферной системе <}ГМ. Таким образем, кристаллизации толент овых базальтов в верхних магматических очагах определяется о основном термическим режимом этих очагов. Под термическим режимом магматического очага понимается динамика

изменения температуры в процессе кристаллизации.

В основу расчета термического режима магматических очагов на ми было положено допущение, что температура ликвидуса стекла толе-итового базальта должна соответствовать температуре соответсглуш:!-го базальтового расплава в верхней магматической камере.

Для расчета ликвидусных температур базальтовых стекол нами был использован метод численного моделирования псевдоииквидусныл фазовых соотношений в породах основного состава, разработанный И,и Френкелем и А.А.Арискиным /Арнскин, Френкель, 1982/. В основе алю ритма расчета лежит определение псевдоликвидуса температур отвольных минералов и выбор максимальной из них.

Рассчитанная для восьмикомпонеитного состава базалыоно) о сю-кла максимальная псевдоликвидусная температура и есть искомая нам» температура верхней магматической камеры на момент излияния базальта. При сравнении результатов численного моделирования с резулыата-ми физико-химического моделирования для тех же образцов стекол различие между температурами ликвидуса колеблется от 2 до 12", чю лежит в пределах ошибки эксперимента. Хорошее соответствие между

расчетными и экспериментальными результатами свидетельстмуе) о перспективности выбранного метода численного моделирования для решения поставленной нами геохимической задачи.

Нами были рассчитаны температуры ликвидуса I 200 закалочных стекол толеитовых базальтов, образованных в рифтовых зона* Мириво-го океана, микрозондовые анализы которых были приведены в 1,л.шо| с В.Мелсона, отчетах по глубокополному бурению и в других публикациях.

После поступления в магматический очаг порции магми происходи! ее охлаждение и дифференциация. Поэтому распределение темпера|ур магматических очагов изучалось нами в зависимости от степени днФ-фереицированности базальтовых стекол. В качестве индскса дпМерен цированности базальтовых стекол мы использовали железо-магниеьиь' отношение , . Ре0*/МйО.

Для изучения термического режима срединно-океанмческнн хребет был разделен на участки приблизительно через 1° ширены /'ты, где это позволили данные/. Оказалось, что зависимость температуры от индекса дифференцнрованности можно описать линейной рецессией. Затем участки с одинаковыми уравнениями регрессии омни объели-лены и оказались заключенными в пределах однородных блоков нем У

ivьюническнми структурам» или в пределах самих йти* структур. В II :ио таких структур пошли, например, Исландии, Лэоро-Гибралтарс-I--.H.' нолиятие, а также все крупные трансформные разломы.

Таким образом, мировая система срединно-океанических хребтов 1><1сшллсь на участки, в пределах которых процессы дифференциации п верхних магматических очагах идут одинаковым образом; в то

время на этих участках отсутствуют значительные тектонические нарушении. Ми назвали эти участки тектонически-однородными.

Для Срединно-Лтлгантического хребта, по имеющимся данным, уда-нос.!, выделить 19 тчктонически-однородных участков, кроме того,были т. пользованы данные по Красноморскому рифту,Австрало-Антарктическому и Восточно-Тихоокеанскому поднятиям, а также данные пубоковод-iо бурения /в основном, для абиссальных котловин/.

Следует ожидать, что низкотемпературные высокодуфференцнрован-ннр расплавы формируются ближе к кровле магматической камеры и чаще начинаются на поверхность дна океана. С другой стороны, более примитивные высокотемпературные расплавы редко достигают поверхности. Действительно, среди изученных нами 568 составов стекол срединно-океапическнх хребтов лишь в 16 случаях встретились образцт с 1^-1,

" '„in " °'86-

При анализе значений минимальных температур, определенных для различных тектонически-однородных участков.выявляются важные закономерности. Так, при значительном разбросе максимальных значений индекса дифференцироваиностн составов, относящихся к разным участкам, соответствующая этим значениям минимальная температура остался весьма стабильной и зависит от скорости спрединга соответст-илиного тектонически-однородного участка.

Так, для 18 участков Сречинно-Лтлантического хребта от 72°N до 30°S, Красноморского рифта и Калифорнийского рифта, скорость ' 'ЦК-цинга которых лежит в интервале 0,6 + 2,6 см/год, эта температура ¡типа 1193°С; в - 4°С, несмотря на то, что I меняется от

щах

),¿0 па хребте Мона до 2,11 на Лзоро-Гибралтарском поднятии.

В 3 из 6 изученных нами районов Тихого океана и восточной части Литрало-Лнтарктического поднятия, где скорость спрединга Солее ■>,5 см/год, минимальная температура „ 1 172- 11 78 С° прч

'«ах = I.™**.«."

Поскольку магматический очаг в рифтовой зоне представляет собой остывающую сверху систему, то минимальная температура является

температурой самого верхнего слоя магматического очага, (огда i.u-сокая устойчивость минимальной температуры может свидетельствован об одинаково!"! глубине'верхней границы магматических очагон, а различия « температуре - о разной глубине их расположении под рифтами с различными скоростями раэдвижения. Поскольку глубина расположен'! з

кровли верхнего магматического очага - »то мощность океаническим

«-рееГд

кори срединно-оксаническога то мощность коры в рпфтонон зине

обратно пропорциональная скорости спрединга.

Расчет температур магматических очагов, вероятно, может бить использован для оценки мощности корн различных рифтоных систем, i ,¡ мая грубая оценка мощности коры без учета конвективной сост андиипн п может быть выполнена на Формуле

где If - мощность коры в рифговой системе. Если воспользоваться характерными максимальными значениями теплового потока, измереино! ■ н рифгових зонах, и рассчитанными нами минимальным температурами, то для Срединно-Атлангического хребта mj имеем: » ЗЬО нт/м2 f -П!>5°С; II » 7 км, для Восточно-Тихоокеанского поднята !. ii) ш/ м^; Т * Л75°С Ига 4,5 км и для Галаиагоса ц 1 1270 ш/м^ I -ШО°С II« 2 км.

Рассчитанные значения мощности кори совпадают с резулыатамп геофизических /в первую очередь, сейсмологических/ исследовании.

Нами бича также изучена зависимость термического ре*:ша mjih,ihi чеекпх очагон от региональной тектоники, в частности oí ослолинм-щих рифтовую зону крупных трансформных разломов и возвышенности.

На примере Северо-Лтлантического хребта было показами, что существует 2 типа разломов. Разлома иерною типа, с малым смешением оси рифта, лишь охлаждают магматические камеры, тогда как разломы второго типа, со значительным смещением рнфтовои зоны при водит к дополнительному разогреву мантийного «ещества за счет "дамбоною эффекта" /Vogt ,Jonson, iy,j/.

IIa основании проведенных расчетов и анализа данных можно сделать следующие выводы:

1. Срединно-океанические хребты Мирового океанэ по термическому режиму магматических очагов можно разбить на тектонически-однородные участки, заключенные между крупными трансформными раз-

(,

номами и возвышенностями или. находящиеся в пределах этих разломов и возвышенностей. I. Термический режим магматических очагов и процесс формирования океанической коры в срединно-океанических хребтах зависит как от обшей геодинамической обстановки, в частности, от направления астеносферного потока под хребтом и близости к восходящему конвективному потоку, так и от локальных тектонических условий: от расположения крупных возвышенностей и трандформных разломов, от степени смещения оси рифтовой зоны по разлому, а также от степени трещиноватости литосферной ¡шиты.

Глубина расположения магматических очагов под срединно-океаниче-скими хребтам:! с одинаковой скоростью спрединга приме1 чо одинакова и обратно пропорциональна скорости спрединга.

Глава 2. Генетическая классификация толеитовых базальтов срединно-океанических хребтов и Магматизма трансформных разломов.

Целью нашей работы явилось создание классификации толеитовых базальтов, позволяющей путем сопоставления друг с другом различных участков срединно-океанических хребтов найти связи составов толеитовых базальтов с эволюцией срединно-бкеанических хребтов и различия в условиях формирования первичных магм.

На состав базальтов, изливающихся в срединно-океанических хре-бгах, кроме дифференциации в верхней камере влияет состав первичной магмы, поступающей в очаг. В предыдущей главе было показано, чго по характеру термического режима магматических очагов средин-по-океаннческне хребты можно разделить на тектоиически-однородные участки,и правомерность такого разбиения подтверждается независимыми данными по тектонике и геодинамике этих объектов. Это позволяет нам рассматривать тренды дифференциации базальтовых стекол отдельно для каждого тектонически-однородного участка и проводить сопоставление между участками.

Анализ содержаний главных компонентов стекол с учетом принадлежности их к определенным тектонически-однородным участкам позвонил провести генетическую классификацию океанических толеитовых базальтов. За основу классификации было выбрано содержание в стек-ие Т102, поскольку в процессах формирования первичных магм, а также при фракционировании в магматических камерах титан ведет себя как некогерентный элемент.

- £) -

Для сопоставимости полученных результатов рассматривались только стекла с 1.0 ёРе0/!^0 5" 5.

Оказалось, что по содержанию ТЮ2 в стеклах тектонически-однородные участки можно разделить на три практически не пересекающиеся группы: Т102^1.2»; 1.24<П024 1.64; Т102>1.64, каждая из которых характеризуется определенных» распределением содержания СвО, МаО и К20.

Предлагаемая нами классификация закалочных стекои толеитовых базальтов прив' <ена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация закалочных стекол толеитовых базальтов срединно-океанических хребт з Мирового океана.

I,04<fe0*/Mg0^1,5

I тип ; .11 тип : III тип 1

Ti02 <. 1,2 ■ jt ло2> 1,6 %

СаО^.1 2,0 J. СаО < 12,Of. СаО < 1 2,0 J&

Na20 £ 2,4 % 2,4<Na20£ 2,7/, Na20-?2,7 f.

К201 О,if.

О, КК20 40,2

К20>0,2 f.

Согласно многочисленным теоретическим и экспериментальным работам /Рябчиков, 1984 и др./, первичные магма низкотиганистых базальтов 1 типа генерируются н астеносфере на малых глубинах и при значительной доле жидкой фазы, первичные .;агмы высокотитанистых базальтов III типа на больших глубинах и при малой доле жидкой фазы, а первичные магмы базальтов П типа генерируются в промежуточных условиях глубинности. Подробнее этот гопрос рассмотрен в главе 3,

Резкое преобладание на любом тектонически-однородном участке базальтов лишь одною из вьг зленных тиков тозволнло нам отнести тектонически-однороднее участки к 1,2 и 3 типам по господствующему тику базальтовых с.екол.

Нашей целью явил». ,ь также изучение зависимости химпма толеи-

•швого рифгогешюго магматазма от эволюции средиипо-океаинчесчсих хребтов.

На рис.1 Показав зависимость параметра 'П0,/Н;17Мц0, характеризующего глубинность источника магми от возраста образовать, базальта Т, иод которым понимается время от начала рифтогенеча и данном р!.оие до момента образования базальта.

т.о,

' -I.

1.1

1

Г

I

ВЛЧЛЛЬТЫ о 1 гни + 2 чип • I тип

1'исЛ. Зависимость обогащенносчи Т1 стекол юшношх базальтов от возраста их образования /для участков, ие осложненных тектоническими или геодииа-мическими нарушениями/.

Из рис.1 видно, что для ненарушенных уч.ичков срединпо-океа-ничь.ких хребтов существует четкая зависимость между содержанием Т1О2 ч стеклах толепгоных базальтов и возрастом образонанп.1 этих базальтов. В первые 25-30 млн лет своего сушсствонания средншю-океанического хребта там генерируются ниэкотитанисше базакичи I типа, затем происходят излияния базальтов 2 промежуточно!о чипа, которые через 50-60 млн лет сменяются базальтами 3 типа, которые и продолжают генерироваться рмфтовои системой.

Иначе говоря, сначала изливаются базальты, первичные мат.!

- и -

косорьк оыди сформированы на меньших глубинах, потом 01 1асть первичной магмогенерации перег щается во асе более глубинные область ноеиосф«ри, пока глубинность очага магмогенераиии не стабилизируется. Важно также отличить, что в тектонически-сложных районах /Исландия, тройное сочленение Буве и т.д./ встречаются базальты всех трех тинов, что говорит о сложности магмогенерирующей системы в чтнх районах.

В предыдущих раэцспах нами был проведен анализ связи состава стекол толеито. ах базальтов М01!В с геодинамической и тектонической обстановкой тех участков рифгояых зон, в которых оии формировались. Как уже неоднократно отмечалось, все они о'.'носятся к классу толеи-ювих базальтов. В то жо время известно, что при опробировании трансфор.чных разломов поднимались образцы как толеитопых, так ч щелочных и переходных базальтов. Важно отметить, ч^о щелочные базальты трансформннх разломов выходят на поверхность в непосредствен- ой близости от толеитовых: генсзис их и геоморфологическая позиция были неясны. НашеС- целью явился анализ данных по базальтовому магма-чиэму грансформиых разломов и выявление его геохимической специфики.

При опробировании трансформных разломов базальты поднимают с их бортов, с днища влах ;нм разлома и с подводных гор, находящихся на днищах впадин разломов. Мы использовали данные о хнми1- ском составе базальтов и базальтовых стекол подводных гор, находящихся в трансформных разломах, а также данные о составе базальтов с бортов к ,"чищ впадин разломов.

При нанесении данных на диаграмм Макдонапьда-Катцуры базальты, драгированные с бортов трансформных разломов, попа,,ают в поле толе-и-.оЕых базальтов. Это объясняется тем, что базальты, находящиеся в настоящее время на бортах разломов, первоначально были образованы в рифтовой зоне и имеют с ней генетическую связь, а с трансформным разломом - лишь пространственную. С другой стороны, в большинстве разломов, в которых были изучены и -чище впадины и находящиеся на нем подводные горы,на подводных горах большинства разломов били обнаружены исключительно щеточные базальтм. в разломе Сикейрос наряду со щелочными базальтами был получен образец толеитового, а в разломе Ч.^лк-ГиОч; с подводных гор были получены только базальты переходного тина н толсты.

Анализ данных о другим компонентам состава базальтов показывает, что на бортах трат,-формных разломов залегают такие же толен-ты, как с на прилегающих к этим разлома«« участках рифтовмх зон;

подводные горы, находящиеся на днищах впадин траисморфнцх разломов, имеют магматизм широкого спектра. С ! имеет щелочную направленность и варьируется о толеитов, аналогичным толеитам бортов разлома, до широкого спектра щелочных базальтов.

Следовательно, мы сталкиваемся с работой магмогенерирующей системы, приь^дяшей к генерации щелочных базальтов. Таким образом мо> сделать следующие выводы:

1. Весь спектр толеитовых стекол может б! .'ь разделен по химическому • составу не 3 не пересекающиеся между соГчй типа, причем на каждом тектонически-однородном участке развиты стекла лишь одного из выделенных типов.

2. Первичные магмы базальтов каждого типа генерируются в разлитых РТ-усповиях.

3. По мере развития рифтовой системы происходит закономерная смена типов генерируемых системой базальтов; нами установлены временные интервалы формироваиил базальтов каждого типа.

4. Трансформные разломы обладают собственным магматиэмов. 0.1 проявляется в образовании подводных вулканов на дне впадин разломов и носит щелочную направлен эсть. Как правило, изливаются щелочило ба альты. Если выплавки являются толеитовыми, то они носят переходный характер.

с, На бортах трансф^рмных разломов отсутствуют проявления щелочного или переходного, магматизма , породи, слагающие борта трансформных разломов, близки по составу I толеитовым базальтам прилегающих участков рифтовых зон.

Глава 3. Генерация первичных магм.

Как было показано ранее, вариации составов толеитовых базальтов но могут быть объя лены только за счет различий в степени дифференциации в верхних магматических очагах; следовательно, поступающие в эти очаги первичные магш также различны по своему химическому составу. С другой стороны, по современным геолого-геофизическим данным мантия под срединно-океаническими хребтами однородна и имеет лерцолитовый состав. Следовательно, надо объяснить, как из единого мантийного лерцолита могут быть получены первичные магмы, 'согорые при своей дальнейшей дифференциации образуют все разнообразие толеитовых базальтов срсдинно-океанических хребтов.

По современным данным, астеносфера верхней мантии представляет собой многофазную среду, содержащую жидкую фазу, т.е. в астенос-

фере мантийный лерцолит находится в частично расплавленном состоянии. Наличие расплава в стеносфере^ доказано несколькими не-зависчмыми геофизическими методами - данными о глубинной электропроводности Земли, показавшими наличие 3-51 расплава на глубииах около 100 км, результатами исследований скорости восстановления кзостатического уровня.

Данные расчетов говорят о наличии 3, '0 и 15-201 жидкой фазы на глубинах 75>4С и 15' км соответственно. Сходные результаты распределения ; щкой фазы дает и анализ состояния астеносферы с позиций механики. Все это позволило положить нам в основу моделб частично-расплавленной астеносферы, доля т;дкой фазы в которой увеличивается снизу вверх.

Для численного моделироьания составов жидкостей равновесиях с мантийным лерцолитом при различных давлениях и температурах, нами была создана специальная методика, в основу которой были положены эмпирические зависимости констант уравнений реакций плавления -кристаллизации г^ивина, клинопироксена и ортопироксена от давления. !.ами были использованы эначенля констант реакций, полученные различными авторами экспериментально. Совместное решение системы уравнений позволяет нам рассчитать катионные доли компонентов в расплаве для заданной степени плавления, а также составы рестита. Описанные расчетные методы были реализованы в виде ЭВМ-программ языком BASIC. Проверка метода осуществлялась сравнением с данными Джейкса и Гоина по плавлению пиролитового состава, экспериментальные данные которых не были использованы при выводе использованных при моделировании зависимостей. Хорошее соответствие между полученными независимыми путями расчетными и экспериментальными данными ^ служит лотверждением правомерности предлагаемой нами методики.

В результате численного моделирования нами были получены составы жидких фаз, образующихся в процессе равновесного плавления мантийного лерцолита при доле жидкой фазы oi. от 1 до 501 и в диапазоне давлений Р от 10 до 25 кбар. Из полученных составов нами были выбраны те, которые по параметрам Р и ot, соответствуют распределению этих параметров в астеносфере и для этих составов смоделирован npoL,jcc фра чионной кристаллизации при малых давлениях. С геологической точки зрения такая модель соответствует ситуации, когда сформирования ся на большой глубине жидкая фаза быстро /динамически/ поднимается в приповерхностную магматическую камеру, где и происходит ее фракць иная кристаллизация.

Таким образом, для каждого компонента нами был'получен набор вариационных диаграмм, показывающих х< малоглубинной д..фферен' ча-ции модельных расплаве . На эти диаграммы были нанесены фигуративные точки реальных жидких фаз - стекол толеитовых базальтов различных тектонически-однородных участков средипно-океанических хребтов.

По всем главным компонентам все поле составов реальных стекол лехит между линиями дифференциации глу( шных и малоглубинных моде-■ль—лх составов; если аппроксимировать фи'-'ративте точки стекол линиями дифференциации, то эти линии окажутся симбатными нашим модельным линиям, и следовательно, реальны базальтовые серии могут Сыть продуктами дифференциации примитивных магм, близких по составу к нашим модельным магмам, или имеющих состав, промежуточный между выяьленно»ш нами крайними членами.

При этом фигуративные точки составов базальтовых стекол 3 типа лекат вблизи линий фракционирования модельных расплавов, образованных при Р ■ 20-25 кбгр, о<. « 0,01-0,05, фигуративные точкь составов базальтовых стек«"' 1 типа - вблизи линии фракционирования модельных составов, образованных при " » 10 кбар.оС « 0,15-0,20; точки составов 2, промежуточного типа типа занимают промежуточное положение, приближаясь к линиям фракционирования состава, полученного при плавлении мантийного лерцолита при I* да 15 кбар,о<« 0,10.

Это позволяет придти к следующим заключениям:

1. Жидкие фазы, образующиеся при различных степенях плавления мантийного лерцолита при различных давлениях, значительно варьируют по химическому составу; отбирая из этого многообразия параметров наиболее вероятные /по современным геофизическим данным/ степени плавления лерцолита и исследуя соответствующие жидкие фазы, мы получае» набор возможных первичных магм толеитовых базальтов.

2. Весь наблюдаемый спектр составов толеитовых базальтов средиимо-оксаиических хребто» может быть получен в результате малоглубинного фракционирования жидких фаз, образующихся на различных глубинах и астеносфере, т.е. из единого лерцолитового вещества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проделанной работы кш пришли к следующей модели формирования толеитовых базальтов средиино-океанических хребтов:

Астеносфера представляем собой многофазную среду, содержащую

расплав. Количество расплава, равновесного с твердыми л >эами, -меняется от 1-31 при давлег-ях в 20-25 кбар до 15-25% при давле-никх 10 кбар и ниже. Нами рассчитаны эти равновесные составы жидких фаз. Сформированный в глубине астеносферы магматическяй расплав может объединяться в значительные объемы и динамически подниматься наверх, в области малых давлений, где он попадает з верхние магматические очаги и является первичной магмой толеитов средшшо-океанических хребтов. В верхних магматических очагах при давлениях 1-3 кбар и в от' 'слительно-восстановительных условиях, близких-к буферной системе ЧРМ, происходит фракционная кристаллизация поступившей в очаг первичной магмы.

При этом в магматические очаги, расположенные на "различных те-ктоничес.я-однородных участка, поступают первичные уятглл, сформированные в различных условиях. ,

Первичные магмы, сформированные в условиях высоких давлений % , /20-25 кбар/, т.е. на глубш.ах 60 км й при малых степенях плавления лерцолита /1-31/ поступают в магматические очаги рифтоаых зон, сформировавшихся, как правило, не менее 70 млн.лет назад. Б процессе фракционной кристаллизации такие первичные магмы образуют толеи-тоше базальты с низким содержанием СаО и с высоким - Т10„, Яа^О, К^О 'т.е. базальты 3 типа по предлагаемой нами классификации/.

Первичные магмы, образованные в обстановке малых, давлений /10 кбар/, т.е. на глубинах 20-30 км и при значительных степенях плавления мантийного вещества /15-200/ поступают в приповерхностные, магматические очаги тех участков срединно-океанических хребтов, которые сформировались, как правило, недавно - не более 30 млн. лет назад. При дифференциации эти первичные магмы образуют толеи-ты с высоким содержанием СаО и низкими - Т102 и щелочных элементов /базальты 1 типа по нашей классификации/. Базальты 2, промежуточного типа, образуются из первичных магм, сформировавшихся в промежуточных РТ-условиях и питают участки рифтов, сформировавшиеся за 30-70 млн.лет до птого.

Верхние магматические очаги, в которых происходит дифференциация первичных магм, расположены на малых глубинах - 3-10 км. Поступивши в них : больших глубин первичная магма охлаждается и претерпевает фракционную дифференциацию, процесс кристаллизации поступившей в очаг прции магм* будет идти до тех пор, пока она не приобретет некую равновесную температуры Т, не зависящую от температуры поступившей магмы и о >еделяемую глубиной расположения кровли

камеры и от динамики охлаждения; эта температуца Т зависит от скорости спрединга рифтовой системы.

Близость температур. Т для всех участков рифтовых систем с

одниковой скоростью спрединга свидетельствует об одной и той же

глубине расположения верхних магматических очагов под этими рифта-

<ei; чем ниже Т_4„ и больше скорость спрединга, тем ближе кровля ■ш

очага к поверхности, ..е. тем меньше мощность коры в рифтовой зоне.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАВ .ЫХ ,10 ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Численное моделирование ликвидусних фазовых соотношений пород ультраосновного и основного состава при давлениях 0-10 кбар. -Тезисы докладов б Всесоюзной школы морской геологии. - М., 1984, т. 2, с. 145-146 - Соавт.-А.А.Арискин.

2. Термический режим Срединио-Атлантического хребта и его связь с тектоникой региона. - Доклады А!' СССР, 1985, т. 280, IP 6, с. 1405-1410. - Соавт.: А.А.Арискин, А.Ю.Буланже, И.А.Лукашевич, М.Я.Френкель.

3. Сравнительный анализ процесса дифференциации в магматических камерах рифтовых зон Атлантического и Тихого океанов. - Тезисы докладов VI Всесоюзного вулканологического совещания "Вулканизм и связанные с ним процессы".Петропавловск-Камчатский, 9-II сент.. 19851'.,выпуск П, с. 165. - Соавт.-Лукашевич И.П.

4. Связь вулканической деятельности рифтовых зон с геодинамикой и региональной тектоникой. - Тезисы докладов VI Всесоюзного вулканологического совещания "Вулканизм и связанные с ним процессы"', Петропавловск-Камчатский, 9-11 сент.1985г., выпуск 1, с. 169. -Соавт.: Е.И.Приставакина, И.П.Лукашевич.

Ь. Computing of magmatic chamber temperatures in the Tift zones of the World's oceans. - Тезисы доклада на 23 Генеральной ассамблее Международной ассоциации сейсмологии и физики земных недр 'IASPEI/ , Tokyo, 19-30 aug.,.'l98S, Vol 1, p. 304. -(with I.P.Lukashevich). h. Сравнение процессов дифференциации базальтов в магматических камерах океанических рифювых зон с фракционной кристаллизацией пикрнтов. - Тезисы докладов XI Семинара "Геохимия магматических пород/. - М., 1986, с. 105. - Соавт.: И.И.Лукашевич, И.Д. Рябчиков.

). ('анодирование срединно-океанических хребтов по химическому соста-

ву стекол толеитовых безальтов. - Тезисы докладов ХП семинара "Геохимия магматических пород", 3-4 апреля 1986 г. - М., 1986, с. 28-29. - Соавт.: И.П.Лукашевич, Е.И.Приставакина. Генетическая классификация толеитовых океанических базальтов по химическому составу стекол. - Тезисы 7 Всесоюзной школы по морской геологии. - М., 1986 , т. П, с. 44. - Соавт.: 11.П.Лукашевич, Е.И.Приставакина.

Расчет температур магматических очагов Срединно-Атлантического хребта. - В сб.:"Физические свойства вещества и процессы в недрах Земли" /Материалы 1 Всесоюзной геофизической школы/. - Совт.: И.Г1.Лукашевич, М.Я.Френкель, А.Ю.Буланже, А.А.Арискин;

. Связь процесса дифференциации в магматических камерах рнфтовых зон Мирового океана с геодинамикой и региональной тектоникой. - Тезисы Семинара экспериментаторов, ГПОХИ 26-27 марта 1985г., "Геохимия", 1986, » 3, с. 414. - Соавт.: И.П.Лукашевич, Е.И, Приставакина.

. Классификация толеитовых океанических базальтов ¿о химическому составу стекол. - Доклады АН СССР, 1987, т. 292, 1С 3, с. 673-677. - Соавт.: И.П.Лукашевич, Е.И.Приставакина.

. Магната* трансформншс разломов,- Доклады АН 1!ССР,1у88, *.298,№ 3,с.68И-690.

здпиоано в печать г'?Л. 1988г. Л.43711 Заказ ШЗ Тираж 100 Типография ВТПО "КИНОЦЕНТР".