Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Сравнительный палеотектонический анализ происхождения трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека

ВАК РФ 25.00.03, Геотектоника и геодинамика

Автореферат диссертации по теме "Сравнительный палеотектонический анализ происхождения трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека"

На правах рукописи

Львова Елена Викторовна

Сравнительный палеотектонический анализ происхождения трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека

Специальность 25.00.03 - геотектоника и геодинамика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2011

7 ДПР 2011

4841962

Работа выполнена на кафедре динамической геологии геологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, академик РАН |Хаин Виктор Ефимов»^

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Мирлин Евгений Гилельевич доктор геолого-минералогических наук Сушевская Надежда Михайловна

Ведущая организация:

Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ)

Зашита состоится 25 февраля 2011 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.39 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП - 1, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет, ауд. 415.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке геологического факультета МГУ (Главное здание, корпус А, 6-й этаж).

Автореферат разослан 24 января 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор геолого-минералогических наук, профессор

А.Г. Рябухин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Континентальные траппы представляют собой одно из наиболее грандиозных и значительных проявлений внутриплитной тектоники и магматизма. Внутриплитные явления давно привлекали к себе внимание исследователей. И не только потому, что с этими явлениями связаны особые минерагенические обстановки и специфическое оруднение. Все возрастающий интерес вызывают глубинные геодинамические процессы, ответственные за проявление внутриплитной тектоники и магматизма. Тем более это важно в последнее время, когда стали предприниматься попытки создания единой геодинамической модели эволюции Земли и интерпретации всего спектра наблюдаемых геологических явлений с единых теоретических позиций.

В этой связи сравнение механизмов и условий образования двух крупнейших трапповых провинций мира - Тунгусской синеклизы и бассейна Парана - Этендека представляются исключительно актуальными, поскольку анализ причин сходств и различий проливает свет на динамику глубинных процессов взаимодействия мантии и литосферы.

Изучению континентальных трапповых провинций посвящена обширная литература. Эти исследования проводились в разных аспектах. Предпринимались и работы по сравнительной характеристике различных трапповых провинций, хотя такие исследования единичны. Сравнительный анализ Тунгусской и Парана-Этендекской провинции предпринимается впервые.

Цель работы. На основании изучения причин сходств, различий и характерных особенностей условий образования трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека представить вероятный глубинный механизм их формирования. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1) изучить вещественный состав, время формирования, строение трапповых провинций обоих бассейнов; 2) изучить пространственные и временные соотношения трапповых провинций: а) с областями развития щелочно-ультраосновного магматизма и кольцевых интрузивных комплексов; б) с областями развития континентального рифтогенеза; в) с раскрытием молодого океанического бассейна; г) с активизацией глубинных разломов и, в том числе, со сдвиговыми деформациями; 3) проследить характер эволюции обеих синеклиз на этапе, предшествующем трапповому магматизму: а) на этапе формирования консолидированной коры; б) на этапе формирования осадочного комплекса выполнения; 4) проанализировать существующие модели образования трапповых провинций на основании регионального материала сравниваемых бассейнов.

Научная новизна

1) Впервые предпринята попытка сравнительной характеристики Тунгусской и Парана-Этендекской трапповых провинций.

2) Происхождение трапповых провинций рассматривается в связи с другими территориально сопряженными формациями квазисинхронного формирования.

3) Анализ происхождения трапповых провинций дается в эволюционном аспекте; в свете представлений об унаследованнности геологического развития; с учетом изменения картины кинематики литосферных плит.

4) Предложен возможный механизм формирования трапповых провинций и подводных вулканических хребтов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из «Введения», пяти глав и «Заключения». Объем работы составляет 112 страниц, 30 рисунков и список литературы, включающей 80 наименований.

Апробация. Основные результаты работы опубликованы автором в двух статьях в журналах, рекомендуемых ВАК, доложены на научных конференциях «Ломоносовские чтения» 2007 г. и 2010 г., а также на Международной конференции «Современное состояние наук о Земле», посвященной памяти В.Е. Хаина, 2011 г.

Защищаемые положения.

I. Установлены общие черты:

1) Колоссальные трещинные излияния континентальных базальтоидов, приуроченны к синеклизам архейско-протерозойского кристаллического фундамента; 2) Главный импульс наземного вулканизма предшествует инициальным стадиям спрединга сопредельного океанского бассейна; 3) Начало раскрытия океанского бассейна знаменует собой полное и быстрое угасание траппового магматизма; 4) Наличие латерально сопряженных структур квазисинхронного формирования; 5) В момент своего формирования траппы находились примерно на уровне океана или были незначительно приподняты. После прекращения излияний последовал интенсивный и дифференцированный подъем.

II. Установлены черты различия:

1) в эволюции обеих синеклиз на этапе, предшествовавшем трапповому магматизму; 2) в ходе процесса становления трапповой формации; 3) в геохимических особенностях траппового магматизма, в специфике геохимической стратиграфии.

III. На основании сравнительного анализа двух групп гипотез происхождения трапповых провинций автором предложен новый механизм формирования трапповой провинции Парана-Этендека и подводных вулканических хребтов.

Благодарности. Я хочу выразить горячую благодарность моему научному руководителю академику РАН Хаиву Виктору Ефимовичу за глубокое понимание моих научных устремлений и энергичную поддержку этой работы. Настоящая работа в немалой степени обязана своим появлением на свет мудрому участию Бакшеевой Наталии Владимировны в самые ответственные моменты. Всё время работы над темой диссертации я испытываю большую благодарность заведующему сектором геодинамики Музея землеведения МГУ доктору геолого-минералогических наук Дубинину Евгению Павловичу за неоднократные интереснейшие обсуждения моей работы, постоянное внимание, но что особенно важно - за большую организационную поддержку, благодаря которой мне удалось сочетать подготовку диссертации с текущей научной и лекционной работой. Считаю своим приятным долгом выразить признательность руководству кафедры динамической геологии Геологического факультета МГУ за постоянное внимание и поддержку. Большую помощь в оформлении работы мне оказапаи сотрудники Музея Землеведения МГУ Семенова Лариса Дмитриевна и Борзяк Владимир Васильевич, за что я им искренне признательна.

ГЛАВА I. ТРАППОВЫЕ ПРОВИНЦИИ КОНТИНЕНТОВ КАК ОДНО ИЗ НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ ВНУТРИПЛИТНОГО МАГМАТИЗМА

В этой главе рассмотрены проблемы происхождения внутриплатного магматизма и их важность для современной геотектоники

С первых работ Дж. Тузо Вилсона (1968 г.) и У.Моргана (1971 г.) начинается поиск особых глубинных механизмов, ответственных за внутриплитную тектонику и магматизм. В качестве такого механизма была предложена гипотеза «горячих точек - мантийных струй», впоследствии преобразовавшаяся в гипотезу мантийных плюмов.

В главе I подробно рассмотрены основные представления плюмтектоники, ее соотношение с тектоникой литосферных плит. Рассматривется, как менялись взгляды на природу плюмового магматизма за последние десятилетия по следующим критериям: 1) размер и форма области проявления магматизма не земной поверхности, размер и форма самого плюма; 2) геохимические особенности вулканитов, генерируемых плюмами; 3) представление о стационарных координатах плюма; 4) соответствие областей внедрения плюмов стуктурному плану литосферы; 5) соответствие времени появления плюмов циклам эволюции литосферы.

В последнее время гипотеза мантийных плюмов стала весьма популярной для интерпретации внутриплитного магматизма, в частности - траппового магматизма [Campbell, 2006; Ernst, 2002]. Однако, наряду с этим многими авторами разрабатываются альтернативные взгляды на происхождение траппового магматизма [Anderson, 1994; 2005;

Smith, 1999]. В этой главе также подробно анализируются альтернативные гипотезы внутриплатного магматизма.

Рассматривается также пространственно-временная и причинно-следственная связь траппового магматизма с раскрытием океанских бассейнов для фанерозоя.

ГЛАВА II. ТРАППЫ ТУНГУССКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

Область развития траппов в пределах Тунгусской синеклизы весьма обширна и почти совпадает со структурными границами самого седиментационного бассейна.

Формирование кристаллического фундамента Сибирского кратона

Начало формирования континентальной коры Сибирского кратона относится к AR и выделяется несколько возрастных генераций раннеархейской коры, датируемых 3,5; 3,3; 3,0; 2,6 млрд. лет назад. Заключительный этап становления континентальной коры кратона отностится к концу раннего PR. В качестве самостоятельного и целостного массива континентальной коры Сибирский кратон сформировался в результате закрытия раннепротерозойских орогенических поясов в интервале времени 1,9 - 1,8 млрд. лет назад. Начинается господство платформенного режима и формирование осадочного чехла [Розен, 2003].

Формирование осадочного комплекса выполнения Тунгусской синеклизы.

Рифейские отложения повсеместно залегают на кристаллическом фундаменте с образованием крупной региональной поверхности несогласия, что отражает смену стиля тектонического развития. Интересно отметить колоссальный барьерный риф, высотой до 550 м, возникший на рубеже раннего и среднего кембрия в условиях господства мелкого открытого моря в приэкваториальных широтах. Максимальные значения мощности карбонатных осадков этого времени 2200 м. Ранний ордовик - знаменательное время в истории эволюции исследуемого региона: происходит обособление Тунгусской синеклизы как самостоятельной геологической структуры. В карбоне окончательно взяли верх тенденции смены погружений поднятиями, морские условия седиментогенеза уступили место континентальным. В это время почти на всей площади Тунгусской синеклизы происходит накопление угленосной формации.

Формирование трапповой провинции Тунгусской синеклизы.

Грандиозные по масштабу и разнообразию проявления магматические события развернулись на рубеже Перми и триаса в пределах обширных площадей Тунгусской синеклизы (рис. 1). Общая площадь, занимаемая трапповой провинцией - 1,5 млн. км2, это соответствует площади наибольшей по распространению интрузивной фации. Широко представлены все фации траппов: интрузивная, эффузивная и эксплозивная. Площадь

эффузивов - около 350 тыс. км2, площадь туфов - 675 тыс. км2. Соотношения объемов различных фаций траппового магматизма таковы: 45% приходится на интрузивы; 38% занимают базальты и 17% - туфы. Обращает на себя внимание распределение в пространстве различных магматических фаций. Так эффузивы распространены в основном в северо-западной части Тунгусской синеклизы и здесь отмечается максимальная мощность трапповой формации - 3.500 м. Уменьшение мощности базальтовых потоков происходит в южном и юго-восточном направлениях так, что на широте р. Нижняя Тунгуска эффузивы выклиниваются, фациально замещаясь туфогенными породами. Общий объем магматических пород, сформировавшихся на рубеже перми и триаса -9,1х103 км\ а их масса - 2,5х1015 тонн. Для бассейна Нижней Тунгуски получены данные 251,8±1,5 млн. лет, для траппов Таймыра - 250,1± 1,3 млн. лет [Соболев, 2009].

В пределах Тунгусской синеклизы по характеру, петрохимическим особенностям, интенсивности проявления и соотношению интрузивной, эффузивной и эксплозивной фаций, по типам разрезов лавовой толщи можно выделить три крупнейших региона: северо-запад, центральная часть и северо-восток [Альмухамедов, 1991; Васильев, 2000].

Пространственное распределение различных фаций траппов Тунгусской синеклизы.

102' Hi'

Секторы: ( - Северный, [I - Западный, III - Южный, IV- Восточный. 1 - граница Сибирской платформы; 2 - выходы пород кристаллического фундамента; 3 - граница Тунгусской синеклизы; Л - мезозойские прогибы и впадины; 5 - область траппов; 6 - трубки взрыва базальтовых пород; 7 - область развития лавовых излияний траппов; 8 - преимущественно силы (а) и отдельные дайки (б) недиференцированных траппов; 9 - места расположения разрезов вулканических толщ

Эффузивная фация достигает наибольшего развития в северно-западной части синеклизы. Если северо-западная часть Тунгусской синеклизы характеризуется господством базальтовых потоков от субщелочных до низко-калиевых толеитов, близких к

океанским, то в центральной части роль эффузивов сокращается, зато господствуют пирокластические свиты до 1 км мощности и громадные по протяженности силлы. Северовосточная часть пространственно коррелирует с Маймеча-Котуйской провинцией щелочно-ультраосновного магматизма и ийолит-карбонатитового плутонизма.

Динамика вещественной эволюции пермь-триасового вулканизма обладает определенной геохимической цикличностью [Золотухин, 1991]. Начальные этапы каждого цикла характеризуются более высоким содержанием кремнекислоты и большей щелочностью пород. Завершают циклы наименее щелочные, никзкокалиевые базальты. Уменьшается к концу цикла и контрастность химизма вулканитов. Таким образом, наиболее истощенные базальты приурочены к заключительным фазам циклов и отвечают низкокалиевым толеитам, приближаясь к толеитам срединно-океанических хребтов. Отмеченная геохимическая цикличность носит затухающий характер, и в каждом последующем цикле продуцируются все более истощенные базальты.

Эксплозивная фация. Общий объем извергнутых пород составляет для всей территории синеклизы 2,36хЮ5 км3. Прослои туфов характерны для первых стадий вулканических (тектоно-магматических) фаз. В разрезах туфы и пирокластический материал также переслаивают мощные толщи застывших лавовых потоков. В региональном аспекте туфы шире развиты на юге центральной и в северо-восточной части синеклизы. Общая мощность собственно туфогенных толщ достигает местами 1000 м.

Интрузивная фация. Отличительной чертой Тунгуской трапповой провинции является исключительно широкое развитие интрузивного магматизма. Интрузивные базальтоиды представлены в основном в виде силлов, локализующихся в осадочном чехле.

Эволюция океавских бассейнов, сопредельных с Сибирской платформой, и формирование траппов Тунгусской синеклизы

В раннем палеозое Восточно-Европейская и Сибирская платформы были изолированы друг от друга и находились в низких широтах Южного полушария. Взаимные перемещения континентальных масс и их общее движение к северу были возможны благодаря развитию разделявших их океанских бассейнов. Одновременно с продолжающимся закрытием Палеоазиатского океана в непосредственной близости от него начался рифтогенез и спрединг Уральского океана. В пределах Западно-Сибирской плиты распространены офиолиты среднепалеозойского возраста - реликты Палеоуральского океана [Шеин, 2006].

На всей территории, разобщавшей Восточно-Европейский и Сибирский кратоны, в среднем палеозое наблюдалось чрезвычайно сложное сплетение геодинамических

обстановок. Основное геодинамическое содержание охватившего большую часть Западной Сибири герцинского тектогенеза - это сближение и коллизия континентов, террейнов и островных дуг, образование покровно-складчатых структур и надвигов. Так формировался фундамент Западно-Сибирской плиты - крупнейшего пояса сжатия литосферы, которому вскоре суждено было стать ареной развития нового процесса, зарождение нового океана.

Наиболее значительным событием, определившим многие черты дальнейшей эволюции и Западной Сибири, и сопредельных трапповых провинций, явилось становление и развитие Палеообского океана [Аплонов, 1987]. Активная эволюция Палеообского океана заняла около 17 млн. лет. Раскол континентальной литосферы Западной Сибири произошел первоначально на севере, близ точки тройного сочленения. Событие это датируется 240-235 млн. лет назад. Т.о. океан прорастал с севера на юг из Карского моря вглубь Западной Сибири. Скорость спрединга составляла лишь 1,63 см/год, в результате чего ширина океанского бассейна стала примерно 300 км. Около 230 млн. лет назад интенсивный рост океана начал замедляться и полностью прекратился 220 млн. лет назад. Пассивная стадия эволюции Палеообского океана явилась главной причиной формирования гигантского мезозой-кайнозойского седиментационного бассейна севера Западной Сибири.

ГЛАВА III. ТРАППЫ БССЕЙНА ПАРАНА-ЭТЕНДЕКА

Геологическое строение и история развития синеклизы Параны

Во времена формирования трапповой формации Парана-Этендека Западная Гондвана представляла собой монолитный континентальный массив, а область развития траппов представляла сплошной ареал (рис. 2).

Ось спрединга Южной Атлантики начала формироваться внутри траппового поля еще на стадии континентального рифтинга и в дальнейшем рассекла трапповую провинцию так, что основная площадь развития траппов осталась в Южной Бразилии и составляет 1.200 000 км2, в то время как в Африке остался небольшой осколок этой провинции, так называемая провинция Этендека, расположенная близ границы Анголы и Намибии и имеющая площадь всего лишь 80.000 км2, т.е. - 1/15 часть от бассейна Параны.

От ныне разобщенных Атлантикой континентальных магматических провинций отходят подводные хребты, пересекающие Атлантику и сходящиеся на Срединно-Атлантическом хребте в точке действующего вулкана островов Тристан-да-Кунья. Со стороны Южно-Американской плиты - это поднятие Риу-Гранди, в пределах Африканской - Китовый хребет. Траппы синеклизы Параны, представляют формацию Серра-Жерал, сформировавшуюся как и Этендека в течение раннего мела. Максимальная мощность формации Серра-Жерал - 1723 м. Общий объем базальтоидов Параны - 790.000 км3.

Вулканические свиты Этендеки имеют мощность до 1000 м и залегают либо на континентальных песчаниках формации Этжо, либо перекрывают кристаллический фундамент Пан-Африканского цикла.

В геологическом развитии синеклизы Параны с точки зрения преобладания главнейший эволюционных тенденций можно выделить три крупнейших этапа: 1) формирование кристаллического фундамента - чаши синеклизы, происходившее в течение докембрия; 2) формирование осадочного комплекса выполнения, занявшее весь палеозой и первую половину мезозоя; 3) образование трапповой формации и другие тектоно-магматические события, связанные с расколом Гондваны и раскрытием Южной Атлантики (ранний мел - ныне).

Формирование первичных ядер консолидации кристаллического фундамента Бразильской платформы относится к началу архея. В пределах массива Гояс, эократонов Сан-Франсиску и Гуалоре получены датировки от 3,2 до 3,4 млрд. лет. В раннем протерозое - позднем рифее в результате двух тектонических циклов: Трансамазонского, начавшегося в раннем протерозое и завершившегося 1,9-1,8 млрд. лет назад, и Урусуанского (от 1,7 до 1,0 млрд. лет), сформировался структурный план докембрия. Территория, где ныне располагается синеклиза Параны, по-видимому, тогда уже представляла собой кратон. В первую деструктивную фазу Бразильского тектонического цикла заложился Протоюжноатлантический пояс Рибейра. Его продолжением в юго-западной Африке являются Дамариды, а в Антарктиде - горы Пенсакола. Пояс Рибейра,

Траппы бассейна Парана-Этендека

1 - песчаники, перекрывающие лавы; 2 - риолиты; 3 - эффузивная фация траппов; 4 - дайки. На врезке - провинция Этендека: 1 - эффузивы; 2 - интрузивные комплексы; 3 - Хьюэбский долеритовый силл; 4 - осадочные породы формации Кару; 5 - докембрийский фундамент

Формирование кристаллического фундамента - чаши синеклизы

представляющий для нас наибольший интерес, формировался в результате рифтинга с полным разрывом сплошности континентальной коры и заложением Протоюжноатлантического океана.

В венде завершается Бразильский цикл тектогенеза. Начинается сближение разобщенных блоков, сжатие, закрытие океанических бассейнов, образование интенсивных складчатых деформаций, мощный гранитоидный плутонизм. Начинается обособление обширной депрессии - синеклизы Параны.

События докембрийской истории представляются исключительно важными не только потому, что в это время сформировался кристаллический фундамент самого Бразильского кратона и чаши синеклизы, но и в особенности потому, что многие события докембрия предопределили характер дальнейшей эволюции, ибо на примере синеклизы Параны и сопредельных структур исключительно четко прослеживаются тенденции унаследовательности геологического развития.

Формирование осадочного комплекса выполнения сивеклизы

Первая поверхность несогласия - это граница между докембрием и палеозоем. Располагающаяся на ней толща включает: 1) кембрийские аркозовые песчаники и известняки и 2) кембро-ордовикские молассовые комплексы. Опускания в бассейне Параны начались в силуре, о чем свидетельствует появление на ордовикской эрозионной поверхности мощных покровов крупнозернистых песчаников, залегающих с межрегиональным угловым несогласием [Petri, 1983]. На поздний девон и ранний карбон падает перерыв в осадконакоплении. Формация Боту-Кату сложена красноцветными косослоистыми окремненными песчаниками с прослоями конгломератов и аргиллитов вверху толщи суммарной мощностью от 100 до 400 м. Относительно времени формирования песчаников Боту-Кату и их соотношения с подстилающими породами (как возрастного, так и пространственного) в литературе развернулась большая дискуссия. Вероятно, песчаники Боту-Кату формировались с позднего триаса до раннего мела. После завершения их формирования и до первых значительных импульсов трапповых излияний (133 млн. лет назад) происходило образование крупной поверхности несогласия, ознаменовавшей резкую смену стиля тектонического развития. Интенсивные и дифференцированные поднятия вызвали эрозионное расчленение поверхности Боту-Кату, переотложение осадков. Суммарная мощность осадков до подошвы трапповой формации составляет от 3.200 до 3.800 м.

Панорама дальнейших тектонических, магматических, геоморфологических событий обнаруживает четкую зависимость от стадии развития дивергентной границы плиты в результате раскола Гондванского суперконтинента.

Общие характеристики трапповой формации

Парана-Этендекская магматическая провинция обладает достаточно сложным строением. Здесь представлены все три вида фаций магматических пород: эффузивная, интрузивная, эксплозивная [Peate, 1990].

Эффузивная фация. Эффузивные породы Парана-Этендекской провинции составляют её основной объём и занимают основную площадь. Они подразделяются на базальты (с содержанием SÍO2 < 60 wt %) и риолиты (с содержанием SÍO2 > 64 wt %), что позволяет констатировать бимодальный характер вулканизма. В отличие от других трапповых провинций (Карру, Декан, Гренландия и Тунгусский бассейн) в Парана-Этендекской провинции господствует беспикритовые типы магм: все лавы содержат < 10 wt % MgO, в основном 4-5 wt % MgO.

В пространственном распределении можно четко выделить ареалы развития кислого, риолитового магматизма и собственно толеит-базальтового, хотя в ряде случаев, благодаря дифференциации исходных расплавов, изменение состава происходит по вертикали, т.е. в процессе самого извержения. Риолиты сосредоточены в основном в юго-восточной части синеклизы, подступая почти к структурному уступу Серра-Жерал, к берегам Атлантики и продолжаясь в Этендеке [Hawkesworth, 2000 ].

Базальтовые типы магм

Паранский магматизм - это на 90% базальтоиды. Представлены все типы базальтов: нормальные толеиты, оливиновые, щелочные толеиты - продукты кристаллизационной дифференциации оливин-толеитовой магмы [Peate, 1992].

В пределах синеклизы Параны выделяются шесть крупнейших лавовых свит по трем критериям одновременно: 1) пространственная локализация; 2) время формирования; 3) геохимические характеристики. Предполагается, что магматический центр, питавший трапповые излияния, переместился примерно на 750 км к северу в ходе развития траппового процесса. Паранские базальты были характеризованы по содержанию Т1О2, S1O2, Р205, Fe203, Sr, Ва, Zr, а также отношением Ti/Zr, Ti/Y, Zr/Y, Sr/Y, Ba/Y. С учетом вышеназванных определений можно констатировать наличие двух типов лав: низкотитанистые свиты - Грамадо, Эсмеральда, Рибейра и высокотитанистые свиты — Питанга, Паранапанема, Урубики. Ключевой чертой распределения рассеянных элементов является истощение Nd и Та относительно La. Это не характерно для океанских базальтов (OYB or MORB) и совместно с их обогащенностью Sr и Nd изотопами значения положительных Esr и отрицательных Еш позволяет сделать предположение о значительном вовлечении континентальной литосферной мантии в процессе образования родоначальных магм.

В пределах Этендеки аналогичная картина в стратиграфических соотношениях в Тафельберге и Тафелькопе. По плагиоклазам из внутренних частей единого базальтового потока близ Тафельберга получены датировки 132,3 ± 0,7 млн. лет, а для лав Анголы -132,0 ± 0,4 млн. лет [Renne, 1996].

Риолитовые типы магм

Выходы риолитов симметричны относительно Протоатлантического рифта. Риолиты Пальмас - это преимущественно кислые вулканиты; они широко распространены на поверхности в юго-восточной Бразилии. Риолиты свиты Чапеко ограничены восточным краем лавового поля. Преобладающие кислые породы в пределах Этендекской провинции - это кварцевые латиты Тафельберга и Спрингбока, которые являются эквивалентами риолитов Пальмас Параны. Они имеют подобные отношения s7Sr/86Sr (0,718-0,727) и ,43Nd/144Nd (0,51204-0,51209) с таковыми для Пальмас. Для пяти вулканических свит Намибии и Анголы по плагиоклазам, роговой обманке и биотитам был проведен детальный аргоновый анализ возрастов и получены значения от 131,7±0,7 до 132,3±0,7 млн. лет. Предрифтовая реконструкция Западной Гондваны, геохимическая корреляция Этендекских кварцевых латитов с риолитами Южной Параны определяет, что лавы Анголы петрологически сопоставимы с лавами Северной Параны. Миграция магматизма к северу фиксируется как на Американской, так и на Африканской части трапповой провинции.

В развитии траппового процесса синеклизы Параны отчетливо выделяются две стадии, имеющие к тому же различное пространственное выражение и различные геохимические черты. Это ранняя стадия, в течение которой формировались южные низкотитанистые типы магм - Грамадо, Эсмеральда, Урубики. И поздняя стадия, в течение которой арена главных магматических событий развернулась на 750 км к северу. Здесь формировались высокотитанистые свиты - Питанга, Паранапанема, Рибейра (Ti/Y > 300).

Интрузивная Фация. Интрузивные траппы представлены в основном роями даек, располагающихся в 4-х ареалах по периферии лавового поля. Из них дайки свода Понта-Гросса, вероятно, отвечают третьей, неосуществившейся ветви рифта, заложившегося в точке тройного сочленения.

Дайки свода Понта-Гросса являют собой одну из выдающихся тектоно-магматических черт Парана-Этендекской трапповой провинции. Анализ возрастов, вещественных составов и условий образования даек Понта-Гросса проливает свет на палеотектонические особенности формирования траппов [Renne, 1996].

Петрологические, геохимические и Sr-Nd изотопные данные указывают, что дайки Понта-Гросса близки к магмам Северной Параны и могли служить подводными каналами

излияний лав в этой части бассейна. Палеомагнитный полюс, установленный для даек Понта-Гросса существенно отличается (на 8°!) от полюса, вычисленного для Южной Параны. Это указывает на то, что - во-первых, дайки моложе траппов Южной Параны и, во-вторых, за время, прошедшее между излияниями лав Южной Параны (133 ±0,1 млн. лет) и внедрением даек (от 131,4 ±0,5 до 129,2±0,5 млн. лет, с максимумом около 130,0 млн. лет) произошла не только миграция к северо-западу арены, на которой разыгрались главные вулканические события, но имел место разворот по часовой стрелке Южноамериканской плиты относительно Африканской.

Следует отметить обширный Хьюэбский долеритовый силл в Этендеке, внедрившийся в песчаники формации Этжо. По плагиоклазам крупнозернистых пород силла Хьюэб получены значения возраста 132,0±0,7 млн. лет, что говорит о синхронности образования силлов с максимумом наземных излияний.

Широко представлены кольцевые интрузии, тяготеющие к бортам синеклизы и к обрамлению лавового поля, к куполам антеклиз, а также к крупным глубинным разломам. Большинство интрузивных массивов центрального типа синхронны с максимумом излияния плато-базальтов, хотя образуют независимую область - специфическую в петрологическом отношении и ограниченную пространственно. Здесь формировались ультраосновные породы щелочного ряда: якупирангиты, карбонаты, нефелиновые сиениты, тингуаиты. Аналогичная картина развернулась 129 млн. лет назад несколько южнее, в Анитаполисе, также в бортах тогда еще континентального рифта. На Африканской стороне будущей Атлантики эта роль принадлежит интрузивному комплексу Мессум (131,7±0,7 млн. лет - 129,3±0,7 млн. лет) [Renne, 1996].

Эволюцноино-дивамические аспекты зависимости характера траипового магматизма

от ваправленвя и скорости раскрытия Южно-Атлантического бассейна

В раскрытии Южной Атлантики нужно констатитовать два этапа, четко коррелирующих с событиями траппового магматизма. На первом этапе (150-133 млн. лет назад) происходит стремительное прорастание рифта и начинается дивергенция южных оконечностей Южно-Американской и Африканской литосферных плит при сохранении сплошности континентальной коры к северу от пояса Рибейра-Дамара. Следствия этого: активизация глубинных разломов, сдвиговые деформации, рассеянный рифтинг в континентальном обрамлении. На втором этапе (133-127 млн. лет назад) прорастание рифтовой долины и спрединг были остановлены крупной поперечной структурой -коллизионным орогеном Рибейра-Дамара. Следствия этого: формирование внутршштосферного магматического резервуара, частичное плавление низов консолидированной коры в условиях подъема мощного теплового фронта, перераспределение растягивающих напряжений на область синеклизы Параны, главный

максимум трапповых излияний Южной Параны. 127 млн. лет назад был взломан континентальный мост и осуществилось встречное (с севера и с юга) раскрытие океана. Происходит синхронное полное угасание траппового магматизма.

Глава IV. СРАВНЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ И УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ТРАППОВЫХ ПРОВИНЦИЙ ТУНГУССКОЙ СИНЕКЛИЗЫ И БАССЕЙНА ПАРАНА-ЭТЕНДЕКА

Две крупнейшие трапповые провинции мира представляют интереснейший материал для сравнения, поскольку анализ причин сходств и различий проливает свет на происхождение и динамику глубинных процессов взаимодействия литосферы и мантии.

Становление спрединговых хребтов и колоссальные излияния плато-базальтов близ формирующейся дивергентной границы, имеют одну общую причину. Это возникновение новой системы мантийной конвекции, перестройка кинематики литосферных плит, зарождение восходящего мантийного потока и подъем мощного теплового фронта. Другой, не менее важной причиной, определяющей пространственную локализацию и специфику траппового процесса, является структура литосферы, унаследованная от ее предшествующей эволюции.

В свете таких представлений о влиянии процессов мантийно-литосферного взаимодействия на природу траппового магматизма проводится дальнейшее сравнение, результатом которого явилось установление общих черт и различий. Это, как основной итог работы, выносится в качестве первых двух защищаемых положений.

Если в пределах Тунгусского бассейна становление платформенных условий и начало формирования осадочного чехла относится к началу среднего протерозоя, то для синеклизы Параны этот этап наступает лишь в кембрии.

Не менее глубокие различия характерны для образования осадочного комплекса выполнения обеих синеклиз: для континентов Лавразийской группы в позднем докембрии и палеозое были характерны значительные опускания, в то время как для Гондваны, напротив, были характерны тенденции устойчивых поднятий.

Помимо различных тенденций в отношении вертикальных тектонических движений нужно сказать и о более важных аспектах палеотектонического режима. Если к началу фанерозоя Гондвана возникла как единый стабильный суперконтинент, то по периферии Сибирского кратона, проходят полный цикл эволюции Палеоазиатский и Палеоуральский океаны.

Начиная с рубежа Рг и Мг в северном полушарии возобладали процессы коллизии континентальных массивов, закрытия океанов, формирования нового суперконтинента -Евразии. В южном полушарии, напротив, это время грандиозной по своим масштабам

деструкции. Вот главное содержание стиля тектонического развития, который установился в раннем мезозое и сохраняется до ныне.

В контексте выше сказанного становится понятным, что две трапповые провинции развивались на фоне противоположно направленных тенденций глубинных геодинамических процессов.

ГЛАВА V. КРИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ ТРАППОВЫХ ПРОВИНЦИЙ. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕХАНИЗМ

Рассмотрены различные модели образования трапповых провинций. На основе регионального материала двух сравниваемых в этой работе провинций исследуется какая из моделей наиболее адекватно описывает процесс образования траппов и сопредельных с ними структур так, чтобы не входить в противоречия с наблюдаемыми фактами геологического строения и истории развития трапповых провинций.

Предлагаемый механизм происхождения в условий образования трапповой провинция Парана-Этендека и подводных вулканических хребтов поднятия Риу-Гранди - Китовый хребет

Во время формирования этой одной из крупнейших в мире трапповых провинций (max. излияний 133,1 - 129,0 млн. лет) Западная Гондвана представляла собой сплошной континентальный массив и лишь после прекращения излияний трапповых магм Южная Атлантика рассекла трапповое поле на две резко неравные по площади части.

Прорастание Южно-Атлантического срединного хребта началось со стороны Индийского океана и шло интенсивными темпами так, что ко времени 133 млн. лет назад океан достиг значительной ширины, а южные оконечности Южной Америки и Африки отодвинулись друг от друга. До этого момента времени раскол континента происходил в пределах более однородной AR-PR коры кратона.

При достижении прорастающим рифтом коллизионного орогена Рибейра-Дамара, сформированного на этапе Бразильского диастрофизма, рост Южной Атлантики прекратился. Это относилось и к продольному росту, взламыванию коры бегущей трещиной рифта, и к поперечному, достигаемому за счет спрединга. К северу от этого барьера плиты оставались жестко связаны между собой - это был единый монолитный массив. Поэтому отодвигание южной части Южной Америки при фиксированном положении северной части континента вызывало в континентальной коре возникновение нового сложно ориентированного поля сил горизонтального сжатия-растяжения, которые релаксировали с образованием крупных сдвиговых деформаций, активизацией глубинных разломов и линеаментов. Разворот южной части материка относительно северной вызывал

раскрытие бассейнов рифтогенного типа, заложения сети магмоподводящих разломов, которые в обстановке подъёма теплового фронта, плавления низов консолидированной коры, общего растяжения, вызванного идущей к югу дивергенцией плит и подъёма мантийных расплавов, могли стать каналами подъема трещинных излияний и траппового магматизма. Значительные объемы мантийных расплавов, питающие спрединг, продолжали подниматься к подошве коры, поскольку направление глубинных процессов, ответственных за раскол Западной Гондваны и раздвижение её осколков, оставалось прежним. При продолжающемся нагнетании мантийных масс реализация этого подъёма расплава в спрединговом процессе стала невозможной из-за воздействия поперечного барьера. В результате этого значительные объемы расплавов стали скапливаться у подошвы литосферы. Началось формирование обширного подлитосферного и внутрилитосферного магматического резервуара, который вскоре дал начало грандиозным излияниям трапповых магм Южной Параны (133±0,1 млн. лет назад) (рис. 3).

Помимо базальтоидов, привносимых из формирующегося срединного хребта, остановленного поперечным барьером, значительные объемы обогащенных магм могли формироваться из вещества самой литосферы в поясе Рибейра-Дамара и из реликтового литосферного слэба. Этим может быть объяснена не только геохимическая пестрота составов лав траппового поля, но и возникновение щелочно-ультраосновных интрузивных комплексов, кольцевых интрузий карбонатитового и кимберлитового составов, которые отвечают условиям господства сжимающих напряжений.

Как только был взломан поперечный барьер и 127,0 млн. лет назад сформировались на его месте первые порции океанской коры, континентальный трапповый магматизм в Парана-Этендекском бассейне прекратился (рис. 4).

В этом месте, где ось срединного хребта рассекала трапповое поле и структуры пояса Рибейра-Дамара, продолжался щелочно-базальтовый магматизм, чему способствовали три фактора: 1) наличие глубинных разломов, заложившихся на стадии существования континентального моста и продолжающие свое развитие во вновь формирующейся океанской коре; 2) наличие колоссального внутрилитосферного резервуара магм. Остаточные порции этого расплава, не полностью реализовавшиеся в континентальном трапповом магматизме, могли перемещаться по разломам и сдвиговым зонам и питать внугриплитный вулканизм поднятия Риу-Гранди - Китовый хребет; 3) повышенный тепловой поток близ срединного хребта, благоприятствующий формированию расплавов.

Так началось формирование поднятия Риу-Гранди - Китовый хребет на самых ранних стадиях развития океанской коры в области пересечения Срединно-Атлантического хребта и глубинных разломов, активизированных во время раскола Гондваны (рис. 5).

ЮЖ.АМЕРИКА АФРИКА

Пояс Рибейра -Дамара

ЮЖ.АМЕРИКА АТЛАНТИЧЕСКИЙ АФРИКА

ЮЖ.АМЕРИКА АФРИКА

Рис. 5

1 V 6 И ш /6

х 1-1. 1. чЫ; 7 - Д> ЕЕ « а V w V ч/V и 48 [XI

к ..... ПГ * /4 V V V V V V 19 =>

5 ,0 гтп я 45 т 20

Рис. 1. Эффект плотины, создаваемый поясом Рибейра-Дамара для мантийных расплавов. Начало трапповых излияний.

Рис. 2. Раскол пояса Рибейра-Дамара, начало формирования океанской коры, прекращение траппового магматизма.

Рис. 3. Формирование поднятия Риу-Гранди - Китовый хребет за счет притока вещества

реликтовых подлитосферных магматических резервуаров

1) Архейско-протерозойская консолидированная кора кратонов; 2) Трапповая формация; 3) Реликтовый литосферный слэб, сформированный при становлении пояса Рибейра-Дамара. Структура пояса Рибейра-Дамара: 4 - Осадочные породы; 5 -Складчатые деформации; 6 - Гранитоидные плутоны; 7 - Офиолиты. 8)

Магмоподводящие каналы трещинных излияний. Направления растяжений. Формирование эффузивов; 9) Интрузивные тела щелочно-ультраосновного состава и магмоподводящие каналы кимберлитового и карбонатитового вулканизма. Эксплозивные вулканические аппараты; 10) То же на стадии угасания активности; 11) Область частичного плавления низов консолидированной коры; 12) Внутрилитосферные и подлитосферные магматические резервуары; 13) Разуплотненная мантия; 14) Нормальная верхняя мантия; 15) Дайковый комплекс океанской коры; 16) Подводный вулканический хребет Риу-Гранди - Китовый, сложенный щелочно-базальтовыми лавами; 17) Формирование щелочных базальтов подводных хребтов в зоне спрединга; 18) Разломы и направления смещения по ним; 19) Направления перемещения литосферных плит; 20) Направления движения мантийных расплавов

В дальнейшем, на постграпповом этапе развития, активность этих разломов постоянно поддерживалась неравномерным по скорости спредингом, разворотом ЮжноАмериканской плиты относительно Африканской, имевшим место 80 млн. лет назад, перескоком оси спрединга на 200 км, изменением направления движения Африканской плиты с северо-восточного на северное.

Недавно проведенные исследования [Лобковский, 2004] подтверждают возможность перетекания расплава в область более низких давлений и высоких температур, то есть из-под континентальной коры в районе развития трапповых провинций к срединно-океанскому хребту. Здесь эти массы вовлекаются в подъем, усиливается плавление и начинается вулканизм, пространственно совпадающий со срединным хребтом, а геохимически отвечающий веществу рециклированной древней океанской коры и подошвы континентальной коры кратонов.

Предлагаемый выше механизм детально разработан для Парана-Этендекской трапповой провинции, однако, несомненно, что принципиальные положения такого подхода могут быть успешно применены при рассмотрении происхождения других трапповых провинций мира с учетом региональных особенностей истории развития.

Заключение

Одним из основных результатов проведенного сравнительного анализа является установление общих черт и различий двух трапповых провинций. Если общие черты являются следствием совместного воздействия на локализацию и характер траппового магматизма двух факторов - восходящего мантийного потока и структуры литосферы в пределах области активизации, то различия обусловлены геодинамическим антагонизмом

Северного и Южного полушарий, различием в стиле тектонической эволюции на этапе, предшествовавшем трапповому магматизму.

Другим результатом работы является анализ существующих моделей образования трапповых формаций на региональном материале сравниваемых бассейнов и разработка механизма формирования трпповых провинций и сопряженных с ними подводных вулканических хребтов.

Сввсок работ, опублаковаввых по теме диссертацив

Статьи в периодических изданиях (перечень ВАК)

1. Львова Е.В. Трапповые провинции Тунгусской синеклизы и бассейнаПаран-Этендека: опыт сравнения //Бюлл. МОИП, отд. геол. 2008, т. 83, вып. 6; с. 3-19.

2. Львова Е.В. Тектоника мантийных плюмов: эволюция основных представлений //Вестник МГУ, сер. геол. 2010, №5, с. 21-26.

Тезисы докладов

1. Львова Е.В. Пространственно-временные соотношения траппового магматизма с раскрытием океанских бассейнов //Тезисы научной конференции «Ломоносовские чтения» секция музееведения. Москва, 2007, с. 55-57.

2. Львова Е.В. Развитие представлений о тектонике мантийных плюмов //Тезисы научной

конференции «Ломоносовские чтения» секция музееведения. Москва, 2010, с. 38-41.

3. Львова Е.В. Возможные механизмы образования трапповых провинций в свете

новейших данных //Материалы Международной конференции «Современное состояние наук о Земле», посвященной памяти В.Е.Хаина. Москва, 2011.

Подписано в печать 21.01.2011 Формат 60x88 1/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1075 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Львова, Елена Викторовна

Введение.

ГЛАВА I. ТРАППОВЫЕ ПРОВИНЦИИ КОНТИНЕНТОВ КАК ОДНО ИЗ НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ ВНУТРИПЛИТНОГО МАГМАТИЗМА Проблемы происхождения внутриплитного магматизма и их важность для современной геотектоники. Пространственно-временная и причинно-следственная связь траппового магматизма с раскрытием океанских бассейнов для фанерозоя.

ГЛАВА И. ТРАППЫ ТУНГУССКОЙ СИНЕКЛИЗЫ. Формирование кристаллического фундамента Сибирского кратона. Формирование осадочного комплекса выполнения Тунгусской синеклизы. Проявление траппового магматизма в пределах Сибирской платформы. Формирование трапповой провинции Тунгусской синеклизы. Эволюция океанских бассейнов, сопредельных с Сибирской платформой, и формирование траппов Тунгусской синеклизы.

ГЛАВА III. ТРАППЫ БССЕЙНА ПАРАНА-ЭТЕНДЕКА. Геологическое строение и история развития синеклизы Параны. Формирование кристаллического фундамента - чаши синеклизы. Формирование осадочного комплекса выполнения синеклизы. Общие характеристики трапповой формации. Эволюционно-динамические аспекты зависимости характера траппового магматизма от направления и скорости раскрытия Южно-Атлантического бассейна.

Глава IV. СРАВНЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ И УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ТРАППОВЫХ ПРОВИНЦИЙ ТУНГУССКОЙ СИНЕКЛИЗЫ И БАССЕЙНА ПАРАНА-ЭТЕНДЕКА. Общие черты. Черты различия в ходе траппового процесса. Черты различия на этапе, предшествующем трапповому магматизму.

ГЛАВА V. КРИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ

ТРАППОВЫХ ПРОВИНЦИЙ. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕХАНИЗМ. Плюм-тектоническая интерпретация. Альтернативные взгляды. Предлагаемый механизм происхождения и условия образования трапповой провинции Парана-Этендека и подводных вулканических хребтов поднятия Риу-Гранди - Китовый хребет.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сравнительный палеотектонический анализ происхождения трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека"

В настоящей работе предпринята попытка сравнить происхождение и условия образования двух крупнейших трапповых провинций мира — Тунгусской трапповой провинции, располагающейся в пределах Сибирского кратона, и Парана-Этендекской трапповой провинции, расположенной по обе стороны Южной Атлантики: в юго-восточной Бразилии с Американской стороны и в Намибии — с Африканской.

Актуальность работы. Континентальные траппы представляют собой одно из наиболее грандиозных и значительных проявлений внутриплитной тектоники и магматизма. Внутриплитные явления давно привлекали к себе внимание исследователей. И не только потому, что с этими явлениями связаны особые минерагенические обстановки и специфическое оруднение. Все возрастающий интерес вызывают глубинные геодинамические процессы, ответственные за проявление внутриплитной тектоники и магматизма. Тем более это важно в последнее время, когда стали предприниматься попытки создания единой геодинамической модели эволюции Земли и интерпретации всего спектра наблюдаемых геологических явлений с единых теоретических позиций.

В этой связи сравнение механизмов и условий образования двух крупнейших трапповых провинций мира — Тунгусской синеклизы и бассейна Парана - Этендека представляются исключительно актуальными, поскольку анализ причин сходств и различий проливает свет на динамику глубинных процессов взаимодействия мантии и литосферы.

Изучению континентальных трапповых провинций посвящена колоссальная литература [40, 50, 53, 58, 78]. Эти исследования проводились в разных аспектах. Предпринимались и работы по сравнительной характеристике различных трапповых провинций, хотя такие исследования уже единичны. Здесь особо надо отметить ставшую классической работу СоигШ1о1 [56], где осуществлен обзор всех трапповых провинций фанерозоя, развивавшихся в связи с расколом континентов. Фундаментальным по постановке задачи и широте охвата разнообразных аспектов является совместный советско-индийский труд «Траппы Сибири и Декана» [40].

Цель работы. На основании изучения причин сходств, различий и характерных особенностей условий образования трапповых провинций Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека представить вероятный глубинный механизм их формирования. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1) изучить вещественный состав, время формирования, строение трапповых провинций обоих бассейнов; 2) изучить пространственные и временные соотношения трапповых провинций: а) с областями развития щелочно-ультраосновного магматизма и кольцевых интрузивных комплексов; б) с областями развития континентального рифтогенеза; в) с раскрытием молодого океанического бассейна; г) с активизацией глубинных разломов и, в том числе, со сдвиговыми деформациями; 3) проследить характер эволюции обеих синеклиз на этапе, предшествующем трапповому магматизму: а) на этапе формирования консолидированной коры; б) на этапе формирования осадочного комплекса выполнения; 4) проанализировать существующие модели образования трапповых провинций на основании регионального материала сравниваемых бассейнов.

Научная новизна состоит в следующем:

1) Впервые предпринята попытка сравнительной характеристики Тунгусской и Парана-Этендекской трапповых провинций.

2) Происхождение трапповых провинций рассматривается в связи с другими территориально сопряженными формациями квазисинхронного формирования.

3) Анализ происхождения трапповых провинций дается в эволюционном аспекте; в свете представлений об унаследованнности геологического развития; с учетом изменения картины кинематики литосферных плит.

4) Предложен возможный механизм формирования трапповых провинций и подводных вулканических хребтов.

Основные защищаемые положения

I. Установлены общие черты:

1) Колоссальные трещинные излияния континентальных базальтоидов, приуроченны к синеклизам архейско-протерозойского кристаллического фундамента; 2) Главный импульс наземного вулканизма предшествует инициальным стадиям спрединга сопредельного океанского бассейна; 3) Начало раскрытия океанского бассейна знаменует собой полное и быстрое угасание траппового магматизма; 4) Наличие латерально сопряженных структур квазисинхронного формирования; 5) В момент своего формирования траппы находились примерно на уровне океана или были незначительно приподняты. После прекращения излияний последовал интенсивный и дифференцированный подъем.

II. Установлены черты различия:

1) в эволюции обеих синеклиз на этапе, предшествовавшем трапповому магматизму; 2) в ходе процесса становления трапповой формации; 3) в геохимических особенностях траппового магматизма, в специфике геохимической стратиграфии.

III. На основании сравнительного анализа двух групп гипотез происхождения трапповых провинций автором предложен новый механизм формирования трапповой провинции Парана-Этендека и подводных вулканических хребтов.

Континентальные траппы представляют собой одно из наиболее грандиозных и значительных проявлений внутриплитной тектоники и магматизма. В многих работах, посвященных причинам образования континентальных траппов и глубинным геодинамическим процессам, ответственным за их формирование, эта группа виутриплитных явлений рассматривается самостоятельно. В настоящем же исследовании, напротив, происхождение трапповых провинций рассмотрено в связи с другими проявлениями внутриплитной тектоники и магматизма. Назовем наиболее важные из них.

Континентальный рифтогенез, с которым прослеживается четкая связь возникновения трапповых провинций, как в пространственном, так и во временном аспекте.

Внутриплатные деформации сжатия и растяжения, являющиеся реакцией плиты на события, происходящие на ее границах. В ряде случаев эти напряжения могут вызвать активизацию древних глубинных разломов, шовных зон, внутриплитных границ второго порядка, а также заложение новых разломов, отвечающих ориентации новых полей сил растяжения-сжатия.

Формирование областей развития щелочно-ультраосновного магматизма, карбонатитового и кимберлитового плутонизма и кольцевых интрузивных комплексов. Для них характерна ярко выраженная геохимическая специфика, особые температурные режимы формирования, господство напряжений сжатия, территориальная сопряженность с трапповыми формациями, отражающая структурную и эволюционную сопряженность. Характерно также развитие на мощной консолидированной континентальной коре архейско-протерозойского возраста и положение в узлах пересечения глубинных разломов.

Развитие подводных вулканических хребтов, формирующихся на океанской коре и являющихся непосредственным продолжением континентальных трапповых провинций. Им уделяется особое внимание. Имеются в виду поднятия Риу-Гранти и Китовый хребет, отходящие от разобщенных Южной Атлантикой ареалов ранее единого траппового поля Парана-Этендеки и сходящиеся в точке ныне действующего вулкана острова Тристан-да-Кунья.

Как неоднократно отмечалось в литературе [56], континентальные трапповые провинции в своем развитии тесно связаны с процессами раскола континентов и раскрытием молодых океанических бассейнов. Изучение этой взаимосвязи как в причинно-следственном отношении, так и с точки зрения последовательных стадий развития процесса является одним из ключевых моментов данной работы. Глубоко различны эволюционные пути Палеообского океана и Южной Атлантики. Быстрый и успешный переход от континентального рифтинга к океанскому спредингу привел к раскрытию обширного Южно-Атлантического бассейна с интенсивно идущей дивергенцией плит, в то время как судьба Палеообского океана оказалась совершенно иной. Здесь начавшийся спрединг так и не привел к расколу континентов, так и не сформировал новые дивергентные границы и вскоре угас в условиях господства рассеянного рифтинга и формирования колоссальной депрессии будущего ЗападноСибирского седиментационного бассейна. Одной из глубоких причин различия в судьбах этих океанских бассейнов и сопряженных с ними трапповых провинций может являться геодипамический антагонизм Северного и Южного полушарий. Этим важнейшим проблемам посвящено немало работ, в особенности хочется обратиться к исследованиям H.A. Божко [5].

Многие авторы, занимающиеся вопросами внутриплитной тектоники и магматизма, противопоставляют таковые механизмы процессам, идущим на границах плит. В ряде работ даже высказываются предположения, что процессы глубинной геодинамики, управляющие внутриплитными явлениями, и процессы, управляющие движениями литосферных плит, совершенно различны. Думается, что такое резкое противопоставление вряд ли справедливо.

В данной работе прослеживается, как развитие сугубо внутриплитного процесса само на определенных стадиях становится следствием формирования дивергентных границ и подчиняется действию сил, которые определяют перестройку кинематики плит и новый характер их движения. Таким образом, в историческом и эволюционном аспекте мы видим, что внутриплитные процессы и процессы на границах плит переходят друг в друга. Очевидно также, что на определенных стадиях развития граница плит может представлять собой весьма обширную и сложно построенную область. В этом отношении не столь категорично надо понимать отнесение континентального траппового магматизма к сугубо внутриплитным явлениям.

Особенно большое внимание в работе уделяется анализу унаследованности геологического развития. Специфика строения и состава литосферы отражает все ее предшествующее развитие. Каждый процесс, каждое событие геологического прошлого запечатлены в неоднородностях строения литосферы, и такая сложно построенная литосфера дифференцированно реагирует на воздействие новых сил. Это выражается не только в перераспределении главных осей растягивающих и сжимающих усилий, наличии ослабленных и, напротив, особо прочных зон, но и в пестроте химизма вулканитов, происхождение которых либо сугубо коровое, либо с участием контаминированного вещества, а также вещества, испытавшего рециклинг.

Заключение Диссертация по теме "Геотектоника и геодинамика", Львова, Елена Викторовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из основных результатов проведенного сравнительного анализа является установление общих черт и различий двух трапповых провинций. Если общие черты являются следствием совместного воздействия на локализацию и характер траппового магматизма двух факторов - восходящего мантийного потока и структуры литосферы в пределах области активизации, то различия обусловлены гсодинамическим антагонизмом Северного и Южного полушарий, различием в стиле тектонической эволюции на этапе, предшествовавшем трапповому магматизму.

Другим результатом работы является анализ существующих моделей образования трапповых формаций на региональном материале сравниваемых бассейнов и разработка механизма формирования трпповых провинций и сопряженных с ними подводных вулканических хребтов.

Предлагаемый выше механизм детально разработан для Парана-Этендекской трапповой провинции, однако, несомненно, что принципиальные положения такого подхода могут быть успешно применены при рассмотрении происхождения других трапповых провинций мира с учетом региональных особенностей истории развития.

Хотельсь бы надеяться, что настоящая работа позволит ответить на некоторый ряд вопросов. Однако, многие весьма важные и интересные вопросы не могли быть рассмотрены в рамках этой работы и требуют дальнейшего исследования.

Прежде всего это вопросы посттрапповой эволюции рассматриваемых провинций. До сих пор нет единого мнения в том, почему в областях развития траппов наблюдается инверсионный рельеф и синеклизам отвечают плоскогорья. Чем объяснить, что время изменения трапповых магм поверхность находилась приблизительно на уровне моря или была значительно приподнята, в то время как после прекращения излияний вместо проседания сиалического субстрата под тяжестью колоссальных масс базальтоидов, последовал его неуклонный, но дифференцированный подъем. Исключительная молодость рельефа, невыработанность профиля речных долин, наличие свежих эрозионных врезов, порогов и водопадов, отсутствие перекрывающих траппы осадков (кроме формации Бауру) и, наконец, геоморфологический феномен грандиозного уступа Сере-Жерал, все это говорит о том, что подъем продолжается и в настоящее время. Каков возраст рельефа, какова была палеогеоморфологическая картина пострапповой эволюции обеих провинций? Ответы на эти вопросы могут пролить свет на динамику глубинных процессов, управляющих трапповым магматизмом.

Кроме того, представляет несомненный интерес сравнение с наиболее молодой провинцией Эфиопско-Йеменских траппов. Здесь многие стадии процесса, еще далекого от своего завершения, можно воочию наблюдать при проведении полевых исследований. Это позволит провести актуалистические аналогии с Парана - Этендекским магматизмом и лучше понять, как развивались события раннего мела.

БЛАГОДАРНОСТИ

Я хочу выразить горячую благодарность моему научному руководителю академику Российской академии наук Хаину Виктору Ефимовичу за глубокое понимание моих научных устремлений и энергичную поддержку этой работы. Замысел этой работы возник у меня в студенческие годы, и уже тогда Виктор Ефимович поддержал её. Потом развернулась сложная интересная работа, и работать под руководством Виктора Ефимовича было для меня большим счастьем.

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Рябухин Анатолий Георгиевич - мой первый университетский профессор, который ввел меня в круг идей теории тектоники плит и новейших достижений науки. Анатолий Георгиевич всегда живо интересовался ходом моей работы, что мне было очень дорого.

Особую роль в моей научной судьбе сыграла Бакшеева Наталия Владимировна. Настоящая работа в немалой степени обязана своим появлением на свет мудрому участию Наталии Владимировны в самые ответственные моменты.

Всё время работы на темой диссертации я испытываю большую благодарность заведующему сектором геодинамики Музея землеведения МГУ доктору геолого-минералогических наук Дубинину Евгению Павловичу за неоднократные интереснейшие обсуждения моей работы, постоянное внимание, но что особенно важно - за большую организационную поддержку, благодаря которой мне удалось сочетать подготовку диссертации с текущей научной и лекционной работой.

Считаю своим приятным долгом выразить признательность руководству кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ за постоянное внимание и поддержку. Большую помощь в оформлении работы мне оказалаи сотрудники Музея

Землеведения МГУ Семенова Лариса Дмитриевна и Борзяк Владимир Васильевич, за что я им искренне признательна.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Львова, Елена Викторовна, Москва

1. Альмухамедов А.И., Золотухин В.В. Основные проблемы траппового магматизма на примере Сибири и Декана. //Траппы Сибири и Декана: черты сходства и различия. Сб. статей под ред. Полякова Г.В., Новосибирск, Наука, 1991, с. 196-212.

2. Альмухамедов А.И., Медведев А.Я., Кирда Н.П. Сравнительный анализ геодинамики пермо-триасового магматизма Восточной и Западной Сибири. //Геология и геофизика, 1999, т.40, № 11, с. 1575-1587.

3. Аплонов C.B. Геодинамика раннемезозойского Обского палеоокеана. М., изд-во Института океанологии. 1987, 97 с.

4. Беляев С.Ю., Башарин А.К. Современная структура, история формирования и нефтегазоносность зоны сочленения Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты. //Геология и геофизика, 2001, т. 42, № 4, с. 736-745.

5. Божко H.A. Геодинамическая инверсия в полярной системе Северного и Южного полушария Земли. //Вестник МГУ, сер.4, геология. 1992, № 5. с.27-38.

6. Божко H.A., Хаин В.Е. Гондвана. Палеотектонические карты. Объяснительная записка. М., 1987, 137 с.

7. Борисенко A.C., Сотников В.И. и др. Пермо-триасовое оруденение Азии и его связь с проявлением плюмового магматизма. //Геология и геофизика, 2006, т. 47, № 1, с. 166182.

8. Бочкарев B.C., Нестеров И.И. Геодинамические типы рифтогенеза Западной Сибири. Сб. Геология и оценка нефтегазового потенциала Западной Сибири. М. Наука, 1994, с. С.35-40.

9. Васильев Ю.Р., Золотухин В.В., Феоктистов Г.Д., Прусская С.Н. Оценка объемов и проблема генезиса пермо-триасового траппового магматизма Сибирской платформы. //Геология и геофизика, 2000, т. 41, № 12, с. 1696-1705.

10. Геология нефти и газа Сибирской платформы, под ред. Конторовича А.Э., М., Недра, 1981,552 с.

11. Герц Н. Базальтовые и щелочные породы Южной Бразилии. Обзор. //Континентальные рифты. М., Мир, 1981, с. 118-124.

12. Гончаров М.А. Западная и северная компоненты дрейфа континентов как результат вынужденной конвекции в мантии по «правилу буравчика». //Материалы тект. совещ. XL, M., 2009, т. 1, с. 128-131.

13. Грачев А.Ф. Мантийные плюмы и биологические катастрофы в истории Земли. //Мантийные плюмы и металлогения. Материалы международного симпозиума. Петрозаводск-Москва. 2002, с.70-76.

14. Грачев А.Ф. В поисках обобщенного изотопно-геохимического портрета мантийного плюма (первые результаты) //Мантийные плюмы и металлогения. Материалы международного симпозиума. Петрозаводск-Москва. 2002, с.77-85.

15. Добрецов H.J1. Пермо-триасовый магматизм и осадконакопление в Евразии как отражение суперплюма. //Доклады РАН , 1997, т. 354, № 2, с. 220-223.

16. Добрецов H.JI. Мантийные суперплюмы как причина главной геологической периодичности и глобальных перестроек. //Доклады РАН. 1997, т. 357, № 6, с.797-800.

17. Егоров Л.С. Ийолит-карбонатитовый плутонизм (на примере Маймече-Катуйского комплекса Полярной Сибири). Проект МГПК. Л., Недра, 1991, 259 с.

18. Золотухин В.В. Альмухамедов А.И. Базальты Сибирской платформы: условия проявления, вещественный состав, механизм образования. //Траппы Сибири и Декана: черты сходства и различия. Сб. статей под ред. Полякова Г.В., Новосибирск, Наука, 1991, с. 7-39.

19. Зоненшайн Л.П. Кузьмин М.И. Внутриплитовый магматизм и его значение для понимания процессов в мантии Земли. //Геотектоника. 1983, №1, с. 28-45.

20. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Палеогеодинамика. М., Наука, 1993.

21. Иванов A.B. Плюмы и проникающая мантийная конвекция? //Тект.совещание XXXVII, Новосибирск, 2004, т. 1, с. 196-198.

22. Казанский А.Ю., Казанский Ю.П., Сараев С.В., Москвин В.И. Граница перми и триаса в вулканогенно-осадочном разрезе Западно-Сибирской плиты по палеомагнитным данным. Геология и геофизика, 2000, т. 41, № 3, с. 327-339.

23. Кампуш К., Понтии Ф., Миура К. Геология Бразильской континентальной окраины. //Геология континентальных окраин. М., Мир, 1978, т. 2, с. 145-160.

24. Конторович А.Э., Сурков B.C., Трофимчук A.A. и др. Нефтегазоносные бассейны и регионы Сибири. Новосибирск, 1994, вып. 5, 91 с.

25. Кузьмин М.И., Альмухамедов А.И., Ярмолюк В.В., Кравчинский В.А. Рифтогенный и внутриплитовый магматизм, соотношение с «горячими» и «холодными» полями мантии. //Геология и геофизика. 2003, т.44, № 12, с. 1270-1279.

26. Лобковский Л.И., Никишин A.M., Хаин В.Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. М., Научный мир, 2004, 610 с.

27. Львова Е.В. Трапповые провинции Тунгусской синеклизы и бассейна Парана-Этендека: опыт сравнения. //Бюлл. МОИП, отд.геол. 2008, т. 83, вып. 6, с. 3-19.

28. Львова Е.В. Тектоника мантийных плюмов: эволюция основных представлений. //История наук о Земле. 2009, т. II, вып. 3 (в печати).

29. Мегакомплексы и глубинная структура земной коры нефтегазоносных провинций Сибирской платформы. Под ред. Суркова B.C., М., Недра, 1987, 203 с.

30. Мусатов Д.И., Гусев Г.С., Сорохтин О.Г., Тарновецкий Л.Л. Предварительная геодинамическая модель образования медно-никелевых месторождений Норильского района. //Геология медно-никелевых месторождений СССР. Л., 1990, с.114-122.

31. Никикшин A.M., Циглер П.А. Внутриплитная тектоника и магматизм на границе перми и триаса как реакция на глобальную реорганизацию кинематики плит и нестабильность мантийной динамики. //Материалы XXXII Тект. совещ. М.: ГЕОС, 1999, т. 2, с. 39-42.

32. Никишин A.M. Тектоника мантийных плюмов и тектоника литосферных плит. //Материалы XXXIV Тект.совещ. М.: ГЕОС. 2001, т. 2, с.74-77.

33. Никишин A.M., Якобчук A.C. Модель глобальной тектоники взаимодействие плит и плюмов. //Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2002, № 2, с. 3-18.

34. ПучковВ.Н. «Великая дискуссия» о плюмах: так кто же все-таки прав? //Геотектоника. 2009, № 1, с.3-22.

35. Розен О.М. Сибирский кратон: тектоническое районирование, этапы эволюции. //Геотетоника, 2003, № 3, с. 3-21.

36. Соболев A.B., Криволуцкая H.A., Кузьмин Д.В. Петрология родоначальных расплавов и мантийных источников магм Сибирской трапповой провинции. //Петрология. 2009, т. 17, №3, с. 276-310.

37. Сорохтин О.Г. Жизнь Земли. Москва-Ижевск, 2007, 452 с.

38. Старосельцев B.C. Тектоника базальтовых плато и нефтегазоносность подстилающих отложений. М., Недра, 1989.40. «Траппы Сибири и Декана: черты сходства и различия. Сб./ отв. ред Поляков Г.В., Новосибирск, «Наука», 1991, 211 с.

39. Феоктистов Г.Д. Позднепалеозойско-раннемезозойские интрузивные траппы Сибирской платформы. //Траппы Сибири и Декана: черты сходства и различия. Сб. статей под ред. Полякова Г.В., Новосибирск, Наука, 1991, с. 63-73.

40. Фролова Т.И., Бурякова И.А. Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: МГУ. 1997, 320 с.

41. Хаин В.Е., Божко H.A. Историческая геотектоника. Докембрий. М., Недра, 1988, 380 с.

42. Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов. М., Научный мир, 2001, 603 с.

43. Хаин В.Е. Главные противоречия современной геотектоники и геодинамики и возможные пути их преодоления. //Тект. совещ. XL, М., 2007, т. 2, с. 324-329.

44. Шеин B.C. Геология и нефтегазоносность России. М.,ВНИГНИ, 2006, 776 с.

45. Allen М.В., Anderson Z. et al. Oblique rift geometry of the west Siberian Basin: tectonic setting for the Siberian flood basalts. //Journal of the Geological Society, London. 2006, v. 163. p. 901-904.

46. Anderson D.L. Superplumes or supercontinents? //Geology. 1994, v. 22, p. 39-42.

47. Anderson D.L. Litosphere, astenosphere and perisphere. // Rev. Geoph. 1995, v.33, p. 125149.

48. Anderson D.L. Large Igneous Provinces, Delamination and Fertil Mantle.// Elements. 2005, v. 1, p. 271-275.

49. Brunet D., Yuen D.A. Mantle plumes pinched in the transition zone. //Earth and Planetary Sciencc Letters. 2000, v. 178, p. 13-27

50. Campbell I. H. The Great Plume Debate. //Episodes. 2005, v.29, № 2, p. 133.

51. Campbell I.H., Davis G.F. Do mantle plumes exist? //Episodes. 2006, v.29, № 3, p. 162168.

52. Collins W.J. Slab pull, mantle convection and Pangean assembly and dispersal. // Earth and Planetary Science Letters. 2003, v. 205, p. 225-237.

53. Condie K.C. Episodic continental growth and supercontinents: a mantle avalanche connection. //Earth and Planetary Science Letters. 1998, v. 163, p. 97-108.

54. Courtillot V. et al. On causal links between flood basalt and continental breakup // Earth and Planetary Science Letters. 1999, v.166, p. 177-195.

55. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A. et al. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps. //Lithos, 2008, v. 100, p. 66-92.

56. Ernst R.E., Buchan K.L. Maximum size and distribution in time and space of mautle plumes: evidence from large igneous provinces //Journal of Geodynamics, 2002, v. 34, P. 309-342.

57. Hawkesworth C. J., Gallagher K. et al. Tectonic controls on magmatism associated with continental break-up: an example from the Parana-Etendeka Province. //Earth and Planetary Science Letters. 2000, v. 179, p.335-349.

58. King S.D., Anderson D.L. An alternative mechanism of flood basalt formation. //Earth and Planetary Science Letters. 1995, v. 136, p. 269-279.

59. Larson R.L. Latest pulse of Earth: evidence for a mid-Cretaceous superplume. // Geology. 1991, v. 19, p. 547-550.

60. Maruyama S. Plume tectonics. // J. Geol. Soc. Japan. 1994, v. 100, № 1, p. 24-49.

61. Mc.Hone J.G. Non-plume magmatism and rifting during the opening of the central Atlantic ocean. //Tectonophysics. 2000, v. 316, p. 287-296.

62. Nürenberg D, Müller R.D. The tectonic evolution on the South Atlantic from Late Jurassic to present//Tectonophysics. 1991, v. 191, p. 27-53.

63. Peate D. W., Hawkesworth C.J. et al. Chemical stratigraphy of the Paraná lavas (South America): classification of magma types and their spatial distribution //Bull. Volcanol. 1992, v. 55, p. 119-139.

64. Peate D. W., Hawkesworth C.J., Mantovani M-S. M. et al. Mantle plumes and flood basalt stratigraphy in the Paraná, South America// Geology. 1990, v. 18, p. 1223-1226.

65. Petri S., Fulfaro V.J. Geología do Brasil. EDUSP. Sao Paulo. 1983. 631 p.

66. Rabinowitz P.D., LaBrecque J. The Mesozoic South Atlantic Ocean and Evolution of Its Continental Margins //J.G.R. 1979, v. 84, № B 11, p. 5973-6002.

67. Reichow M.K., Pringle M.S. et al. The timing and extent of the eruption of the Siberian Traps large igneous province: Implications for the end-Permian environmental crisis. //Earth and Planetary Science Letters, 2009, v. 277 (1-2), p. 9-20.

68. Renne P.R., Glen J.M., Milner S.C., Duncan A.R. Age of Etendeka flood volcanism and associated intrusions in southwestern Africa //Geology. 1996. July, v. 24, № 7, p. 659-662.

69. Renne P.R. et al. Age of the Ponta Grossa dike swarm (Brazil) and implications to Paraná flood volcanism // Earth and Planetary Science Letters. 1996, v. 144, p. 199-211.

70. Saunders A.D., Storey M., Kent R.W., Norry M.J. Consequences of plume-litosphere interactions. //Magmatism and the causes of continental break-up. Storey B.S., Alabaster T. eds. Geol. Soc. Spec. Publication. 1992, № .68, p. 41-60.

71. Smith A.D., Lewis C. The planet beyond the plume hypothesis. //Earth-Science Reviews. 1999, v. 48, p. 135-182.

72. Torquato R.J., Cordani U.G. Brazil-Africa geological links //Earth-Science Rev. 1981, v. 17, p. 155-176.

73. Turner S., Hawkesworth C.J. et al. Mantle plumes, flood basalts and thermal models for melt generation beneath continents : Assessment of a conductive heating model and application to the Paraná//Journ. Geoph. Res. 1996, v. 101,№B5,p. 11503-11518.

74. Unternehr P., Curie D., Oliver J.L. et al. South Atlantic fits and intraplate boundaries in Africa and South America//Tectonophysics. 1988, v. 155, p. 169-179.

75. White R.S., McKenzie D. Magmatism at Rift Zones: The Generation of Volcanic Continental Margins and Flood Basalts //JGR, 1989, v. 94, № B6, p. 7685-7729.

76. White R.S., McKenzie D. Mantle plumes and flood basalts. //JGR, 1995, v. 100, №B9, p. 17.543-17.585.

77. Yale L.B., Carpenter S.J. Large Igneous Provinces and Giant Dike Swarms: Proxies for Supercontinent Cyclicity and Mantle Convection. // Earth and Planetary Science Letters. 1998, v. 163, p. 109-122.

78. Yi-Gang Xu. Mantle plume, large igneous provinces and litospheric evolution. //Episodes. 2006, v. 30, № 1, p. 5.iberian1. EtendeJà Traps\1. Farrar Volcai

79. Рис. 1. Трапповые формации фанерозоя (по Courtillot) L ^ J

80. Рис. 2. Основные элементы структуры фундамента Сибирского кратона.гпевы*1. Таймыр^атангав Норильск1. Анабарскии ■ щит1. Ангарский пояс

81. Рис. 4. Плато Путорана. Массив Гудчиха. Лонтокоский камень. Фото автора.^ / /—-1102° 114° 126°

82. Рис.5 Пространственное распределение различных фаций траппов Тунгусской синеклизы. gj

83. Рис. 6. Разрезы вулканогенных толщ Тунгусского бассейна. С 93