Офиолиты: геология, петрология, металлогения

Офиолиты: геология, петрология, металлогения и геодинамика. Материалы
Международной научной конференции. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН,
2006, с. 238-242.
Геохимия офиолитовых базальтов как отражение состава мантии
Центрально-Казахстанского сегмента Палеоазиатского океана
В. Г. Степанец1, Р. М. Антонюк2
1
- г. Вильгельмсхафен, Германия, [email protected]
2
- ТОО «Центргеолсъемка», г. Караганда, [email protected]
Впервые на основе геохимической специализации базальтов офиолитовых ассоциаций
предпринята попытка классифицировать природу мантии Центрально-Казахстанского сегмента
Палеоазиатского океана. Примитивные нижнепалеозойские базальты офиолитовых ассоциаций
в современной структуре Центрального Казахстана обнажаются в составе сложнопостроенных
паравтохтонов или разновозрастных аккреционных призм (рис.1), отражая, тем самым, состав
нижнепалеозойской коры океанических, окраинно-морских, преддуговых, спрединговых
задуговых бассейнов и островных дуг. Формирование их магматических и осадочных
комплексов, включая разновозрастные олистостромы аккреционных призм, было обусловлено
конвергентными и дивергентными процессами, протекающими в палеозое в системе
океан/микроконтинент и океан/океан [10].
Корреляция базальтов была основана на составе петрогенных компонентов, микроэлементов
(Ni, Cr, Li, Rb, Sr, Zr, Y, Nb, U, Th и др.) [2, 3, 5] и на изотопно-геохимических отношениях [1].
С позиции химической геодинамики [11] примитивные базальты рассматриваются как прямые
мантийные выплавки. Выявление возможной природы мантийных источников Центрального
Казахстана основано на их сопоставлении с составами базальтов основных мантийных
резервуаров HIMU, EM1, EM2 [7] и N-MORB [9].
В таблице 1 приведены содержания основных микроэлементов базальтов, отношения Zr/Nb и
составы возможных типов мантий поздних каледонид и герцинид Центрального Казахстана;
дополнительно также были рассчитаны отношения Rb/Nb, K/Nb, Ba/Nb, La/Nb, Rb/Sr, Nb/U,
Th/U, что позволило более корректно провести их сопоставление с основными планетарными
мантийными резервуарами.
Структуры поздних каледонид Центрального Казахстана. Практически все примитивные
базальты островодужных систем нижнего палеозоя Центрального Казахстана характеризуются
несколько повышенными концентрациями Nb (5-8.6 г/т), что свидетельствует о слабо
обогащенном источнике исходной магмы, сопоставимой с T-MORB мантии, вовлеченной в
магматические процессы, протекающие над зоной субдукции. Ассоциирующие с ними
суперплюмовые базальтоиды Агырек-Толпакской аккреционной призмы свидетельствуют, что
плюмовые магмы, отвечающие EM1, являются производными плавления океанической коры,
поглощенной зоной субдукции.
Резко противоположным составом характеризуются вулканиты Майкаинской островодужной
системы, фундамент которой сложен раннекембрийской толщей зеленых туфов и
последовательно дифференцированными вулканитами с преобладанием дацитов.
Раннеостроводужные низкотитанистые базальты и высокотитанистые базальты задугового
спредингового бассейна отвечают составу EM2, что обусловлено, по-видимому, привносом в
систему дополнительной компоненты, соответствующей составу континентальных осадков. В
совокупности эти данные свидетельствуют о сиалической природе фундамента Майкаинской
островодужной системы.
Примитивные базальты Ангренсорской аккреционной призмы отвечают N-MORB мантии, с
ними пространственно сопряжены дифференцированные базальты, отражающие состав EM1,
сопоставимые с OIB, а также примитивные базальты островодужного типа и бониниты.
Раннекембрийские плюмовые базальты Балкыбекских океанических островов, отвечающие
составу EM1 и ассоциирующие с ними примитивные абиссальные базальты отражают природу
океанической коры. По совокупности геохимических признаков они приближаются к составу
базальтоидов Восточно-Тихоокеанского поднятия.
Структуры герцинид Центрального Казахстана. Характерной чертой строения герцинид
Центрального Казахстана является широкое развитие структур типа окраинных морей,
подводных хребтов и полное отсутствие нижнепалеозойских островодужных систем.
Базальты фундаментов окраинных бассейнов, вскрывающиеся в составе Агадырского и
Абалинского паравтохтонов, различаются по содержанию Fe и Ti. Первые - умеренно Fe-Ti
базальты, отвечают составу T-MORB мантии, а вторые - высоко Fe-Ti базальты – E-MORB
мантии.
Основной объем субщелочных базальтов Тектурмасской и Итмурундинской аккреционных
призм соответствует составу плюмов EM1, геодинамически отвечает структурам SMB или
плюмовым центрам спрединговых зон океанических хребтов. Значительно реже в их составе
встречаются толеитовые базальты T-MORB мантии. Высокий уровень обогащения
субщелочных базальтов U, Th и их общая геохимическая специализация дают основание
сопоставить их с плюмами южной части Срединно-Атлантического хребта.
Палинспастические реконструкции. Палеогеографическое распространение бентосной фауны
[6] и критический анализ палеомагнитных данных [2, 4, 5] палеозоид Центрального Казахстана
дают основание предположить: 1) структуры ранних каледонид и внутренней зоны поздних
каледонид формировались в экваториальных широтах у восточной окраины Балтии; 2)
структуры внешней зоны поздних каледонид, включая Майкантскую сиалическую дугу, и
герцинид формировались в южных широтах у западной окраины Южной Гондваны; 3)
Богембай-Ангренсорская аккреционная призма, по-видимому, является областью схождения
вышеупомянутых тектонических плит, современные палеомагнитные данные указывают на
амплитуду их схождения более чем в две тысячи километров.
Дальнейшее исследование геохимии примитивных вулканитов Урало-Монгольской складчатой
области позволит реконструировать эволюцию нижнепалеозойских мантийных резервуаров.
Литература
1. Антонюк Р. М. Океаническая кора эвгеосинклинальной области востока Центрального
Казахстана // Тектоника Урало-Монгольского складчатого пояса. М., 1974.
2. Антонюк Р. М., Евсеенко Р. Д., Степанец В. Г. и др. Геодинамическая карта Казахстана.
Серия Центрально-Казахстанская. М. 1: 1500000. 1995. 251 с.. (фондовые материалы).
3. Ермолов П. В., Степанец В.Г., Сеитов Н. Офиолиты Казахстана. Путеводитель экскурсии
международного рабочего совещания по проекту 2 «Офиолиты». Караганда, 1990. 65 с.
4. Куренков С. А., Диденко А. Н., Симонов В. А. Геодинамика палеоспрединга. М., 2002. 294 с.
5. Степанец В. Г.. Петрология и геологическая позиция офиолитов Северо-Востока Ц.
Казахстана / Дис…канд. геол.-мин. наук. ИГН АН РК. Алма-Ата, 1992. 325 с.
6. Fortey, R.A. & Cocks, L.R.M. Palaeontological evidence bearing on global Ordovician-Silurian
continental reconstructions // Earth-Science Reviews. 2003. V. 61. Р. 1-63.
7. Hofmann, A. W.. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. №
385. Р. 219-229.
8. Pearce, J.A. & Peate, D.W. Tectonic implications of the composition of volcanic arc magmas //
Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1995. V. 23. P. 251-285..
9. Wilson, M. Igneous Petrogenesis – A global tectonic approach. U H, London, 1989. 466 р.
10. Stepanets, W. G. Geology and geodynamics of ophiolites of the northeast of central Kazakhstan //
L. P. Zonenshain memorial conference on plate tectonics. Moscow, 1993. P. 139-140.
11. Zindler A., Hart S. Chemical geodynamics //Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. V.14. P. 493-571.
Таблица №1.
Содержания основных элементов-примесей базальтов офиолитовых ассоциаций и возможных
типов мантий поздних каледонид и герцинид Центрального Казахстана
Структуры и вулканогенные
комплексы / элементы в г/т
Поздние каледониды
Агырек-Толпак. а. призма
(OIB) базальты G1
(b-arc) базальты O1 arg
(b-arc) суперплюмы O2 lln
(b-arc, arc) спилиты O1
Майсорская а. призма
(b-arc)долериты O2 lln
Ангренсорская а. призма
(OIB) лейкобазальты G-O?
(MORB) базальты G-O?
Восточно-Майкаинский
паравтохтон
(b-arc) долериты O2 lln
(b-arc) долериты O1
Караулчекинский
паравтохтон
(b-arc, arc) спилиты O1 arg
Герциниды
Тектурмасская а. призма
(SMB) базальты O1arg?-O2lln
Агадырьский паравтохтон
(RM) low-K базальты O3-S1
(RM) базальты O3-S1
Итмурундская а. призма
(SMB) базальты O2llo
(SMB) щелоч. базальты O2 llo
базальты O3 ?
Обалинский паравтохтон
(RM) базальты O2?
Тип
мантии
Sr
Y
Cr
Nb
Zr
Zr/Nb
ЕМ1
T-MORB
EM1
T-MORB
<260
<190
<610
<230
22-28
18-27
30-37
32-47
35-243
120-170
10-160
10-68
17-18
5-6.6
35-65
5-8.6
156-160
59-72
350-760
74-170
7.6-9.1
11.2-12.4
8.3-13.6
14.8-28.0
T-MORB
<260
27-28
170-210
5
70-94
14.0-18.8
EM1
N-MORB
<190
<100
19-27
35-40
10-18
110-120
12-23
3
76-120
104-110
5.2-6.7
25.0-36.0
EM2
EM2
<490
<820
30-40
11-40
10-190
140-560
13-20
6-18
130-240
70-180
8.75-11.1
3.9-19.6
N-MORB
<250
18-30
10-45
1.4-2.6
71-97
39.4-48.5
EM1
365
20
-
35
145
5.0
T-MORB
T-MORB
<340
<315
10-22
12-21
145-330
120-240
5-7.8
5.4
25-88
50-58
5.0-17.6
9.3-14.8
T-MORB
EM1
EM1
<456
240
<150
22-24
33
21-30
86-150
5
140-5
5.8-6
35
2.5-30
84-86
350
50-74
14-14.8
10.0
5.7-8.5
E-MORB
<230
19-30
110-120
5-17
77-150
8.8-20.0
Примечания. HIMU–обогащенная (U+Th/Pb) мантия, образованная впервые 1.5-2.0 млрд.лет,
содержит часть древней субдуцированной океанической литосферы. Оба мантийных источника
EM1, EM2 («обогащенная мантия» 1 и 2) содержат дополнительно компоненты соответственно
пелагических и континентальных осадков [7]. DM (деплетированная мантия) и N-MORB
мантия различаются. Источник DM описывается как астеносферная мантия, сильно обедневшая
несовместимыми микроэлементами. MORB мантия не столь сильно обеднена [9] и
представляет собой смесь DM и HIMU. N-MORB–нормальная, T-MORB–переходная, EMORB–обогащенная мантия срединно-океанических хребтов, SMB–базальты подводных
хребтов, OIB–базальты океанических островов, RM–окраинные моря, b-arc–спрединговые
задуговые бассейны, а. призма–аккреционная призма.
Рис.
1: Геодинамическая схема восточной части Центрального Казахстана. Схема составлена по
материалам [2, 5].
1–террейны докембрийских континентов; 2–отложения пассивной окраины континентов; 3–
образования активизированной пассивной окраины континентов; 4–континентальные
рифтогенные комплексы; 5–океанические базальты (океанических рифтов, океанических
островов, океанических хребтов и вулканических поднятий); 6–кремнистые глубоководные
отложения; 7–вулканические комплексы; 8–карбонатно-терригенная моласса; 9–зеленоцветный
флиш; 10–пестроцветная моласса; 11–вулканогенно-терригенный флиш; 12–вулканогеннотерригенная моласса; 13–углисто-терригенно-карбонатные морские отложения; 14–лагунноконтинентальные отложения; 15-17-активные окраины континентов: 15–раннекаледонская; 16–
позднекаледонская; 17–герцинская; 18–границы тектонических областей; 19–граница между
позднекаледонскими и герцинскими структурами; 20–аккреционные призмы; 21–
серпентинитовые меланжи. Геодинамические обстановки: pcm–пассивные континентальные
окраины; apcm–активизированные пассивные континентальные окраины; acm–активные
континентальные окраины; cr–континентальные рифты; or–океанические рифты; ia–островные
дуги; ba–спрединговые задуговые бассейны; fa–преддуговые бассейны; rm–окраинные моря.
Тектонические структуры: ap–аккреционные призмы; ol–олистостромы; k–континентальные
террейны. Названия структур. Докембрийские континентальные массивы: KS–Кокшетауский;
MA–Майтюбинский; UL–Улутауский; AM–Атасу-Моинтинский. Континентальные окраины:
BA–Байканурская; IS–Ишимская; Активные окраины: KSVP–Кокшетауская
вулканоплутоническая дуга; DVP–Девонская вулканоплутоническая дуга; BIVP–БалхашИлийская вулканоплутоническая дуга. Вулканические дуги: B–Бозшакольская; K–
Кендыктинская; M–Майкаинская; TA–Чингиз-Тарбагатайская. Спрединговые задуговые
бассейны: Ac–Ащикольский; Sc–Шакшанский; Ak–Алкамергенский. Преддуговые бассейны:
BA–Баянаул-Акчатауский; NK–Нуринско-Карасорский; PT–Предчингизский; Окраинные
бассейны: S–Сарысуйский; Ad–Агадырьский; KK–Кентарлау-Котанбулакский; SA–Саякский;
Континентальные рифты: U–Успенский. Континентальные лагуны: Tn–Тенизская; Ds–
Джезказганская. Аккреционные призмы: E–Ерементауская; N–Найманжальская; BU–
Бурубайтальская; Ba–Богембай-Ангренсорская; АТ–Агырек-Толпакская; T–Тектурмасская; I–
Итмурундинская.