Строение и история развития литосферы

Коллектив авторов

Федоров Б.Г., Мусатов Е.Е. Морфодинамический поток в переходных зонах // Геоморфология зон перехода от континентов к океанам. М.: Наука. 1992. С. 50–52.

Хуторской М.Д., Антипов М.П., Волож Ю.А., Поляк Б.Г. Температурное поле и трехмерная геотермическая модель Прикаспийской впадины // Геотектоника. 2004. № 1. С. 63–73.

Хуторской М.Д., Леонов Ю.Г., Ермаков А.В., Ахмедзянов В.Р. Аномальный тепловой поток и природа желобов в северной части Свальбардской плиты // Докл. РАН. 2009. Т. 424. № 2. С. 1–7.

Хуторской М.Д., Подгорных Л.В., Грамберг И.С., Леонов Ю.Г. Термотомография Западно-Арктического бассейна // Геотектоника. 2003. № 3. С. 79–96.

Цыбуля Л.А., Левашкевич В.Г. Тепловое поле Баренцевоморского региона. Апатиты. 1992. 114 с.

Шипилов Э.В., Шкарубо С.И., Богданов Н.А.,

Хаин В.Е. О тектоно-геодинамических взаимоотношениях областей молодого океанообразования с континентальными окраинами Арктики (Шпицбергенской и Лаптевоморской) // Комплексные исследования природы Шпицбергена. Апатиты. 2003. Вып. 3. С.41–58.

Шипилов Э.В., Тюремнов В.А., Глазнев В.Н., Голубев В.А. Палеогеографические обстановки и тектонические деформации Баренцевоморской континентальной окраины в кайнозое // Докл. РАН. 2006. Т. 407. 3 №. 378–383.

Bjorlykke K., Bue B., Elverhoi A. Quarternary sediments in the northwestern part of the Barents Sea and their relation to the underlying Mesozoic bedrock // Sedimentology. V. 25. N 2. Pp. 227–246.

Yu.G. Leonov [96] , M.D. Khutorskoy [97] . Orli Trough – a pattern of modern geodynamics of outer Barents Sea shelf

96

Geological Institute of Russian Academy of Science (GIN RAS), Moscow, Russia

97

Geological Institute of Russian Academy of Science (GIN RAS), Moscow, Russia

Abstract

Heat flow measurements data in the northern part of Svalbard plate near Franz-Josef Land (FJL) and Spizbergen are discussedd. Measurements were carried out by new updating geothermal probe «GEOS-M». Seven heat flow measurements on «FJL» and twenty – on «Spizbergen» are received. On first of them heat flow variation from 30 up to 85 mW/m² are connected both with trough valley Franz-Victoria tectonic activization and probably with structural and thermal conductivity heterogenesis inside sedimentary cover. Abnormal heat flow values (from 120 up to 519 mW/m²), measured in trough Orly (to the eastern of Spizbergen North-East Land), in combination with other geological data, testify to rift zone development which destroyed a continental crust. Researches were sponsored of the Norwegian oil Management, RAS Presidium, RAS Earth sciences departament and the Russian Basic Research Foundation.

А.В. Соболев [98] , Н.М. Сущевская [99]

Роль мантийных неоднородностей в образовании кайнозойского магматизма хребта Книповича и архипелага Шпицберген

Аннотация

На основе определения элементного состава и содержаний изотопов ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd в породах и концентраций главных и примесных элементов во вкрапленниках оливина впервые получены данные об эволюции состава мантийных источников магм сопряженных структур Северного Ледовитого океана (о. Шпицберген, хребет Книповича) за последние 20 млн. лет. Установлено, что главным источником неогеновых магм о. Шпицберген был безоливиновый пироксенит с повышенным отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и пониженным отношением ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd, который вероятно, возник в результате реакции вещества рециклированной древней океанической коры и нижней континентальной коры с мантийным перидотитом. Из-за своей легкоплавкости этот пироксенит мог послужить источником значительного объема магм под мощной континентальной литосферой и вызвать ее раскол. С омоложением возраста (от неогена до современного) в источниках магматизма Шпицбергена и хребта Книповича прослеживается последовательное уменьшение доли пироксенитового компонента за счет повышения доли перидотита с параллельным закономерным изменением изотопного состава Sr и Nd. Эту тенденцию можно объяснить утонением (обрушением) континентальной литосферы, вызвавшим декомпрессионное плавление тугоплавкого перидотита.

98

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, РАН, Москва, Россия

99

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, РАН, Москва, Россия

1. Введение

Принципиальным

вопросом геодинамических построений является роль легкоплавких мантийных неоднородностей, связанных с вовлечением в мантию материала океанической или континентальной коры (Hofmann, White, 1982; Tuff et al, 2005; Sobolev et al, 2005, 2007). Присутствие таких неоднородностей в мантии приводит к образованию значительных объемов магм в условиях когда «нормальная» перидотитовая мантия не претерпевает существенного плавления (Pertermann, Hirschmann, 2003; Sobolev et al., 2007). Важнейшими геодинамическими следствиями этого процесса может стать раскол континентальных плит и образование океанической коры или (и) возникновение больших магматических провинций на континентальных или океанических плитах (Tuff et al, 2005; Sobolev et al, 2007, Соболев и др, 2009). Образование океанической коры Арктического бассейна напрямую сопряжено с расколом континентальной литосферы (Ritzmann, Jokat, 2003; Scogseid et al., 2000) и поэтому может быть связано с плавлением мантийных неоднородностей. Анализу этой возможности и посвящена данная работа.

Долговременная цель наших исследований состоит в разработке геодинамической модели формирования современной океанической коры Арктического бассейна на основе определения состава, условий образования и эволюции родоначальных магм и мантийных источников базальтов срединно-океанических хребтов Ледовитого океана и сопряженных структур на континенте. Настоящая статья представляет результаты первого этапа этого исследования, полученные на основе изучения магматических пород хребта Книповича, а также четвертичных и неогеновых базальтов о. Шпицберген.

2. Методология исследования

Результаты изучения магматизма базальтов хребта Книповича стали частью крупного международного исследования мантийного магматизма под руководством российских ученых (Sobolev et al, 2007), в котором приняли участие ученые из 20 институтов (университетов) 10 стран (Россия, Германия, США, Франция, Англия, Нидерланды, Австралия, Тайвань, Исландия, Эритрея). Главным достижением работы явилось доказательство повсеместного и значительного участия корового материала в мантийных источниках базальтов срединно-океанических хребтов, мантийных струй и больших магматических провинций (БМП). Этот результат установлен на основе беспрецедентно точного анализа примесных и главных элементов (Ni, Mn, Ca, Cr, Co, Fe, Mg) в 17000 вкрапленниках оливина из 230 образцов, представляющих главные геодинамические обстановки проявления внутриплитового магматизма и магматизма срединно-океанических хребтов.

Примененный метод основан на определении роли в мантии безоливинового пироксенита (далее реакционный пироксенит), образованного в результате реакции андезитовых выплавок эклогитизированного вещества океанической коры и мантийного перидотита (Sobolev et al., 2005, 2007; Yaxley, Green, 1998; Yaxley, Sobolev, 2007). Экспериментальные данные плавления пироксенита при давлениях 2–4 ГПа (Pertermann, Hirschmann, 2003; Sobolev et al., 2007) показывают, что реакционный пироксенит по сравнению с перидотитом характеризуется повышенной легкоплавкостью и значительным обогащением выплавок Ni относительно Mg, а также их обеднением Mn относительно Fe (рис. 1). Из этого следует, что составы вкрапленников оливина, кристаллизующиеся из продуктов плавления пироксенитов при малых давлениях будут отличаться от равных по магнезиальности вкрапленников оливина продуктов плавления перидотитов повышенным содержанием Ni и пониженной концентрацией Mn. Этот результат находится в полном соответствии с теоретическими предположениями (Humayun et al., 2004; Sobolev et al., 2005, 2007), основанными на анализе различий коэффициентов распределения между расплавом и безоливиновым (реакционный пироксенит) и богатым оливином (перидотит) кристаллическим остатком. Полученные экспериментальные данные и их моделирование на основе известных алгоритмов равновесия оливин-расплав (Beattie, 1993; Herzberg, O’Hara, 2002; Kinzler et al., 1990) позволили количественно определить зависимость доли расплава реакционного пироксенита в смеси с продуктами плавления перидотита от Mn/Fe и Ni/(Mg/Fe) равновесного оливина (Sobolev et al., 2008). Эти зависимости далее применены к новым данным о составе оливина исследованных базальтов.

Рис. 1. Степень плавления и состав экспериментальных расплавов пироксенита и перидотита в зависимости от температуры (Sobolev et al., 2007). Кристаллические фазы сосуществующие с расплавом: Ol – оливин; Opx – ортопироксен; Cpx – клинопироксен; Ga – гранат. Голубыми и красными эллипсами оконтурены составы, которые усреднялись для определения граничных компонентов частичного расплава перидотита и пироксенита соответственно.