Строение и история развития литосферы

Коллектив авторов

В результате были получены новые геохронологические и геохимические данные по мезозойским базальтоидным комплексам, усовершенствованы и уточнены палеогеодинамические реконструкции инициального этапа раскрытия Арктического океана, выявлены физико-химические обстановки проявления магматизма, обоснована роль и влияние мезозойско-кайнозойских процессов океанообразования на становление тектонического облика Баренцевоморской континентальной окраины в контексте решения фундаментальных проблем геологического строения и эволюции литосферы Арктики.

2. Мезозойские магматические комплексы архипелага Земля Франца-Иосифа

В геологическом строении архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) участвуют два главных мезозойских структурных яруса (Дибнер, 1970), различающиеся по составу осадочных и магматических пород. Первый из них, раннемезозойский, представлен мощными прибрежно-морскими и континентальными отложениями среднего и верхнего триаса и резко варьирующими по мощности терригенными отложениями

юры. Суммарная мощность отложений этого яруса (по разрезам параметрических скважин на островах Хейса и Греэм Белл) превышает 3000 м. Раннемезозойские магматические породы по опубликованным данным радиологического датирования распространены на островах юго-западной части архипелага: Земле Александры, Земле Георга, Брюса, Гукера, Алджера (Столбов, 2002; Dibner, 1998). Есть данные о наличии вулканитов этого возраста на островах Земля Вильчека, Солсбери, Джексона и Хофмана. В строении второго, позднемезозойского яруса, участвуют в основном раннемеловые вулканиты разнофациальной принадлежности и ассоциирующие с ними, незначительные по стратиграфическому объему терригенные осадочные породы континентального генезиса. Общая мощность яруса по некоторым оценкам достигает 600 м. Ярусы разделены стратиграфическим и менее отчетливым структурным несогласиями, трассирующимися по подошве осадочно-вулканогенных отложений неокома (Дибнер, 1970).

Представление об архипелаге ЗФИ как о единой позднемезозойской трапповой провинции после исследований В.Д. Дибнера в конце пятидесятых – начале семидесятых годов прошлого века прочно укоренилось в литературе. Однако по результатам наших исследований пяти островов (Земля Александры, Нортбрук, Гукера, Скотт-Келти и Хейса), мезозойские магматические образования архипелага подразделяются на два комплекса: раннемезозойский (юрский) и позднемезозойский (раннемеловой), отличные по вещественному составу вулканитов.

Раннемезозойский магматический комплекс представлен толеитовыми базальтами и долеритами островов Земля Александры, Нортбрук, Гукера и Скотт-Келти. Наиболее полные разрезы этого комплекса находятся на о-ве Земля Александры. В береговых обнажениях залива Дежнева (бухты Северная и Островная) на мысах Добкина, Вышка, Бабушкина, Двойной и Мелехова вулканиты этого комплекса слагают серию субгоризонтально залегающих покровов, общей мощностью 25–35 м. Нижний из них сложен черными плагиоклазовыми миндалекаменными базальтами со столбчатой отдельностью. Видимая мощность этого покрова 7–15 м. Выше располагается покров базальтов, часто миндалекаменных, и долеритов (17–20 м) с глыбовой отдельностью. Определение абсолютного возраста ⁴⁰Ar/³⁹Ar методом ступенчатого прогрева по плагиоклазу (рис. 2) из этого покрова (N 80°46.503’; E 47°42.197’) дало значение возраста плато 156.5±7.5. млн. лет (Карякин, Шипилов, 2008). Перекрываются эти покровы покровом мелкозернистых долеритов с гигантостолбчатой отдельностью предположительно раннемелового возраста мощностью 15–20 м. Этот покров является маркирующим для раннемезозойских вулканических пород острова. Как правило, им сформированы самые высокие точки рельефа. Однако в ряде мест покров обнажается на уровне моря, тем самым подчеркивая грабено-горстовую структуру острова, с максимальной амплитудой вертикального перемещения по разломам северо-западного простирания 45–50 м. В обнажении с координатами N 80°44,832’, E 47°34,503’ покров подстилается толщей агломератовых туфобрекчий (мощность 4–6 м), в составе обломков которой преобладают миндалекаменные базальты. Толща, по-видимому, отделяет раннемезозойскую часть вулканогенного разреза острова от позднемезозойской.

Породы раннемезозойского магматического комплекса занимают практически всю центральную, свободную от ледников, часть о-ва Земля Александры, занимая площадь не менее 200 км². На западе и юго-западе они скрыты под куполом ледника Лунный, обнажаясь вновь в районах мысов Мэри-Хармсуорт и Лудлова (Пискарев и др., 2009), а на северо-востоке граничат по разлому (сбросу) с вулканическими образованиями позднемезозойского магматического комплекса. Разлом, названный нами «Нагурским», хорошо дешифрируется на космическом снимке острова и проявлен на поверхности зоной трещиноватости, шириной около 200 м. Он протягивается от бухты Отмелая в юго-восточном направлении через пограничную заставу «Нагурское» на расстояние не менее 20 км, скрываясь под ледником Кропоткина на полуострове Полярных летчиков. Важно подчеркнуть, что данных о присутствии вулканитов юрского возраста в разрезе параметрической скважины Нагурская-1 нет, за исключением четырех силлов в интервале глубин 1300–3200 м., имеющих возраст 151±11, 192±13, 170±12 и 203±14 млн лет (K-Ar метод, вал) (Тараховский и др., 1982). Раннемеловые базальты залегают в скважине на среднетриасовых осадочных породах (Dibner, 1998).

По составу вулканиты раннемезозойского комплекса варьируют от гиперстен– до оливин-нормативных, с некоторым преобладанием последних. Для них характерны умеренные содержания TiO₂ (1.51-2.25 вес.%), а также устойчиво низкие концентрации Y (26–37 г/т), Zr (98-156 г/т) и Nb (5.5–10 г/т). Отношения Zr/Y и Y/Nb меняются в пределах 3.62–4.51 и 3.41–4.73, соответственно. Аналогичными характеристиками обладают базальтовые покровы о-вов Нортбрук, Гукера и Скотт-Келти. По плагиоклазам (рис. 2) из базальтов о-ва Гукера (N 80°20,402’; E 52°46,429’)

получено значение ⁴⁰Ar/³⁹Ar возраста плато 189.1 ± 11.4 млн лет (Карякин, Шипилов, 2008).

Рис. 2. ⁴⁰Ar/³⁹Ar возрастные и Ca/K спектры для плагиоклазов. 1 – плагиоклаз из базальта о-ва Гукера; 2 – плагиоклаз из базальта о-ва Земля Александры; 3 – плагиоклаз из долерита дайки «Гряда Аметистовая» о-ва Хейса

Позднемезозойский магматический комплекс представлен в нашей коллекции покровами и штоками базальтов о-ва Земля Александры, а также дайками и силлами толеитовых долеритов о-ва Хейса (Карякин и др., 2008). ⁴⁰Ar/³⁹Ar возраст плато по плагиоклазу дайки «Гряда Аметистовая» (рис. 2) (Карякин, Шипилов, 2008) определен как баррем-аптский (125.2±5.5 млн. лет), что согласуется с опубликованным ранее возрастами дайки «Сквозная» и одного из силлов острова (Столбов, 2002). На о-ве Земля Александры позднемезозойские вулканиты наиболее распространены в северо-восточной его части. В районе мыса Нагурского, они формируют на земной поверхности серию из двух-четырех маломощных (1.5–2 м) покровов базальтов с хорошо выраженной мелкостолбчатой отдельностью и прослежены бурением до глубины 283 м. (Dibner, 1998). Кроме базальтов на побережье бухты Зверобоев нами обнаружены коренные выходы серых туфов, содержащих мелкие обломки базальтов (N 80°49.040’; E 47°50.849’) и фрагмент отпрепарированного ледниками палеовулканического аппарата (N 80°48.188’; E 48°03.853’), центр которого выполнен вулканическим песком и шлаками, периферия – вулканическими бомбами. Юго-западной границей распространения этого мощного разреза позднемезозойских вулканитов острова служит, как было сказано выше, Нагурский разлом.

В отличие от раннемезозойских, в позднемезозойских вулканитах концентрации TiO₂ достигают величин 2.56–3.94 вес.%, P₂O₅ – 0.23–0.70 вес.%, Y – 32–49 г/т, Zr – 170–320 г/т, Nb – 12–33 г/т. Отношение Zr/Y меняется в них от 4.35 до 6.94 (среднее 5.66), а Y/Nb – от 1.48 до 3.33 (среднее 2.40).

Различия вещественного состава пород, слагающих ранне– и позднемезозойский магматический комплексы отчетливо видны на диаграммах Харкера, построенных для наиболее информативных породообразующих оксидов и редких элементов (рис. 3). Также отчетливо комплексы различаются по содержанию редкоземельных элементов (рис. 4), особенно по концентрациям легких REE. В долеритах даек «Гряда Аметистовая» и «Сквозная» (о. Хейса) проявлена незначительная отрицательная европиевая аномалия, которая пока не выявлена в породах раннемезозойского комплекса.

Рис. 3. Диаграммы Харкера для базальтов раннемезозойского (1) и позднемезозойского (2) магматических комплексов ЗФИ.

Рис. 4. Спектры редкоземельных элементов базальтов мезозойских магматических комплексов ЗФИ на хондрит-нормализованной (по Sun, McDonough, 1989) диаграмме. Условные обозначения см. на рис. 3.

Расчетное моделирование физико-химических параметров магматических систем, проведенное на основе данных по составам расплавных включений в плагиоклазах и пироксенах раннемезозойского магматического комплекса, показало, что эти параметры сходны для базальтов разных островов архипелага ЗФИ. Для базальтов о-ва Земля Александры вычисленная глубина генерации первичных расплавов составляет 75–100 км, а температура магмогенерации 1450–1550°С (Симонов и др., 2008). С этими данными практически совпадают соответствующие значения (65–95 км и 1410–1520°С) для базальтов о-ва Гукера (Симонов и др., 2009). Существенно иные величины глубины и температуры генерации магм (110 км и 1600°С, соответственно) получены для базальтов позднемезозойского магматического комплекса (Симонов и др., 2008).

Такое различие в возрасте, химизме вулканитов на уровне содержаний главных породообразующих оксидов, редких и редкоземельных элементов, составе расплавных включений в минералах, глубине и температуре магмогенерации, определенно говорит о том, что в пределах архипелага ЗФИ развиты два совершенно разные раннемезозойский и позднемезозойский магматические комплексы. Сравнение с магматическими комплексами известных геодинамических обстановок показывает, что по всем вещественным признакам вулканиты раннемезозойского магматического комплекса соответствуют типичным платобазальтам Сибирской платформы (Симонов и др., 2005), а позднемезозойского – сходны с плюмовыми вулканитами горячих точек внутриокеанических островов. По тем же признакам континентальные толеитовые базальты архипелага ЗФИ отличаются от базальтов континентальных рифтовых областей, в частности от эталонной Байкало-Монгольской рифтовой системы, где преобладают субщелочные базальты.