Главная – Журналы – Геология и геофизика 2010 номер 9

Четыре стадии термохимического взаимодействия плюма и литосферы, формирующего грибовидную форму плюма с широкой "шляпой" (особенно четвертая, регрессивная фаза охлаждения) играют важную роль в металлогении. На основе анализа термохимической модели мантийных плюмов, а также новых геологических и изотопно-геохронологических данных по магматизму и оруденению Сибирской, Таримской, Эмейшаньской, Центрально-Европейской и других крупных изверженных провинций (LIP) установлено, что главными чертами, определяющими специфику металлогении ареалов LIP, являются: 1) развитие своеобразного комплекса оруденения, включающего - магматическое Cu-Ni-Pt и Fe-Pt; гидротермальное Ni-Co-As (±Ag, U, Au), Au-As, Ag-Sb, Au-Hg, Sb-Hg и стратиформное Cu (медистые песчаники и сланцы, обогащенные Co, Ni, Ag, Pt); 2) ареально-очаговый характер размещения оруденения (в отличие от линейно-поясового для субдукционных и рифтогенных обстановок); 3) зональное распределение разных типов оруденения относительно центров LIP: преимущественная локализация Cu-Ni-Pt, Fe-Pt и стратиформного Cu в центральных их зонах, а гидротермального - в периферических частях LIP; 4) высокая синхронизация по времени формирования каждого из типов оруденения в ареалах крупных магматических провинций, а также временная сопряженность Cu-Ni-Pt, Ni-Co-As и Au-As, локализованных в разных зонах LIР; 5) отчетливая корреляция разных типов оруденения с определенными этапами проявления базитового, щелочно-базитового и гранитоидного мазматизма; 6) единая последовательность формирования разных типов оруденения; 7) зависимость масштабов развития оруденения от объемов LIР и мощности плюмов.
Выявленные особенности локализации разных типов оруденения в ареалах LIР, его возрастные и генетические связи с определенными типами магматизма, своеобразие геологических обстановок формирования оруденения являются основой для разработки комплекса геологических, магматических, литологических и геохимических критериев прогноза и оценки перспектив выявления новых промышленных объектов в ареалах LIP

Представлены сейсмические изображения мантии под Восточной Россией и прилегающими территориями, а также обсуждаются геодинамические следствия. Результаты мантийной томографии показывают, что поддвигаемый Тихоокеанский слэб становится практически неподвижным в переходной зоне мантии под Западной Аляской, Беринговым, Охотским, Японским морями и Северо-Восточной Азией. В этих областях существует множество внутриплитных вулканов, локализующихся над зонами низких скоростей в верхней мантии поверх стагнирующего слэба, что позволяет предположить наличие связи между внутриплитными вулканами и динамическими процессами в пределах крупного мантийного клина над застойным слэбом и его глубинную дегидратацию. Телесейсмическая томография выявила зону низких скоростей, протягивающуюся до глубины 660 км под Байкальской рифтовой зоной, которая может представлять собой мантийный плюм. Глубины основания сейсмической зоны Вадати-Беньоффа и самого Тихоокеанского слэба уменьшаются в северном направлении под п-овом Камчатка, а слэб исчезает под северной оконечностью Камчатки. Считается, что причиной исчезновения слэба является существование трения между слэбом и окружающей астеносферой, поскольку Тихоокеанская плита поворачивалась по часовой стрелке примерно 30 млн л.н., а затем этот процесс усилился вследствие захвата края слэба горячим астеносферным потоком и наличия подводных гор Мейджи.

Представлены результаты анализа пространственного распределения новейшего (менее 2 млн лет) вулканизма Земли, связи его с эволюцией современного суперконтинента Северная Пангея и пространственным распределением горячих точек мантии. Новейший вулканизм проявлен в Евразии, Северной и Южной Америке, Гренландии, Атлантике, Арктике, Африке, Индийском и Тихом океанах. Различают вулканизм: срединно-океанических хребтов (СОХ); субдукционный островных дуг и активных континентальных окраин (ОД + АКО); зон континентальной коллизии (КК); внутриплитный (ВП), связанный с горячими точками мантии, континентальными рифтами, трансконтинентальными поясами. Континентальный вулканизм явно связан с эволюцией современного суперконтинента, названного нами Северной Пангеей, объединяющей Евразию, Северную и Южную Америку, Индию, Австралию и Африку. Суперконтинент характеризуется крупными размерами и преобладающей континентальной корой. Геодинамическая позиция и новейший вулканизм Северной Пангеи определяется двумя разнонаправленными процессами: субдукцией литосферных плит со стороны Тихого океана, со стороны Индии, Аравийского полуострова и Африки, вызывающей консолидацию Северной Пангеи, и спредингом океанических плит со стороны Атлантики, приводящим к расклиниванию суперконтинента с изменением его формы по сравнению с Вегенеровской Пангеей и к интервенции атлантического геодинамического режима в Арктику. Продолжительная устойчивая субдукция литосферных плит под Евразию, а также под Северную Америку не только способствовала интенсивному вулканизму ОД+АКО, но и привела к накоплению холодного литосферного материала в глубокой мантии северной части Северной Пангеи, замещению им горячей глубинной мантии и отжатию последней к краям суперконтинента, а затем подъему этого материала вверх в виде мантийных плюмов (источников ВП базитовых магм), являющихся восходящими ветвями глобальной мантийной конвекции, а также восходящими потоками второстепенных конвективных систем, приуроченных к конвергентным границам плит. Распад Вегенеровской Пангеи произошел под воздействием расширяющегося Африканского суперплюма, захватившего сначала Центральную Атлантику, затем южные ее области и Индийский океан и последовательно развивавшегося в сторону Арктики. Плюмовый (ВП) магматизм Евразии и Северной Америки сопровождался поверхностным коллизионным или субдукционным магматизмом, а в Атлантике, Арктике, Индийском и Тихом океанах глубинный плюмовый магматизм (базиты повышенной щелочности) сопровождался поверхностным спрединговым магматизмом (толеитовые базальты).

Для южного фланга Сибирского кратона обосновано выделение трех основных этапов фанерозойского базитового магматизма. Установлено, что первое событие фиксируется дайками долеритов с возрастом около 500 млн лет, внедрение которых происходило на фоне аккреционно-коллизионых событий, связанных с начальными этапами становления Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), когда в южном фланге Сибирского кратона, выступающем в качестве индентора, возникали области рассеянного растяжения, способствующие внедрению базитовых расплавов в верхние горизонты коры. Позднепалеозойский этап базитового магматизма фиксируется дайками с возрастом около 275 млн лет. Подобные дайки в совокупности с несколько более древними (290 млн лет) вулканическими образованиями Забайкальского сегмента ЦАСП маркируют процессы растяжения, имевшие место в тылу активной окраины Сибирского континента на фоне субдукции под нее коры Монголо-Охотского океана. Трапповый магматизм раннего мезозоя на юге Сибирского кратона проявлен многочисленными базитовыми интрузиями Ангаро-Тасеевской синеклизы с возрастами 240-250 млн лет. Образование траппов происходило при взаимодействии вещества нижнемантийного плюма с материалом слэба Монголо-Охотского океана. Более молодые возрасты траппов по сравнению с вышеупомянутыми базитами позднего палеозоя (290-275 млн лет), отражают прогрессирующее продвижение слэба под южной окраиной Сибирского кратона (в северо-западном направлении в современных координатах), прекратившееся, по-видимому, после достижения слэбом области распространения вещества Сибирского суперплюма. Сделано предположение о том, что отсутствие последующих магматических событий на юге Сибирского кратона обусловлено тем, что после раннемезозойской активизации произошла окончательная консолидация литосферы рассматриваемого фрагмента кратона, препятствующая развитию в его пределах условий растяжения, благоприятных для внедрения базитовых интрузий.

Сравнение рядов щелочных формаций континентов и океанов геологически подтверждает предположение о том, что источником щелочных плюмов было жидкое ядро под континентами, реже - под океанами. Анализ пространственного размещения щелочных комплексов с позиций плюм-магматической гипотезы позволяет предполагать, что зональность и латеральная миграция щелочных магматических центров в щелочных провинциях определялась миграцией щелочного плюма (мультиплюма) и его производных (щелочно-базальтового, щелочно-ультраосновного, карбонатитового, кимберлитового и других).
В химической истории щелочного плюм-магматизма отчетливо прослеживаются две составляющие. Первая - фойдафильная, устойчиво присутствующая во всех магматических и метасоматических горных породах разных щелочных комплексов. Это элементы, ассоциированные с натрием и калием: редкие щелочи, щелочные земли, радиоактивные элементы, редкие земли и другие. Они представляют ту важную часть плюма, которая, вероятно, отделялась от жидкого ядра. Вторая часть - петрогенная, мантийно-литосферная, возникшая в астеносферной зоне в ходе процессов дифференциации и ассимиляции плюмовых и литосферных источников при подъеме плюма к поверхности Земли.

Позднепалеозойские интрузивные породы, представленные главным образом различными гранитоидами, распространены широко на территории Забайкалья; общая занимаемая ими площадь превышает 200 тыс. км². Продолжительность позднепалеозойского магматического цикла, по результатам U-Pb изотопного датирования цирконов, составляла 55-60 млн лет, от ~330 до ~275 млн л. н. В течение этого периода было сформировано пять интрузивных комплексов. На раннем этапе (330-310 млн лет) происходило внедрение высококалиевые известково-щелочных гранитов, слагающих крупный Ангаро-Витимский батолит площадью свыше 150 тыс. км². На более поздних этапах имело место полное или значительное перекрытие во времени формирования геохимически различных магматических комплексов. В частности, в интервале от 305 до 285 млн лет назад происходило внедрение известково-щелочных гранитоидов с пониженной кремнекислотностью (чивыркуйский комплекс кварцевых монцонитов, гранодиоритов) и переходных от известково-щелочных к субщелочным гранитов и кварцевых сиенитов (зазинский комплекс). На следующем этапе в интервале 285-278 млн лет формировались породы шошонитовой серии (сиениты, монцониты, обогащенные калием габброиды нижнеселенгинского комплекса), а за ними со значительным перекрытием (281-278 млн лет) - раннекуналейский комплекс щелочных и щелочно-полевошпатовых сиенитов и гранитов. Несмотря на сложную последовательность формирования интрузивных комплексов, выявляется генеральный тренд эволюции состава гранитоидов во времени - от высококалиевых известково-щелочных к породам шошонитовой серии и щелочным сиенит-гранитным комплексам.
Значительные объемы и характерный состав гранитоидов дают основания полагать, что позднепалеозойский магматизм на территории Забайкалья происходил на постколлизионной (330-310 млн лет), переходной (305-285 млн лет) и внутриплитной (285-275 млн лет) стадиях герцинского цикла.

Комплексные петролого-геохимические и изотопные исследования образцов магматических пород, отобранных из керна параметрической скв. Майзасская-1, свидетельствуют о преобладании в разрезе долеритовых силлов, формирование которых происходило раньше (около 263 ± 4 млн лет) основной массы базальтов фундамента Западно-Сибирского осадочного бассейна и траппов Сибирской платформы (248-251 млн лет) в ходе кристаллизации базальтового расплава в интрузивных межпластовых камерах, образовавшихся между слоями осадочных пород силурийского возраста. Петрохимические, геохимические, минералогические и термобарогеохимические данные говорят о том, что силлы формировались в результате действия сложных магматических систем, отличающихся от типичных океанических и платобазальтовых расплавов, и связанных, вероятно, с развитием рифтогенных структур под действием мантийного плюма. Исследования расплавных включений позволили установить условия генерации из мантийного субстрата первичных расплавов (температуры до 1570 °С, глубины до 105-120 км) и параметры кристаллизации долеритов: температура до 1130-1155 °С, давление до 1.5-2 кбар. В целом полученные результаты позволяют связать образование рассмотренных базальтовых комплексов Западной Сибири с действием мантийного плюма, что привело к расколу древней коры и развитию рифтогенеза. В наиболее крупных рифтах происходило формирование фактически коры океанического типа. При этом большая часть поднимающейся магмы проникала во вмещающие древние толщи с образованием силлов.

Недавно было высказано предположение о том, что основное влияние сибирского траппового магматизма на окружающую среду вызвано взаимодействием магмы с богатыми органикой сланцами нефтеносными эвапоритами и последующей генерацией и выбросом токсических газов (выброс сибирских газов: модель ВСГ (SGV)). Частично это предположение подтверждается U-Pb возрастом 252.0 ± 0.4 млн лет одного из долеритовых силлов из юго-восточной части поля cибирских траппов, эта датировка соответствует рубежу пермь-триас и приуроченному к нему известному массовому вымиранию биоты. В этой работе для двух других долеритовых силлов были получены датировки по цирконам U-Pb SHRIMP методом: 254.2±2.3 млн лет и 249.6±1.5 млн лет. Первая датировка согласуется в пределах ошибки с ранее опубликованным возрастом долеритовых силлов, а вторая согласуется с U-Pb датировками, полученными для лав и интрузий северной части площади развития сибирских траппов. Новые датировки соответствуют рубежам Каньшиньянь/Вучиапиньянь и Спатьянь/Смитьянь. Анализ ⁴⁰Ar/³⁹Ar и U-Pb SHRIMP датировок, ранее опубликованных для юго-восточной части провинции сибирских траппов показывает, что на рубежах Анишьянь/Спатьянь, поздний/средний Анишьянь и Ландиань/Анишьянь соответственно, по-видимому, имели место три другие импульса магматизма. Таким образом, возможно, модель ВСГ применима также к более мелкомасштабным эпизодам исчезновения и возрождения биоты, приуроченным к пермотриасовому вымиранию биологических видов.

Для позднепермско-среднетриасового разреза Кузнецкого бассейна, расположенного в северной части Алтае-Саянской складчатой области, характерно развитие пластовых тел базальтов. Выявлено, что они представлены силлами с возрастом в 250-248 млн лет. Магматические тела сложены средневысокотитанистыми толеитовыми базальтами, обогащенными Nb и La, близкими по составу к раннетриасовым базальтам сыверминской свиты сибирских траппов, Уренгойского рифта Западно-Сибирского бассейна и триасовым базальтам Северо-Монгольской рифтовой системы. Плюмовая природа базальтов обосновывается сочетанием отрицательных аномалий по Nb на мультикомпонентных диаграммах ((Nb/La) _PM = 0.34-0.48) и высоким содержанием легких редкоземельных элементов (La_n = 90-115, (La/Sm) _n = 2.4-2.6). Низкие до умеренных степени дифференциации тяжелых РЗЭ ((Gd/Yb) _n = 1.4-1.7) предполагают мантийный источник базальтовых расплавов на уровне шпинелевой фации. Состав и возраст изученных магматических пород Кузбасса подтверждает высказанное ранее предположение о генетической и структурной их связи с массовыми пермотриасовыми трапповыми излияниями Сибирского суперплюма, пик которого приходился на период 252-248 млн лет. Резкая смена мощности и фациальная изменчивость позднепермско-среднетриасовых пород Кузнецкого бассейна свидетельствует об их формировании в структуре растяжения, вероятно, в единой геодинамической обстановке с рифтогенными структурами Южного Урала, Северной Монголии и фундамента Западно-Сибирского бассейна.

Предложена математическая модель двухскоростной неизотермической динамики взаимодействия конвектирующей верхней мантии с многослойной литосферой с локальными проницаемыми зонами. На основе статистической обработки базы данных валовых составов флюидов из мантийных пород под Сибирской платформой (СП) и метаморфических пород гранулитовой и амфиболитовой фаций земной коры обсуждаются проблемы задания начальных и граничных условий для описания процессов динамики конвективного плавления в проницаемых зонах над астенолинзами. Для определения природы установленного линейного тренда соотношений СО₂-Н₂О, которые составляют основную массу флюида во включениях, рассмотрена 2D динамика формирования полей Т и Р с сопутствующей физико-химической динамикой гетерофазного взаимодействия надастеносферного магматогенного флюида с деплетированными породами литосферной мантии.
Проведенный комплекс экспериментальных и вычислительных исследований с ксенолитами пород литосферы СП и метаморфизованных толщ земной коры в отношении валового состава и природы в них флюидной фазы показал, что: метаморфические породы нижней коры в отношении валового состава газовой фазы существенно отличаются в амфиболитовой и гранулитовой фациях от пород мантийной литосферы; порядка 80 % наблюденных валовых составов газовой фазы в минералах ультрабазитов литосферной мантии относятся к относительно окисленным продуктам переуравновешивания надастеносферных магматогенных флюидов, преобразовывавшихся в зонах региональных разломов; основным фактором переуравновешивания таких гетерофазных равновесий является периодически проявляющаяся декомпрессия толщ литосферной мантии в зонах глубинных разломов СП; информация по составам газовой фазы в первичных включениях в минералах изверженных пород может служить основанием для расчета виртуального состава астеносферных флюидов.

Одни из замечательных образований трапповой формации P₂-T₁ Восточно-Сибирской платформы - плутоногенные рудно-магматические системы Норильского рудного поля. Рассмотрены процесс внедрения рудоносных интрузивов, эволюция хромшпинелидов в интрузивных магматитах, вероятные механизмы формирования массивных, вкрапленных и импреньяционных магматических сульфидных руд, возможные причины обилия сульфидных расплавов и квазиангидритового изотопного состава серы сульфидных руд, продукты взаимодействия сульфидных расплавов с рудовмещающими базитами. Впервые дана оценка уникальных содержаний PGE, Ag, Au в рудах - эвтектических срастаниях Iss и PbSss, продуктах кристаллизации легкоплавких Ni-Fe-Cu-Pb-S расплавов. Установлена тесная связь ореолов флюидного воздействия около магматических сульфидных тел и пневматолитовой Ag-Au-Pt-Pd минерализации. Описаны пневматолитовые PGM ранние (золотосодержащие интерметаллиды), средней стадии (паоловит с ламеллями распада инсизваита-геверсита и нигглиита, рустенбургит-атокит-звягинцевит, маякит, станнопалладинит, полярит, плюмбопалладинит, масловит, татьянаит-таймырит и Pd-Pt-содержащие минералы группы медистого золота - тетрааурикуприд и др.), поздние (соболевскит, фрудит, гессит, майчнерит, кабриит и минералы ряда Au-Ag) и наиболее поздние (сперрилит). Прямая, обратная, осцилляционная и сложная зональность золотин в значительной степени была обусловлена вариациями активности теллура во флюидах. Пневматолитовые минералы благородных металлов возникли при T ниже 490 °С в резко восстановительных условиях при крайне низкой железистости S₂. Судя по изотопии свинца, все образования трапповой формации Норильского региона имели единый мантийный источник. Изотопный состав свинца рудоносных интрузивов, магматических сульфидных руд, PbSss и интерметаллидов Pd-Pt Норильского и Талнахского рудных узлов в значительной степени различается - в Талнахском свинец заметно более радиогенный. Это свидетельствует о генетических связях сульфидных руд с конкретными интрузивами, о различных промежуточных магматических очагах для Норильского и Талнахского узлов, о более высокой степени контаминации мантийных магм для Талнахского узла, чем, возможно, и обусловлен его гигантский масштаб.

На основе изотопно-геохимических, геохимических, изотопно-геохронологических исследований рассмотрены пространственно-временные и генетические связи гидротермального кобальтового оруденения Алтае-Саянской складчатой области с базитовым, щелочно-базитовым и гранитоидным магматизмом. Для этого региона обосновано выделение четырех этапов проявления кобальтового оруденения: раннедевонский (D₁), позднедевонско-раннекарбоновый (D₃-C₁), пермотриасовый (P₂-T) и раннемеловой (K1), которые отвечают соответствующим возрастным рубежам масштабного развития базитового магматизма. На основе изотопно-геохимических (Pb, Sr и He) и геохимических исследований показана генетическая связь кобальтового оруденения с проявлениями базитового и гранитоидного магматизма, доказано участие мантийных флюидов в их формировании и их связь с мантийными очагами базитовых и щелочно-базитовых расплавов, установлена полигенность источников рудного вещества, имеющего как магматическое происхождение, так и заимствованное из вмещающих пород. Обоснован стадийно-фациальный характер эндогенной зональности кобальтовых месторождений, кобальтоносных рудных узлов и зон с высокотемпературным Co-As и низкотемпературным Ni-Co-As оруденением. Впервые установлены повышенные содержания Pt и Pd в рудах гидротермальных Co-месторождений.