Щелочной вулканизм в переходной зоне континент-океан, ЮЗ окраина Иберии

Чернышева Е.А.*, Матвеенков В.В.**, Медведев А.Я.***

* Атлантическое отделение ИО РАН, Калининград, Россия;** Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия; *** Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН, Иркутск, Россия.

elcher@atlas.baltnet.ru

 

  Юго-западная окраина Иберийского полуострова и северо-западный район у побережья Африки представляют собой пассивную океаническую окраину с момента раскрытия Северной Атлантики в позднемеловое время. Проявления щелочного вулканизма известны здесь на многочисленных подводных горах, на островах и побережье. Регион имеет сложную тектоническую историю с «перескоком» границы между Евразией и Африкой из зоны Бискайского залива в район Азоро-Гибралтарских разломов 37 млн. лет назад. В результате, древняя (67-60 млн. л.) вулканическая постройка  Горриндж, образованная на континентальной окраине, была разрушена и сдвинута в океан, и представляет собой сейчас подводное сооружение - банку Горриндж (БГ). Континентальная природа щелочного вулканизма БГ подтверждается данными ряда исследователей (Bernard-Griffiths et al., 1997; и др.) и нашими исследованиями, в результате которых среди вулканитов БГ было выявлено присутствие мелилититов, характерных для многих континентальных вулканических полей и щелочных массивов (Чернышева, Харин, 2009).

Ближайшими к БГ вулканическими сооружениями в океане являются подводные горы Ампер и Корал Пэтч, расположенные примерно в 200 км к юго-западу, на противоположном борту океанической впадины. В отличие от большинства исследователей, имеющих дело с геологическим материалом, полученным путем драгирования, мы располагаем образцами из керна скважин в строго фиксированных участках. Образцы были получены в 1991 г. во время рейса экспериментального научного судна «Бавенит», когда несколько неглубоких скважин было пробурено на подводных горах Ампер, Горриндж и Жозефин – по бортам океанической впадины Хосшу вблизи ЮЗ края Португалии (Матвеенков и др., 1993).

  Вулканиты горы Ампер отобраны на западной и восточной вершинах (скважины 7 и 8). Они несколько различаются по составу и степени вторичного изменения (палагонитизация, альбитизация) и представлены пористыми миндалекаменными субщелочными базальтами от базанитоидов до гавайитов.  Более свежие вулканиты горы Жозефин представлены пикритовым базальтом и субщелочным оливиновым базальтом. Возраст вулканитов горы Ампер - 31 млн. лет, горы Жозефин – около 12 млн. лет (Geldmacher, Hoernle, 2000). Таким образом, имеющийся материал позволяет проследить вариации состава вулканитов региона во времени от 67 до 12 млн. лет в зоне перехода от окраины континента к океану.

             Изменения валового состава океанических вулканитов связаны либо с умеренно проявленным процессом кристаллизационной дифференциации (уменьшение содержания MgO от 6,4 до 2,3 % с одновременным возрастанием щелочности и т.п.), либо с накоплением кумулятивных фаз (пикрит горы Жозефин).  Степень обогащенности пород несовместимыми редкими элементами четко коррелируется с содержанием K2O. Наиболее беден ими пикритовый базальт горы Жозефин с содержанием K2O 0,63 %. График распределения редких элементов в этой породе совпадает с таковыми для большинства толеитовых базальтов подводных гор от острова Мадейра до горы Ампер, изученных (Geldmacher, Hoernle, 2000). Субщелочной оливиновый базальт горы Жозефин (1,73 % K2O) уже сопоставим по степени обогащенности с базальтами горы Ампер а также подобных пород островов Порто Санто и Мадейра. Породы западной вершины горы Ампер (образцы А 7), сильнее дифференцированы и заметно преобразованы вторичными процессами по сравнению с базальтами восточной вершины (образцы А 8). Породы А 7 отличаются от вулканитов восточной вершины более высокими содержаниями U, Th, Pb, Sr, Zr, HREE. Помимо этого, они обогащены Mo, Sn, Sb, W, что вероятно, является результатом глубокого гидротермального изменения.

Вариации отношений несовместимых редких элементов в породах позволяют сравнивать условия выплавления материнских магм изучаемых вулканитов. Вариации отношений Zr/Nb – Nb/U и Ce/Y – La/Yb , показанные на рис.1, свидетельствуют, что континентальные магмы образованы при меньшей степени плавления мантийного субстрата (ниже Zr/Nb и выше La/Yb) и на большей глубине (под более мощной литосферной плитой (высокие Ce/Y)), чем магмы океанических базальтов (Ellam, 1992). Очень низкие величины отношения Nb/U в вулканитах А 7 (10-20 против > 45 для других пород) отражают  контаминацию источника расплавов веществом континентальной коры или влияние корообразующих процессов на формирование пород (Hofmann, 1997). На рис. 1(2) можно видеть, что в вулканитах подводных гор доля легких РЗЭ увеличивается от толеитов  горы Жозефин  (J) к субщелочным породам, однако, уровня содержаний легких РЗЭ в мелилититах  БГ они не достигают. Это относится и к другим наиболее несовместимым редким элементам: содержания Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U и ряда других элементов в океанических вулканитах всегда ниже, чем в континентальных щелочных сериях.

Происхождение континентальных щелочных пород Иберийской окраины (не только вулканитов БГ, но и дайковых и интрузивных пород массива Мончики (Bernard-Griffiths et al., 1997)), скорее всего, связано с активностью Африканского плюма накануне глобальной тектонической перестройки в регионе в палеогене. Глубинные расплавы малой степени плавления возникали при подъеме мантийного плюма к подошве субконтинентальной литосферы.

 

  Рис. 1. Вариации отношений несовместимых элементов-примесей в вулканитах банки Горриндж

              (GB) и подводных гор Ампер (А 7 и А 8) и Жозефин (J) у ЮЗ окраины Иберии.

 

Вулканы подводных гор, возникших после присоединения Иберии к Евразии (моложе 37 млн. лет), вряд ли являются результатом продолжения активности плюма, породившего БГ. Как показано выше, глубинность океанического магматизма и состав материнского субстрата значительно отличаются от континентальных. Как следствие, вулканические породы подводных гор и островов в данном регионе представлены исключительно породами базальтоидного семейства, которые лишь умеренно обогащены несовместимыми редкими элементами, подобно океаническим субщелочным базальтам других регионов Северной Атлантики (Чернышева, Харин, 2007).

Относительно недавно появились новые сведения о более древних подводных горах вдоль переходной зоны континент-океан Иберийской окраины (Merle et al., 2006). Горы, расположенные в северной и центральной части поднятия Торе-Мадейра, вдоль древнейшей магнитной аномалии Атлантического океана в этом районе, имеют возраст от 104 до 80 млн. лет. Вулканиты, драгированные с этих гор, представлены значительно дифференцированными породами базальтового семейства, преобладают трахиты и трахиандезиты, испытавшие сильное низкотемпературное изменение в морской воде. По изотопным характеристикам данные вулканиты отличаются от базальтов MORB, пород архипелага Мадейра и Азорских островов, но близки наиболее распространенным типам базальтов океанических островов (OIB). Предполагается, что выплавление материнских магм вулканитов в переходной зоне происходило под океанической литосферной плитой из доменов мантийного субстрата, содержавшего небольшую примесь  континентального материала иберийской плиты.

 

Матвеенков В.В., Поярков С.Г., Дмитренко О.Б., Альмухамедов А.И., Гамсахурдия Г.Р., Кузнецов О.Л. Геологические особенности строения подводных гор Азоро-Гибралтарской зоны (по результатам бурения) // Океанология. 1993. Т. 33. № 5. С. 752-762.

Чернышева Е.А., Харин Г.С. Щелочной вулканизм в истории формирования Норвежско-Гренландского бассейна // Петрология. 2007. Т. 15. № 3. С. 317-323.

Bernard-Griffiths J., Gruau G., Cornen G.,Azambre B.,Mace J. Continental lithospheric contribution to alkaline magmatism: isotopic (Nd, Sr, Pb) and geochemical (REE) evidence from Serra de Monchique and Mount Ormonde complexes // J. Petrol. 1997. Vol. 38. P. 115-132.

Chernysheva E.A., Kharin G.S. Melilitites in the alkaline volcanics series of the Gorringe Bank, SW Portugal // XXVI Internat. Conf. School. “Geochem. Alk. Rocks”. 2009. Abstr. vol. P. 35-36. Moscow, Russia.

Geldmacher J., Hoernle K. The 72 Ma geochemical evolution of the Madeira hot spot (eastern North Atlantic): recycling of Paleocoic (500 Ma) oceanic lithosphere // Earth Planet Sci. Lett. 2000. Vol. 183. P. 73-92.

Geldmacher J., Hoernle K., Bogaard P., Zankl G., Garbe-Schonberg D. Earlier history of the >70-Ma-old Canary hotspot based on the temporal and geochemical evolution of the Selvagen Archipelago and neighboring seamounts in the eastern North Atlantic // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2001. Vol. 111. P. 55-87.

Merle R., Scharer U., Girardeau J., Cornen G. Cretaceous seamounts along the continent-ocean transition of the Iberian margin: U-Pb ages and Pb-Sr-Hf isotopes // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. Vol. 70. P. 4950-4976.