parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

6. Основные черты строения океанического дна	151

гружающейся плиты, с чем связана генерация толеитов, близких по составу толеитам СОХ. Позднее и глубже начинает плавиться субдуцирующаяся океаническая кора. Зарождающаяся магма вследствие реакции с вышележащей мантией продуцирует магму известково-щелочного типа.

Известково-щелочные магмы зарождаются на больших глубинах, чем толеитовые, и поэтому в горизонтальной плоскости они будут удалены от желоба на большее расстояние. Вовлеченные в субдукцию осадки играют определенную роль в генерации магм островной дуги, так как насыщены водой и водосодержащими минералами. Они обуславливают высокое давление летучих компонентов, необходимое для генерации магм. Практически во всех зонах распространения вулканитов островной дуги и активных континентальных окраин (Андской) были выявлены сходные с вышеохарактеризованными тренды в распределении главных породообразующих и рассеянных элементов.

Эволюция островных дуг. Разнообразное геологическое строение систем островной дуги отражает динамические процессы взаимодействия конвергентных окраин плит и позволяет наметить основные вехи эволюционного развития дуги.

Три процесса играют определяющую роль в эволюции дуги: аккреция в преддуговой области, вулканизм, формирующий фронтальную дугу, и растяжение коры, приводящее к раскрытию междугового бассейна.

Преддуговая аккреция включает тектоническое окучивание (сдирание) определенной части океанической коры на кромке надвигающейся плиты. Этот «перенос» вещества с погружающейся плиты на надвигающуюся носит название аккреции, а весь сгруженный материал, присоединенный к фронтальной дуге, – аккреционной призмы, или аккреционного клина.

Ширина преддугового бассейна и нижнего склона увеличивается по мере того, как аккреционная призма разрастается вверх и в сторону океана. Длительная аккреция приводит к воздыманию перегиба склона желоба вплоть до образования островов, проседанию погружающейся плиты и выполаживанию верхнего участка зоны Беньоффа.

Размеры аккреционной призмы и ширина разрыва дуга – желоб пропорциональны длительности активности субдукционного процесса. Размеры призмы варьируют по мощности до нескольких километров и по ширине от нескольких километров (Японская дуга) до нескольких десятков километров (Алеутская и Зондская дуги).

152	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

1

2

3

4 5

6. Основные черты строения океанического дна	153

◄ Рис. 6.23 Схема петрохимической зональности дуги Хонсю (Японская островная дуга), по Б.Н.Пискунову (1987): 1 – изолинии петрохимического индекса классификации вулканических серий и их значения; 2−4 – области распространения вулканических пород петрохимических серий: 2 – известковой, 3 – известково-щелочной, 4 – субщелочной; 5 – вулканы

Вулканические тренды связаны с изменением состава вулканических продуктов и расположением центров вулканической активности в зависимости от продолжительности активной субдукции. Вулканическая активность проявляется спустя несколько миллионов лет после начала субдукции вдоль четкой узкой зоны, расположенной на одинаковом по вертикали расстоянии от нижележащей зоны Беньоффа. Вулканизм поздних стадий становится более щелочным, а механизмы магмообразования отличаются от механизма начальной стадии, когда формируются толеитовые магмы.

Удаление фронта вулканической активности от желоба приводит к увеличению величины зоны разрыва дуга – желоб и развитию петрохимической и геохимической зональности. Более поздние магматические очаги поставляют меньшее количество вещества, чем первоначальные вулканические центры.

Промежутки между вулканическими центрами заполняются огромными массами вулканокластического материала – туфами и продуктами размыва вулканических построек (турбидитами, граувакковыми песчаниками, алевролитами и т.д.).

Задуговой спрединг определяет образование междуговых или задуговых бассейнов. Этот процесс связан с деформациями растяжения, которые расщепляют вулканическую дугу на фронтальную и остаточную дуги. В центральной части междугового бассейна иногда проявляется вулканическая деятельность и формируются подушечные базальты. Здесь выявлены осевая рифтовая зона и линейные магнитные аномалии в новообразованной океанической коре. При этом скорость спрединга достигает 2 см/год (Марианская впадина).

Тыловые части большинства островных дуг остаются неподвижными относительно континентальной или пассивной коры окраинного бассейна. По мере раскрытия междугового бассейна фронтальная дуга продвигается в сторону океана на океаническую плиту. При этом увеличивается расстояние между желобом и центром задугового спрединга. Когда это расстояние становится слишком большим, активность в оси спрединга прекращается. Новый этап задугового спрединга может

154	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

начаться в новом месте, расположенном ближе к фронтальной дуге. Несколько последовательно отмирающих осей спрединга на протяжении десятков миллионов лет могут создать широкие окраинные бассейны.

Обращение полярности дуги связано с изменением наклона сейсмофокальной зоны, или зоны субдукции. Большей частью вулканическая дуга расположена между континентом и желобом, а сейсмофокальная зона падает в сторону континента. Однако некоторые дуги имеют другое строение – когда желоб находится между дугой и континентом, а сейсмофокальная зона падает от континента. В этом случае в зоне субдукции поглощается кора окраинного бассейна. Когда кора окраинного бассейна будет полностью поглощена, субдукция либо прекращается, либо перемещается на другую сторону дуги. При этом меняется и падение сейсмофокальной зоны на противоположное. Такой процесс называется обращением полярности дуги. Обращение полярности дуги может также наступить в результате столкновения двух дуг или подавления процесса субдукции хребтом спрединга, либо плавучим блоком коры – террейном. Обращение полярности дуги предположительно имело место в системах Новые Гебриды, Соломоновы острова и Лусон (рис. 6.24). Об обращении полярности может свидетельствовать обратный порядок петрохимической зональности или аномальная последовательность морфологических и тектонических элементов в комплексе дуги.

В ходе развития островных дуг может происходить формирование сложнодислоцированных складчатых сооружений с мощной корой континентального типа, которые, причленяясь к древним континентальным блокам, образуют орогенические горные пояса по их периферии. Характерным примером такого аккреционного типа роста материков является эволюция Японского, Южно-Андийского и Новогвинейского геоблоков, где всё более молодые островные дуги приращивались к допалеозойскому сиалическому цоколю и частично регенерировали магматические процессы в ранее стабилизированных внутренних зонах, тем самым увеличивая общий объём континентальной массы.

Минерагения островных дуг. В минерагеническом отношении энсиалические и энсиматические островные дуги заметно отличаются друг от друга.

Для энсиалических островных дуг характерны месторождения полиметаллических колчеданных руд типа Куроко, сопровождающие их золото-серебряные (с теллуридами), ксенотермальные полиметалличе-

6. Основные черты строения океанического дна	155

ские (с редкими металлами), самородной и колчеданной серы, небольшие ртутные и контактово-метасоматические (скарновые) железорудные и меднорудные, связанные с субдукционными гранитоидами.

0

400 км

1 2 3

4 5 6

7

ЮЗ

СВ

Рис. 6.24. Аккреция островных дуг, по Б. Бэрчфилу (Богатиков и др., 1987): 1 – островные дуги, 2 – офиолиты, 3 – осадочные толщи, 4 – древняя кора Австралии, 5 – зоны наибольших деформаций, 6 – крупнейшие разрывы, зубцы обращены в сторону надвигающейся пластины, 7 – линия профиля

156В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Всовременных энсиматических островных дугах известны скопления хромитовых и колчеданных медно-цинковых руд, образованных в срединно-океанических хребтах.

Для нижнего или внутреннего склона желоба характерны месторождения нефти и газа в слабо литифицированных толщах; месторождения сурьмы и ртути джаспероидного и лиственитового типов. Верхний склон желоба, или преддуговой бассейн, также содержит месторождения нефти и газа.

Во фронтальной дуге известны стратиформные и гидротермальные (штокверково-жильные) сульфидные медно-цинковые руды уральского типа. Железорудные месторождения осадочного (вулканогенно-осадоч- ного) и скарнового типов, гидротермальные месторождения золота.

Восевой зоне вулканической дуги встречаются серные и серноколчеданные залежи с самородной серой с проявлениями ртути и молибдена (Курилы, на о-ве Хонсю мощностью до 80 – 100 м). Серноколчеданные стратиформные руды типа Куроко и полиметаллические жильные эпитермальные золото-серебрянные руды (Хонсю). Медные и медно-молибденовые порфировые, часто золотоносные месторождения в плутонах (интрузивах) кислого, реже среднего и основного состава. С гранитоидами связаны месторождения олова, вольфрама и молибдена.

Вмеждуговых и окраинных бассейнах известны месторождения сульфидных медных и медно-цинковых руд уральского типа, вольфрамовые вулканогенно-осадочные месторождения. В шельфовой зоне – аллювиальные и прибрежно-морские россыпи циркона, титаномагнетита, касситерита, вольфрама, золота, платины и др., стратиформные месторождния свинца и цинка, скопления углеводородного сырья, угольные месторождения.

Для остаточных дуг характерны стратиформные и гидротермальные (штокверково-жильные) свинцово-цинковые месторождения типа Куроко; грейзеновые оловянно-вольфрамовые месторождения в связи с гранитоидами литий-фтористого типа, месторождения сурьмы.

На некоторых островах вулканических дуг открыты латеритные бокситовые залежи (о-в Реннел), а также небольшие россыпи золота.

Разнообразные сульфидные месторождения известны в палеоостроводужных ассоциациях самого различного возраста.

Кембро-ордовикский тектонический меланж Св. Даниел, содержащий медно-никелевое месторождение Истен Металс (Канада) интерпретируется как фрагмент аккреционной призмы, состоящей из пластин и

6. Основные черты строения океанического дна	157

блоков ультрамафитов, песчаников, вулканитов, гранитов и габбро (Auclairet et. al., 1993). Оруденелые зоны приурочены к апосерпентинитовым метасоматитам, имеют размеры 250×(5 – 25) м и вскрыты на глубину до 280 м.

Палеоаналогом Куроко можно считать полиметаллическое месторождение Ред-Дог (хребет Брукс, Аляска). Здесь в каменноугольных вул- каногенно-осадочных толщах выявлены стратиформные сульфидные залежи, имеющие несколько километров длины и первые десятки метров мощности. К этому же типу могут быть отнесены известные колчеданные месторождения Рудного Алтая, а также Мегген, Раммельсберг, Сулливан и др.

Впалеозойских островных дугах Южного Урала известны также гетерогенные кобальт-медноколчеданные месторождения. Здесь к фрагментам нижнедевонской аккреционной призмы энсиматической Запад- но-Мугоджарской палеоостровной дуги приурочены кобальт-меднокол- чеданные Ишкинское, Дергамышское и Ивановское месторождения, сформировавшиеся на коллизионной стадии в позднем девоне (Мелекесцева, 2007).

ВИшкинском месторождении рудные зоны расположены в серпентинитах, сопровождаются карбонатными и тальк-карбонатными апосерпентинитовыми метасоматитами и состоят из многочисленных рудных тел, в строении которых выделяются сплошные и обломочные руды. Первые имеют пирит-пирротиновый, халькопирит-пирит-пирроти- новый и сульфоарсенидно-сульфидный состав. Обломочные руды представляют собой серпентинит-сульфидные (пирит-халькопирит-пирроти- новые) гравелиты, гравелито-песчаники и песчаники, с базальным цементом, сложенным лизардитом и рудной пылью с обломками пирита, пирротина, халькопирита и магнетита.

Ивановское месторождение приурочено к тектоническому контакту меланжированного Байгускаровского ультрамафитового массива с блоками базальтов, габбро и силицитов силуро-девонского возраста. На месторождении выделяются две рудоносные зоны с линзами сульфидных руд. Рудные тела залегают в метасоматически преобразованных породах и представлены сплошными и прожилково-вкрапленными типами. Руды, залегающие в метасоматитах по серпентинитам, имеют пиритхалькопиритовый и халькопирит-пирротиновый состав, по основным эффузивам – пирротин-халькопирит-пиритовый с существенной примесью сфалерита.

158	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Дергамышское месторождение состоит из тектонических пластин серпентинитов, базальтоидов и вулканогенно-осадочных пород силу- рийско-девонского возраста. Линзовидное рудное тело толщиной от 6,5 до 40 м залегает на контакте серпентинитовой и пироксенитовой пластин. Руда в лежачем боку сопровождается маломощной зоной дробления, в висячем – перекрывается рудокластитами. Вмещающие породы оталькованы, окварцованы, карбонатизированы и хлоритизированы. Руды сплошные и вкрапленные, по вещественному составу халькопи- рит-марказитовые, халькопирит-пиритовые и пирит-марказитовые. Отмечаются рудокласты с обломками пирита и пирротина с псефитовым цементом из рудной и породной массы. На обломки и цемент наложен более поздний халькопирит.

Текстурно-структурный анализ позволил выявить гетерогенность месторождений, что обусловлено формированием оруденения в течение двух этапов. Выделены первичные кобальтсодержащие медно-колче- данные руды, образовавшиеся в обстановке аккреционной призмы на островодужном этапе развития, и поздняя минерализация (арсениды и сульфаарсениды кобальта, никеля, железа и др.), связанная с коллизионной стадией.

Охарактеризованные южно-уральские месторождения залегают в сложной тектонической обстановке, часто находятся в зонах разломов, интенсивно деформированы и метаморфизованы, что приводит к регенерации руд и большому количеству поздних минеральных ассоциаций, не связанных с первичным гидротермально-осадочным и гидротер- мально-метасоматическим происхождением.

Контрольные вопросы

1.Расшифровать определение термина «вулканические островные дуги».

2.Привести примеры существующих классификаций островных дуг.

3.Охарактеризовать строение островных дуг и их структурных элементов.

4.Осветить геофизические особенности современных островных дуг.

5.Какие магматические породы характерны для энсиалических и энсиматических островных дуг?

6.Назвать индикаторные вулканические породы энсиматических островных дуг.

7.Какие процессы характерны для эволюции островных дуг?

6. Основные черты строения океанического дна	159

8.Охарактеризовать минерагенические особенности современных островных дуг.

9.Привести примеры месторождений полезных ископаемых в палеоаналогах островных дуг.

6.4. Асейсмические (регулярные) вулканические хребты

Типичным представителем асейсмической (регулярной) цепи вулканических островов является Гавайско-Императорская цепь, состоящая более чем из 100 вулканических построек и протягивающаяся на расстояние около 6 тыс. километров В её составе выделяются более древняя палеогеновая Императорская и молодая олигоцен-голоценовая Гавайская провинции. Формирование их началось 65 млн лет назад. (рис. 6.25). Отмечается последовательное омоложение возраста вулканов в юго-восточном направлении. Гавайские вулканические острова (провинция) начали образовываться 28 млн лет тому назад (остров Мидуэй). Они протягиваются на 3000 км при средней ширине хребта на изобате 4000 м 100 – 120 км. Самые высокие горы Гавайского архипелага воздымаются на 3 – 4 км над уровнем океана и на 10 км над дном соседних впадин. По обе стороны от хребта выделяются прогибы шириной до 80 км, обрамленные широкими пологими поднятиями – Гавайским валом.

Наибольший из гавайских вулканов – Гавайи, диаметром более 100 км, состоит из пяти сомкнувшихся вулканов. Молодые вулканы острова Гавайи образуют пять вулканических конусов, из которых три действующих вулкана: Мауна-Лоа (4171 м), Мауна-Хулалаи (2579 м) и Кила-Уэа (1231 м). Наивысшая вершина острова – Мауна-Кеа (4205 м). Другие острова также состоят из двух или более потухших вулканов. С юго-востока на северо-запад выделяются три группы островов. К первой группе относятся острова с хорошо выраженными вулканическими постройками – Гавайи, Маук, Оаху, Кауаи, Молокаи, Ланаи, Нихау, Кулау. Вторая группа включает невысокие острова, являющиеся остатками разрушенных вулканов, иногда с коралловыми рифами – Нихоа, Неккер, Гарднер. Третья группа представляет собой коралловые атоллы без выступающих на поверхность остатков древних вулканов – рифы Маро и Перл-энд-Хермес, острова Лэйсан, Лисянского, Мидуэй и Куре. В 30 км к юго-востоку от острова Гавайи зарождается новый подводный вулкан Лоихи.

160	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

60°

I

40°

20°

	0	2000 км
	28
лет	24	II
млн	20
возраст,
	12
	8
K-Ar
	4

0400 800 1200 2400 2800

Расстояние от Килауза, км

Движение на север, град

35

III

25

15

5

10	30	50	70
	Возраст, млн лет

Рис. 6.25. Увеличение возраста вулканических построек Гавайско-Императорской цепи по мере удаления от вулканически активных Гавайских островов и его интерпретация согласно гипотезе горячих точек: I – общая схема, по Д. Клэки с соавторами (1975); II – зависимость возраста вулканов Гавайского хребта от расстояния до Килауэа, наклон линии соответствует скорости кажущейся миграции вулканизма 9,41 ± 0,25 см/год, по И. Мак-Доугалу, Р. Дункану (1980); III – сравнение величин перемещения Тихоокеанской плиты в северном направлении, полученных разными методами: по возрасту вулканитов Гавайско-Императорской цепи, т.е. относительно Гавайской горячей точки (кружки); по палеомагнитным данным (крестики); по осадочным фациям экваториальной зоны (прямоугольники), по Р. Гордону и Ч. Кэйпу (1981)