parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

11. Террейны и террейновый анализ	251

Результаты террейнового анализа обычно представляют в виде специальных тектонических карт, тектоно-стратиграфических колонок и пространственно-временных диаграмм. На рис. 11.2 показаны гипотетический континент К и четыре террейна, аккреция которых приводит к формированию новой орогенной структуры. На первом этапе в середине ордовика происходит аккреция, фиксирующая причленение террей- на-4 к континенту, которое сопровождается метаморфизмом. Позднее на рубеже средней и поздней юры происходит амальгамация террейнов 1 и 2, которая устанавливается по сшивающим интрузиям. Дальнейшая совместная история супертеррейна (1+2 – составной террейн) продолжалась до начала мела, когда произошла следующая амальгамация с террейном-3, фиксируемая по появлению перекрывающих вулканоген- но-осадочных образований островодужной природы. В результате возник супертерейн (1+2+3). В середине мела произошёл второй этап аккреции, возникла новая окраина континента, представляющая собой коллаж террейнов.

Рис. 11.2. Схема, иллюстрирую-
щая пространственно-временные
соотношения тектоно-стратигра-
фических единиц условного оро-
генного пояса на основе террей-
нового анализа, по С.Д. Соколову
(2007): 1 – метаморфизм, сопро-	3
вождающий причленение террей-
на-4 к континенту и маркирую-	2
щий 1-й этап аккреции; 2 – сши-	1
вающие интрузии, маркирующие
амальгамацию террейнов 1 и 2
(1-й этап амальгамации); 3 – пост-
амальгамационный осадочный че-
хол; 4 – постамальгамационный
вулканогенно-осадочный чехол,	4
базальные слои которого марки-

руют 2-й этап амальгамации – объединение террейнов-1, -2 и -3 в супертеррейн; 5 – постаккреционный чехол. Цифрами 1, 2, 3 и 4 показаны различные террейны. К – условный континент

1

2

3

4

5

252	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Террейновый анализ стал основным методом изучения складчатых поясов на основе региональных и глобальных палеогеодинамических реконструкций базирующихся на постулатах тектоники литосферных плит.

Контрольные вопросы

1.Дать определение термину «террейн».

2.Расшифровать термины, используемые при изучении террейнов; «амальгамация», «дисперсия», «субтеррейн», «супертеррейн», «сшивающие образования».

3.Назвать выделяемые группы террейнов.

4.Перечислить типы террейнов, выделяемые по составу слагающих их структурно-вещественных и геодинамических комплексов.

5.Что понимается под терминами «коллаж террейнов», террейновый анализ»?

12. Индикаторные (петрохимические и тектонические) критерии диагностики	253

12.ИНДИКАТОРНЫЕ (ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ И ТЕКТОНИЧЕСКИЕ) КРИТЕРИИ ДИАГНОСТИКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК

12.1.Методы индикации палеогеодинамических обстановок

Выделяют геологические (формационные, петрохимические, геохимические) и геофизические методы индикации палеогеодинамических обстановок.

Геологические методы включают анализ фаций и мощностей, картирование тектонических покровов и хаотических комплексов, анализ распространения геологических комплексов как индикаторов границ плит.

Формационные методы включают изучение конкретных осадочных, магматических или метаморфических комплексов горных пород, которые отражают в своем химическом и минеральном составе, текстурах и структурах условия формирования пород данного комплекса (давление и температуру, палеошироты и др.). Особое значение для установления геодинамических обстановок имеет исследование формаций – индикаторов, маркирующих швы замкнувшихся океанов, офиолитовые и олистостромовые комплексы, комплексы голубых сланцев. Огромное значение имеет выявление формаций – продуктов субдукционного процесса – плутонических гранитоидных и вулканических эффузивных формаций.

Петрогеохимические методы при геодинамических реконструкциях могут использоваться в четырёх основных направлениях.

Первое направление относится к процедуре фациально-формаци- онного анализа и решает задачи сравнения составов магматических пород и комплексов, диагностики и классификационных построений.

Второе направление связано с теоретическим моделированием петрогенетических процессов, в рамках которого петрохимические данные используется в комплексе с геохимической, изотопно-геохимической, петрографической и геофизической информацией.

254	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Третье направление включает решение задач диагностики геодинамических обстановок.

Четвёртое направление охватывает широкий круг задач теоретического моделирования геодинамических процессов, верификации последних на эмпирическом материале. Это позволяет на качественном уровне оценивать параметры геодинамического режима в ряду однотипных геодинамических обстановок.

Первые два направления имеют опосредованное отношение к геодинамическим реконструкциям и достаточно широко освещены в научной литературе. Третье и четвёртое направления являются специфическими

иполучили развитие в последние десятилетия в рамках мобилистской концепции.

Влияние геодинамического режима в большей мере сказывается на условиях магмогенеза, а не на последующей судьбе магматических расплавов – их дифференциации, которая во многом зависит от локальных условий становления магматических тел.

Петрогеохимические методы используют комплекс петрохимических

игеохимических критериев опознания геологических тел путем сравнения петрогеохимических параметров, особенностей распределения малых

иредких элементов, их индикаторных и изотопных отношений в струк- турно-вещественных комплексах геологического прошлого с соответствующими параметрами структурно-вещественных комплексов эталонных геодинамических обстановок. Существует множество разнотипных диагностических диаграмм, предназначенных для распознавания тех или иных геодинамических обстановок по содержанию в породах петрогенных и малых элементов. Среди них известны двойные и тройные диаграммы, в том числе полученные с помощью факторного анализа, метода дискриминантных функций, путём нормализации данных.

Геофизические методы большей частью используются при выявлении современных геодинамических обстановок (магнитные, гравитационные, тепловые аномалии и т.д.).

12.2.Петрохимические тренды магматических пород различных геодинамических обстановок

Во всех геодинамических обстановках выявляется латеральная петрохимическая изменчивость магматических пород, являющаяся непосредственным следствием характера глубинного тепломассопереноса и пространственного распределения Р-Т-условий.

12. Индикаторные (петрохимические и тектонические) критерии диагностики	255

На дивергентных границах (в рифтовых структурах) доминирующим фактором является температура. Геоизотермы и соответственно область генерации магмы приподняты в осевой части рифта. С этим связана большая полнота плавления субстрата и преимущественная генерация низкощелочной толеитовой магмы. При более глубоком положении геоизотерм и, как следствии, более глубоком уровне магмообразования, степень плавления субстрата существенно ниже, и магматические породы оказываются более обогащенными щелочами.

На конвергентных границах литосферных плит доминирующим фактором является латеральный градиент сверхлитостатического давления. Здесь отмечается дифференциальная подвижность натрия и калия. Тылы зон субдукции почти всегда обогащены калием. Латеральное распределение температуры осложнено здесь выделением фрикционного тепла в области контакта литосферных плит. Однако основной теплоноситель – флюид, выделяющийся при дегидратации субдуцируемой литосферы, и обогащенный им расплав, под воздействием тектонического стресса перемещаются в область относительно пониженного давления – в тылы зон субдукции. Перегретые флюиды повышают верхнюю границу плавления субстрата и способствуют его более полному плавлению. Это определяет латеральное распределение железистости образующихся пород.

Наряду с поперечной петрохимической зональностью существует и продольная. Она находит отражение в фрагментации рифтов и зон субдукции поперечными трансформными разломами. При переходе от одного фрагмента к другому скачкообразно меняется петрохимическая зональность – общий уровень содержания петрогенных элементов, диапазон и градиенты их поперечной изменчивости, иногда общее направление тренда. При этом сами поперечные разломы могут служить проводниками магматических расплавов, отличающихся повышенной щелочностью и степенью фемичности. Таким образом, поведение отдельных петрогенных компонентов в магматических породах является следствием образования последних в различных геодинамических обстановках.

Общая кремнекислотность магматических ассоциаций является индикатором положения геоизотерм, определяющих глубину магмогенерирующего слоя. В условиях континентального рифтогенеза о повышении положения геоизотерм можно судить по появлению продуктов плавления верхних горизонтов земной коры в виде бимодальных вулканических серий.

256	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Содержание титана контролируется следующими факторами. Обводненность среды снижает его концентрацию в магматитах субдукционных зон. По этой же причине в базальтах окраинных морей (области задугового и внутридугового спрединга) содержание титана ниже, чем в аналогичных породах СОХ. Увеличение давления способствует переходу титана в расплав, что определяет увеличение его концентрации в производных глубинных магм.

Алюминий ведёт себя противоположно поведению титана в зависимости от обводненности, давления и фемичности среды.

Содержание железа в расплаве находится в прямой зависимости от фемичности плавящегося субстрата. Железистость возникающих пород зависит от нескольких факторов: фракционирования расплава, полноты плавления субстрата, давления и температуры. Соотношение двух- и трёхвалентного железа в породах в основном определяется флюидным режимом на глубине магмообразования. Существенно при этом и общее количество флюидной фазы и соотношение в ней окисленных и восстановленных компонентов, например СО и СО2. Тылы зон субдукции, как правило, обогащены флюидной фазой и окисленность железа там будет определяться преобладанием тех или иных компонентов (Н2О, Н2, СО2, СО или углеводородов).

Марганец характеризуется трендом, близким к трендам железа. Но поскольку его ионный радиус несколько больше такового Fe2+, марганец накапливается в остаточных расплавах. При этом отношение Mn/Fe возрастает к конечным членам дифференцированных серий, возникновение которых в той или иной мере связано с кристаллохимической селекцией.

Магний и кальций в своём поведении регулируются термическим состоянием глубин. Их концентрация заметно возрастает в породах, образовавшихся при высокой степени плавления субстрата, что обуславливается не только общим подъёмом геоизотерм, но и повышенной обводненностью субстрата. Максимальные концентрации этих элементов можно ожидать в осевых частях рифтогенных структур и во фронтальных частях магматических ареалов над зонами субдукции. В отличие от магния, содержание кальция и алюминия в расплаве существенно уменьшается при повышении давления.

Натрий ведёт себя совершенно противоположно относительно кальция. В зонах субдукции он мигрирует в область пониженной температуры вне зависимости от градиента литостатического давления. Его по-

12. Индикаторные (петрохимические и тектонические) критерии диагностики	257

ниженная концентрация в «холодных» тылах субдукции может, вероятно, являться следствием низкого плавления субстрата. В этом случае его тренд совпадает с трендом калия. Концентрация натрия в базальтах в сильной мере зависит от степени плавления мантийного вещества, определяемым в основном термическим режимом.

Калий характеризуется повышенной отрицательной чувствительностью к избыточному давлению. В зонах субдукции и континентальной коллизии калий совместно с флюидной фазой мигрирует в их тыловые части, где избыточное давление минимально.

Петрохимические тренды магматических пород континентальных рифтов обусловлены значительным многообразием магматических проявлений при явном преобладании пород повышенной щелочности и преимущественно бимодальном распределении типов пород. Объёмное соотношение салических и фемических пород в Африканской рифтовой системе варьирует от 0,17 (Эфиопский рифт) до 0,75 (Кенийский рифт), а на отдельных этапах развития последнего – 1,3 (Williams, 1972). Породы кислого состава могут и вообще отсутствовать (Юго-Западное Прибайкалье).

Породы основного и среднего состава в рифтовых долинах обычно выделяются пониженной щелочностью и титанистостью, повышенным содержанием магния и кальция. От оси рифта к его периферии систематически убывает степень насыщенности пород, оцениваемая показателем Q в системе Ниггли или присутствием нормативных гиперстена и нефелина. Гиперстен-нормативные породы отличаются повышенным отношением 87Sr/86Sr, что даёт основание предполагать частичное вовлечение в расплав вещества земной коры. Для Кенийского и Эфиопского рифтов отмечается преимущественное развитие среди кислых пород пантеллеритов, а на окружающих их плато – комендитов. Кислые породы рифтовых зон относительно обогащены кремнием и алюминием.

Петрохимические тренды магматических пород зон спрединга не-

сколько различаются в пределах СОХ и зонах вторичного спрединга в окраинных морях, задуговых и междуговых бассейнах.

Океанические базальты не являются исходными выплавками. Процессы дифференциации базальтовой магмы вносят доминирующий вклад в изменчивость концентрации петрогенных компонентов, подчас существенно затушевывая влияние мантийных неоднородностей.

258	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Вариации содержаний железа в породах СОХ по простиранию хребта в значительной мере контролируются мантийными неоднородностями, регистрируемыми спутниковой гравиметрией. Так, породы Средин- но-Атлантического хребта севернее трансформного разлома Атлантис в пределах обширного максимума геопотенциала содержат в среднем 11,5 % Fe в пересчёте на FeO, а южнее – в области малых положительных и отрицательных значений этой характеристики, среднее содержание железа в базальтах заметно ниже и составляет 10,5 %. В осях быстрого спрединга (Восточно-Тихоокеанский СОХ) базальты чаще обогащены железом и титаном.

Влияние «горячих точек», расположенных непосредственно в пределах СОХ или на небольшом расстоянии от него, проявляется в обогащении базальтов тугоплавкими компонентами, а в результате смешения спрединговых магм и магм плюмов в них существенно меняется содержание некогерентных элементов.

Спрединговые центры характеризуются сложным строением. Между трансформными разломами наблюдаются перекрытия спрединговых осей, их изгибы, неперекрывающиеся ответвления и некоторые другие отклонения от осевой линейности. Отмечается геохимическая специализация лав, пространственно приуроченных к перечисленным неоднородностям. Так, например, вблизи пересечения СОХ трансформными разломами базальты обогащаются титаном, железом и фосфором (при одном и том же содержании магния), здесь чаще встречаются высокофракционированные разновидности пород. На некоторых участках СОХ устанавливаются признаки симметричной петрохимической зональности. Для осевой части Восточно-Тихоокеанского СОХ на широте 20° 49'

– 20° 56' характерны высокомагнезиальные базальты, сменяющиеся к периферии более железистыми разностями.

Базальты из зон активного спрединга в окраинных морях отличаются от базальтов СОХ широким развитием плагиофировых разностей и относительным обогащением алюминием.

Для океанических «горячих точек» характерно проявление бимодального вулканизма. Породы промежуточные между базальтами и трахитами – гавайиты, муджиериты, бенмориты – редки или отсутствуют вообще. Все разновидности пород обогащены крупноионными литофильными и другими некогерентными элементами.

На океанических островах объёмное соотношение салических и мафических пород не превышает 10 – 12 % (Грачёв, 1987).

12. Индикаторные (петрохимические и тектонические) критерии диагностики	259

Петрохимические тренды магматических пород зон субдукции ран-

жируются следующим образом:

1.Различиями в ряду энсиматические островные дуги – энсиалические островные дуги – асейсмические вулканические хребты – активные окраины континентов. При переходе от структур типа Тонга или Курил к Японской дуге и далее к Андийской окраине Южной Америки

всоставе вулканических излияний возрастает роль дацитов и риолитов.

Во всех типах пород (при сопоставимом содержании SiO2) убывает концентрация Ca, Mg и Fe, увеличивается содержание щелочей и степень окисленности железа.

2.Возрастанием от фронтальных к тыловым частям зон субдукции базитовости вулканических излияний, а также обогащением пород титаном, железом и щелочами при одновременном снижении в них содержания Mg и Ca.

Увеличение скорости движения поглощаемой пластины сопровождается повышенным фрикционным тепловыделением, что влечёт за собой увеличение содержания Са и уменьшение Na в вулканитах. Влияние кооперативного питания вулканов (субдукционного и спредингового) в узлах сочленения зоны субдукции и спредингового хребта проявляется в снижении общей кремнекислотности вулканитов при одновременном увеличении концентрации группы железа. Влияние глубины и температуры выплавления магмы проявляется комплиментарными вариациями тугоплавких (Mg, Ca) и легкоплавких (Fe, Na) компонентов.

Выявлены устойчивые статистически значимые связи петрохимических характеристик с разнообразными геофизическими индикаторами геодинамического режима: значениями аномального геопотенциала, скоростями сейсмических волн, сейсмичностью, некоторыми редукциями геомагнитного поля.

Продольная петрохимическая зональность проявляется при прослеживании изменений химического состава магматитов вдоль зон субдукции. При этом выявляются участки, в пределах которых петрохимические поля квазистационарны. Смежные участки отличаются уровнем концентрации петрогенных элементов и (или) характером поперечной зональности. Границами участков служат трансформные разломы. Петрохимическая сегментация согласуется со структурно-геологической и геофизической, отражая скачкообразные изменения режима субдукции.

Поперечные разломы нередко оказываются магмогенерирующими системами, поставляющими магмы повышенной фемичности и (или)

260	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

щелочности. Из-за поперечных разломов могут локально нарушаться тренды поперечной петрохимической зональности: субщелочные вулканиты (шошонитовая ассоциация) могут локализовываться не только в тылу, но и во фронтальной части зон субдукции.

Петрохимические тренды трёх основных разновидностей субдукционных зон – активных окраин континентов, энсиматических и энсиалических островных дуг – заметно различаются. Не остаются постоянными и тренды в пределах одной разновидности зон.

Петрохимические тренды активных континентальных окраин проявляются в увеличении содержаний титана и калия к тыловым областям вулканических ареалов, а алюминия, магния и кальция – к фронтальным.

В энсиматических островных дугах общим является увеличение содержания в породах Mg, Са и Fe к фронту, а Al, К и Fe2О3/FeО – к тылу.

Наиболее разнообразны петрохимические тренды энсиматических островных дуг. Они сходны между собой по увеличению содержаний Mg и Са к фронтальным областям дуг, а К и Fe (Fe + Mg) – к тыловым. Отличие энсиматических островных дуг от энсиалических заключается в том, что породы первых более железисты в тылу, в то время как во вторых эта компонента не является постоянной. Вместе с тем, в энсиалических дугах повсеместно обнаруживается увеличение общего содержания железа к фронту, а окисленности – к тылу.

Вопрос о корреляционных соотношениях содержания в породах К с глубиной остаётся спорным. Установлено, что в современных зонах субдуции это соотношение не остаётся постоянным даже в пределах одной дуги.

Петрохимические тренды магматических пород зон коллизии. В за-

висимости от типа сталкивающихся тектонических структур выделяются несколько разновидностей коллизионных обстановок: островная дуга

– островная дуга, островная дуга – континент, спрединговый хребет – континент и т.д., вследствие чего петрологические явления оказываются весьма разнообразными и подчас существенно отличающимися друг от друга. Даже в однотипных коллизионных ситуациях наблюдается широкий спектр магматических комплексов и многообразие петрохимических трендов.

Коллизия, как правило, ведёт к блокировке процесса субдукции и аккреции взамодействующих масс и развитию собственно коллизионных и постколлизионных структур, контролирующих размещение маг-