Изотопы свинца в островных и континентальных дугах. Ороген




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Изотопы свинца в островных и континентальных дугах. Ороген

Изотопы свинца в островных и континентальных дугах. Ороген

07.09.2017


Подводные «вулканогенно-эксгаляционные» месторождения. Группа подводных вулканогенно-эксгаляционных колчеданных месторождений островных дуг (рис. 2.9) играет важную роль в геохимии изотопов свинца, поскольку именно эти месторождения явились основой для создания модели Стантона и Расселла, предусматривающей одностадийную эволюцию изотопов свинца. Рассматривая эту группу месторождений, мы придерживаемся классификации Стантона и Расселла и Хатчинсона. Месторождения, образовавшиеся в условиях островных дуг, часто называют месторождениями типа Kypoко, по названию самого молодого проявления этих образований; в отличие от месторождений кипрского типа они ассоциируются с кислым вулканизмом и могут содержать значительные количества свинца вместе с цинком в рудных залежах на флангах подводных вулканов (Куроко, Япония, и Бучанс, Канада) особенно в том случае, если эти месторождения имеют фанерозойский возраст. Стантон и Расселл показали, что эволюция изотопного состава свинца в месторождениях типа Куроко была достаточно закономерной в ходе геологического времени, что позволяет вычислить приблизительный возраст рудообразования, используя так называемые модельные свинцовые значения возраста. Недавно была опубликована «наилучшая модель одностадийной эволюции свинца», позволяющая вычислять «возраст рудообразования» с ошибкой порядка 150 млн. лет. Это самая лучшая из одностадийных моделей, которую можно построить для ураногенного свинца. Слабым местом модели является то, что она требует более древнего «возраста образования» Земли для системы 238U/204Pb (4,57 млрд. лет), чем для системы 238U/204Pb (4,43 млрд. лет); такое соотношение может быть объяснено более молодым процессом дифференциации. Двухстадийная модель Стейси и Крамерса, в которой предполагается, что примерно 3,7 млрд. лет назад произошло изменение отношений 238U/204Pb и 238U/204Pb, позволяет определять модельный возраст несколько более точно. Рубеж 3,7 млрд. лет, возможно, отвечает времени образования первой постоянной коры, и действительно значение 3,7 млрд. лет подошло бы к нашей модели лучше, чем значение 4,0 млрд. лет. К сожалению, интервал в 400 млн. лет, принятый нами при построении модели, затрудняет использование такого значения возраста в качестве начальной точки отсчета.

Новые данные, полученные для девонских и триасовых месторождений рудного района Шаста, шт. Калифорния, и среднепалеозойского месторождения Бучанс, Ньюфаундленд, согласуются с представлениями об эволюции океанической мантии, поскольку соответствующие им точки располагаются на графике вблизи кривой, являющейся нижней границей области эволюции свинца в астеносфере (поле а на рис. 2.3), которая, как полагают, примерно отвечает мантии. Этот вывод согласуется в целом с энсиматическим характером геологического уровня этих регионов. Опубликованные данные для руд месторождений Батерст, Нью-Брансуик, Канада, и Кобар, Новый Южный Уэльс, Австралия, равно как и новые данные для месторождений Минерал, Виргиния, и Блэкхоук, Мэн, на графике 207Рb/204Рb располагаются над кривой эволюции свинца в орогене, что может отражать необычайно интенсивное вовлечение в рудный процесс вещества размываемых континентов (поле с на рис. 2.3). Этот вывод представляется обоснованным в связи с энспалическим характером окружающей среды. Поскольку Батерст и Кобар представляют собой два наиболее крупных из известных фанерозойских месторождений этого класса, в конце концов может быть выявлено, что большие значения отношения 207Рb/204Рb в подводных вулканогенно-эксгаля-ционных месторождениях, образовавшихся в условиях орогенной зоны, имеют некоторое значение для суждения об экономической значимости месторождений. Другими словами, может оказаться, что наиболее крупные месторождения приурочены к энсиалическим частям орогена. До сих пор не было еще обнаружено крупных месторождений в энсиалических подводных вулканических образованиях Аппалачской провинции в шт. Виргиния и Мэн; тем не менее для таких месторождений обычно отмечается стремление тесно группироваться в пространстве, и великие дни горнорудных компаний Виргинии и Мэна вполне могут быть в будущем, а не в прошлом. Другие месторождения обнаруживают значения 207Рb/204Рb, промежуточные между соответствующими значениями для мантии и пелагических осадков (поле b на рис. 2.3). Хочется высказать предположение, что, за исключением месторождений Шаста и Бучанс, действительно содержащих преимущественно мантийный свинец, свинец остальных месторождений был отторжен от смеси океанического мантийного материала и пелагических осадков с явно преобладающей ролью в ней последних.
Первоначально считали, что эти месторождения содержат свинец, отторженный от океанической мантии; однако данные для большинства из этих месторождений не отвечают тренду океанической мантии, а в большей мере отвечают такому типу эволюции свинца, который отмечается для современных пелагических осадков. Даже месторождения, по мнению Ричардса, содержащие мантийный свинец (Розбери и Холс-Пик, Австралия), более соответствуют нашей промежуточной категории, а не категории океанической мантии. Оверсби создала модель эволюции «наименее радиогенной океанической мантии», во многом похожую на нашу модель «астеносферной» эволюции изотопного состава свинца и обладающую уран-свинцовыми характеристиками, близкими к соответствующим характеристикам первой стадии модели Стейси и Крамерса. Однако она не смогла объяснить эволюцию изотопного состава свинца в фанерозойских месторождениях, относящихся к островодужной подводной вулканогенно-эксгаляционной категории, которая ныне получила полное объяснение благодаря нашим данным, согласно которым изотопная эволюция свинца редко протекает одинаково в орогенной зоне и в центрах расширения дна океанов. В примитивных островных дугах (примитивных орогенных поясах), таких, как Тонга — Кермадек, удаленных от континентов, контаминация магмы пелагическими осадками или рассолами, выщелачивающими такие осадки, как представляется, имеет подчиненное значение или вообще отсутствует. Пробы с острова Эуа (острова Тонга) по изотопному составу свинца аналогичны пелагическим осадкам и могли быть «полностью» контаминированы свиндом пелагических осадков; неясно, однако, принадлежат ли остров Эуа к дуге. В зрелых островных дугах, таких, как Японские острова, наблюдаемая картина более сложная. Данные для руд типа Куроко располагаются вдоль крутой линии регрессии, отвечающей возрасту источника в 3,5 млрд. лет для ураногенного свинца (это было отмечено Тацумото для плиоценовых и четвертичных вулканических пород и недавно Сато для руд Куроко); в то же время на графике, описывающем изменение отношения 208Pb/204Pb, эти данные не пересекают кривую океанической мантии. Как предполагал Тацумото, такая крутая линия регрессии является, возможно, артефактом, возникшим в результате смещения, поскольку в Японии или где-либо поблизости неизвестны столь древние породы. Тем не менее если одним из компонентов такой смеси служат пелагические осадки, то другим мог бы быть материал континентов, а не океаническая мантия. Таким образом, представляется, что вулканические породы и руды, образовавшиеся в условиях зрелых островных дуг, либо контаминированы, либо отторжены главным образом от иных источников, чем океаническая мантия. Нет никаких противоречий между этим выводом и гипотезой Сангстера о тем, что рудные металлы мобилизуются в результате изменения вулканических пород, или вулканогенно-обломочного материала, ассоциирующегося с рудами. Поэтому мы разделяем категорию островодужных подводных вулканогенно-эксталяционных образований на две подгруппы:
1. Примитивные дуги (Тонга — Кермадек); примерами таких месторождений являются Восточная и Западная Шаста и, возможно, Бучанс.
2. Зрелые дуги (Япония): примерами являются рудные залежи Куроко.
Наблюдаемые в орогенах нарушения закономерностей эволюции изотопного состава свинца не вызывают удивления, поскольку отдельные орогены имеют ограниченные сферы влияния и для них следует ожидать образование различных смесей; например, месторождение Батерст, залегающее в среднеордовикских породах, и месторождения шт. Мэн и Виргиния, залегающие в кембрийских — ордовикских породах, содержат более радиогенный свинец, чем силурские месторождения Австралии. Большее впечатление производит огромная эффективность процессов смешения в отдельных орогенах, разбросанных по всему миру.
Неподводные месторождения. Месторождения, относящиеся к этой категории, широко распространены в породах мезозойского и кайнозойского возраста. Среди наиболее замечательных примеров можно назвать гигантский меднопорфировый пояс Анд (для которого, к сожалению, результаты анализов отсутствуют), несколько крупных цинково-свинцовых месторождений, таких, как третичное месторождение Касапалька в Перу, оловорудные месторождения острова Белитунг в Индонезии и рудник Тайсю, самый старый из разрабатываемых рудников Японии. Другие месторождения этой группы обычно небольшие и менее известны.

Неподводные руды островных дуг и континентальных окраин (рис. 2.10) обычно характеризуются изотопной эволюцией свинца, похожей на эволюцию свинца подводных вулканогенно-эксгаляционных колчеданных руд. Однако в отличие от подводных вулканогенно-эксгаляционных месторождений среди эпигенетических рудных месторождений встречается свинец с изотопными отношениями, располагающимися выше кривых эволюции свинца в орогене на графиках как торогенного, так и ураногенного свинца; такие тренды характерны для руд, образовавшихся в условиях докембрийских континентов (поля с и d на рис. 2.3). Эти тренды не обязательно отражают влияние до кембрийского фундамента, но могут указывать на переменные количества обломков континентальных докембрийских пород, поступавших в ороген. Ниже приводятся примеры месторождений, обладающих такими трендами; некоторые из них могут быть распознаны на обоих графиках изотопного состава свинца. Очень большие значения отношения 208Pb/204Pb в рудах месторождения Тайсю, Япония, и меднопорфирового месторождения Сассак, Сулавеси, Индонезия, по сравнению с отношениями 206Рb/204Рb указывают на то, что их источником была континентальная кора, а не океаническая мантия. Отношения 207Рb/204Рb в рудах оловянных месторождений Белитунга, Индонезия (находящихся на континентальном шельфе), в Pb-Zn-жилах Гунунг-Савал и на золоторудном месторождении Южный Бантем на острове Ява также указывают на их «континентальный характер». Эти результаты, возможно, вызывают некоторое удивление в отношении района Гунунг-Савал на Яве и месторождения Сассак, Сулавеси. Можно видеть, что неподводные месторождения зрелых островных дуг, таких, как Японская и Индонезийская, в значительно большей степени похожи на такие же месторождения, образовавшиеся в пределах окраин континентов, а не на месторождения, возникшие в подводных условиях. Линии регрессии на графиках ураногенного свинца крутые и свидетельствуют о возрасте материала источника более древнем, чем возраст всех известных пород данного района, что напоминает до некоторой степени ситуацию, выявленную для руд Куроко; однако линии регрессии смещены в сторону несколько больших значений отношения 207Pb/204Pb. Действительно, месторождение Сассак содержит свинец, неотличимый от свинца омоложенных кратонов. Из эпигенетических месторождений только мелкие промышленные залежи (шт. Орегон) можно спутать с океаническими месторождениями, а некоторые месторождения Суматры — с месторождениями типа Куроко, исходя из данных об изотопном составе находящегося в них свинца. В общем свинцово-изотопные данные достаточно четко показывают, что зрелые дуги в большей степени связаны с континентами (через орогенную зону), чем с океаническими бассейнами. Хотя было бы желательно провести более детальное исследование металлоносных осадков плиты Наска, существующие свинцово-изотопные данные (показаны на рис. 2.4) не подтверждают однозначно, что они могли поставлять в процессе субдукции основную массу свинца в рудные месторождения Анд (месторождения Перу на рис. 2.10). Как и для зрелых островных дуг, свинцово-изотопные данные позволяют высказать предположение об их более тесной ассоциации с породами континента.
Модельные свинцовые значения возраста многих неподводных месторождений (например, изученных месторождений Перу) столь же точны, как и подводных вулканогенно-эксгаляционных месторождений (±0,15 млрд. лет). Однако первичные изохронные значения возраста месторождений шт. Калифорния, Орегон, Вашингтон, Аляски и части шт. Невада (район III по Зартману) имеют тенденцию быть отрицательными или омоложенными в среднем примерно на 0,2 млрд. лет при точности определения возраста порядка ±0,2 млрд. лет; для отношения 208Pb/204Pb среднее значение возраста составляет около 0,0 млрд. лет или отвечает настоящему времени при точности порядка 250 млн. лет, отклоняясь в сторону слишком молодых значений возраста.
На рис. 2.10 приведены также данные для некоторых палеозойских эпигенетических месторождений Аппалачской провинции. Все эти месторождения содержат более радиогенный свинец, чем кембрийские — ордовикские колчеданные руды Аппалачей (Батерст, Нью-Брансуик; Блэкхоук, Мэн; Минерал, Виргиния). Такая разница в изотопном составе грубо сопоставима с известным различием в возрасте колчеданных и эпигенетических месторождений. Палеозойские и раннемезозойские эпигенетические месторождения Аппалачской провинции, таким образом, соответствуют тому, чтo было установлено для более молодых орогенов, и нет никаких изотопных данных, подтверждающих представления oб участии в процессах рудообразования кратонизированных докембрийских образований. К сожалению, их геологические взаимоотношения в общем недостаточно хорошо изучены в связи со сложными метаморфическими и структурными преобразованиями этих объектов, что не позволяет более детально обсуждать их в настоящее время.
Зона перехода от примитивных островных дуг к окраинам континентов. Прекрасным примером, на котором можно изучать, что происходит, когда зона примитивной островной дуги превращается в окраину континента, являются горы Кламат. Наиболее древние породы в этом районе имеют ордовикский возраст и, вероятно, состоят из материала океанического ложа и пород островодужных ассоциаций. В островодужных комплексах, охватывающих возрастной интервал от девона до поздней юры, широко проявлены процессы подводного вулканизма и плутонизма, приведшие к образованию колчеданных рудных залежей Восточной и Западной Шасты, Калифорния. Нет никаких свинцово-изотопных или стронциево-изотопных данных, которые позволили бы предположить, что какой-либо другой компонент, кроме как океанический мантийный или мафический коровый свинец, был вовлечен в геологические процессы, протекавшие в этом регионе в доюрское время; только начиная с юры изотопные отношения свинца, характерного для магматического и рудообразующего процессов, начинают колебаться между значениями, отвечающими океанической мантии и пелагическим осадкам. Возможное влияние мафической коры упомянуто в связи с выводами Арта и Хансона, изучавшими распределение малых элементов, о том, что юрские трондьемиты района Шасты были отторжены от базальтовых эклогитов. Неподводная магматическая активность в этом районе началась в среднеюрское время; она представлена пробой из рудника Халикон (табл. 2.2), рудного месторождения, возможно связанного с одновозрастным батолитом Шаста-Бэлли. Изотопный состав свинца пробы, отобранной на этом руднике, как и более молодых вулканических пород (рис. 2.8), за исключением лишь одного верхнеюрского трондьемита, свинец которого аналогичен по изотопному составу свинцу пелагических осадков, резко отличается от изотопного состава свинца более древних руд и изверженных пород. Значение такого сходства не может быть интерпретировано однозначно, но колебания изотопного состава свинца между значениями, отвечающими океанической мантии и пелагическим осадкам, обычно наблюдаются также и к северу от этого района, в Каскадных горах шт. Орегон.
Четко выраженный океанический мантийный характер изотопного состава свинца в более древних подводных вулканических породах и рудах (стадия развития примитивной островной дуги) района Шасты при незначительной роли материала пелагических осадков соответствует данным Оверсби и Эварта, полученным ими при изучении комплекса пород примитивной дуги Тонга — Кермадек. К тому времени, когда район Шасты поднялся над уровнем океана, произошло какое-то коренное изменение, как если бы свинец пелагических осадков стал смешиваться с какими-то магмами и рудными телами. Субдукция неконсолидированных пелагических осадков представляется невероятной, однако Гамильтон предполагал, что комплекс палеозойских и триасовых подводных отложений мог вовлекаться в процессы субдукции (возможность такого процесса следует еще проверить средствами изотопной геохимии). Если такие породы были хорошо литифицированы (процесс, очевидно требующий 100—200 млн. лет для своего протекания), то они могли быть вовлечены в процесс субдукции. Присутствует ли в изверженных породах и рудах островных дуг главным образом свинец океанической мантии или пелагических осадков — это вполне может зависеть от того, какого рода литифицированный материал был вовлечен в субдукцию.
Существуют и другие механизмы, которые могли бы объяснить экстремальные случаи изотопного смешения, и мы упомянем их здесь, не вдаваясь в детали, имея в виду неопределенную природу тектоники плит. С одной стороны, примерно в среднетриасовое время, возможно, происходило связанное либо с процессом субдукции, либо с каким-то иным процессом прогибание и погружение палеозойского и триасового разрезов до таких глубин, где началось плавление пород. Другой возможный механизм заключается в том, что район Шасты находился над океанической мантией до некоторого момента в юрском периоде, после чего он сместился в сторону континентальной мантии, где и оставался до настоящего времени. Лишь немногие океанические базальты содержат свинец, похожий на тот, что был найден в пробе с рудника Халикон и в вулканических породах горы Шаста (возможным исключением являются вулканические породы острова Гоф на Срединно-Атлантическом хребте), так что альтернативные точки зрения, предполагающие гетерогенный характер океанической мантии, по-видимому, не могут объяснить появление свинца, похожего по своему изотопному составу на свинец пелагических осадков.
Меловые плутоны северной части батолита Сьерра-Невада, включая трон-дьемиты, характеризуются изотопным составом свинца, весьма близким к таковому пород континентальных окраин, как в районе гор Кламат. Уменьшение изотопных отношений свинца до значений, отвечающих океанической мантии, пока еще не было установлено для ранних плутонов батолита Сьерра-Невада, но мы можем ожидать этого при дальнейших исследованиях. Такое предположение основано на данных, полученных для пород Францисканской формации. Предполагают, что размыв пород ранних фаз этого батолита приводил к образованию осадков Францисканской формации, и изотопные данные, полученные при изучении этих осадков, охватывают большую часть спектра значений: от океанических мантийных и до наиболее радиогенных. Плутоны и руды с отношениями 207Pb/204Pb, превышающими соответствующие значения для пелагических осадков, очевидно, испытывали влияние мощного разреза докембрийских пород с изотопными характеристиками, аналогичными таковым «эрозионного компонента». Особенно привлекательной стороной представленной здесь модели является то, что она прекрасно объясняет крутые линии регрессии, выявленные для руд и изверженных пород орогенных зон, как результат смешения в различных пропорциях астеносферного, верхнекорового и нижнекорового свинца.