Новые данные о возрасте базальтов Земли Франца-Иосифа

А. Ф. Грачев

Институт физики Земли РАН, Москва

М. М. Аракелянц, В. А. Лебедев

Институт геологии и геохимии рудных месторождений РАН, Москва

Е. Е. Мусатов, Н. М. Столбов

ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург

Содержание

Аннотация

Для понимания истории геологического развития Арктического бассейна принципиальное значение имеет время проявления магматической активности на островах, примыкающих к Евразийскому и Амеразийскому бассейнам Северного Ледовитого океана. Особое место в этом плане занимает архипелаг островов Земли Франца-Иосифа (ЗФИ), который изучается уже длительное время [Геология СССР, 1970]. Вплоть до настоящего времени существуют довольно противоречивые представления о возрасте как покровных базальтов, так и прорывающих осадочные породы даек, а также силлов в мезозойском осадочном чехле и более древних породах карбона и венда. В последней сводке представлений о времени проявления магматизма на ЗФИ, сделанной В. Д. Дибнером с соавторами [Dibner, 1998], указывается на широкий разброс изотопных (K-Ar) датировок - от 200 до 60 млн лет (см. также другие работы в списке литературы). По биостратиграфическим данным, время проявления основной фазы магматической активности определяется как средне-позднеюрское, а ее завершение весьма условно датируется постсеноманским временем на том основании, что дайка базальтов прорывает (? - А. Г.) сеноманские отложения на о-ве Гофманна [Dibner, 1998].

Нами были исследованы 14 образцов базальтов, отобранных с разных глубин из трех скважин, пробуренных на о-ве Земля Александры (скв. Нагурская-1), о-ве Хейса (скв. Хейса-1) и о-ве Греэм Белл (скв. Северная-1), а также 8 образцов, взятых из обнажений еще на 6 других островах (см. рис. 1). Данная коллекция образцов характеризует все фации: эффузивную (лавовые покровы), субвулканическую (силлы) и жерловую (дайки) и является, таким образом, достаточно представительной.

Изученные образцы по своему химическому составу относятся к кварцевым толеитам (табл. 1) и характеризуются феннеровским трендом дифференциации, что типично для базальтов мантийных плюмов [Грачев, 1987, 2000]. Петрохимической спецификой базальтов ЗФИ является высокое содержание TiO₂ (максимальное содержание достигает 4,37%) и суммарного железа FeO (среднее содержание 13,74%) при низком количестве K₂O. Другая примечательная особенность химизма базальтов ЗФИ состоит в практически полном отсутствии дифференциации, как это следует не только из полученных нами данных (включая распределение редкоземельных элеметов), но и из ранее проведенных исследований [Влодавец, 1934; Лупанова, 1953; Ntaflos and Richter, 1998]. По всем этим признакам базальты ЗФИ могут быть отнесены к Fe-Ti базальтам, свойственным мантийным плюмам [Грачев, 1987, 2000].

По всем исследованным нами базальтам был получен изотопный возраст K-Ar методом. Определение содержания радиогенного аргона проводилось на специализированном масс-спектрометрическом комплексе в ИГЕМ РАН методом изотопного разбавления с применением в качестве трасера ³⁸Ar; определение калия - методом пламенной спектрофотометрии [Чернышев и др., 1999]. При расчете возраста использованы константы: l _K =0,58110^-10 год^-1, l_b- =4,962 10^-10 год^-1, ⁴⁰K=0,01167 (ат. %). Полученные результаты представлены в табл. 2.

Как видно из приведенных данных, время проявления магматизма для пяти островов (Земля Александра, Хейса, Греэм Белл, Джексона и Винер-Нейштадт) укладывается в довольно узкий временной диапазон 116 5 млн лет, что находится в пределах ошибки определений. Данные по 2 образцам, отобранным из лавовых покровов с острова Земля Георга, дают несколько меньший возраст - 95 млн лет, однако содержание калия в этих образцах очень низкое, поэтому к этим цифрам надо относиться осторожно. Что касается возраста одного образца базальта с о-ва Грили (96 5 млн лет), то для подверждения значимости этой датировки необходимы дополнительные исследования.

Таким образом, несмотря на различную фациальную принадлежность вулканитов - потоки из эффузивной фации лавовых покровов или дайки и силлы из субвулканической и жерловой фации, значения возраста для всех образцов лежат в пределах узкого временного интервала - 116 5 млн лет. Как известно, такая черта развития плато-базальтов является одной из характеристик развития мантийных плюмов [Грачев, 2000].

Значение полученных результатов очевидно. Известно, что проявления плюмового магматизма в фанерозое (траппы Сибирской платформы, Декана, р. Параны и др.) охватывали исключительно короткий промежуток времени (по прецизионным измерениям не более 2-3 млн лет, а во многих случаях менее 1 млн лет) [Грачев, 2000]. То, что базальты ЗФИ, имея все геохимические признаки плюмового магматизма, согласно новым данным, формировались в течение короткого промежутка времени 115 10 млн лет, а не в интервале от 200 до 60 млн лет, как предполагалось ранее [Dibner, 1998], дает возможность сделать выводы, имеющие принципиальное значение для палеогеодинамических построений в Арктике.

Проявления мелового магматизма известны во многих районах Арктики. На Новосибирских островах (о-ва Котельный и Столбовой) известны дайки долеритов мощностью до нескольких десятков метров. Возраст даек условно определяется как верхнемеловой [Дорофеев и др., 1999]. На острове Беннета нижнемеловые-верхнемеловые (?) базальты слагают две толщи общей мощностью до 360 м. Туфогенные аргиллиты, залегающие в основании верхней толщи базальтов, содержат спорово-пыльцевой комплекс, на основании которого возраст базальтов определен как нижнемеловой (аптский?) [Геология СССР, 1970]. По данным Драчев [1999], K-Ar возраст двух образцов дает возраст - 112-115 5 млн лет, что практически совпадает с возрастом базальтов ЗФИ. Меловые базальты известны также в пределах Канадского Арктического архипелага [Донован, 1964; Кристи, 1980; Тозер, 1964 и др.]

Из этих далеко неполных данных следует, что весьма вероятно базальтовый магматизм в Арктике на границе раннего и позднего мела был развит значительно шире, чем это представлялось до сих пор. Существенно, что указанная временная граница совпадает с наиболее важным и повсеместно прослеживаемым угловым несогласием по всей Арктике [Embry, 1998]. По палеотектоническим построениям, основанным на анализе магнитных аномалий в Арктическом бассейне, Земля Франца-Иосифа вместе с островами Канадского Арктического архипелага и Свальбардом в указанном интервале времени располагались вблизи друг друга [Rowley and Lottes, 1989]. При такой конфигурации область проявления базальтового магматизма близка к положению Исландского плюма на тот же интервал времени [Драчев, 1999; Lawver and Muller, 1994].

Исходя из того, что развитие мантийных плюмов предшествует расколу континентальной коры и началу заложения океанических бассейнов, можно сделать заключение, что плюмовый магматизм 116 5 млн лет на Земле Франца-Иосифа непосредственно предшествовал началу спрединга в Канадском бассейне. Такой вывод находится в согласии с последними результатами анализа магнитных аномалий в этом бассейне [Grantz et al., 1998].

Литература

Влодавец В. И., К петрографии острова Гукера, Труды Арктического института, XIII, 87-113, 1934.

Геология СССР, Т. XXVI, Острова Советской Арктики, Геологическое описание, 547 c., Недра, Москва, 1970.

Грачев А. Ф., Рифтовые зоны Земли, 2 изд., доп. и переаб., Недра, Москва, 1987.

Грачев А. Ф., Мантийные плюмы и проблемы геодинамики, Физика Земли, (4), 263-294, 2000.

Донован Д. Т., Меловые отложения Восточной Гренландии, В кн.: Геология Арктики, c. 169-172, Мир, Москва, 1964.

Дорофеев В. К., Благовещенский М. Г., Смирнов А. Н., Ушаков В. И., Новосибирские острова, Геологическое строение и минерагения, 130 c., Изд. ВНИИОкеанология, С.-Петербург, 1999.

Драчев С. С., Тектоника рифтовой континентальной окраины северо-восточной Евразии в Арктике (моря Лаптевых и Восточно-Сибирское), Автореферат дисс...докт. г.-м.н., 40 c., Москва, 1999.

Комарницкий В. М., Шипилов Э. В., Новые геологические данные о магматизме Баренцова моря, ДАН СССР, 320, 1203-1206, 1991.

Комарова А. Е., Пирожников Л. П., Базальтовые покровы островов Чамп и Винер-Нейштадт (архипелаг Земля Франца Иосифа), ДАН СССР, 131, (2), 409-411, 1960.

Кристи Р. Л., Арктический архипелаг, В кн.: Энциклопедия региональной геологии мира, c. 233-242, Недра, Ленинград, 1980.

Лупанова Н. П., К петрографии Земли Франца-Иосифа, Труды НИИГА, Т. LVII, 73 c., 1953.

Масуренков Ю. П., Флеров Г. Б., Базальты острова Беннета в Советской Арктике, Вулканология и сейсмология, (1), 36-53, 1989.

Северная Земля, Геологическое строение и минерагения, 187 c., Изд. ВНИИОкеанология, С.-Петербург, 2000.

Тараховский А. Н., Фишман М. В., Школа И. В., Андреичев В. Л., Возраст траппов Земли Франца-Иосифа, ДАН СССР, 965-969, 1983.

Тест Б. И., К материалам о базальтах Земли Франца-Иосифа, Труды Арктического института, 76, 1937.

Тозер Е. Т., Общий очерк стратиграфии мезозойских и третичных отложений Канадского Арктического архипелага, В кн.: Геология Арктики, c. 271-292, Мир, Москва, 1964.

Чернышев И. В. и др., K-Ar изотопная систематика и возраст новейшего вулканизма Казбекской вулканической области, Большой Кавказ, Докл. РАН, 367, 810-814, 1999.

Dibner V. D. (Ed.), Geology of Franz Jozef Land, Norsk Polarinstitutt, Meddelelser N 146, Oslo, 190 p., 1998

Embry A. F., Tectonic implications of large-scale Jurassic-Cretaceous sequence boundaries in the Circum-Arctic III Inter. Conference on Arctic Margins, p. 54-55, 1998.

Grantz A., Clark D. L., Phillips R. L., Srivastava S. P. et al., Phanerozoic stratigraphy of Northwind Ridge, magnetic anomalies in the Canada basin and the geometry and timing of rifting in the Amerasia basin, Arctic Ocean, Geol. Soc. Am. Bull., 110, 801-820, 1998.

Jackson H. R., Grantz A., Reid I., May S. D. and Hart P. E., Observations of anomalous oceanic crust in the Canada Basin, Arctic Ocean, Earth Planet. Sci. Lett., 134, 99-106, 1995.

Lawver L. A. and Muller R. D., Iceland hotspot track, Geology, 22, 311-314, 1994.

Ntaflos Th. and Richter W., Continental flood basalts from Franz Jozef Land, Arctic Russia: evidence for bimodal magmatism, III Inter. Conference on Arctic Margins, p. 131-132, 1998.

Rowley D. B. and Lottes A. L., Plate-kinematic reconstructions of the North Atlantic and Arctic: Late Jurassic to Present, In: Mesozoic and cenozoic plate reconstructions, Scotese C. R., Sager W. W. (Eds.), p. 73-120, Amsterdam, Elsevier. 1989.

Solheim A., Musatov E. and Heintz N. (Eds.), Geological aspects of Franz Josef Land and the northernmost Barentz Sea, Norsk Polarinstitutt, Meddelelser No. 151, 120 p., Oslo, 1998.

Tarnugo J. A., The high Arctic large igneous province III Inter. Conference on Arctic Margins, p. 184, 1998.

Vogt P., Taylor P., Kovacs L. and Johnson G. L., Detailed aeromagnetic investigation of the Arctic Basin, J. Geophys. Res., 84, 1071-1089, 1979.

Vogt P., Bernero C., Kovacs L. and Taylor P., Structure and plate tectonic evolution of the marine Arctic as revealed by aeromagnetics, Oceanologia Acta, N SP, 25-40, 1981.