1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Океанология
  4. T. 60, № 1, 2020

Океанология, 2020, T. 60, № 1, стр. 114-124

Гидротермальное изменение верхнеплейстоценовых осадков из зон контактов с силлами во впадине Гуаймас, Калифорнийский залив

Е. О. Гончаров 1, *, В. Б. Курносов 1, **, Ю. И. Коновалов 1, А. Р. Гептнер 1, К. Р. Галин 1, Н. Н. Игнатьев 1

1 Геологический институт РАН
Москва, Россия

* E-mail: zevs159357@list.ru
** E-mail: vic-kurnosov@rambler.ru

Поступила в редакцию 26.11.2018
После доработки 18.06.2019
Принята к публикации 18.06.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Во впадине Гуаймас Калифорнийского залива (скважина DSDP 481А) химический состав верхнеплейстоценовых осадков (турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками) из зон контактов с базальтовыми силлами изучен методами рентгено-флюоресцентного анализа и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. В осадках изменение содержания большинства макроэлементов из этих зон не произошло, либо проявилось слабо. В то же время, это обстоятельство не указывает на неподвижность или слабую подвижность макроэлементов, так как процесс перераспределения элементов происходит в данном случае внутри осадков без изменения химического состава осадков в целом, что связано с процессом растворения/отложения, в котором участвуют, прежде всего, диатомовые, опал С-Т, кварц, а также глинистые минералы. В то же время, для гидротермально измененных осадков из зон контактов с силлами характерным является сильное уменьшение содержания Сорг, Li, Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Ta, W, Tl, Pb, Bi.

Ключевые слова: Калифорнийский залив, впадина Гуаймас, скважина, химический состав

Калифорнийский залив представляет собой пример современного формирования океанической коры на ранней стадии открытия океанов при рифтинге континентальных окраин [9, 13], когда в спрединговых рифтах накапливаются с большой скоростью (1200–2300 м/млн лет) осадки мощностью от первых сотен метров до 2–3 км и базальтовые расплавы не изливаются на поверхность дна в течение формирования осадочного покрова, а внедряются в виде базальтовых силлов в молодые нелитифицированные обводненные осадки.

Внедрение горячих базальтовых силлов в осадочный покров сопровождается формированием кратковременных гидротермальных систем, в которых происходит изменение осадков, вмещающих силлы [8]. Первоначально изучение изменения минерально-химического состава осадков во впадине Гуаймас было проведено М. Кастнер и Дж. Нимитцем [8, 14]. Исследование, начатое этими авторами, целесообразно было продолжить, существенно расширив спектр изучаемых микроэлементов, а также включив в это исследование не изученные прежде осадки, входящие в состав комплекса силлов, которые по данным, полученным в рейсах DSDP 64 и 65 [6, 11], широко распространены в Калифорнийском заливе.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Впадина Гуаймас расположена в главной разломной зоне Калифорнийского залива, состоящей из системы осей спрединга и трансформных разломов [13], продолжающей Восточно-Тихоокеанское поднятие и переходящей на Северо- Американском континенте в зону разломов Сан-Андреас (рис. 1а). Во впадине накопились верхнеплейстоценовые осадки общей мощностью в несколько сотен метров, которые состоят из турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками и диатомовыми илами [6].

Рис. 1.

Структурная схема Калифорнийского залива (а) и расположение скважин глубоководного бурения во впадине Гуаймас – стрелки показывают направление движения плит (б) по [12].

Во впадине Гуаймас находятся южный и северный троги, представляющие собой спрединговые центры, разделенные трансформными разломами (рис. 1б). Это депрессии шириной 3–4 км и глубиной 2000 м. Северный трог протягивается на 35 км, южный – на 25 км. Во всех скважинах, пробуренных во впадине Гуаймас, в осадочном покрове встречены силлы. В северном троге пробурена скважина 481А глубиной 384 м, в которой комплекс силлов состоит из чередования тонких силлов и осадков, общей мощностью 27 м.

Скважина 481А расположена в районе с низким тепловым потоком, который составляет 167 мВт/м2 [7, 15]. Она пробурена за пределами действия основной долгоживущей гидротермальной системы, что позволяет на ее примере выяснить, какие изменения вещественного состава осадков происходят под влиянием только силлов, без притока тепла и вещества из основной гидротермальной системы.

М. Кастнер [8] по петрографическим данным выделила в скважинах, пробуренных во впадине Гуаймас, минеральные зоны измененных осадков в кратковременных гидротермальных системах, возникших при внедрении силлов в осадочный покров. В том числе, были изучены глинистые минералы, как наиболее чуткие минеральные индикаторы гидротермальных процессов. Полученные результаты по количественному соотношению глинистых минералов были ориентировочные: “много”, “мало”, “примесь”. В дальнейшем глинистые минералы из осадков, вскрытых скважинами 477, 477А, 478, были детально изучены нами с использованием метода моделирования дифракционных рентгеновских картин [3–5].

М. Кастнер [8] установила, что в осадках из этих зон растворяются диатомовые. В этих осадках установлено небольшое количество новообразованного кварца в смеси с терригенным кварцем, а также опала С-Т. В отдельных образцах кварц на 50% новообразованный, в других образцах доминирует опал С-Т. В измененных осадках присутствует немного пирита и гипса, а также К-полевого шпата. Клиноптилолит исчезает одновременно с опалом-А. В измененных осадках иногда встречается в разных количествах доломит. В осадках из зон их непосредственного контакта с силлами кварц представляет смесь терригенного и новообразованного кварца.

Химический состав осадков из скважин, пробуренных во впадине Гуаймас, на начальном этапе их исследования был изучен методом РФА [14]. По содержанию микроэлементов в осадках были получены данные, ограниченные шестью элементами (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение содержания макроэлементов в валовых образцах осадков проведено методом рентгено-флюоресцентного анализа (РФА) в лаборатории химико-аналитических исследований Геологического института РАН (г. Москва). Совместно с РФА использованы методы “мокрой” химии, прежде всего, для раздельного определения Fe2O3 и FeO, другие методы аналитической химии были применены для определения содержания в осадках СО2, Сорг, Н2О–. Содержание микроэлементов определено в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (г. Черноголовка) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) c разложением образцов осадков (пудры) в автоклаве.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Химический состав осадков из скв. 481А приведен в табл. 1, 2, 3.

Таблица 1.  

Химический состав осадков из скв. 481А, впадина Гуаймас Калифорнийского залива, данные РФА (вес. %)

Образец Керн-секция, интервал, см Глубина, м Осадки SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO MgO Na2O K2O P2O5 п.п.п. Сумма Cl СО2 Сорг.
2814 1H-1, 0–5 0 1 55.5 0.36 8.2 2.57 0.42 0.22 3.6 2.78 6.86 1.59 0.15 18.29 100.6 8 1.5 2.42
2816 2H-2, 35–40 6.55 1 57.9 0.44 8.3 3.20 0.38 0.07 5.1 2.49 4.27 1.77 0.17 15.51 99.66 3.8 2.4 1.15
2819 8H-3, 16–21 36.06 1 58.6 0.44 8.2 3.06 0.64 0.2 6.2 2.41 2.44 1.63 0.19 16.16 100 2.3 2.8 2.36
2820 8H-3, 48–54 36.38 1 54.4 0.46 9.0 3.01 0.60 0.17 6.9 2.6 3.71 1.57 0.23 17.01 99.73 2.67 2.7 1.72
2822 11H-3, 73–78 50.98 1 59.3 0.82 13.7 4.81 0.26 0.19 4.7 2.61 3.4 2.69 0.24 7.72 100.49 1.29 1.26 0.71
2823 4R-2, 55–59 72.55 1 59.6 0.75 13.3 4.76 0.52 0.16 3.7 3.11 2.09 2.53 0.22 9.02 99.78 0.94 1.5 0.83
3107 6R-4, 42–48 94.42 1 57.77 0.51 13.51 3.51 0.92 0.06 2.75 2.69 2.12 2.47 0.25 12.51 99.07 0.64 1.50 0.81
2824 6R54, 75–80 96.15 1 63.2 0.88 14.0 3.59 1.06 0.06 3.5 2.49 2.92 2.88 0.22 4.57 99.39 0.52 0.3 <0.1
3108 9R-4, 7–12 122.5 1 61.87 0.26 7.87 2.29 0.45 0.34 3.34 1.83 1.79 1.39 0.19 16.36 97.98 1.65 2.56 0.93
2825 9R-6, 110–115 126.60 1 63.8 0.42 8.9 3.24 0.37 0.64 5.9 1.80 1.77 1.79 0.19 11.33 100.1 1.4 3.45 1.22
2826 11R-2, 75–80 139.25 2 62.5 0.76 13.4 4.37 0.41 0.11 3.7 2.74 2.33 2.65 0.20 6.15 99.21 1.35 0.85 0.65
2827 13R-5, 120–125 163.20 2 66.2 0.91 13.8 2.93 1.19 0.09 2.8 2.72 2.62 2.77 0.22 2.89 99.17 0.42 0.3 0.14
2828 14R-1, 50–55 166.00 2 71.4 0.43 13.2 1.00 1.48 0.06 2.8 1.08 3.45 2.71 0.12 1.68 99.33 0.42 0.6 <0.1
2829 14R-2, 75–80 167.75 2 62.1 0.82 14.1 2.94 2.26 0.09 3.7 3.64 2.40 2.76 0.22 4.12 99.06 0.72 2.1 0.38
2830 14R-4, 5–10 170.05 2 61.4 0.81 13.7 2.08 2.54 0.10 4.4 3.81 3.36 2.75 0.22 4.44 99.59 1.15 1.05 0.29
2831 14R-4, 50–53 170.50 2 61.0 1.08 13.9 2.71 3.04 0.11 5 4.72 2.76 2.55 0.23 2.4 99.49 0.14 0.65 0.12
2833 14R-4, 90–94 170.90 4 64.8 0.86 14.6 1.64 4.32 0.11 2.9 3.31 3.22 3.4 0.23 0.64 100 0.24 <0.2 <0.1
2835 14R-4, 125–129 171.25 4 64.4 0.87 14.7 2.45 3.49 0.07 2.8 4.19 3.06 2.73 0.23 0.67 99.73 0.15 <0.2 <0.1
2837 15R-1, 55–60 175.55 4 64.9 0.88 14.6 2.00 2.48 0.07 3.2 2.38 4.11 3.60 0.23 0.82 99.31 0.25 <0.2 <0.1
2839 15R-1, 112–115 176.12 4 67.3 0.83 13.9 2.12 2.06 0.05 2.7 2.25 3.69 3.51 0.21 0.53 99.09 0.22 <0.2 <0.1
2844 18R-1, 0–6 203.50 3 62.0 0.82 13.1 4.12 0.81 0.12 3.7 3.15 2.81 2.55 0.22 6.17 99.46 1.14 1.5 0.16
2845 20R-1, 0–5 222.50 1 59.0 0.68 12 4.67 0.29 0.19 4.2 2.64 2.32 2.49 0.19 11.22 99.88 1.81 2.15 0.34
2846 24R-1, 70–75 261.20 1 60.5 0.77 12.6 3.10 1.65 0.19 5.6 2.62 2.59 2.86 0.21 6.81 99.49 0.5 4.7 0.19
2847 25R-1, 105–110 271.05 1 62.0 0.81 13.6 5.26 0.49 0.07 3.1 2.97 2.62 3.03 0.22 6.28 100.5 0.75 1.35 0.42
2848 28R-1, 75–79 299.25 1 60.7 0.77 13.1 4.81 0.6 0.09 3.8 2.82 2.47 2.74 0.21 7.35 99.43 0.79 1.25 0.74
2849 30R-3, 60–65 321.10 1 63.6 0.48 10.1 3.04 0.68 0.09 7.1 1.88 1.74 1.88 0.18 9.05 99.84 0.81 3.55 0.79
2854 31R-1, 100–104 328.00 1 63.4 0.73 11.0 4.42 0.81 0.08 3.4 3.09 2.66 2.77 0.20 7.36 100 1.11 1.05 0.96
2855 33R-1, 23–26 346.23 2 66.9 0.55 10.2 4.95 0.92 0.05 3.1 3.76 3.23 1.51 0.20 4.24 99.58 1.58 <0.2 0.65
3109 33R-1, 62–67 346.62 2 66.95 0.33 10.2 3.03 0.7 0.06 2.58 3.58 3.03 1.31 0.28 7.16 99.21 0.59 <0.2 0.34

Примечание. 1 – неизмененные осадки; 2, 3, 4 – термально измененные осадки: 2 – над силлом, 3 – под силлом, 4 – между силлами.

Таблица 2.  

Содержание микроэлементов в осадках из скв. 481А, впадина Гуаймас Калифорнийского залива, данные ICP-MS (мкг/г)

Образец Осадки Li Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga As Rb Sr Y Zr Nb Mo Ag Cd Sb Cs Ba Hf Ta W Tl Pb Bi Th U
Z-2814 1 37.3 1.0 5.9 83.4 35.7 10.3 39.8 33.9 209 9.9 9.9 64.3 247 13.1 68.3 5.4 7.6 0.81 1.7 3.1 7.4 582 2.3 0.38 0.89 0.46 35.2 0.19 5.3 5.8
Z-2816 1 37.1 1.1 7.0 76.3 52.7 8.8 42.2 35.7 124 11.6 8.3 65.1 295 14.9 87.8 6.2 12.2 0.61 2.4 1.7 7.1 553 2.8 0.45 0.84 0.56 21.0 0.19 6.1 8.4
Z-2819 1 37.7 1.1 7.3 85.1 57.4 9.6 50.1 38.0 134 11.2 8.6 59.0 312 14.7 74.8 5.8 8.8 0.66 2.7 2.4 6.9 433 2.6 0.40 1.0 0.55 20.3 0.19 5.6 7.7
Z-2820 1 34.0 1.0 7.4 90.0 62.2 8.7 51.5 35.5 121 11.3 9.3 46.3 399 14.3 73.7 5.3 12.6 0.54 4.0 2.1 6.0 479 2.6 0.37 0.90 0.52 17.2 0.17 4.8 10.1
Z-2822 1 47.3 1.4 8.2 99.2 43.4 12.8 26.4 23.4 105 16.2 13.4 93.7 371 20.3 137 11.1 3.5 0.29 1.3 3.2 10.4 694 4.3 0.77 1.6 0.76 20.9 0.15 8.3 3.7
Z-2823 1 61.5 1.7 9.7 97.7 42.5 12.8 29.4 27.2 116 17.9 12.6 107 303 22.4 145 11.3 4.0 0.29 1.6 2.9 14.3 657 4.6 0.79 1.7 0.81 24.4 0.22 9.9 4.1
Z-3107 1 55.0 1.5 11.0 96.9 38.3 11.6 28.0 27.9 93.1 16.2 13.9 105 280 24.7 161 12.9 4.8 0.27 1.0 3.3 13.1 658 3.9 0.80 1.9 0.79 25.8 0.25 11.5 3.8
Z-2824 1 41.7 1.5 7.1 87.8 41.5 11.2 17.3 16.5 78.1 16.8 10.8 100 329 21.3 142 12.4 1.4 0.14 0.46 2.8 9.3 810 4.6 0.85 1.7 0.68 16.2 0.13 9.6 2.4
Z-3108 1 31.1 1.0 7.8 82.6 34.0 9.3 33.1 35.0 114 10.3 7.8 71.6 248 16.6 95.5 7.3 6.4 0.39 2.0 3.2 7.7 465 2.3 0.47 1.2 0.65 67.9 0.21 7.4 4.6
Z-2825 1 30.9 1.2 6.1 87.5 38.0 11.7 31.9 40.7 150 11.4 10.9 64.9 279 15.5 91.0 6.7 2.5 0.44 2.24 3.7 7.8 454 2.8 0.45 1.1 0.63 27.8 0.20 6.33 3.89
Z-2826 2 44.1 1.7 8.0 90.0 38.1 9.7 21.8 24.2 84.4 14.2 11.6 106 298 19.9 131 10.3 4.2 0.19 0.93 2.9 10.5 703 3.9 0.81 1.8 0.74 18.7 0.18 9.1 2.7
Z-2827 2 44.0 1.6 7.8 91.3 37.4 9.2 18.9 20.0 79.5 14.6 6.9 117 327 18.6 150 10.7 1.8 0.18 0.61 2.7 8.2 811 4.7 0.84 1.8 0.73 15.4 0.16 9.5 2.4
Z-2828 2 15.4 1.7 4.2 47.8 18.1 5.7 12.7 26.9 42.9 11.4 4.2 102 297 14.9 114 7.1 2.0 0.71 0.22 2.2 4.4 764 3.4 0.62 1.3 0.77 30.4 0.07 7.6 1.9
Z-2829 2 44.5 1.8 9.4 105 38.3 10.4 24.5 27.0 91.0 15.3 11.7 121 338 22.7 149 10.9 3.8 1.7 0.81 3.0 8.9 738 4.4 0.83 2.0 0.83 26.4 0.22 10.5 3.3
Z-2830 2 31.0 1.7 8.5 88.6 36.0 9.9 20.2 23.5 66.2 14.3 8.3 107 341 20.7 130 10.2 3.0 0.48 0.34 2.6 4.9 768 3.9 0.80 1.8 0.68 12.4 0.17 9.4 2.7
Z-2831 2 24.2 1.5 14.3 134 81.5 14.3 41.0 24.1 66.7 15.3 6.0 105 342 25.8 170 9.6 2.6 0.41 0.21 2.2 6.3 672 4.4 0.73 1.6 0.64 10.7 0.14 8.2 2.5
Z-2833 4 23.8 2.0 11.5 107 26.5 12.5 25.7 5.2 93.0 17.9 0.95 130 316 26.0 173 12.2 3.7 <ПО 0.21 0.60 9.8 1318 5.2 0.96 0.90 0.61 8.7 <ПО 11.6 3.3
Z-2835 4 36.1 1.9 11.2 101 37.2 11.1 25.4 5.9 56.7 17.5 0.70 104 290 28.3 164 12.4 2.1 <ПО 0.20 0.51 10.0 805 4.9 0.94 1.3 0.66 9.4 <ПО 10.8 3.4
Z-2837 4 32.3 1.6 8.9 92.3 39.4 8.3 17.0 7.6 57.5 15.9 0.41 120 362 20.8 154 12.0 1.1 <ПО 0.27 0.24 6.8 1112 4.5 0.92 0.62 0.21 8.2 <ПО 10.7 2.8
Z-2839 4 32.3 1.6 8.0 74.1 36.8 9.2 14.2 15.3 74.8 14.8 1.8 125 360 19.5 138 11.4 0.5 <ПО 0.09 0.35 11.9 1044 4.2 0.92 1.2 0.27 11.8 <ПО 10.2 2.7
Z-2844 3 38.9 1.6 8.3 89.1 39.9 9.8 20.9 23.8 82.3 13.9 10.4 103 304 19.0 135 10.0 3.7 0.15 0.88 3.1 9.3 627 4.0 0.74 1.7 0.70 21.3 0.17 9.0 2.9
Z-2845 1 49.7 1.7 9.2 117 37.7 11.4 28.6 34.9 108 13.9 13.5 106 308 20.0 126 9.2 7.5 0.37 1.4 4.2 11.3 593 3.7 0.69 1.7 0.72 36.9 0.22 8.7 3.6
Z-2846 1 47.5 1.6 8.2 84.8 36.4 10.1 23.0 24.3 91.5 14.1 9.5 117 380 19.4 136 10.1 2.2 0.91 0.82 3.4 9.8 766 4.0 0.77 1.7 0.71 21.7 0.18 10.0 3.5
Z-2847 1 64.1 2.0 9.9 100 36.3 10.1 25.7 31.5 102 16.4 14.9 122 261 23.0 158 11.2 4.6 0.31 1.1 3.1 14.6 600 4.6 0.86 2.0 0.81 22.2 0.26 10.9 3.3
Z-2848 1 63.5 1.9 10.4 84.0 39.7 11.2 27.4 33.2 108 16.0 12.2 121 305 23.3 155 11.1 5.4 0.30 1.4 3.3 14.0 620 4.4 0.87 2.0 0.87 24.7 0.25 10.6 3.7
Z-2849 1 37.6 1.3 8.8 99.1 53.5 10.2 36.9 36.4 120 13.1 9.9 109 447 19.1 90 7.6 14.0 0.77 3.42 2.8 7.5 589 2.9 0.59 1.1 0.93 22.4 0.19 7.7 5.9
Z-2854 1 57.3 1.8 10.3 106 37.9 11.8 26.0 32.3 108 16.7 16.7 153 280 23.3 141 11.4 5.3 0.39 1.84 3.3 15.4 716 4.1 0.87 1.9 0.92 67.7 0.26 10.5 3.0
Z-2855 2 11.2 1.4 10.9 107 71.4 14.6 41.4 44.3 219 14.4 3.5 69.6 274 21.4 107 9.0 12.4 0.27 6.48 1.9 4.3 628 3.2 0.70 2.1 0.50 36.5 0.31 9.0 5.1
Z-3109 2 13.5 1.5 9.8 105 60.9 10.2 38.3 39.7 190 13.6 2.2 50.9 244 21.8 109 9.5 20.8 0.62 2.8 3.6 7.8 611 2.8 0.62 1.4 0.66 25.6 0.27 10.0 6.2

Примечание. 1 – неизмененные осадки; 2, 3, 4 – термально измененные осадки: 2 – над силлом, 3 – под силлом, 4 – между силлами. <ПО – меньше предела обнаружения.

Таблица 3.  

Содержание РЗЭ в осадках из скв. 481А, впадина Гуаймас Калифорнийского залива, данные ICP-MS (мкг/г)

Образец Осадки La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Z-2814 1 15.0 33.7 3.6 14.2 2.8 0.59 2.4 0.38 2.2 0.45 1.4 0.19 1.3 0.20
Z-2816 1 17.5 38.6 4.2 16.5 3.2 0.69 2.9 0.45 2.6 0.53 1.6 0.23 1.5 0.24
Z-2819 1 16.2 36.7 4.0 15.4 3.1 0.67 2.7 0.42 2.5 0.50 1.5 0.22 1.5 0.23
Z-2820 1 15.4 33.5 3.8 15.2 3.1 0.67 2.7 0.42 2.4 0.51 1.5 0.22 1.4 0.22
Z-2822 1 30.2 59.3 6.4 25.2 4.9 1.2 4.1 0.65 3.7 0.72 2.2 0.30 2.1 0.31
Z-2823 1 32.6 67.8 7.1 27.4 5.4 1.2 4.5 0.70 3.9 0.80 2.4 0.34 2.2 0.33
Z-3107 1 29.4 60.4 7.0 27.4 5.3 1.2 4.9 0.72 4.1 0.82 2.4 0.35 2.4 0.35
Z-2824 1 31.2 58.8 6.6 25.9 5.0 1.2 4.2 0.64 3.7 0.72 2.2 0.31 2.1 0.31
Z-3108 1 17.5 40.4 4.3 16.9 3.3 0.72 3.1 0.47 2.7 0.56 1.7 0.25 1.7 0.26
Z-2825 1 18.1 41.5 4.4 16.7 3.3 0.7 2.9 0.46 2.60 0.53 1.6 0.23 1.6 0.24
Z-2826 2 31.6 63.3 6.9 26.3 5.1 1.1 4.4 0.67 3.9 0.77 2.3 0.33 2.2 0.32
Z-2827 2 34.0 63.0 7.1 27.0 5.1 1.1 4.4 0.65 3.8 0.74 2.2 0.32 2.1 0.32
Z-2828 2 30.6 55.4 6.0 22.9 4.2 1.0 3.6 0.52 2.9 0.58 1.7 0.25 1.7 0.25
Z-2829 2 36.7 74.0 7.9 30.2 5.9 1.3 5.2 0.77 4.4 0.87 2.5 0.36 2.4 0.37
Z-2830 2 35.1 65.8 7.3 27.8 5.3 1.3 4.7 0.70 3.9 0.80 2.3 0.32 2.2 0.33
Z-2831 2 30.4 62.6 6.6 26.4 5.4 1.4 5.3 0.81 4.8 0.97 2.8 0.41 2.7 0.40
Z-2833 4 43.6 84.3 9.2 36.1 7.1 1.6 6.2 0.93 5.2 1.04 2.9 0.40 2.8 0.41
Z-2835 4 39.0 75.1 8.6 33.0 6.4 1.5 5.7 0.85 4.7 0.94 2.7 0.38 2.6 0.39
Z-2837 4 33.3 62.9 7.2 27.8 5.4 1.3 4.8 0.71 4.0 0.81 2.3 0.33 2.2 0.33
Z-2839 4 33.9 64.1 6.9 26.5 5.0 1.2 4.5 0.67 3.7 0.75 2.2 0.31 2.1 0.31
Z-2844 3 30.9 60.8 6.5 25.3 4.8 1.1 4.3 0.61 3.6 0.72 2.1 0.30 2.1 0.30
Z-2845 1 31.2 64.6 6.7 25.7 5.0 1.1 4.5 0.66 3.8 0.77 2.2 0.32 2.1 0.32
Z-2846 1 32.5 66.1 6.7 25.6 4.9 1.1 4.4 0.66 3.8 0.74 2.2 0.32 2.1 0.31
Z-2847 1 36.9 74.0 8.0 30.3 5.9 1.2 5.2 0.78 4.4 0.87 2.6 0.37 2.5 0.36
Z-2848 1 36.8 75.0 7.8 30.1 5.9 1.3 5.2 0.77 4.4 0.89 2.6 0.37 2.5 0.37
Z-2849 1 26.4 56.7 5.5 21.6 4.3 0.94 3.76 0.57 3.29 0.67 2.0 0.28 1.9 0.29
Z-2854 1 35.7 70.2 7.7 29.7 5.8 1.2 5.05 0.74 4.36 0.84 2.5 0.35 2.4 0.36
Z-2855 2 29.5 61.7 6.1 23.2 4.6 1.0 4.20 0.63 3.71 0.75 2.3 0.32 2.1 0.31
Z-3109 2 25.6 53.9 5.8 22.2 4.4 0.93 4.1 0.61 3.5 0.72 2.2 0.31 2.2 0.33

Результаты оценки изменения химического состава осадков под воздействием базальтовых силлов показаны на рисунках в виде спайдерграмм составов образцов измененных осадков из зон контактов осадков с силлами, нормированных по среднему составу неизмененных осадков. Все образцы неизмененных осадков (2823, 3107, 2824, 3108, 2845, 2847, 2848, 2854) взяты из скв. 481А, из интервалов, в которых влияние силлов на осадки не проявилось.

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСАДКОВ, ЗАКЛЮЧЕННЫХ В КОМПЛЕКСЕ ТОНКИХ СИЛЛОВ

В скв. 481А в разрезе плейстоценового осадочного покрова, в интервале 170.55–196 м (керны 14–16) встречен комплекс тонких силлов, в котором тонкие силлы чередуются с осадками небольшой мощности (рис. 2). Химический состав этих осадков не был изучен в предыдущих исследованиях [14]. Мощность индивидуальных силлов в этом комплексе составляет от 0.23 до 0.53 м; мощность осадков, заключенных между силлами – от 0.17 до 3.75 м. Осадки между силлами находятся в интервалах 170.78–170.95, 171.25–175, 175.52–175.65, 176.1–176.19 м (см. рис. 2а, 2б). Из них взяты образцы 2833 (170.90 м), 2835 (171.25 м), 2837 (175.55 м), 2839 (176.12 м).

Рис. 2.

Литологическая колонка скв. 481А; зоны контактов силлов и осадков; 3А (керн 14, секция 4), 3В (керн 15, секция 2) по [6] с изменениями. 1 – алевриты/алевролиты; 2 – диатомовый ил; 3 – базальтовый силл; 4 – доломит; 5 – глины/аргиллиты.

В этих осадках сильно уменьшилось содержание Сорг (рис. 3а). Во всех образцах, кроме образца 2833, уменьшилось содержание Mn, слабо увеличилось содержание Ti, Na. Незначительное увеличение содержания Fe, Mg, K произошло в отдельных образцах. В целом, в осадках, запечатанных между силлами, существенно изменилось только содержание Сорг по сравнению с неизмененными осадками, и в меньшей степени, содержание Mn.

Рис. 3.

Содержание макроэлементов и Сорг в измененных осадках из скв.481А. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков; (а) – осадки внутри комплекса тонких силлов; (б) – осадки на контакте с кровлей комплекса силлов.

Во всех образцах осадков, заключенных между силлами, уменьшилось содержание Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Bi (рис. 4а). В меньшей степени уменьшилось содержание Li, Ni, Zn, Cs, W, Tl, Pb. Для этих условий изменения осадков не характерно увеличение содержания в них микроэлементов. Только содержание Ba немного увеличилось. Содержание остальных микроэлементов осталось практически без изменения по сравнению с их содержанием в неизмененных осадках. Содержание РЗЭ в образцах 2837, 2839 не изменилось (рис. 5а). В образцах 2833, 2835 их содержание слабо увеличилось.

Рис. 4.

Содержание микроэлементов в измененных осадках из скв. 481А. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков. (а) и (б) – см. рис. 3.

Рис. 5.

Содержание РЗЭ в измененных осадках из скв. 481А. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков. (а) и (б) – см. рис. 3.

Таким образом, в осадках, заключенных внутри комплекса тонких силлов, произошло заметное изменение содержания ряда химических элементов. В них существенно уменьшилось содержание Сорг, Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Bi и в меньшей степени Mn, Li, Ni, Zn, Cs, W, Tl, Pb. В этих условиях нет увеличения содержания элементов в осадках, кроме слабо увеличившегося в них содержания Ba.

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСАДКОВ НАД КОМПЛЕКСОМ ТОНКИХ СИЛЛОВ

Над кровлей комплекса силлов зона измененных осадков в скв. 481А находится в интервале от 130 до 170.55 м [8]. Из этого интервала взяты образцы 2826 (139.25 м), 2827 (163.20 м), 2829 (167.75 м), а также 2830 (170.05 м), 2831 (170.50 м) из осадков, расположенных непосредственно на контакте с силлом (см. рис. 2а).

Результаты изучения химического состава образца 2826 из верхней части зоны измененных осадков показали, что содержание в нем макро- и микроэлементов, РЗЭ не отличается от содержания этих элементов в неизмененных осадках. Поэтому образец 2826 был ошибочно включен в зону изменения. Соответственно эта зона реально занимает меньший интервал разреза, в пределах ~160–170.55 м, чем ранее была выделена [8].

Во всех образцах осадков из зоны над комплексом силлов изменение части макроэлементов похоже на их изменение в осадках, заключенных между силлами (рис. 3б, см. рис. 3а). Прежде всего, это относится к значительному уменьшению в них содержания Сорг. Также уменьшилось содержание Mn, но в меньшей степени. Содержание Ti, Fe, Mg слабо увеличилось, так же, как в осадках из комплекса силлов.

Из микроэлементов, содержание которых существенно уменьшилось в осадках, чередующихся с силлами (Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Bi), (см. рис. 4а), в осадках над комплексом силлов их содержание также уменьшилось, кроме Ag, но значительно слабее (см. рис. 4б). Содержание Li, Pb уменьшилось аналогично уменьшению их содержания в осадках между силлами. Уменьшение содержания Ni, Cu, Zn, Sb, Bi, U слабо проявлено. Непосредственно на контакте с силлом (образцы 2830, 2831) степень уменьшения содержания Li, Cd, Cs, Bi возросла по сравнению с осадками, более удаленными от силла (образцы 2827, 2829). В отличие от осадков, чередующихся с силлами, в осадках над комплексом силлов увеличилось содержание Ag. Кроме того, в образце 2831, который находится прямо на кровле силла, увеличилось содержание Sc, V, Cr, Co, Ni. Содержание РЗЭ в осадках над комплексом силлов практически осталось таким, как в неизмененных осадках (см. рис. 5б).

Таким образом, изменение химического состава осадков, расположенных над комплексом тонких силлов, в основном похоже на изменение химического состава осадков, запечатанных между силлами в комплексе тонких силлов, но проявлено для большинства элементов значительно слабее, кроме Li, Pb, степень уменьшения их содержания в тех и других осадках одинаковая.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Влияние силлов на изменение содержания макроэлементов в осадках

В осадках из зон контактов с силлами изменение содержания большинства макроэлементов не произошло или проявилось слабо.

В осадках, которые находятся внутри комплекса тонких силлов, наиболее заметно уменьшилось только содержание Mn. Содержание Ti, Na увеличилось слабо. В отдельных образцах увеличилось незначительно содержание Fe, Mg, K. В осадках над этим комплексом силлов, на контакте с ним, изменение содержания макроэлементов похоже на их содержание в осадках, чередующихся с силлами в комплексе силлов с некоторыми отклонениями. В них уменьшение содержания Mn проявлено слабо, не произошло увеличение содержания K, но в отдельных образцах, расположенных наиболее близко к кровле силла, увеличилось содержание Ca (см. рис. 3а, 3б).

Тонкие силлы, которые внедрились в осадочный покров одновременно или последовательно, относительно быстро остывали. Соответственно разогретые ими осадки с высоким содержанием морской воды также быстро остывали. В результате, в кратковременных гидротермальных системах в процессе взаимодействия вода-осадки сильного изменения содержания макроэлементов не происходило, в отличие от долгоживущих гидротермальных систем, в которых установлено интенсивное изменение содержания многих макроэлементов в гидротермально измененных осадках, как было показано при изучении скв. 477А, пробуренной в южном троге во впадине Гуаймас в районе с высоким тепловым потоком [1, 2].

В то же время, это обстоятельство в данном случае не указывает на неподвижность или слабую подвижность макроэлементов, так как процесс перераспределения элементов происходит внутри осадков и соответственно без изменения химического состава осадков в целом. Так осадки, чередующиеся с силлами в комплексе силлов, и осадки из зоны их контакта с кровлей силла, окремнены. Окремнение произошло при растворении диатомовых, которыми обогащены исходные осадки во впадине Гуаймас. В результате опал А преобразовался в опал С-Т и кварц. Кроме того, частичное растворение захватило терригенный кварц. Таким образом, перераспределение кремнезема внутри осадков очевидно, а изменения его содержания в них нет. В процессе растворение/отложение, в котором участвуют терригенные глинистые минералы, также происходит перераспределение макроэлементов в осадках. В этом случае также нет существенного изменения в осадках содержания макроэлементов, входящих в состав глинистых минералов.

Влияние силлов на изменение содержания микроэлементов в осадках

Самое сильное изменение содержания микроэлементов установлено в осадках, которые чередуются с силлами в комплексе тонких силлов. В них наиболее существенно уменьшилось содержание Li, Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Ta, W, Tl, Pb, Bi (см. рис. 4а). Одновременно в этих осадках произошло сильное уменьшение содержания Сорг (см. рис. 3а), что указывает на связь микроэлементов с органическим веществом. Уменьшение содержания Сорг в термально измененных осадках, заключенных в комплексе силлов, сопровождается и потерей содержащихся в них микроэлементов. В то же время, неясно, куда они мигрировали, так как каждый слой осадков заблокирован сверху и снизу силлами, что препятствует выходу растворов за их пределы. Можно допустить, что трансформированные растворы, получившие эти микроэлементы при изменении осадков, проникали по трещинам в осадки над комплексом силлов. Но в осадках из зоны контакта с кровлей этого комплекса силлов нет увеличения содержания тех микроэлементов, содержание которых сильно уменьшилось в осадках, чередующихся с силлами (см. рис. 4б). Более того, уменьшение содержания ряда микроэлементов повторяет уменьшение содержания этих элементов в осадках из комплекса силлов, но слабо проявлено. Только содержание Ag зеркально увеличилось в осадках над силлом при уменьшении его содержания в отдельных образцах осадков, заключенных в комплексе силлов.

Во всех осадках, испытавших воздействие силлов, содержание РЗЭ не изменилось по сравнению с их содержанием в неизмененных осадках или проявилось слабо. Это относится к осадкам, которые находятся внутри комплекса тонких силлов (см. рис. 5а) и над ним (на контакте с его кровлей), (см. рис. 5б).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изменение химического состава верхнеплейстоценовых осадков (турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками) из зон контактов с силлами во впадине Гуаймас Калифорнийского залива заключается в следующем:

1. В осадках, которые расположены внутри комплекса тонких силлов и над ним, для большинства макроэлементов изменение их содержания не произошло или проявилось слабо. В то же время, в данном случае это обстоятельство не указывает на неподвижность или слабую подвижность макроэлементов, так как процесс перераспределения элементов происходит внутри осадков и, соответственно, без изменения химического состава осадков в целом. Это связано с процессом растворение/отложение, в котором участвуют, прежде всего, диатомовые, опал С-Т, кварц, в котором содержание Si в окремненных осадках из термально измененных зон остается таким, как в исходных неизмененных осадках, а также глинистые минералы.

2. Для осадков, измененных под воздействием тепла силлов, характерным является уменьшение в них содержания Сорг. Особенно интенсивно это проявилось в осадках, заключенных в комплексе тонких силлов, в которых произошло самое заметное уменьшение содержания микроэлементов (Li, Cu, As, Mo, Ag, Cd, Sb, Ta, W, Tl, Pb, Bi).

3. Во всех осадках из зон контактов с силлами содержание РЗЭ не изменилось по сравнению с их содержанием в неизмененных осадках или проявилось слабо.

4. Полученные результаты показывают изменение химического состава осадков из зон контактов с силлами во впадине Гуаймас Калифорнийского залива, для которого характерно накопление с большой скоростью мощных толщ осадков с высоким содержанием морской воды и внедрением в них базальтовых силлов, сопровождаемых формированием гидротермальных систем. Проведенное исследование расширяет наши знания о процессах, происходящих и происходивших на начальных этапах формирования океанов в результате рифтинга континентальных окраин, в данном случае, представление об изменении химического состава осадков под влиянием внедрившихся в них силлов.

Образцы осадков отобраны в кернохранилище Программы океанского бурения (Ocean Drilling Program – ODP) при Техасском университете (Texas A & M University), г. Колледж Стейшн, США.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного плана научно-исследовательских работ, № 0135-2019-0053.

Список литературы

  1. Блинова Е.В., Курносов В.Б. Гидротермальные изменения осадков в южном троге впадины Гуаймас Калифорнийского залива и трансформация состава растворов // Литология и полезные ископаемые. 2015. № 6. С. 491–509.

  2. Курносов В.Б., Блинова Е.В. Гидротермальные изменения осадков и трансформация состава растворов во впадине Гуаймас Калифорнийского залива // Докл. РАН. 2015. Т. 461. № 2. С. 197–200.

  3. Курносов В.Б., Сахаров Б.А., Блинова Е.В. Глинистые минералы в осадках гидротермально активного южного трога впадины Гуаймас, Калифорнийский залив // Литология и полезные ископаемые. 2016. № 4. С. 287–306.

  4. Курносов В.Б., Сахаров Б.А., Гептнер А.Р. и др. Глинистые минералы верхнеплейстоценовых осадков из зон контактов с базальтовыми силлами (северный трог впадины Гуаймас, Калифорнийский залив, скважина 481/481А) // Литология и полезные ископаемые. 2019. № 4.

  5. Курносов В.Б., Сахаров Б.А., Гептнер А.Р. и др. Глинистые минералы в осадках центрально части впадины Гуаймас, Калифорнийский залив, скважина 478 // Тихоокеанская геология. 2019. (в печати).

  6. Curray J.R., Moore D.G. et al. Init. Repts. DSDP. 64. Pt. 1. // Washington: U.S. Govt. Printing Office. 1982. 507 p.

  7. Gieskes J.M., Elderfield H., Lawrence J.R et al. Geochemistry of interstitial waters and sediments, Leg 64, Gulf of California // Init. Repts. DSDP. 1982. V. 64. Part 2. P. 675–694.

  8. Kastner M. Evidence for two distinct hydrothermal systems in the Guaymas Basin // Init. Repts. DSDP. 1982. V. 64. Part 2. P. 1143–1158.

  9. Larson R.L. Bathymetry, magnetic anomalies, and plate tectonic history of the mouth of the Gulf of California. Bull // Geol. Soc. Am. 1972. V. 83. P. 3345–3360.

  10. Lawver L.A., Williams D.L. Heat flow in the central Gulf of California // J. Geophys. 1979. V. 84. P. 3465–3478.

  11. Lewis B.T.R., Robinson P. Init. Repts. DSDP. 1983. V. 65. 752 p.

  12. Lonsdale P., Bischoff J.L., Burns V.M. et al. A high-temperature hydrothermal deposit on the seabed at a Gulf of California spreading center // Earth and Planet. Sci. Lett. 1980. V. 49. P. 8–20.

  13. Moore D.G. Plate-edge deformation and crustal growth, Gulf of California structural province // Geol. Soc. Am. Bull. 1973. № 84. P. 1883–1906.

  14. Niemitz J. Geochemistry of sediments, Leg 64, Gulf of California // Init. Repts. DSDP. 1982. V. 64. Part 2. P. 695–716.

  15. Williams D.L., Becker K., Lawver L.A., Von Herzen R.P. Heat flow at the spreading centers of the Guaymas Basin, Gulf of California // J. Geophys. Res.1979. № 84. P. 6757–6796.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Океанология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал