1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Океанология
  4. T. 62, № 5, 2022

Океанология, 2022, T. 62, № 5, стр. 785-794

Изменение химического состава осадков в зонах контакта с базальтовыми силлами, впадина Гуаймас, Калифорнийский залив (скважина DSDP 478)

Е. О. Гончаров 1, *, В. Б. Курносов 1, **, Ю. И. Коновалов 1, ***

1 Геологический институт РАН
119017 Москва, Пыжевский пер. 7, Россия

* E-mail: evgeniigonch91@gmail.com
** E-mail: vic-kurnosov@rambler.ru
*** E-mail: yukonov@mail.ru

Поступила в редакцию 18.03.2021
После доработки 08.04.2021
Принята к публикации 30.09.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

На примере впадины Гуаймас Калифорнийского залива (скважина DSDP 478) показано изменение химического состава верхнеплейстоценовых осадков в специфичных кратковременных гидротермальных системах, которые возникают при внедрении базальтовых силлов в нелитифицированные холодные высокопористые осадки с морской водой. Изменение химического состава осадков (турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками) в зонах контакта с базальтовыми силлами во впадине Гуаймас Калифорнийского залива изучено методами рентгено-флюоресцентного анализа (РФА) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS).

Ключевые слова: впадина Гуаймас, Калифорнийский залив, осадки, базальтовые силлы, гидротермальные системы

ВВЕДЕНИЕ

Во впадине Гуаймас Калифорнийского залива в верхнеплейстоценовые нелитифицированные осадки внедрялись базальтовые силлы разной мощности [4]. Внедрение силлов в осадочный покров сопровождалось формированием кратковременных гидротермальных систем, в которых происходило изменение вмещающих осадков при их взаимодействии с разогретой поровой морской водой. Выделила этот тип гидротермальных систем в срединно-океанических хребтах, расположенных около континентов и перерытых осадочным чехлом, М. Кастнер [6] при изучении осадков из глубоководных скважин, пробуренных во впадине Гуаймас Калифорнийского залива. Целенаправленное изучение изменения содержания макроэлементов и микроэлементов в осадках при тепловом воздействии на них силлов из скважин 477, 478, 481А было предпринято Нимицем [10]. По этим осадкам им был проведен силикатный анализ, из микроэлементов было изучено содержание в осадках только Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn. Последующее исследование изменения химического состава осадков было проведено нами для осадков из скважины 477 (южный трог впадины Гуаймас) [1, 3] и из скважины 481A (северный трог впадины Гуаймас) [2]. В этих работах был существенно расширен спектр изученных микроэлементов благодаря применению метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Изучение осадков из скважины 478 завершает изучение изменения химического состава плейстоценовых осадков под влиянием различных по мощности базальтовых силлов во впадине Гуаймас.

Данная статья направлена на изучение изменения химического состава осадков из скважины 478. В скважине 478 обнаружен комплекс силлов мощностью ~120 м, включающий, по-видимому, в свой состав силл мощностью в первые метры [4], который венчает этот комплекс, в отличие от комплекса силлов из скважины 477 мощностью 47 м, в котором силл мощностью ~4 м находится в подошве комплекса. Кроме того, в скважине 478 находится индивидуальный базальтовый силл мощностью ~3 м, не входящий в комплекс силлов большой мощности [4].

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Впадина Гуаймас расположена в главной разломной зоне Калифорнийского залива, состоящей из системы осей спрединга и трансформных разломов [9], продолжающей Восточно-Тихоокеанское поднятие и переходящей на Северо-Американском континенте в зону разломов Сан-Андреас (рис. 1а). Во впадине накапливались с большой скоростью (около 1200 м/млн лет) верхнеплейстоценовые осадки общей мощностью в несколько сотен метров, которые состоят из турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками и диатомовыми илами [4].

Рис. 1.

Структурная схема Калифорнийского залива (а) и расположение скважин глубоководного бурения во впадине Гуаймас (б); стрелки показывают направление движения плит (по [8]).

Во впадине Гуаймас находятся южный и северный троги, представляющие собой спрединговые центры, разделенные трансформными разломами. Это депрессии шириной 3–4 км и глубиной 2000 м. Северный трог протягивается на 35 км (в нем пробурена скважина 481А), южный – на 25 км (в нем пробурена скважина 477). Между трогами расположена скважина 478 (рис. 1б) глубиной 464 м. В скважине 478 в осадочном покрове находится комплекс базальтовых силлов мощностью ~120 м и индивидуальный силл мощностью ~3 м, не входящий в состав этого комплекса.

В районе скважины 478 замерен низкий тепловой поток, который составляет 153 мВт/м2 [5, 7, 11 ]. Эта скважина пробурена за пределами действия основных долгоживущих гидротермальных систем, что позволяет продолжить изучение изменений химического состава осадков под влиянием теплового воздействия на них силлов разной мощности.

М. Кастнер [6] по петрографическим данным выделила в скважине 478 минеральные зоны неизмененных осадков и зоны, в которых осадки изменены под тепловым воздействием силлов. Неизмененные осадки (интервалы 0 – ~185, 247–250, 259 – ~290 м) состоят из смеси терригенных кварца, плагиоклаза, небольшого количества калиевого полевого шпата, глинистых минералов, опала-А, кальцита. Термально измененные зоны установлены в интервалах 185 – ~215, 240 – ~247, 250 – ~ 253, 256.5 – ~ 259, 290–339 м. В этих зонах исчезли диатомовые и клиноптилолит. В них присутствует небольшое количество новообразованного кварца в смеси с терригенным кварцем. Кроме кварца, в этих осадках установлено наличие опала С-Т, пирита и гипса. В измененных осадках иногда встречается в разных количествах доломит. В осадках из зон непосредственного контакта с силлами кварц представлен смесью терригенного и новообразованного кварца.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение содержания макроэлементов (оксидов) в валовых образцах осадков проведено методом рентгенофлуоресцентного 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, H2O–. Содержание микроэлементов, включая редкоземельные элементы (РЗЭ), определено в образцах осадков (пудры) c их разложением в автоклаве в Лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (г. Черноголовка) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Химический состав осадков из скважины 478 приведен в табл. 1, 2, 3. Результаты сравнения химического состава измененных и неизмененных осадков показаны на рисунках в виде спайдерграмм. Все образцы для репера (3103, 3104, 3105, 2725, 2727, 2742) взяты из неизмененных осадков из скважины 478.

Таблица 1.  

Химический состав осадков из скважины 478, 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
2723 1R-1, 0–5 0 1 57.6 0.70 11.7 4.28 0.41 0.14 3.7 3.03 4.84 2.41 0.21 11.34 100.29 3.2 0.55 0.78
3103 2R-1, 50–54       4 1  62 0.55 13.03 3.63 0.42 0.16 3.17 2.17 2.83 2.46 0.11 8.51 99.04 0.73 0.80 0.29
2724 3R-3, 10–14 16.1 1 59.8 0.77 12.5 4.98 0.37 0.07 3.0 2.99 3.48 2.79 0.21 9.41 100.33 2.01 <0.2 0.73
3104 3R-3, 41–47 16.41 1 62.12 0.53 14.35 3.40 0.33 0.05 3.47 2.31 2.83 2.88 0.24 6.89 99.4 0.42 0.66 <0.1
3105 7R-6, 82–88 58.92 1 61.05 0.5 12.58   4 0.39 0.061 5.78 2.39 2.61 2.71 0.25 6.88 99.2 0.53 1.6 <0.1
2725 11R-3, 100–104    93 1 62.0 0.84 13.1 4.21 0.55 0.07 3.7 2.84 2.82 2.61 0.22 6.16 99.16 0.71 1.2 0.14
2726 11R-6, 35–40 96.45 1 69.4 0.29   6 2.43 0.37 0.19 4.4 1.33 2.83 1.35 0.11 11.46 100.13 2.72 1.3 0.68
2727 19R-3, 100–104 163.5 1 61.2 0.68 12.4 4.70 0.30 0.16 3.6 2.99 2.29 2.42 0.20 8.8 99.75 1.1 1.7 0.84
3106 20R-4, 95–100 170.75 1 58.85 0.50 11.98 3.25 0.86 0.05 5.68 3.08 3.18 2.56 0.28 8.41 98.68 1.07 3.28 <0.1
2728 22R-3, 105–110 187.95 2 60.5 0.48 11.0 3.67 0.30 0.25 6.1 1.86 3.03 2.05 0.19 11.03 100.36 1.7 3.6 0.98
2729 25R-СС, 10–12 212.6 2 12.9 0.090 2.2 0.66 0.43 0.10 24.9 18.1 0.34 0.48 0.13 39.69 100.03 0.11 39 <0.1
2732 28R-1, 15–19 242.65 3 61.3 0.48 9.9 3.64 0.45 0.45 5.6 2.19 2.25   2 0.16 11.55 99.96 1.58 2.7 1.36
2736 29R-1, 45–49 250.95 2 61.4 0.55 10.3 3.69 0.37 0.11 4.7 2.51 2.51 1.96 0.25 12.02 100.37 1.46 2.6 –
2737 29R-2, 125–129 253.25 2  69 0.58 10.1 4.31 0.22 0.05 1.87 3.13 3.37 1.91 0.21    5 99.56 0.76 0.55 –
2739 30R-1, 40–42 256.9 3 66.9 0.55 10.4 3.87 0.44 0.13 4.1 2.12 2.61 2.14 0.21 6.72 100.15 0.37 2.85 0.68
2741 30R-2, 50–54 258.5 3 63.26 0.54 9.27 3.50 0.67 0.33 5.41 2.59 1.72 1.98 0.21 10.48 99.95 0.81 4.8 0.91
2742 31R-1, 0–4  260 1 61.3 0.54 9.3 3.89 0.30 0.26 7.3 2.43 1.97 2.15 0.20 10.08 99.69 0.81 4.4 1.14
2743 34R-2, 70–74 290.7 2 61.5 0.42 9.6 3.41 0.38 0.17 6.8 1.94 2.21 1.88 0.16 11.47 99.85 1.21 3.55 1.22
2744 35R-1, 130–135 299.3 2 61.6 0.40 9.1 3.13 0.33 0.19 7.6 1.77 1.74 1.71 0.16 11.88 99.63 1.43 <0.2 0.74
2745 36R-1, 115–120 308.65 2 61.6 0.64 13.3 4.17 0.30 0.08 3.0 2.20 2.72 2.42 0.16 9.52 100.1 1.08 4.65 1.21
2746 36R-2, 75–80 309.75 2 59.8 0.59 9.9 4.10 0.42 0.20 7.4 2.71 2.19 2.63 0.19 9.7 99.76 0.73 4.4 1.04
2747 39R-1, 70–74 327.2 2 64.3 0.40 9.5 3.07 0.33 0.29 7.4 1.89 2.18 1.81 0.18 9.01 100.29 0.85 0.6 0.89
2748 39R-3, 60–64  330 2 64.4 0.71 9.6 4.15 0.30 0.09 3.8 2.55 2.24 2.35 0.18 9.37 99.69 0.74 4.4 0.77
2749 40R-1, 13–17 336.13 2 63.8 0.33 7.9 2.53 0.36 0.74 6.9 4.07 1.44 1.39 0.09 9.91 99.37 0.57 1.45 <0.1
2750 40R-1, 125–129 337.25 2 63.3 0.78 11.6 4.35 0.22 0.31 6.7 2.06 3.77 0.88 0.28 4.74 99.01 0.36 <0.2 0.78
2751 40R-2, 50–54 337.9 2 66.6 0.71 11.9 4.08 0.11 0.1 1.02 2.17 1.99 3.05 0.17 8.05 99.93 0.14 <0.2 <0.1
2752 40R-2, 125–129 338.65 2 68.4 0.77 12.4 2.38 0.29 0.08 1.37 3.88 2.09 2.94 0.16 4.96 99.67 0.43 <0.2 <0.1
2754 40R-3, 2–5 338.92 4 13.2 0.22 4.4 2.63 1.03 0.45 21.1 21.3 0.51 0.05 0.17 34.51 99.64 0.43 31.3 <0.1

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 скважины 478, 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
2723 1 46.8 1.3 9.2 87.3 35.3 10.8 29.1 20 247 13.4 9.1 87.2 353 17.5 155  9.4 3.6 0.72 0.9 1.9 10.5 615 4.2 0.67 1.4 0.67 38.2 0.15 7.3 3.3
3103 1 48.9 1.3 7.7 98.1 35.4 9.3 21.6 18.1 78.7 14.1 8.9 93.7 419 20.5 167 11.7 4.5 0.2 0.66 3.2 8.9 668 5 0.91 1.5 0.86 29.4 0.13 10.3 3.5
2724 1 55.8 1.7 9.9 99.9 36.2 12.4 28.9 26.2 111 15.3 16 106 298 21.1 178 11.2 3.8 0.23 0.78 2.8 12.9 621 5.1 0.82 2 0.73 22.8 0.21 10.2 3.7
3104 1 48.7 1.4 7.4   74 21.4 8.9 18.3 17 66.9 14.9 10 104 430 20.4 164 11.9 1.9 0.14 0.42 2.8 9.6 709 5.1 0.97 1.7 0.79 18.6 0.14   11 2.9
3105 1 44.2 1.4 7.1 72.2 35.9 8.2 16.8 16 63.6 15.5 8.9 105 477 21.4 158 11.9 2.2 0.15 0.54 2.8 8.3 747 5.2 0.94 1.7 0.82 18.2 0.15 11.1 3.6
2725 1 45.8 1.5 8.9 90.1 35 9.9 22.2 23 92.3  15 12.2 104 354 21.1 142 11.8 2.7 0.24 0.75 2.8 9.9 852 3.9 0.7 1.9 0.68 27.8 0.16 8.7 3.1
2726 1 25.4 0.93    5 68.8 26.4 8.5 33.3 31.3 102 7.8   8   54 229 12.2 57.2 4.8 8.4 0.3 2.3 2.4 5.6 324 1.7 0.3 1.1 0.51 24.2 0.17   5 4.5
2727 1 47.5 1.5 8.7 101 33.8 10.1 28.1 30 107 14.1 14 103 288 20.7 127 10.3 5.5 0.27 1.4 2.8 11.3 572 3.5 0.63 1.6 0.7 31.2 0.23 9.4 3.9
3106 1 36.1 1.1 7.3   57 36.9 7.5 16.1 12.7 60.3 13.7 7.5 92.2 541 20.8 142 10.6 2.6 0.18 0.57 2.2 6.5 955 4.4 0.81 1.3 0.79 15.9 0.12 9.6 3.8
2728 2 34.2 1.3 7.3 86.7 36.1 9.9 36.1 32.8 112 11.4 6.3 81.2 334 17.9   94 7.2 4.9 0.41 1.4 2.1 7.9 530 2.7 0.45 1 0.53 33.6 0.19 7.1 5.3
2729 2 8.5 0.34 1.6 22.1 10.8 1.7 8.8   6.3 21.3  2.4   1  15 577 3.7 23.2 1.8 2.6 1.5 0.35 0.32 1.8 251 0.59 0.1 0.43 0.15 3.5 0.04 1.6 1
2732 3 31.4 1.2    7 102 36.5 12.4 50.3 44.5 128  11 8.2 79.5 280 16.3 89.3    7 8.9 0.53 1.4 3.5 9.3 429 2.5 0.45 1 0.51 25.9 0.22 6.8 5.1
2736 2 23.1 1.3 8.1 87.4 58.7 8.9 49.5 37.9 112 12.5 9.1  75 278 17.4 99.1 7.5 7.5 0.54 2.2 1.7 8.1 413 2.8 0.48 1 0.56 18 0.2 6.9 6.4
2737 2   15 1.6 9.1 98.9 72.5  10 42.1 54.6 48.5 14.2 0.7 58.6 222 17.3 102 8.4 10.8 0.63 0.58 2.1 3.2 542 3.1 0.62 1.1 0.38 11.3 0.13 7.8 5.2
2739 3 14.9 1.7    9 89.3 69.1 10.8 50.1 38.4 146 13.1 7.1 71.7 197 17.5 97.2 7.7    9 0.66 1.9 1.9 8.2 516 2.9 0.56 1.2 0.72 22.2 0.21 7.5 5.2
2741 3 29.2 1.4 8.6 90.5 68.8 11.5 50.7 41.6 136 13.1 8.7 76.5 286 16.6 94.9 7.2 5.8 0.53 2.1 2.3 8.6 456 2.8 0.54 1.1 0.55 20.9 0.21 6.9 5.2
2742 1 33.7 1.4 8.7   96 48 12.7 42.6 38.9 135 13.2 9.3 85.2 356 18.6 98.6 7.4 7.5 0.57 1.3 2.9 9.4 541 3 0.54 1 0.59 20.5 0.19 7.5 4.9
2743 2 29.1 1.3 7.5 119 51.4 15.4 55.9 46.8 168 12.1 8.1 77.2 336 15.4 89.2 6.3 10.9 1.1 3.1 5 8.7 493 2.6 0.47 0.92 0.7 33 0.23 6.7 6.3
2744 2 26.9 1.1 7.4 96.8 46.9 11.5 48.4 37.9 140 11.2 7.2 62.3 366 13.9 77.9 5.8 8.6 0.91 2.3 3.4 7.9 421 2.4 0.41 0.87 0.54 22.9 0.18 5.8 4.9
2745 2 34.1 1.8 9.3 129 53.8 12.3 36.3 35.7 138 15.7 11.7 93.9 249 22.1 112 8.6 4.4 0.34 0.54 4.4 12.2 758 3.5 0.91 1.1 0.65 20.7 0.2 8.1 3.4
2746 2 33.7 1.7  10 118 56.6 15.5 49.5 53.9 161 15.6 8.3 104 343 20.6 113 9.1 9.5 0.78 2.3 4.5 10.7 615 3.4 0.7 1.2 0.8 30.7 0.26 9.4 5.7
2747 2 18.5 1.3 6.8 107 42.9 12.1 41.6 39.6 122 10.7 5.9 71.3 340 15.4 92.6 6.5 13.6 0.75 2.1 3.1 7.7 474 2.6 0.46 0.94 0.66 21 0.19 7.8 6.8
2748 2 24.5 1.5 9.5 90.1 54.4 10.7 34 30.8 116  15 10.3 91.5 264 18.5 118 9.4 9.2 0.5 1.4 2.4 10.5 629 3.8 0.66 1.2 0.64 19.9 0.2 7.7 5.2
2749 2 21.3 1.1 5.8 120 35.3 9.6 42.7 34.2 121  8.8 8.2 39.8 142 13.7 66.3    5 15.6 0.65 2 3.2 3.3 374 2.2 0.35 0.77 0.4 21 0.16 4.9 8.6
2750 2 9.8 1.5 7.1 67.5 35.1 15.5 37.2 27.7 64.5 14.1 12.2 27.1 505 22.2 112 9.9 9.3 0.42 1.6 3.2 2.2 443 3.7 0.68 1.2 0.26 33.6 0.1 8.2 4.3
2751 2 12.4 1.6 9.6 107 61.4 9.4 29.9 31.1 76.2 16.2 16.7 93.3 169 16.6 127 9.9 9.4 0.44 0.84 3 5.6 766 4.2 0.7 1.3 0.61 22.6 0.21 8.3 6.2
2752 2 13.1 1.8 7.8 107 61.9 12.6 39.4 21.5 90.5 17.2 0.85 77.3 197 19.2 129 10.9    9 0.24 1 1.1 4.1 975 4.5 0.86 1.5 0.54   9.5 0.19 6.6 3.8
2754 4 9.6 0.75 3.2 30.5 17.5 4.4 13.3 6.6 30.8  4.3 0.12 0.77 138   6 37.9 2.7 2.4 0.12 0.38 0.49 0.2 47.7 1.1 0.17 0.45 0.02   7 0.05 1.9 1.4

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

Таблица 3.  

Содержание РЗЭ в осадках из скважины 478, впадина Гуаймас

Образец Осадки La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
2723 1 22.7 50.5 5.5 21.6 4.4 1.1 3.7 0.54 3.1 0.61 1.8 0.25 1.7 0.26
3103 1 26.5 51.9 6.3 24.5 4.8 1.2 4.6 0.68 3.9 0.79 2.4 0.34 2.3 0.35
2724 1 30.2 60.8 7.3 26 5.1 1.2 4.4 0.66 3.7 0.74 2.2 0.3 2.1 0.32
3104 1 27.6 55.6 6.4 25.5 4.8 1.2 4.6 0.66 4 0.79 2.4 0.35 2.4 0.37
3105 1 29.1 56.9 6.5 25.2 4.8 1.1 4.7 0.68 4.1 0.81 2.5 0.35 2.4 0.38
2725 1 28.9 57.9 6.4 25.4 4.9 1.2 4.5 0.66 3.7 0.74 2.1 0.3 2.1 0.3
2726 1 13 30.8 3.1 12.1 2.4 0.51 2.2 0.34 1.9 0.41 1.2 0.17 1.2 0.18
2727 1 28 59.1 6.3 24.8 4.9 1.1 4.4 0.65 3.6 0.73 2.1 0.3 2.1 0.31
3106 1 27.7 55.6 6.3 24.4 4.8 1.2 4.4 0.65 3.9 0.77 2.3 0.33 2.3 0.35
2728 2 19.2 46 4.5 18.2 3.6 0.8 3.4 0.5 2.9 0.59 1.8 0.25 1.7 0.27
2729 2 4.5 9.3 1   4 0.78 0.16 0.75 0.11 0.64 0.14 0.4 0.06 0.38 0.06
2732 3 18.9 47.3 4.5 18 3.5 0.77 3.3 0.48 2.8 0.58 1.7 0.24 1.6 0.25
2736 2 19.6 47 4.6 18.3 3.7 0.82 3.4 0.51 2.9 0.61 1.8 0.25 1.7 0.27
2737 2 25 51 5.3 21 4.1 0.9 3.5 0.6 3.1 0.6 1.9 0.3 1.9 0.3
2739 3 23.8 50.8 5.1 19.8 3.9 0.83 3.4 0.52 3.1 0.64 1.9 0.27 1.8 0.28
2741 3 22.4 49.3 4.8 18.5 3.7 0.8 3.2 0.5 2.9 0.6 1.8 0.26 1.7 0.27
2742 1 25.4 54.7 5.5 21.7 4.2 0.93 3.7 0.57 3.2 0.67 2 0.28 1.9 0.29
2743 2 18.9 42.7 4.6 17.7 3.5 0.72 3 0.47 2.7 0.57 1.7 0.23 1.6 0.24
2744 2 16.4 37.6 4 15.8 3.2 0.67 2.7 0.42 2.4 0.5 1.5 0.22 1.5 0.23
2745 2 29.2 61.1 7.1 28 5.7 1.2 4.9 0.76 4.3 0.82 2.5 0.33 2.3 0.33
2746 2 29.9 65.1 6.5 25.2 4.9 1.1 4.2 0.65 3.7 0.75 2.3 0.32 2.2 0.32
2747 2 18.9 48.3 4.5 17.6 3.4 0.72 3 0.46 2.7 0.55 1.7 0.24 1.6 0.25
2748 2 23.4 56 5.8 22.8 4.5 1 3.9 0.6 3.4 0.68 2 0.29 2 0.29
2749 2 16.4 37.3 3.7 14.5 2.8 0.78 2.5 0.39 2.3 0.45 1.4 0.2 1.4 0.21
2750 2 32.7 67.7 7.5 29.6 5.8 1.2 4.8 0.75 4.1 0.82 2.4 0.33 2.2 0.33
2751 2 29.4 58.6 6 23.1 4.4 0.93 3.6 0.56 3.1 0.61 1.8 0.26 1.8 0.27
2752 2 20.5 40.4 5.4 21.7 4.5 0.94 3.9 0.62 3.4 0.7 2.1 0.3 2 0.31
2754 4 6.9 14.2 1.6 6.4 1.3 0.32 1.2 0.18 1 0.22 0.64 0.09 0.6 0.09

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

Изменение состава осадков, вмещающих силл мощностью ~3 м

Над силлом, который находится в интервале 253.5–256.5 м, расположена зона измененных осадков в интервале 250–253.5 м [6]. Из этой зоны изучены в 2.5 м и 0.25 м выше кровли силла образцы 2736 (250.95 м) и 2737 (253.25 м), рис. 2. Под силлом расположена зона термально измененных осадков мощностью 2.5 м, которая находится в интервале 256.5–259 м. Из этой зоны изучены образцы 2739 (256.90 м) и 2741 (258.50 м), которые взяты в 0.4 и 2 м ниже подошвы силла (см. рис. 2).

Рис. 2.

Литологическая колонка скважины 478; зоны контактов силлов и осадков в керне 40 (секции 2 и 3) (по [4] с изменениями).

В осадках над силлом заметные изменения содержания отдельных макроэлементов установлены в образце 2737, который находится на контакте с кровлей силла. В нем сильно уменьшилось содержание Mn, Ca и слабо уменьшилось содержание Al, K, одновременно увеличилось содержание Mg, Na (рис. 3а). Под силлом, в непосредственной близости к его подошве (образец 2739), в содержании макроэлементов произошло слабое изменение, которое выразилось в уменьшении содержания Al, Mg, K (см. рис. 3а).

Рис. 3.

Содержание макроэлементов и Сорг в измененных осадках из скважины 478. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков. а – осадки над и под силлом мощностью 3 м; б – осадки над кровлей комплекса силлов мощностью не менее 120 м. Здесь и далее числа, соответствующие условным обозначениям точек на графиках – номера образцов из скважины 478 (см. текст).

Изменение содержания микроэлементов в осадках над силлом (образцы 2736, 2737) и под ним (образцы 2739, 2741) во многом похожи (рис. 4а).

Рис. 4.

Содержание микроэлементов в измененных осадках из скважины 478. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков. а – осадки над и под силлом мощностью 3 м; б – осадки над кровлей комплекса силлов мощностью не менее 120 м.

В них увеличилось содержание Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, U и уменьшилось содержание Li, а также слабо уменьшилось содержание Rb, Sr, Zr, Nb, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Th. В образце 2737, который находится на кровле силла, дополнительно к перечисленным выше элементам уменьшилось содержание Zn, Cd, Cs, Tl, Pb, Bi, особенно сильно уменьшилось содержание As. Содержание РЗЭ слабо уменьшилось как в осадках над силлом, так и под ним (рис. 5а).

Рис. 5.

Содержание РЗЭ в измененных осадках из скважины 478. Нормировано по среднему составу неизмененных осадков. а – осадки над и под силлом мощностью 3 м; б – осадки над кровлей комплекса силлов мощностью не менее 120 м.

Cилл мощностью ~3 м относительно быстро остыл и соответственно не оказал сильного воздействия на содержание макроэлементов во вмещающих осадках. Воздействие силла небольшой мощности проявилось в осадках, находящихся на контакте с его кровлей и затронуло в основном только Mn и Ca (уменьшилось их содержание) и в значительно меньшей степени коснулось Mg и Na (увеличилось их содержание). Слабое изменение содержания Al, K может относиться к аналитическим ошибкам, а также к трудностям точного подбора образцов осадков для репера из толщи, представленной турбидитами, переслаивающимися с гемипелагическими осадками. Потеря осадками Mn связана с растворением аморфного вещества, содержащего Mn, а Ca – с растворением кальцита. Небольшое увеличение в осадках содержания Mg и Na обеспечивала морская вода, которая участвовала в формировании глинистых минералов в процессе взаимодействия вода–порода. Под силлом, в образце 2739, который отобран в 0.4 м ниже его подошвы, практически не произошло изменения содержания макроэлементов в осадках. Отсутствие влияния силла мощностью ~4 м на содержание макроэлементов в осадках под его подошвой наблюдалось также в скважине 477, пробуренной в южном троге впадины Гуаймас [1, 3].

Микроэлементы проявили большую подвижность, чем макроэлементы. В осадках, расположенных на кровле силла (образец 2737), уменьшение содержания многих микроэлементов, и особенно As, связано, по-видимому, с уменьшением содержания в этих осадках Сорг. Увеличение содержания других элементов, скорее всего, имеет отношение к формированию глинистых минералов. Поведение микроэлементов в осадках, расположенных под подошвой силла (образцы 2739 и 2741), в значительной мере аналогично их поведению в осадках, залегающих на кровле силла, и указывает на похожие условия изменения осадков над силлом и под ним. При изменении осадков, расположенных над и под силлом, содержание РЗЭ в них немного уменьшилось. Это уменьшение, возможно, произошло при растворении калиевых полевых шпатов.

Изменение состава осадков, расположенных над комплексом силлов мощностью ~120 м

Выше комплекса силлов общей мощностью не менее 120 м, который находится в нижней части скважины в интервале 339.15–464 м (керны 40–54), расположена зона измененных осадков в интервале 330–339 м [6] (см. рис. 2). Из нее изучены образцы 2751 (337.90 м) и 2752 (338.65 м), расположенные над кровлей силла, в 2 и ~0.5 м от нее.

В образцах 2751 и 2752 сильно уменьшилось содержание Сорг и Ca и в меньшей степени – Mn и P. Содержание K слабо увеличилось. В образце 2752, который находится на кровле силла, уменьшилось также содержание Fe и увеличилось содержание Mg (рис. 3б). В образцах 2751, 2752 уменьшилось содержание Li, Sr, Cs и одновременно увеличилось содержание Cr, Ni, Mo (рис. 4б). В образце 2752 уменьшилось содержание As так же сильно, как в образце из осадков, расположенных на контакте с кровлей силла мощностью ~3 м. В этом образце, в отличие от вышележащего образца 2751, уменьшилось содержание Sb, Pb. Содержание РЗЭ в образцах 2751, 2752, по сравнению со средним содержанием РЗЭ в неизмененных осадках, слабо уменьшилось (рис. 5б). В образце 2752 сильнее, чем содержание других РЗЭ, уменьшилось содержание La, Ce.

В целом, изменения химического состава (содержание макро- и микроэлементов, РЗЭ) осадков, расположенных на контакте с кровлей тонкого силла мощностью ~3 м и на кровле комплекса силлов мощностью ~120 м, близки друг другу. До получения этих результатов ожидалось, что над комплексом силлов (~120 м) изменения осадков должны были произойти значительно сильнее, чем в осадках над другим индивидуальным силлом мощностью ~3 м. Объяснить результаты, не подтвердившие это ожидание, можно следующим образом. Комплекс силлов начал формироваться с внедрения в осадочный покров самого верхнего силла, который имел мощность в первые метры, и в результате произошли изменения химического состава, похожие на изменения, которые установлены над индивидуальным силлом мощностью ~3 м. Внедрение остальных силлов произошло ниже первого силла, который блокировал тепло более поздних силлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Изучение осадков из скважины 478 завершило изучение с применением метода ICP-MS изменения химического состава плейстоценовых осадков (турбидитов, переслаивающихся с гемипелагическими осадками) во впадине Гуаймас Калифорнийского залива в гидротермальных системах, сформированных внедрившимися в осадочный покров базальтовых силлов разной мощности. В этом типе гидротермальных систем проведено на сегодняшний день изучение изменения осадков из всех скважин, пробуренных во впадине Гуаймас. До скважины 478 были изучены осадки из скважины 477, расположенной в южном троге [1, 3], и из скважины 481А, которая пробурена в северном троге [2].

2. В верхнеплейстоценовых осадках из скважины 478, в зонах контакта с индивидуальным силлом мощностью ~3 м произошли следующие изменения химического состава. В осадках, расположенных над силлом, наиболее заметно уменьшилось содержание Mn и Ca и увеличилось содержание Mg и Na по сравнению с их содержанием в неизмененных осадках. В осадках, расположенных непосредственно под подошвой силла, изменения содержания макроэлементов слабые (Al, Mg, K). Изменение содержания микроэлементов в осадках над силлом и под ним во многом похожи. В них увеличилось содержание Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, U и уменьшилось содержание Li, а также слабо уменьшилось содержание Rb, Sr, Zr, Nb, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Th. В образце, который находится на кровле силла, дополнительно к перечисленным выше элементам уменьшилось содержание Zn, Cd, Cs, Tl, Pb, Bi, особенно сильно уменьшилось содержание As. Содержание РЗЭ слабо уменьшилось как в осадках над силлом, так и под ним.

3. В комплексе силлов общей мощностью ~120 м его верхняя часть представлена силлом с мощностью в первые метры, который внедрился в осадочный покров до внедрения остальных силлов этого комплекса. Этот силл блокировал тепло от комплекса более поздних силлов. В результате изменение осадков над комплексом силлов мощностью не менее 120 м похоже на изменения осадков над индивидуальным силлом мощностью ~3 м, рассмотренные выше в пункте 2. Уменьшение содержания многих микроэлементов (Li, As, Rb, Sr, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Th) связано, по-видимому, с сильным сокращением содержания в этих осадках Сорг. Увеличение содержания Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, Cd, U, скорее всего, имеет отношение к формированию глинистых минералов с соответствующими сорбционными свойствами. Незначительное уменьшение в них содержания РЗЭ, возможно, сопровождает растворение немногочисленных калиевых полевых шпатов в зонах контактов осадков с силлами.

4. Полученные результаты изучения изменения химического состава осадков, вмещающих базальтовые силлы из скважины 478, а также из скважин 477 и 481А, пробуренных во впадине Гуаймас, можно использовать как модель изменения химического состава осадков под влиянием тепла внедрившихся в них силлов, которые формируют кратковременные гидротермальные системы. Этот тип гидротермальных систем, по-видимому, широко развит в срединно-океанических хребтах, перекрытых осадочным чехлом, которые расположены около континентов. К таким регионам, прежде всего, можно отнести срединно-океанические хребты северо-восточного сектора Тихого океана (Хуан де Фука, Горда, Эксплорер) и окраинные моря, расположенные вдоль Азиатского континента.

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

Источники финансирования. Работа выполнена в рамках государственного плана научно-исследовательских работ (Геологический институт Российской Академии наук) № 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. Гончаров Е.О., Курносов В.Б., Коновалов Ю.И. и др. Гидротермально измененные осадки из зон контактов с силлами в северном троге впадины Гуаймас, Калифорнийский залив, скважина DSDP 481/481А // Океанология. 2020. № 1. С. 114–124.

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

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

  5. 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.

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

  7. Lawver L.A., Williams D.L. Heat flow in the central Gulf of California // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. № B7. P. 3465–3478.

  8. 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.

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

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

  11. 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. V. 84. № B12. 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