- 1) полосчатые стратифицированные интрузии, представленные габбро или диабазами, содержащими скопления мафических минералов;
- 2) щелочные породы, включающие кимберлиты, слюдяные перидотиты, а также породы кольцевых вулканических структур и ультраосновные лавы;
- 3) некоторые ассоциации серпентинитов и перидотитов, которые часто в целом называют альпинотипными интрузиями;
- 4) серпентиниты и перидотиты океанических областей.
Принято считать, что ультраосновные породы первой группы образовались из зарождающейся в мантии базальтовой магмы и, следовательно, могут дать лишь косвенные сведения о химическом и минеральном составах верхней мантии. Ультраосновные породы других групп тесно связаны с крупнейшими тектоническими нарушениями земной коры. Есть основания считать, что некоторые из них представляют вещество верхней мантии. Кимберлиты и щелочные ультраосновные породы встречаются в устойчивых или сильно нарушенных разломами континентальных районах; их размещение контролируется скорее всего глубинной линейной тектоникой. Альпинотипные ультраосновные породы приурочены к горным складчатым цепям и островным дугам; с ними обычно ассоциируют габброиды или основные вулканические породы. Наличие серпентинитов и перидотитов вдоль срединноокеанических хребтов позволяет выделить третий тип ультраосновных поясов.
Кимберлиты и щелочные ультраосновные породы платформенных областей
Породы этого типа описаны в работах Аптона [26], фон Эккермана [271, Дэвидсона [2] и Даусона [4, 5]. Генезис этих пород усложнен концентрацией щелочей и летучих компонентов в остаточных жидкостях. Большинство исследователей считают, что кимберлиты образуются глубоко в мантии. Для объяснения их необычного химизма часто привлекают процесс контаминации зарождающейся в мантии ультраосновной магмы материалом земной коры [25, стр. 249, 396]. По мнению других исследователей, ультраосновные щелочные магмы образуются в результате взаимодействия между первичной карбонатитовой магмой мантии и «гранитными» породами земной коры [5]. Некоторые кимберлиты и слюдяные перидотиты могли образоваться в виде кристаллических агрегатов, которые при температурах 600—700° С переносились газами или карбонатитовой магмой [28, 9].
Кимберлитовые трубки заполнены ксенолитами перидотитов, гранатовых перидотитов и эклогитов, которые обычно рассматривают в качестве материала мантии. Харрис и др. [11] высказали предположение, что эти включения представляют собой обломки пироксен-перидотитового слоя мантпи и более глубокого гранат-перидотитов ого слоя. «Пироксеновая решетка» О’Хары [19] свидетельствует о том, что на глубинах от 100 до 140 км эклогитовые и гранат-эклогитовые включения при термическом градиенте, характерном для щитов, должны находиться в равновесии. Дэвидсон [3] обратил внимание на различия в минеральном составе включений и подчеркнул те вопросы, которые возникают при интерпретации данных по минеральному составу мантии.
Альпинотшшые интрузии орогенных областей
Генезис этих пород очень сложен, так как он во многом определяется метаморфическими процессами. Ден Текс [6] полагает, что эти породы формируются скорее как метаморфические, а не магматические. Вопрос о возможном существовании для этой ассоциации ультраосновных магм в настоящее время решается явно в пользу их образования в твердом состоянии [15, стр. 5—6]; многие петрологи считают, что альпинотипные интрузии представляют собой фрагменты твердой или частично расплавленной мантии, внедрявшиеся в земную кору или прорвавшие ее вдоль подвижных складчатых поясов [7, 23, 24, 10].
Температуры, при которых происходили внедрение или последующее продвиженпе интрузий, колеблются от характерных для базальтовых магм до низких температур, соответствующих полю устойчивости серпентипа [10, 30]. Геохимические данные свидетельствуют о том, что многие альпинотипные ультраосновные породы возникают в той части мантии, которая представляет собой остаточный материал ранней стадии дифференциации [18].
Рассмотрев и проанализировав имеющиеся данные, Тейер [23, 24] выразил сожаление по поводу столь привычного разделения пород на основные и ультраосновные. Он указал на шесть главных особенностей, которые, по его мнению, характеризуют интрузивные габбро-перидотитовые комплексы альпийского типа. Пересмотр данных по совместному происхождению ультраосновных и основных пород [17] позволил сформулировать новые и возродить некоторые старые гипотезы. Согласно офиолитовой гипотезе, ультраосновные комплексы в виде плотных дифференцированных подводных лав от основного до ультраосновного состава встречаются вместе с некоторыми интрузивными породами. Максвелл [16] считает, что сложные покровы, развитые в Средиземноморье и в Гималаях, образовались в результате экструзии пород мантии в пределах морского дна. Мощность этих комплексов, по-видимому, достигает 8—10 км.
Тейер [23, 24] выделил признаки, отличающие альпинотипные ультраосновные породы от расслоенных интрузий, однако Смит [21] показал, что между расслоенными и альпинотипными породами существуют переходные габбро-перидотитовые серии. Считают, что некоторые альпинотипные перидотиты сформировались в результате гравитационной отсадки кристаллических скоплений в базальтовой магме [1, 17 (со ссылкой на Нагасаки)]. По мнению О’Хары [19], общей особенностью альпинотипных пород и расслоенных интрузий является их приуроченность к складчатым областям, что и вызывает их перемещение в ходе тектонических движений, а также их «повторную интрузию». «Пироксеновая решетка» О’Хары указывает, что альпинотипные ультраосновные породы находились в равновесии в очепь широком диапазоне условий.
Одна из групп ультраосновных пород, встречающихся в складчатых поясах, характеризуется рядом особенностей, которые отличают ее как от альпинотипных, так и от расслоенных габбро-перидотитовых комплексов. Это пояса перидотитовых тел цилиндрической формы, для которых характерна грубая концентрическая зональность, обусловленная чередованием дунитов, пироксенитов и роговообманковых перидотитов. Такие комплексы описаны на Аляске и Урале [22]; близкие породы известны в Японии [20]. Тейлор пришел к выводу, что эти комплексы образовались в результате последовательных интрузий расплавленных ультраосновных магм различного состава, характеризовавшихся высоким содержанием FeO, СаО и Н2O.
Вышеприведенный краткий обзор свидетельствует о том, что некоторые вопросы, относящиеся к альпинотипным ультраосновным породам, являются основой для дискуссии о составе верхней мантии. Более подробный анализ современных гипотез происхождения этих пород приведен в работе Уилли [29, 30].
Срединноокеаничсские хребты
В 1962 г. Хесс высказал предположение, что под океанами залегает слой коры, представленный серпентинизированными перидотитами, которые подобны породам, поднятым драгами со склонов Срединноатлантического хребта из желоба Пуэрто-Рико, а также образцам, собранным на скалах Св. Петра и Св. Павла на Срединноатлантическом хребте. В 1964 г. Хесс пересмотрел вопрос о значении, которое имеет эта ассоциация ультраосновных океанических пород для изучения состава верхней мантии.
Хесс [12] наметил генетические связи между ассоциацией океапических пород и сериями альпинотипных ультраосновных поясов. По его мнению, серпентиниты Пуэрто-Рико являются поднявшейся вверх океанической корой, которая, по-видимому, представляет собой измененные мантийные породы, выходящие на поверхность. Согласно Дицу [8], процесс раздвигания океанического дна мог привести к тектоническому захвату серпентинитов океанической коры залегающими выше осадками континентального поднятия. Ультра-основные альпинотипные серии формировались в период метаморфизма осадков.
Максвелл [16] обратил внимание на тот факт, что базальтовые подушечные лавы и перидотиты срединноокеанических хребтов похожи на экструзии мантийного вещества в офиолитовых комплексах альпийских складчатых поясов. Можно думать, что дальнейшее изучение срединноокеанических хребтов подтвердит предположение о том, что эти хребты являются местом развития ультраосновных поясов того же значения, как и альпинотипные пояса, но отделенных от них океаническими бассейнами.
Обсуждение результатов
Петрологические данные о составе мантии можно получить при изучении пород ультраосновных поясов, расположенных в таких районах, где нагретый мантийный материал и магма приближались к поверхности или достигали ее и где подъем этого материала контролировался крупными линейными тектоническими структурами.
Из-за длительной дифференциации щелочные породы ультраосновных платформенных поясов нельзя рассматривать в качестве прямых представителей материала мантии. Например, содержание таких элементов, как К, Rb, Sr, Ва, U, Th, С и H, в кимберлитах почти в 200 раз превышает их содержание в любом предполагаемом исходном веществе мантии (П. Г. Харрис, личное сообщение). Тем не менее можно полагать, что ксенолиты, встречающиеся в кимберлитовых трубках, представляют собой вещество мантии.
Возможно, что среди альпинотипных ультраосновных пород складчатых поясов имеются представители мантийного вещества. Однако, поскольку некоторые из них формировались путем аккумуляции в расслоенных базальтовых интрузиях или в вулканических каналах, при интерпретации имеющегося материала следует проявлять осторожность. Наложение метаморфических процессов осложняет картину генезиса альпинотипных габбро-перидотитовых ассоциаций.
При соответствующем сборе образцов со срединноокеанических хребтов возможно установление непосредственных связей между ультраосновными комплексами и веществом верхней мантии. Здесь отсутствуют расслоенные интрузии, которые затрудняют объяснение полученных данных; кроме того, на развитие этих ультраосновных пород не оказывал влияния орогенный метаморфизм.