_4.jpg/1280px-Chromitic_serpentinite_(Little_Port_Complex,_Bay_of_Islands_Ophiolite,_Middle_Cambrian,_505_Ma;_Springer's_Hill_outcrop,_Lewis_Hills,_Newfoundland)_4.jpg)
Офиолит — это часть океанической коры Земли и подстилающей ее верхней мантии , которая была поднята и обнажена и часто внедрена в породы континентальной коры .
Греческое слово ὄφις, ophis ( змея ) встречается в названии офиолитов из-за поверхностной текстуры некоторых из них. Серпентинит особенно напоминает змеиную кожу. (Суффикс -lite происходит от греческого « lithos» , что означает «камень».) Некоторые офиолиты имеют зеленый цвет. Происхождение этих пород, присутствующих во многих горных массивах , оставалось неопределенным до появления теории тектоники плит .
Их огромное значение связано с их появлением в горных поясах, таких как Альпы и Гималаи , где они документально подтверждают существование бывших океанских бассейнов , которые теперь были поглощены субдукцией . Это открытие стало одним из основополагающих столпов тектоники плит , а офиолиты всегда играли центральную роль в теории тектоники плит и интерпретации древних горных поясов.
Стратиграфическая последовательность , наблюдаемая в офиолитах, соответствует процессам литосферообразования на срединно-океанических хребтах . Слои в последовательности сверху вниз:
Конференция Пенроуза Геологического общества Америки по офиолитам в 1972 году определила термин «офиолит», включающий все слои, перечисленные выше, включая слой осадочных пород, образовавшийся независимо от остальной части офиолита. [1] Недавно это определение было оспорено, поскольку новые исследования океанической коры, проведенные в рамках Комплексной программы океанского бурения и других исследовательских экспедиций, показали, что океанская кора in situ может весьма различаться по толщине и составу и что в некоторых местах слоистые дайки располагаются непосредственно на перидотитовый тектонит , без промежуточных габбро .
Офиолиты были обнаружены в большинстве орогенических поясов мира . [2] Однако два компонента формирования офиолитов являются предметом дискуссий: происхождение последовательности и механизм внедрения офиолитов. Размещение - это процесс поднятия толщи над континентальной корой меньшей плотности. [3]
Некоторые исследования подтверждают вывод о том, что офиолиты образовались как океаническая литосфера . Исследования сейсмической скоростной структуры предоставили большую часть современных знаний о составе океанической коры. По этой причине исследователи провели сейсмическое исследование офиолитового комплекса ( Залив Островов, Ньюфаундленд ), чтобы установить сравнение. Исследование пришло к выводу, что скоростные структуры океанов и офиолитов идентичны, что указывает на происхождение офиолитовых комплексов как океанической коры. [4] Следующие наблюдения подтверждают этот вывод. Породы, зарождающиеся на морском дне, имеют химический состав, сравнимый с неизмененными слоями офиолитов: от элементов первичного состава, таких как кремний и титан, до микроэлементов. Морское дно и офиолитовые породы имеют небольшое количество минералов, богатых кремнеземом; присутствующие имеют высокое содержание натрия и низкое содержание калия. [5] Температурные градиенты метаморфозы офиолитовых подушечных лав и даек аналогичны тем, которые встречаются сегодня под океанскими хребтами. [5] Данные по месторождениям металлических руд , присутствующих в офиолитах и вблизи них, а также по изотопам кислорода и водорода позволяют предположить, что прохождение морской воды через горячий базальт вблизи хребтов растворяло и переносило элементы, которые выпадали в осадок в виде сульфидов при контакте с нагретой морской водой. с холодной морской водой. То же самое явление происходит вблизи океанических хребтов в формации, известной как гидротермальные жерла . [5] Последним доказательством происхождения офиолитов как морского дна является область формирования отложений над подушечными лавами: они отлагались в воде на глубине более 2 км, вдали от отложений наземного происхождения. [5] Несмотря на вышеизложенные наблюдения, существуют несоответствия в теории офиолитов как океанической коры, которые предполагают, что вновь образовавшаяся океанская кора следует полному циклу Вильсона перед внедрением в качестве офиолита. Для этого требуется, чтобы офиолиты были намного старше орогений, на которых они лежат, и, следовательно, были старыми и холодными. Однако радиометрическое и стратиграфическое датирование показало, что офиолиты подверглись внедрению в молодом и жарком возрасте: [5] возраст большинства из них составляет менее 50 миллионов лет. [6] Таким образом, офиолиты не могли следовать полному циклу Вильсона и считаются атипичной океанской корой.
До сих пор нет единого мнения относительно механизма внедрения — процесса, посредством которого океаническая кора поднимается на окраины континентов, несмотря на относительно низкую плотность последних. Тем не менее, все процедуры размещения состоят из одних и тех же этапов: инициирование субдукции , надвигание офиолита на окраину континента или доминирующую плиту в зоне субдукции и контакт с воздухом. [7]
Гипотеза, основанная на исследованиях, проведенных на комплексе залива Островов в Ньюфаундленде, а также на комплексе Восточный Вардар в Апусенских горах Румынии [8], предполагает, что неравномерная континентальная окраина, сталкивающаяся с островодужным комплексом, вызывает образование офиолитов в тыловой дуге. таз и обдукция из-за компрессии. [9] Континентальная окраина, мысы и входящие потоки по всей ее длине прикреплены к погружающейся океанической коре, которая отклоняется от нее под островодужным комплексом. По мере субдукции плавучий континент и комплекс островных дуг сходятся, первоначально сталкиваясь с мысами. Однако океаническая кора все еще находится на поверхности между мысами, еще не погрузившись под островную дугу. Считается, что субдуцирующая океаническая кора отделилась от окраины континента, что способствовало субдукции. В случае, если скорость отступления траншеи превышает скорость продвижения комплекса островодужных траншей, произойдет откат траншеи и, как следствие, произойдет расширение перекрывающей плиты, что позволит комплексу островодужных дуг соответствовать скорости отступления траншеи. Расширение — задуговой бассейн — образует океаническую кору — офиолиты. Наконец, когда океаническая литосфера полностью погружается, режим растяжения островодужного комплекса становится сжатым. Горячая, положительно плавучая океанская кора от расширения не будет погружаться, а вместо этого будет погружаться в островную дугу в виде офиолита. По мере сохранения сжатия офиолит внедряется на окраину континента. [9] Судя по изотопному анализу Sr и Nd, офиолиты имеют сходный состав с базальтами срединно-океанических хребтов, но обычно содержат слегка повышенное содержание крупных ионных литофильных элементов и обеднение Nb. Эти химические признаки подтверждают, что офиолиты образовались в задуговом бассейне зоны субдукции.
Генерация и субдукция офиолитов также может быть объяснена, как предполагается на основании данных офиолитов Берегового хребта Калифорнии и Нижней Калифорнии, изменением местоположения и полярности субдукции. [10] Океаническая кора, прикрепленная к окраине континента, погружается под островную дугу. Доофиолитовая океаническая кора образована задуговым бассейном. Столкновение континента и островной дуги инициирует новую зону субдукции в задуговом бассейне, погружающуюся в противоположном направлении от первой. Образовавшийся офиолит становится вершиной новой преддуги субдукции и поднимается (над аккреционным клином ) за счет отделения и сжатия. [10] Проверка двух вышеупомянутых гипотез требует дальнейших исследований, как и другие гипотезы, доступные в современной литературе по этому вопросу.
Ученые пробурили океаническую кору толщиной всего 6–7 километров всего на 1,5 км, поэтому научное понимание океанической коры во многом основано на сравнении структуры офиолитов с сейсмическими измерениями океанической коры in situ . Океаническая кора обычно имеет слоистую скоростную структуру, которая подразумевает наличие слоистых серий пород, аналогичных перечисленным выше. Но в деталях существуют проблемы: многие офиолиты демонстрируют более тонкие скопления магматических пород, чем предполагается для океанической коры. Другая проблема, связанная с океанической корой и офиолитами, заключается в том, что толстый слой габбро офиолитов требует наличия больших магматических камер под срединно-океаническими хребтами. Однако сейсмическое зондирование срединно-океанических хребтов выявило лишь несколько магматических очагов под хребтами, и они весьма маломощны. Несколько глубоких скважин в океанической коре перехватили габбро, но оно не слоистое, как офиолитовое габбро. [ нужна цитата ]
Циркуляция гидротермальных жидкостей через молодую океаническую кору вызывает серпентинизацию , изменение перидотитов и изменение минералов в габбро и базальтах в низкотемпературные комплексы. Например, плагиоклаз , пироксены и оливин в пластинчатых дайках и лавах изменятся в альбит , хлорит и серпентин соответственно. Нередко над сильно измененными эпидозитами ( эпидот - кварцевые породы) обнаруживаются рудные тела типа богатых железом сульфидных месторождений , которые являются свидетельством существования реликтовых черных курильщиков , продолжающих действовать в пределах донных спрединговых центров океанских хребтов и сегодня. [ нужна цитата ]
Таким образом, есть основания полагать, что офиолиты действительно представляют собой океаническую мантию и кору; однако при присмотре возникают определенные проблемы. Помимо упомянутых выше проблем толщины слоев, возникает проблема, связанная с различиями в составе кремнезема (SiO 2 ) и титана (TiO 2 ). Содержание офиолитовых базальтов помещает их в область зон субдукции (~55% кремнезема, <1% TiO2 ) , тогда как базальты срединно-океанических хребтов обычно содержат ~50% кремнезема и 1,5–2,5% TiO2 . Эти химические различия распространяются и на ряд микроэлементов (то есть химических элементов, встречающихся в количествах 1000 ppm или меньше). В частности, микроэлементы, связанные с вулканами зоны субдукции (островной дуги), как правило, высоки в офиолитах, тогда как микроэлементы, которые высоки в базальтах океанских хребтов, но низки в вулканитах зоны субдукции, также имеют низкое содержание в офиолитах. [11]
Кроме того, порядок кристаллизации полевого шпата и пироксена (клино- и ортопироксена) в габбро меняется на противоположный, а офиолиты, по-видимому, также имеют многофазную магматическую сложность наравне с зонами субдукции. Действительно, появляется все больше свидетельств того, что большинство офиолитов образуются, когда начинается субдукция, и, таким образом, представляют собой фрагменты преддуговой литосферы. Это привело к введению в 1980-х годах термина «офиолиты надсубдукционной зоны» (SSZ), чтобы признать, что некоторые офиолиты более тесно связаны с островными дугами, чем с океанскими хребтами. Следовательно, некоторые из классических проявлений офиолитов, которые считались связанными со спредингом морского дна (Трудос на Кипре , Семаил в Омане ), оказались офиолитами «SSZ», образовавшимися в результате быстрого расширения преддуговой коры во время начала субдукции. [12]
Преддуговая установка для большинства офиолитов также решает сложную в противном случае проблему того, как океаническая литосфера может располагаться поверх континентальной коры. Похоже, что континентальные аккреционные отложения, если они будут перенесены нисходящей плитой в зону субдукции, заклинят ее и заставят субдукцию прекратиться, что приведет к отскоку аккреционной призмы с преддуговой литосферой (офиолитом) на ее вершине. Офиолиты, составы которых сопоставимы с эруптивными обстановками типа горячей точки или нормальным базальтом срединно-океанических хребтов , редки, и эти образцы обычно сильно расчленены в аккреционных комплексах зоны субдукции. [ нужна цитата ]
Офиолиты распространены в орогенных поясах мезозойского возраста, подобных тем, которые образовались в результате закрытия океана Тетис . Офиолиты в архейских и палеопротерозойских областях редки. [13]
Большинство офиолитов можно разделить на две группы: тетскую и кордильерскую. Тетические офиолиты характерны для тех, которые встречаются в восточной части Средиземного моря, например, в Троодосе на Кипре, и на Ближнем Востоке, например, в Семаиле в Омане, которые состоят из относительно полных серий горных пород, соответствующих классическому комплексу офиолитов и которые были внедрены на пассивную континентальную окраину, более или менее нетронутую (Тетис — название древнего моря, которое когда-то разделяло Европу и Африку). Кордильерские офиолиты характерны для тех, которые встречаются в горных поясах западной части Северной Америки (« Кордильеры » или хребет континента). Эти офиолиты залегают на аккреционных комплексах зоны субдукции (субдукционных комплексах) и не имеют ассоциации с пассивной континентальной окраиной. К ним относятся офиолиты Берегового хребта Калифорнии, офиолиты Жозефины в горах Кламат (Калифорния, Орегон) и офиолиты южных Анд Южной Америки. Несмотря на различия в способах внедрения, оба типа офиолитов имеют исключительно надсубдукционное происхождение (ССЗ). [14]
По способу залегания неопротерозойские офиолиты, по-видимому, демонстрируют характеристики как базальтовых офиолитов срединно-океанического хребта (MORB), так и офиолитов типа SSZ, и классифицируются от самых старых к самым молодым на: (1) неповрежденные офиолиты MORB (MIO); 2 – расчлененные офиолиты (DO); и (3) офиолиты, ассоциированные с дугами (ААО) (Эль Бахария, 2018). В совокупности исследованные офиолиты Центрально-Восточной пустыни (CED) относятся как к офиолитам базальтов MORB/задугового бассейна (BABB), так и к офиолитам SSZ. Они пространственно и временно не связаны между собой, и поэтому кажется вероятным, что эти два типа не связаны петрогенетически . Офиолиты встречаются в разных геологических условиях и представляют собой изменение тектонической обстановки офиолитов от MORB до SSZ с течением времени.
Термин офиолит возник из публикаций Александра Броньяра в 1813 и 1821 годах. В первом он использовал офиолит для обозначения серпентинитовых пород, обнаруженных в крупномасштабных брекчиях , называемых меланжами . [15] [16] Во второй публикации он расширил определение, включив в него различные магматические породы, такие как габбро , диабаз , ультраосновные и вулканические породы. [16] Таким образом, офиолиты стали названием известной ассоциации горных пород, встречающихся в Альпах и Апеннинах Италии. [16] После работы в этих двух горных системах Густав Штайнманн определил то, что позже стало известно как «Троица Штайнмана»: смесь серпентина , диабаза - спилита и кремня . [16] Признание «Троицы Штейнмана» спустя годы послужило созданию теории о расширении морского дна и тектонике плит . [17] Ключевое наблюдение Штайнмана заключалось в том, что офиолиты были связаны с осадочными породами, отражающими бывшую глубоководную среду. [16] Сам Штейнманн интерпретировал офиолиты («Троицу»), используя концепцию геосинклинали . [18] Он считал, что альпийские офиолиты представляют собой «подводные излияния, выходящие вдоль надвигов на активный фланг асимметрично укорачивающейся геосинклинали». [19] Очевидная нехватка офиолитов в Перуанских Андах , как предположил Штайнманн, произошла либо из-за того, что Андам предшествовала неглубокая геосинклиналь, либо из-за того, что они представляли собой лишь окраину геосинклинали. [18] Таким образом, горы Кордильерского типа и Альпийского типа должны были в этом отношении различаться. [18] В моделях Ганса Стилле тип геосинклинали, называемый эвгеосинклиналями, характеризовался возникновением «начального магматизма», который в некоторых случаях соответствовал офиолитовому магматизму. [18]
Поскольку в геологии преобладала теория тектоники плит [1] и теория геосинклиналей устарела [20], офиолиты стали интерпретироваться в новых рамках. [1] Они были признаны фрагментами океанической литосферы , а дайки рассматривались как результат тектоники растяжения на срединно-океанических хребтах . [1] [21] Плутонические породы , обнаруженные в офиолитах, считались остатками бывших магматических камер. [1]
В 1973 году Акихо Миясиро произвел революцию в общепринятых представлениях об офиолитах и предположил островное происхождение знаменитого офиолита Троодос на Кипре , утверждая, что многочисленные лавы и дайки в офиолитах имели известково-щелочной химический состав . [22]
Примерами офиолитов, оказавших влияние на изучение этих горных пород, являются:
