ЗЕМЛЯ — ПЛАНЕТА В БАЗАЛЬТОВОЙ СКОРЛУПЕ

Базальтовые моря на дне океанов. Лавобрекчии. Спрединг литосферных плит

Замаскированное водной гладью дно земных океанов недоступно для прямого наблюдения. О том, как устроен лавовый плащ дна, можно судить по обломкам пород, которые выносят драги с больших глубин, где твердое дно имеет скальные выходы. Верхние слои пород океанов произошли из осажденных илов—это осадочные породы. Под ними залегают базальтовые лавы — окаменевшие глубинные расплавы. Именно базальтовый плащ называют коренным дном океана.

Выступы скальных твердых пород образуются обычно там, где земная кора рассекается трещинами — разломами. Вдоль них происходит обычно смещение коры по вертикали, и один из ее бортов приподнят относительно другого. Такие обрывы в коренном дне океанов называют эскарпами, их на дне океана очень много. О закономерностях . их расположения и связи с другими формами рельефа дна пойдет речь ниже, здесь же будет рассказано о том, чем слагается слой океанского дна, перекрытый осадочными образованиями.

Накопление осадочного слоя на дне океана контролируется его рельефом, и не столько абсолютными глубинами, сколько их1 относительными колебаниями. Малое количество осадков накапливается на- гребнях превышений, а также в верхних частях их склонов. Больше осадков — у подножий склонов и в замкнутых котловинах. Так называемая инверсия скоростей осадконакопления возникает, когда на меньших глубинах быстрее формируется осадочный чехол. Наблюдается это в случае, если в тепловодных зонах океана на подводных поднятиях, лучше освещенных и лучше прогретых, более активно накапливаются карбонатные породы. На больших глубинах при низких температурах под давлением океанских вод карбонатное вещество растворяется и способны накапливаться лишь глинистые отложения. Уровень растворения карбонатов называется критической глубиной карбонатонакопления. Есть "данные, что этот уровень изменяется с течением геологического времени.

Исследования последних 15—20 лет выявили резкую Неравномерность мощности осадочного покрова на поверхности коренных пород. Важную роль в перемещении материала под водой играют глубинные течения и оползни. Стекание материала со склонов превышений приводит к появлению обнажений на уступах и грядах магматического океанского ложа.

В изучение коренных пород дна Тихого океана с помощью драгирования большой вклад сделан советскими исследователями Г. Б. Удннцевым, П. Л. Безруковым, Н. М. Чернышовой, а также американскими исследователями Г. Менардом, супругами А. и Ц. Эн- гелями, М. Юингом, Д. Метьюзом.

Коренные породы, поднятые драгами последовательно с разных глубин коренного уступа дна океана, могут рассказать, как распределяются" они по разрезу обнаженного склона, т. е. какие преобладают. сверху или в нижних слоях. Эскарпы вдоль разломов имеют превышения до 4 км, редко более. Вдоль глубоких желобов в краях Тихого океана, хотя и фрагментами, разрез коры обнажается до глубины 10 км. Результаты драгирования являются, таким образом, очень важным документом, позволяющим судить о строении ложа до больших глубин.

Обломки магматических пород, даже очень большие, отщепленные прибором от подводных скал, могут рассказать о составе пород, типе расплава и способе застывания магмы. Однако уяснить по обломкам, как устроены магматические тела, чем они подстилаются и перекрываются, какова внутренняя зональность их строения — невозможно.

Принципиально новая информация о строении магматического дна под осадочным чехлом начала поступать в результате глубоководного бурения ложа.

Первая экспериментальная глубоководная скважина была пробурена в 1961 г. американскими геологами в районе о. Гваделупа в Тихом океане. Четыре года спустя было пробурено несколько скважин, составивших общий разрез от берегов Флориды до подводного плато Блейк. После создания Международной программы «Глубоководное бурение» в 1968 г. была пробурена первая скважина в Мексиканском заливе. С 1974 г. в этом научном Международном проекте принимает участие наша страна.

Бурение ведется со специального американского судна «Гломар Челленджер», несущего на борту до 7 км стальных буровых труб. В Мировом океане пробурено более 500 скважин, в большинстве яз них осадочный слой пройден на полную мощность, и буровые снаряды вошли непосредственно в коренные базальтовые породы дна. Поскольку бурение производится в открытом океане при средней глубине 5 км, использовать якоря для стабилизации судна нёвоз- можно. Судно удерживается над одной точкой специальный акустическим буем. Электронная система позволяет удерживать корабль в заданной точке, подавая команды на винты даже при сильных штормах и без участия человека. Поскольку буровые работы очень дороги, каждая точка бурения тщательно выбирается с учетом всех имеющихся данных.

Следует сказать, что войти буровой колонне в базальты дна океана удается только если над ними имеется не менее чем 100- иетровая осадочная покрышка. Лишь такая толща, легко поддающаяся бурению, может служить в дальнейшем «рельсами» для бура при его внедрении в более плотные породы дна.

В настоящее время в скважину, пробуренную в дне, можно снова ввести буровые трубы и продолжать бурение, заменив изношенное буровое долото. В 1981 г. был проведен первый эксперимент вскрытия прежней, законсервированной на 5 лет скважины, и повторного изучения ее ствола специальными геофизическими приборами.

Самая большая глубина, на которую удалось пройти коренное базальтовое дно океана, составляет 550 м. Это скважина 395 45-го рейса «Гломар Челленджер», расположенная в центральной части Атлантического океана. В большинстве других скважин базальты вскрыты неглубоко и пройдена лишь самая кровля лавового плаща, покрывающего дно. Это происходит потому, что базальты очень твердые породы по сравнению с перекрывающими осадочными слоями. Столь же, даже более твердыми оказались и прослои кремней, которые часто залегают над лавами в океанах. Однако и в небольших пересечениях базальтов удается выяснить среднюю мощность лавовых покровов, тип переслаивания с другими породами.

В изучении океанских коренных пород постоянно принимают  участие наши специалисты. Среди советских петрологов, внесших весомый вклад в познание типов океанских магматических пород i, условий их образования, следует назвать Л. В. Дмитриева, Б. П. Золотарева, С. И. Щеку, И. О. Мурдмаа, Н. А. Куренцову, А. И. Ша- раськина, Ю. И. Дмитриева, Л. И. Кашинцева, Д. А. Фрих-Хара,

Поскольку базальты дна океана везде перекрыты осадками, и даже там, где они обнажены, их скрывают океанские воды, судить о строении лавовой толщи можно только по принесенным драгой образцам либо по тонким столбикам буровых колонок. Чтобы сравнивать строение разрезов базальтового плаща океана и разрезы лавовых толщ на материках, желательно иметь очень часто пробуренные скважины, по которым можно обнаружить, как быстро по простиранию меняется строение толщ. Следует сказать, что близко расположенных скважин нет. Обычно даже в-районах близкого расположения станций бурений скважины одна от другой отстоят на сотни километров.

Две скважины, пробуренные в 51-ом рейсе судна «Гломар Чел- ленджер» в районе южного окончания Бермудского поднятия, отстоят одна от другой на расстояние всего 450 м. Это скважины 417А и 417Б. Глубина океана составляет в этих точках 5468 и 5482 м соответственно. Первая углубилась в породы дна на 417 м, из них нижние 206 м пройдены по базальтам. Вторая углубилась на 532,5 м, 189,5 м из которых пересекли базальты коренного дна.

Скв. 417А показала, что лавовая толща слагается пятью потоками базальтов с шаровой поверхностью, каждый из них имеет среднюю мощность 20—80 м. Между потоками лав имеются прослои ла- вобрекчий, т. е. обломков тех же лав, заполняющих промежутки между округлыми выступами кровли базальтовых покровов или между отдельными обособленными шарами лав. Среди покровов, магма которых, растекаясь, обособлялась на отдельные шары, имеется тонкий слой — интрузивное тело с более плотной кристаллической структурой и без шаровой отдельности. Центральные части шаров и срединные зоны потоков слагаются темно-серыми крепкими базальтами с крупными вкрапленниками более светлого плагиоклаза.

Лавы залегают под коричневыми глинами (возраст их — поздний мел). На поверхности самого верхнего покрова, т. е. в кровле лавовой толщи, имеются обломки измененных базальтов размеряя 2—6 см и менее. Их форма привела к предположению, что они образовались путем разрушения базальтов на мелководье. Базаль;Ы верхних покровов сильно изменены процессами выветривания, обычного для материковых лав. Эти изменения базальтов превратили их из плотной породы в бурую легко разминаемую массу, в которой сохранились реликты крупных кристаллов светлого плагиоклаза. Изучение под микроскопом показало, что свежая порода представляла собой быстро застывшую магму, в которой наряду с крупными зернами плагиоклаза имелось не успевшее раскристаллиэоваться вулканическое стекло. Изменение породы произошло уже после полного застывания расплава; оно обогатило породы калием и обеднило кремнеземом и кальцием. С углублением в толщу лав степень их вторичных преобразований оказалась меньшей. Но буроватая окраска вместо темно-серой отмечена в краях шаровых обособлений.

В скв. 417Б над толщей лав, похожих на лавы скв. 417А, залегают черные глины раннемелового возраста. Выше залегают коричневые глины, сходные с глинами в кровле лав предыдущей точки. Таким образом, лавы смежных скважин перекрываются глинами разного возраста, хотя сами они явно сходны и несомненно протягиваются в Ложе океана от одного пункта бурения до другого. Здесь толща лав состоит из 15 мелких потоков, для которых тоже характерны шаровые обособления,- Имеются также силлы — интрузивные тела долеритов. Базальты здесь гораздо менее изменены.

Толща лав, вскрытая в скважинах и сложенная маломощными покровами, сравнима с отдельными свитами или пачками базальтов трапповых провинций, которые накапливались в процессе мелких излияний, перемежающихся с выбросами туфов. Именно в таких свитах можно наблюдать на небольших расстояниях смену количества и мощностей эффузивных горизонтов и разделяющих туфовых слоев.

Лавобрекчии, разделяющие лавовые покровы, сходны с образованиями межшаровых углублений в мелких лавовых потоках среди материковых трапповых накоплений.

Гальки на поверхности покровов, покраснение поверхности шаровых лав при выветривании, говорящее о наличии в корках окислов железа, показывают, что изменение лав происходило в надводных либо в очень мелководных условиях. Интересно, что после накопления лав плащ только начал медленно и дифференцированно погружаться. Когда на поверхности лав в точке 417Б уже накопились глины, соседний участок все еще оставался приподнятым, и лавы выветривались, пока не погрузились с перекрытием более молодыми слоями, т. е. значительно позже.

Ясно, что поверхность лавовой толщи после своего накопления (а оно было около 100 млн. лет назад) по крайней мере несколько миллионов лет представляла собой прибрежное мелководье. Лишь в некоторых западинах рельефа накапливались глинистые илы. Выров- ненность и общий уровень близ моря поверхности лав был подобен условиям накопления лавовых плащей трапповых провинций. Интенсивное Погружение всего йтого участка на большие глубины 5,5 км, где сейчас находится кровля лав, произошло значительно позже.

В скв. 524 (73-й рейс «Гломар Челленджер») восточнее хребта Китовый тоже вскрыт достаточно древний базальтовый покров, перекрытый отложениями позднего мела. В самом основании скважины, в 340 м ниже ее устья, заложенного в дне океана на глубине 4796 м, залегает серия лавовых покровов и мелких силлов общей мощностью около 20 м, перемежающихся с вулканогенно-осадочны- ми слоями типа туфов. Эта толща магматических слоев не считает, ся истинным базальтовым фундаментом, который по данным геофизики лежит еще глубже, примерно на глубине 6 км. Однако данная пачка базитовых и вулканогенно-осадочных пород показывает, что последовательное наслоение лав, расслоенных 'силлами и туфами, имеет то же строение, что й лавовые пачки трапповых провинций. Выше по разрезу этой скважины в вулканогенно-осадочных породах имеется еще несколько маломощных прослоев базальтовых лав. Это подчеркивает, что вулканизм затухает постепенно, и отдельные им- пульсы проникновения расплава на поверхность продолжаются после формирования толщи наслоенных друг на друга покровов.

В качестве примера разреза плаща лав дна молодого окраинного моря запада Тихого океана приведем разрез скважины 447А, пройденной на востоке Западно-Филиппинской впадины. Здесь под глубоководными глинами и под слоем пепловых туфов вскрыта мощная (182 м) пачка из серии чередующихся базальтовых прослоев. Часть из них имеет массивное строение, другие обнаруживают шаровые обособления. Эти лавы представляют собой наслоенные один на другой покровы. По составу расплава и облику эффузивных пород они неотличимы от типичных толеитовых базальтов других частей океанского дна.

Большинство скважин в океане остановлены при вхождении в базальты из-за сложностей бурения-. Обычно вскрываются 1—2 м кровли лав либо фрагменты базальтового состава, значительно насыщающие породы. Гораздо реже скважины углубляются в базальты на первые десятки метров. Но даже и они дают информацию о  базальтах, участвующих £ строении дна океанов.

Скв. 205 (26-й рейс) в Южно-Фиджийской котловине, заложенная на глубине 4320 м, вскрыла ниже забоя на 345 м под толщей карбонатных илов олигоцена около 10 м однородных массивных базальтов с вкрапленниками плагиоклаза. На всю мощность это магматическое тело является однородным. Вполне возможно, что оно представляет собой крупный покров. В перекрывающем осадочном слое имеется также секущее тело — видимо, край интрузивной дамки долерита. Она, возможно, прорывает тйкже и нижний покров. Рядом с дайкой органические карбонатные остатки перекристаллизованы, что говорит о контактовом влиянии застывавшего расплава. Здесь, очевидно, вскрыта верхняя часть плаща лав, который в ближних участках имеет и более высокие лавовые горизонты. Для них секущие дайки могли являться подводящими каналами.

СКВ. 167 (27-й рейс) в Центрально-Тихоокеанском бассейне на северном склоне Магелланова поднятия с глубиной дна 3176 м под известняками и кремнистыми глинами позднеюрского возраста на глубине от устья скважины около 1200 м вскрыла пачку базальтов общей мощностью 12 м. Породы сильно выветрелые, пронизаны жилами кальцита, местами базальты брекчированы, что позволяет предполагать не один покров, а несколько щаломощных покровов, перекрывающих друг друга с разделяющими их прослоями туфобрек- чий. Структура пород очень мелкокристаллическая в нижних прослоях. В верхних частях базальтовой пачки в породах имеются вкрапленники плагиоклазов. Различие структур тоже показывает на существование нескольких последовательно застывших потоков расплавленной лавы.

Скв. 57' (6-й рейс) на северном склоне Каролинского поднятия с глубиной океана 3300 м вскрыла в 335 м ниже устья контакт пород писчего мела с магматическим телом. Контакт неровный, который может означать интрузивное внедрение магмы, тогда тело надо считать силлом. Это как будто подтверждается хорошей раекристал- лизованностью пород, не типичной для быстро остывающих стекловатых лав. Однако контактовые изменения отсутствуют, что скорее говорит о вскрытии кровли мощного покрова. Подобные покровы мощностью более 20 м слагаются в трапповых провинциях полнокристаллическими базальтами, неотличимыми от интрузивных образований.

Скв. 155 (6-й рейс) на востоке Тихого океана близ Панамского перешейка, заложенная на глубине 2752 м, вскрыла под карбонатными илами миоцена мощностью 519 м 17-метровую пачку базальтов. Базальты полнокристаллические, слабо выветрелые в условиях недостатка кислорода. Это небольшие покровы, разделенные обломочными частицами карбонатных пород, не испытавших контактовых изменений. Похоже, что эти базальтовые потоки застывали в подводной среде.

Скв. 304 (32-й рейс), заложенная юго-восточнее Японии на глубине 5630 м, вскрыла под 334-метровой толшей карбонатных илоз с кремнистыми линзами мелооого возраста базальты на глубину 13 м. Базальты разной раскристаллизованности и разной степени вывет- релости в разных потоках. В некоторых прослоях обнаружены круп- \ ные вкрапленники плагиоклаза и темного пироксена, в других они отсутствуют. Это говорит о нескольких переслаивающихся лавовых телах. Это же подтверждается находкой внутри пачки базальтов кусочков осадочных образований со следами жизнедеятельности подводных организмов.

Скв. 257- (26-й рейс) в бассейне Вартон Индийского океана, заложенная на глубине 5278 м, вскрыла ниже толщи глин и Мела мощностью 260 м мелового возраста и 64-метровую пачку базальтов. Это среднезернистые базальты с оливином, слагающие семь или восемь отдельных покровов. Некоторые из них совсем небольшой мощности. Верхние потоки имеют трещиноватость, связанную с застыванием под водой. Имеются небольшие прослои осадочных пород, накопившихся между извержениями лав. Некоторые из потоков хорошо раскристаллиэопаны, с крупными вкрапленниками плагиоклаза. В каждом потоке установлена зональность по вертикали, более крупнозернистые разности с оливином тяготеют к основанию покровов. В породах также имеются вторично измененное вулканическое стекло, свидетельствующее о быстрой кристаллизации расплава.

Результаты изучения лав в кровле базальтовых плащей, покрывающих дно океана, позволяют утверждать, что лавовые покровы, перекрытые разновозрастными осадками и расположенные в различных местах океанского ложа, имеют ряд сходных черт. Все они, ч крупные или мелкие, разделенные прослоями осадков или туфоген. ными слоями, формировались на поверхности суши либо в очень мелководном море, так что кровля покровов подвергалась выветриванию или разрушению волнами. Все толщи лав йместе с подсти. лающим их субстратом были погружены под океанские воды на большие глубины значительно позже своего образования.

Лавовые пачки, расслоенные осадками, либо состоящие из потоков, переслаивающих друг друга, построены одинаково с лавовыми плащами трапповых провинций. Никакие специфические особенности строения пачек не позволяют считать, что стиль накопления эффузивных и эксплозивных пород нынешнего дна океана был иным, чем в плато-базальтовых провинциях материков.

Эти обстоятельства мы подчеркиваем потому, что существует широко распространенное мнение об особом типе накопления океанских базальтов, о том, что они формируются практически из одной «расширяющейся» трещины. Такая трещина предполагается в осевой зоне океана.-Поставляя одну порцию лавы из недр, она наращивается— залечивается по краям застывшим расплавом. Потом сквозь центр трещины прорывается новая порция лавы, вновь залечивает трещину по краям, «расталкивая» ее стенки и отодвигая блоки земной коры в разные стороны. Эти блоки земной коры огромны, их называют «литосферными плитами», объединяющими _ континентальные массивы вместе с частями океана, подходящими к срединной океанской трещцне с двух сторон. Лавовое дно с позиций этой концепции состоит в нижней части из прислоненных друг к другу застывших базальтовых даек, а в верхней — из последовательно отходящих от серии даек «елочки» лавовых покровов.

Предполагается, что такой процесс «разрастания» от начальных трещин всего океанского дна внутри сразу (I) всех океанов Земли длится с начала мезозоя до настоящего времени. Начальными главными трещинами в океанах считаются рифтовые зоны срединных океанских хребтов..

Даже приведенные примеры строения кровли базальтовых плащей океанов говорят о том, что реальные соотношения наслоенных друг на друга базальтовых потоков с мелкими подводящими каналами — дайками такие же, как на материках. Наличие среди лав более поздних интрузивных силлов показывает, что везде в океанах в эпохи образования лавовых плащей все время, вплоть до момента накопления кровли и даже после образования лав и отложении осадков, происходило местное проникновение магмы из глубин. Магматические очаги под областью образования океанских лавовых плащей были столь же многочисленны, как и в недрах трапповых провинций. Количество расплава из многих очагов и химический состав расплавов создали те различия в мощности и строении отдельных покровов, которые обнаружило океанское бурение.

Сторонники «спрединга литосферных плит» учитывают также наличие поверх плаща лав поздних вулканических гор. Считается, что отдельные участки дна, сформированные в первоначальной материнской щели — трещине вдоль рифта, «проезжают» вместе со всей 'базальтовой «плитой» над определенными, фиксированными на глубине «горячими точками». Оттуда магма периодически «простреливает» плиту вулканическим взрывом и выбрасывает магму. Получается, что активность недр под океанской литосферой практически исчезает после «отодвигания» участка от зоны океанского рифта. Однако постоянное присутствие интрузивных тел в верхних горизонтах океанских лавовых плащей — свидетель того, что каждый участок в океане находился над «горячей точкой» от начала до конца накопления главного плаща лав. Вдоль отдельных зон глубинных нарушений недра сохраняли свою активность и значительно позднее. Именно здесь вырастали архипелаги вулканических* островов н подводных гор.

Сходство внутреннего строения вулканического плаща дна океана со строением трапповых плащей на материках позволяет считать, что наиболее вероятно и в океане магма проникала к поверхности по сложной сети многочисленных мелких подводящих каналов, расположенных над местными неглубокими магматическими ка- мерами. Связь этих камер с глубинными источниками магмы должна была поддерживаться, как и на материках, в течение всей эпохи накопления вулканитов.

Глубоководное бурение принесло также данные о залегании интрузивов в слоях осадочных пород. Эти данные очень интересны для сравнения с положением интрузивных тел в осадочных слоях под трапповымн плащами. Речь идет о скважинах 64-го рейса, пройденных близ рифтовой зоны Восточно-Тихоокеанского поднятия у Калифорнийского залива. Здесь пробурена серия из 4-х скважин (477, 477А, 478 и 481А) внутри очень молодых позднечетвертичных осадков. Скважины вскрыли силлы на разной глубине. Самый нижний силл имеет мощность более 120 м и насквозь не пройден. Более верхние маломощные интрузивы присутствуют в одних скважинах. и отсутствуют в других. Однако общая мощность толщи не меняется. Американские геологи считают, что при внедрении интрузивы не деформируют осадочную толщу, но производят определенное уплотнение вмещающих пород — влажных осадков. Если «снять» это влияние, то физические параметры осадочных слоев окажутся такими же, как в соседних скважинах, где интрузивные тела отсутствуют. Их гипотеза для решения «проблемы пространства» сводится к тому что внедряющаяся раскаленная магма испаряет — выгоняет осадка тот самый объем поровых вод, который необходим дЛц внедрения силла. Силл внедряется без поднятия перекрывающих ц без проседания подстилающих слоев. Отгонка вод раскаленной маг. мой порождает гидротермальную активность, горячие воды выносят вверх материал, осаждаемый затем на дне.

Говоря о «проблеме пространства» для интрузивных траппов (см. выше), которые «вставлены» в раму вмещающих пород без нарушения ее слоистости, мы имели в виду подлавовые интрузивы, Здесь идет речь о надлавовых телах. Однако смысл явления не меняется. »