Keywords
lower crust
exhumation
spreading
serpentinization
tectonic delamination
Section
Abstract
The article presents examples of exhumation of the upper mantle and lower crust rocks in various areas of the Atlantic Ocean and the mechanisms of translation of these deep formations to the upper crust horizons in the transition zone from the continent to the ocean, in areas of oceanic rises and troughs, in the ridge zone of the slow-spreading Mid-Atlantic ridge. The latter is considered on the basis of original data obtained during many years of geological and geophysical research in the Central Atlantic by the research vessel «Academician Nikolay Strakhov». The main attention is paid to the oceanic core complexes, which are potential sites for the extraction of polymetallic sulfide ores and natural laboratories for studying the processes of ore genesis in the oceanic lithosphere and the formation of abiogenic hydrocarbons. It is shown that the translation of deep rocks to the bottom of the Central Atlantic took place throughout the history of its opening, starting with the rifting of the continental lithosphere in the Early Cretaceous and ending with the formation of oceanic core complexes in the axial part of the Mid-Atlantic Ridge at the present stage. It is concluded that the exhumation of upper mantle and lower crust rocks is a vivid manifestation of the tectonic delamination of the Central Atlantic lithosphere.
References
Акимцев В.А., Шарапов В.Н., Колобов В.Ю. и др. Гидротермальная активность зоны сочленения Срединно-Атлнтического хребта с трансформным разломом Зеленого Мыса // Геологические исследования в Центральной Атлантике. Новосибирск: ОИГГМ РАН, 1991. С. 37–50 [Akimtsev V.A., Sharapov V.N., Kolobov V.Yu. et al. Gidrotermalnaya aktivnost zony sochleneniya Sredinno-Atlnticheskogo hrebta s transformnym razlomom Zelenogo Mysa // Geologicheskie issledovaniya v Central’noj Atlantike. Novosibirsk: OIGGM RAN, 1991. P. 37–50 (in Russian)].
Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопрявления Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997. 167 с. [Bogdanov Yu.A. Gidrotermalnye rudopryavleniya Sredinno-Atlanticheskogo hrebta. Moscow: Nauchnyj mir, 1997. 167 p. (in Russian)].
Бортников Н.С., Шарков Е.В., Силантьев С.А. и др. Разновозрастные цирконы и их изотопный состав (Hf, O) в породах осевой зоны Срединно-Атлантического хребта: свидетельства неоднократного плавления гетерогенной мантии и эпизодической аккреции океанической коры в зоне спрединга // Петрология. 2022. T. 30. № 1. С. 3–30 [Bortnikov N.S., Sharkov E.V., Silantyev S.A. et al. Multiple melting of a heterogeneous mantle and episodic accretion of oceanic crust in a spreading zone: zircon U-Pb age and Hf-O isotope evidence from an oceanic core complex of the Mid-Atlantic ridge // Petrology. 2022. Т. 30. № 1. P. 3–30].
Дарвин Ч. Дневник Чарльза Дарвина во время путешествия вокруг света на корабле Бигль // Иллюстрированное собрание сочинений Чарльза Дарвина. Т. 2. М.: Издание Ю. Лепковского, 1908. 373 с. [Darwin Ch. Charles Darwin’s Beagle Diary // Illustrated collection of Charles Darwin works. V. 2. Moscow: Yu. Lepkovsky publishing, 1908. 373 p. (in Russian)].
Денисова Е.А. Ультраосновные милониты о. Сан-Паулу (Экваториальная Атлантика) // ДАН. 1991. Т. 319. № 5. С. 1167–1172 [Denisova E.A. Ul’traosnovnye milonity o. San-Paulu (Ekvatorial’naya Atlantika) // Doklady Earth Sciences. 1991. V. 319. № 5. P. 1167–1172 (in Russian)].
Дмитриев Л.В., Базылев Б.А., Борисов М.В. и др. Образование водорода и метана при серпентинизации мантийных гипербазитов океана и происхождение нефти // Росийский журнал наук о Земле. 1999. Т. 1. № 6. С. 511–519 [Dmitriev L.V., Bazylev B.A., Borisov M.V. et al. Hydrogen and methane formation with serpentization of mantle hyperbasite of the Ocean and oil generation // Russian Journal of Earth Sciences. 1999. V. 1. № 6. P. 511–519 (in Russian)].
Добрецов Н.А., Зоненшайн Л.П., Казьмин М.И. и др. Разрез океанической коры трога Кинг (Центральная Атлантика) // Известия АН СССР. Серия геологическая. 1991. № 8. С. 141–145 [Dobretsov N.A., Zonenshajn L.P., Kazmin M.I. et al. Razrez okeanicheskoj kory troga King (Central’naya Atlantika) // Izvestia AN SSSR. Seria geologicheskaya. 1991. № 8. P. 141–145 (in Russian)].
Дубинин Е.П., Свешников А.А. Геодинамические обстановки серпентинизации перидотитов в пределах океанской литосферы // Международная научная конференция (Школа) по морской геологии. М.: ИО АНСССР, 1999. Т. 2. С. 128–131 [Dubinin E.P., Sveshnikov A.A. Geodinamicheskie obstanovki serpentinizacii peridoitov v predelah okeanskoj litosfery // Mezhdunarodnaya nauchnaya konferenciya (Shkola) po morskoj geologii. Moscow: IO ANSSSR, 1999. V. 2. P. 128–131 (in Russian)].
Книппер А.Л., Шараськин А.Я. Эксгумация пород верхней мантии и нижней коры при рифтогенезе // Геотектоника. 1998. № 5. С. 19–31 [Knipper A.L., Sharaskin A.Ya. Eksgumaciya porod verhnej mantii i nizhnej kory pri riftogeneze // Geotektonika. 1998. № 5. P. 19–31 (in Russian)].
Книппер А.Л., Разницин Ю.Н. Синхронность сжатия в литосфере Центральной Атлантики и Западного Тетиса на границе тортон-мессиний // Геотектоника. 2008. № 1. С. 27–37 [Knipper A.L., Raznitsin Yu.N. Synchronism in compression of the Lithosphere in the Central Atlantic and Western Tethys at the Tortonian-messinian transition // Geotectonics. 2008. V. 42. № 1. P. 21–30].
Кропоткин П.Н., Ларионов Л.В. Современное напряженное состояние земной коры и механизм возникновения зон растяжения и рифтов на фоне глобального сжатия // Основные проблемы рифтогенеза. Новосибирск: Наука, 1977. С. 19–25 [Kropotkin P.N., Larionov L.V. Sovremennoe napryazhennoe sostoyanie zemnoj kory i mekhanizm vozniknoveniya zon rastyazheniya i riftov na fone global’nogo szhatiya // Osnovnye problemy riftogeneza. Novosibirsk: Nauka, 1977. P. 19–25 (in Russian)].
Лавров В.М., Бараш М.С. Тектонические фазы в развитии Срединно-Атлантического хребта // Известия АН СССР. Сер. геол. 1976. № 3. С. 5–12. [Lavrov V.M., Barash M.S. Tektonicheskie fazy v razvitii Sredinno-Atlanticheskogo hrebta // Izvestija AN SSSR. Ser. geol. 1976. № 3. P. 5–12 (in Russian)].
Леин А.Ю., Гурвич Е.Г., Богданов Ю.А., Гричук Д.В. Новый тип гидротермальных растворов, обогащенных водородом и метаном, в рифтовой зоне Срединно-Атлантического хребта // ДАН. 2000. Т. 375. № 3. С. 380–383 [Lein A.Yu., Gurvich E.G., Bogdanov Yu.A., Grichuk D.V. A New Type Of Hydrogen- And Methane-Rich Hydrothermal Solutions In The Rift Zone Of The Mid-Atlantic Ridge // Doklady Earth Sciences. 2000. V. 375A. P. 1391–1394].
Леин А.Ю., Сагалевич А.М. Курильщики поля Рейнбоу — район масштабного абиогенного синтеза метана // Природа. 2000. № 8. С. 44–53 [Lein A.Yu., Sagalevich A.M. Kuril’shchiki polya Rejnbou — rajon masshtabnogo abiogennogo sinteza metana // Priroda. 2000. № 8. P. 44–53 (in Russian)].
Лобковский Л.И. Геодинамика зон спрединга, субдукция и двухярусная тектоника плит. М.: Наука, 1988. 252 с. [Lobkovsky L.I. Geodinamika zon spredinga, subdukciya i dvuhyarusnaya tektonika plit. Moscow: Nauka, 1988. 252 p. (in Russian)] .
Мазарович А.О. Тектоническая конвергенция трансформных разломов в Приэкваториальной Атлантике.// ДАН. 1994. Т. 335. № 1. С.70–73. [Mazarovich A.O. The Tectonic Convergence of the Transform Faults in the Equatorial Atlantic. // Doklady Earth Sciences. 1994. V. 335. № 1. P. 70–73].
Мазарович А.О. Геологическое строение Центральной Атлантики: разломы, вулканические сооружения и деформации океанского дна // (Тр. ГИН РАН; Вып. 530). М.: Наука, 2000. 176 с. [Mazarovich A.O. Geological structure of Central Atlantic: fracture zones, volcanic edifices and deformations of the ocean floor // (Transaction of the Geological Institute. V. 530. Moscow: Scientific World, 2000. 176 p. (in Russian)].
Пейве А.А., Савельева Г.Н., Симонов В.А. и др. Структура и деформации пограничной зоны перехода кора–мантия в разломе Вима, Центральная Атлантика // Геотектоника. 2001. № 1. С. 16–35 [Peyve A.A., Saveleva G.N., Simonov V.A. et al. Struсture and Deformations of mantle-crust transition framing zone at Vema transform fault, Central Atlantic // Geotectonics. 2001. № 1. P. 16–35 (in Russian)].
Перфильев А.С., Разницин Ю.Н., Пейве А.А. и др. Зона сочленения разлома Зеленого Мыса и южного сегмента рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта: магматизм и структура // Петрология. 1996. Т. 4. № 2. С. 183–199 [Perfilev A.S., Raznitsin Yu.N., Peive A.A. et al. MAR Rift Valley And Fifteen Twenty Fracture Zone Intersection: Magmatism And Structure // Petrology. 1996. V. 4. № 2. P. 168–183].
Пущаровский Ю.М., Пейве А.А., Разницин Ю.Н. и др. Разлом Зеленого Мыса: вещественный состав пород и структуры (Центральная Атлантика) // Геотектоника. 1988. № 6. С. 18–31 [Pushcharovsky Yu.M., Peyve A.A., Raznitsin Yu.N. et al. Razlom Zelenogo Mysa: veshchestvennyj sostav porod i struktury (Central’naya Atlantika) // Geotektonika. 1988. № 6. P. 18–31 (in Russian)].
Разницин Ю.Н. Строение и геодинамика южного поперечного хребта зоны разлома Вима в Центральной Атлантике // Геотектоника. 2001. № 3. С. 80–87 [Raznitsin Yu.N. Stroenie i geodinamika yuzhnogo poperechnogo hrebta zony razloma Vima v Centralnoy Atlantike // Geotektonika. 2001. № 3. V. 80–87 (in Russian)].
Разницин Ю.Н. Роль тектонического расслаивания литосферы в образовании гидротермальных полей и метановых факелов в Атлантическом океане // Геотектоника. 2003. № 6. С. 3–17 [Raznitsin Yu.N. The role of tectonic delamination of lithospere for formation of hydrothermal fields and metan plumes related to the ultramafic rocks in the Atlantic ocean // Geotectonics. 2003. V. 37. № 6. P. 435–447 (in Russian)].
Разницин Ю.Н. Тектоническая расслоенность литосферы молодых океанов и палеобассейнов. (Тр. ГИН РАН. Вып. 560). М.: Наука, 2004. 270 с. [Raznitsin Yu.N. Tectonic delamination of the lithosphere of the young oceans and paleobasins (Transaction of the Geological Institute. V. 560. Moscow: Nauka, 2004. 270 p. (in Russian)].
Сборщиков И.М., Шебунин С.Ю. Структура Кингс-Трога как внутриплитного образования // Геотектоника. 1992. № 2. С. 113–121 [Sborshchikov I.M., Shebunin S.Yu. Struktura Kings-Troga kak vnutriplitnogo obrazovaniya // Geotektonika. 1992. № 2. P. 113–121 (in Russian)].
Силантьев С.А. Метаморфизм в современных океанических бассейнах // Петрология. 1995. Т. 3. № 1. С. 24–36 [Silantev S.A. Metamorfizm v sovremennyh okeanicheskih bassejnah // Petrologiya. 1995. V. 3. № 1. P. 24–36 (in Russian)].
Силантьев С.А., Бортников Н.С., Краснова Е.А. и др. Внутренние океанические комплексы Срединно-Атлантического хребта: черты сходства и различия // Материалы IX Рабочего совещания Российского отделения международного проекта InterRidge «Внутренние океанические комплексы и гидротермальный процесс». Москва. ГЕОХИ РАН. 1–2 июня 2015 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2015. С. 57–59 [Silantev S.A., Bortnikov N.S., Krasnova E.A. et al. Vnutrennie okeanicheskie kompleksy Sredinno-Atlanticheskogo hrebta: cherty skhodstva i razlichiya // Materialy IX Rabochego soveshchaniya Rossiyskogo otdeleniya mezhdunarodnogo proekta InterRidge «Vnutrennie okeanicheskie kompleksy i gidrotermal’nyj process». Moskva. GEOHI RAN. 1–2 iyunya 2015 g. Moscow: GEOHI RAN, 2015. P. 57–59 (in Russian)].
Сколотнев С.Г., Пейве А.А. Признаки внутренних океанических комплексов и проявления сульфидного рудогенеза в районе разлома Съерра-Леоне // Материалы IX Рабочего совещания Российского отделения международного проекта InterRidge «Внутренние океанические комплексы и гидротермальный процесс». Москва. ГЕОХИ РАН. 1–2 июня 2015 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2015. С. 57–59 [Skolotnev S.G., Peyve A.A. Priznaki vnutrennih okeanicheskih kompleksov i proyavleniya sulfidnogo rudogeneza v rajone razloma Serra-Leone // Materialy IX Rabochego soveshchaniya Rossiyskogo otdeleniya mezhdunarodnogo proekta InterRidge «Vnutrennie okeanicheskie kompleksy i gidrotermalny process». Moskva. GEOHI RAN. 1–2 iyunya 2015 g. Moscow: GEOHI RAN, 2015. P. 57–59 (in Russian)].
Соколов С.Ю. Строение медианных хребтов в пассивных частях трансформных разломов — признак сдвиговых смещений // Материалы XXII Международной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН, 2017. Т. 5. С. 228–231 [Sokolov S.Yu. Formation of Median Ridges at Passive Parts of Transform Faults — the attribute of strike-slip displacements // Geology of seas and oceans: Proceedings of XXII International Conference on Marine Geology. Vol. V. Moscow: IO RAS, 2017. P. 228–231 (in Russian)].
Соколов С.Ю. Тектоника и геодинамика Экваториального сегмента Атлантики (Тр. ГИН РАН; Вып. 618). М.: Научный мир, 2018. 269 с. [Sokolov S.Yu. Tectonics and Geodynamics of the Atlantic Equatorial Segment (Transactions of the Geological Institute. V. 618). Moscow: Scientific World, 2018. 269 p. (in Russian)].
Черкашев Г.А. Гидротермальное сульфидное рудообразование в северной части срединно-океанического хребта Атлантического океана // Автореф. дис. докт. геол.-мин. наук СПб.: ФГУП ВНИИОкеангеология, 2004. 47 с. [Cherkashev G.A. Gidrotermalnoe sul’fidnoe rudoobrazovanie v severnoy chasti sredinno-okeanicheskogo hrebta Atlanticheskogo okeana //Avtoref. dis. dokt. Geol.-min. SPb.: FGUP VNIIOkeangeologiya, 2004. 47 p. (in Russian)].
Auzende J.-M., Bideau D., Bonatti E. et al. Direct observation of a section throuh slow-spreding crust // Nature. 1989. V. 337. P. 726–729.
Batuev B.N., Krotov A.G., Markov V.F. et al. Massive sulfide deposits discovered and sampled at 14°45'N, Mid-Atlantic Ridge // BRIDGE Newsletter. 1994. № 6. P. 6–10.
Blackman D.K., Canales J.P., Harding A. Geophysical signatures of oceanic core complexes // Geophys. J. Int. 2009. V. 178. P. 593–613.
Bonatti E., Raznitsin Yu., Bortoluzzi G. et al. Geological studies of the eastern part of the Romanche transform (equatorial Atlantic): a first report // Giornale di Geologia, ser. 3a. 1991. V. 53/2. P. 31–48.
Bougault H., Charlou J.-L., Fouquet Y. et al. Fast and Slow Spreding Ridges: Structure and Hydrothermal Activity, Ultramafic Topografic Highs, and CH4 Output // Journal of Geophysical Research. 1993. V. 98. № B6. P. 9643–9651.
Campos T., Motoki K., Sichel S. et al. Structural Evidences for Present-day Compressive Tectonics at the St. Peter and St. Paul Archipelago (Equatorial Atlantic Ocean) // Preprints. 2021. 2021050645 (https://doi.org/10.20944/preprints202105.0645.v1
Cann J.R., Blackman D.K., Smith D.K. et al. Corrugated slip surfaces formed at ridge_transform intersections on the Mid_Atlantic Ridge // Nature. 1997.V. 385. № 23. P. 329–332.
Cannat M., Mamaloukas-Frangoulis V., Auzende J.M. et al. Geological Cross–section of the Vema Fracture Zone tranverse ridge, Atlantic Ocean // Journal of Geodynamics. 1991. V. 13. № 2–4. P. 97–118.
Cannat M., Lagabrielle Y., Bougault H. et al. Ultramafic and gabbroic exposures at the Mid-Atlantic Ridge: geological mapping in the 15° N region // Tectonophisics. 1997. V. 279. Is. 1–4. P. 193–213.
Ciazela J.C., Koepke J., Dick H.J.B. et al. Mantle rock exposures at oceanic core complexes along mid-ocean riges // Geologes. 2015. V. 21. № 4. P. 207–231. https://doi.org/10.1515/logos–2015–0017
Duarte J.C., Rosas F.M. Terrinha P. et al. Are subduction zones invading the Atlantic? Evidence from the southwest Iberia margin // Geology. 2013. V. 41. № 8. P. 839–842. https://doi.org/10.1130/G34100.1
Escartın J., Mavel C., Petersen S. et al. Tectonic structure, evolution, and the nature of oceanic core complexes and their detachment fault zones (13°20'N and 13°30'N, Mid Atlantic Ridge) // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2017. V. 18. P. 1451–1482. https://doi.org/10.1002/2016GC006775
Gracia E., Charlou J.L., Radford-Knoery J., Parson L.M. Non-transform offsets along the Mid-Atlantic Ridge south of the Azores (38°N – 34°N): ultramafic exposures and hosting of hydrothermal vents // Earth and Planetary Science Letters. 2000. V. 177. P. 89–103.
Grevemeyer I., Reston T. J, Moeller S. Microseismicity of the Mid-Atlantic Ridge at 7°S–8°15'S and at the Logatchev Massif oceanic core complex at 14°40'N – 14°50'N // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2013. V. 14. P. 3532–3554. https://doi.org/10.1002/ggge.20179
Honnorez J., Mevel C., Montigny R. Geotectonic significance of gneisic amphibolites from the Vema Fracture Zone, Equatorial Mid-Atlantic Ridge // Journal of Geophysical Research. 1984. V. 89. P. 379–400.
Kelemen P.B., Kikawa E., Miller D.J. Shipboard Scientific Party, 2007. Leg 209 summary: processes in a 20-km-thick conductive boundary layer beneath the Mid-Atlantic Ridge, 14°–16°N. In Kelemen P.B., Kikawa E., Miller D.J. (Eds.), Proc. ODP, Sci. Results, 209: College Station, TX (Ocean Drilling Program). P. 1–33. https://doi.org/10.2973/odp.proc.sr.209.001.2007
Leg 209. Preliminary Report. Drilling Mantle Peridotite along the Mid-Atlantic Ridge from 14° to 16° N // www-ODP. Tamu. Edu. 2003.
Maia M., Sichel S., Briais A. et al. Extreme mantle uplift and exhumation along a transpressive transform fault // Nature Geoscience. 2016. V. 9. P. 619–624 https://doi.org/10.1038/NGEO2759
Matsumoto T., Kelemen P.B. MODE’98 Leg 1 shipboard scientific party. Precise geological and geophysical mapping on both sides of the 15°20’ N Fracture Zone on the MAR-tectonic extension and its consequent exposure of ultramafic and plutonic rocks along the magma-poor ridge axis (MODE’98 Leg 1 Cruise) // Inter Ridge News. 1998. V. 7. № 2. P. 13–17.
Miranda E.A., Dilek Y. Ocean core complex in modern and ancient oceanic crust lithosphere: gabbro-localized versus peridotite-localized detachment models // The Journel of geologe. 2000. V. 118. P. 95–109. https://doi.org/10.1086/648460
Motoki A., Sichel S.F., Campos T.F. et al. Prezent day uplift rate of the Saint Peter and Saint Paul islets, Equatorial Atlantic Ocean // Rem: Revista Escola de Mines (in Portuguese). 2009. V. 62. № 3. P. 331–342. https://doi.org/10.1590/s0370–44672009000300011
Parnell-Turner R., Sohn R.A., Peirce C. Oceanic detachment faults generate compression in extension // Geology. 2017. V. 45. № 10. P. 923–926. https://doi.org/10.1130/G39232.1
Passerini P., Zan L. Lithospheric compression flanking spreading axes: A reappraisal // Chemical Geology. 1989. V. 77. Iss. 3–4. P. 365–374.
Rona P.A., Bougault H., Charlon J.L. et al. Hydrothermal circulation, serpentinisation and degassing at rift valley-fracture zone intersection: Mid-Atlantic Ridge near 15° N, 45° W // Geology. 1992. V. 20. № 4. P. 783–786.
Sandwell D.T., Smith W.H.F. Marine Gravity Anomaly from Geosat and ERS–1 Satellite Altimetry // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. N B5. P. 10039–10054.
Sani C., Sanfilippo A., Ferrando G. et al. Ultra–depleted melt refertilization of mantle peridotites in a large intra-transform domain (Doldrums Fracture Zone; 7–8° N, Mid Atlantic Ridge) // Lithos. 2020. V. 374–375. Article 105698. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105698
Skolotnev S. G., Sanfilippo A., Peyve A A. et al. Large-scale structure of the Doldrums multi-fault transform system (7–8° N equatorial atlantic): preliminary results from the 45th expedition of the r/v a.N. Strakhov // Ofioliti, 2020. V. 45. № 1. P. 25–41. https://doi.org/10.4454/ofioliti.v45i1.531
Skolotnev S.G., Sanfilippo A., Peyve A.A. et al. Seafloor spreading and tectonics at the Charlie Gibbs transform sistem (52–53° N, Mid-Atlantic Ridge): preliminary results from r/v A. N. Strakhov expedition S50 // Ofioliti. 2021.V. 46. № 1. P. 83–101. https://doi.org/10.4454/ofioliti.v46i1.539
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Copyright (c) 2023 Ю.Н. Разницин