Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Динамическая физико-геологическая модель Байкальской складчатой области по палеомагнитным данным

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Динамическая физико-геологическая модель Байкальской складчатой области по палеомагнитным данным"

На правах рукописи

V Г Б ОД

2 7 ОНТ НШсТАНТИНОВ Константин Михайлович

ДИНАМИЧЕСКАЯ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БАЙКАЛЬСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ДАННЫМ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и

разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск -1998

>

Работа выполнена в аспирантуре кафедры прикладной геофизики п гсоинформатнки Иркутского государственного технического университета.

Научный руководитель: Академик РАЕН, доктор геол.-мин. наук,

профессор Г.С.ВАХРОМЕЕВ

Научный консультант: Кандидат геол.-мин. наук А.Н.ЖИТКОВ

Официальные оппоненты: Доктор геол.-мин. наук, проф. Мац В.Д.

Кандидат геол.-мин. наук Давыдов В.Ф.

Ведущее предприятие: Институт геологии СО РАН, г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится " 15 " октября 1998 г. в " 14 " час, на заседании диссертационного совета Д.063.71.02 Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ, ауд. Е-301.

Автореферат разослан " т~ " сентября 1998 г.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета

Ученый секретарь диссертационного совета,

профессор А.А.ШИМАНСКИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Глобальные пплеогеографические реконструкции (Храмов, Шолпо, 1967; Кравчинский, 1979; Зоненшайн, Кузьмин, Натапов, 1990; Scotcse, McKerrow, 1990) свидетельствуют, что в процессе геологического развития литосферные плиты испытали значительные горизонтальные перемещения. Следы этих перемещений находят разнообразные выражения в тектонических, магматических, литологофациальных, палеоклиматических и других признаках. Однако только палеомагнитный метод позволяет получать прямые количественные оценки горизонтальных перемещений и вращений литосферных блоков.

Исторически сложилось так, что около 90% палеомагнитных определений, относятся к докембрийским платформам. Для складчатых областей, где сосредоточены богатые запасы минерального сырья, палеомагнитных данных недостаточно. От правильного представления истории развития горно-складчатых сооружений в значительной мере зависит обоснованность выбора направления и методик геологического картирования и прогнозно-металлогенических исследований.

Территория Байкальской складчатой области (БСО) протянулась вдоль юго-восточного обрамления Сибирской платформы волнообразной полосой длиной до 1500 км при максимальной ширине 600 км. Обсуждается несколько вариантов ее геологического развития (Салоп, 1964; Митрофанов и др., 1989; Добрецов, Булгатов, 1991; Беличенко и др., 1994; и др.). Неоднозначность и многовариантность палинспастических реконструкций предопределены, в частности, отсутствием надежных палеомагнитных данных. Но основная причина не в этом, так как за последние три десятилетия в пределах БСО палеомагнитные исследования проведены достаточно широко по породам различных комплексов, начиная с протерозоя и первый этап по сбору палеомагнитной фактографии практически завершен. С конца 80 гг. начался второй этап, связанный с интерпретацией полученных данных (Кравчинский и др., 1987), которые позволили обосновать выбор той или иной reo динами ческой концепции развития БСО. Таким образом, для интерпретации экспериментальных направлений палеомагнитных пошосов необходимо выработать модель, объясняющую причины их наблюдаемого распределения.

В геофизике такие модели именуются динамическими физико-геологическими моделями (ФГМ) (Вахромеев, 1969; 1978; Вахромеев, Давыденко, 1989). Создание динамической ФГМ на основе палеомагнитных данных направлено на установление связей палеомагнитных характеристик с геологическим развитием БСО.

Целью работы является получение и анализ палеомагнитных данных по реперным позднедокембрийским и палеозойско-мезозойским образованиям юга Восточной Сибири как основы для формирования динамической физико-геологической модели БСО.

Задачи исследований: 1. Разработать математический алгоритм учета последовательности тектонических дислокаций по выделенным направлениям характеристической естественной остаточной намагниченности (ЕОН) в условиях сложной складчатости; 2. Определить природу выделенных векторов характеристической ЕОН в изученных

геологических образованиях; 3. Провести палеомагнитное датирование возраста характеристической ЕОН, связанной с "немыми" геологическими процессами; 4. На основе обобщения и анализа всех известных в районе палеомагнитных определений создать динамическую ФГМ как вариант геодинамической интерпретации развития БСО; 5. Реконструировать свойственные району географические пространственные положения, отвечающие времени формирования в реперных объектах характеристической ЕОН.

Научная новизна. I. На основе математического аппарата пространственных вращений проведено моделирование зависимости направлений ЕОН в условиях сложной складчатости: решены прямая и обратная задачи; 2. Получены кондиционные палеомагнитные определения по ранее не изучавшимся геологическим образованиям БСО, удовлетворяющие современным требованиям Международного центра данных (полюсы по нохтуйской, мамаканской+нижнезолотовской и холоднинской+туколамийской свит включены в каталог McElhinny & Lock, 1996); 3. Закономерное изменение склонений палеомагнитных меридианов увязано с трансформацией субширотного Прото-Байкало-Патомского линеамента в Байкало-Патомскую дугу, которая захватила и центральные зоны БСО.

Практическая ценность работы определяется: 1. Возможностью применения динамической ФГМ БСО для решения вопросов геодинамики, стратиграфии и металлогении; 2. Уточнением возраста ряда геологических и рудных образований (лампрофиры, метасоматиты, пегматиты, метаморфиты, золотое оруденение и др.); 3. Впервые проведено сопоставление палеомагнитных направлений первичной ЕОН пород юдомского горизонта из разных структурно-фациальных зон (СФЗ) юга Восточной Сибири и на количественной основе доказано существование в позднем докембрии на территории БСО Прото-Байкало-Патомского линеамента и терригенно-карбонатной плиты, размеры которой более чем на 1000 км превышали современные географические расстояния.

Защищаемые положения:

1. В условиях сложной складчатости по векторам ЕОН, сориентированным в современной системе координат, можно определять ее возраст относительно этапов складчатости и восстанавливать последовательность и направленность тектонических дислокаций.

2. Венд-раннекембрийские породы юга Восточной Сибири (шаманская, миньская, нохтуйская, холоднинская+туколамийская, мамаканская+золотовская, падроканская свиты) зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде первичную естественную остаточную намагниченность, характерную для ориентировки древнего геомагнитного поля в субэкваториальном поясе.

3. Динамическая ФГМ доказывает, что формирование БСО обусловлено коллизией и сближением с Сибирской платформой тектоно-стратиграфических экзотических блоков, расположенных на территории складчатого пояса, в течение двух этапов - позднерифейского и среднепалеозойского. Облик Байкало-Патомской дуги, близкий к

современному, сформировался в среднем палеозое, а ее прообразом в позднем докембрии служил Прото-Байкало-Патомский линеамент.

Фактический материал. В основу полученных выводов положены экспериментальные данные, полученные в лабораториях палеомагнитных исследований Восточно-Сибирского НИИ геологии, геофизики и минерального сырья (Иркутск) и Института общей и прикладной геофизики Людвиг-Максимилиан университета (Мюнхен, ФРГ). Всего изучено около 2500 ориентированных образцов, представляющих 15 объектов юдомского времени (венд) из разных СФЗ БСО. При интерпретации палеомагнитных данных учитывались опубликованные и фондовые геолого-геофизическом материалы других авторов по прилегающим и слагающим БСО территориям.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на всесоюзном семинаре "Палеомагнетизм, геодинамика и металлогения" (Иркутск, 1988), на VI-ом Всероссийском съезде по геомагнетизму (Суздаль, 1991 г.), на Международном симпозиуме по геодинамике (Звенигород, 1991), конференциях молодых ученых в ИЗК СО РАН (Иркутск, 1995), научно-практических конференциях ИрГТУ, ИГУ (Иркутск), Института общей и прикладной геофизики Людвик-Максимельян Университета (Мюнхен) и Института физики Земли им. Марии и Петра Кюри (Париж); представлены на XXI-ой Генеральной ассамблее IUGG (Boulder, Colorado, США, 1995), на международных конференции 1996 г. в Словакии и Пакистане, международной геофизической конференции и выставке ЕАГО, EAGE и SEG (Москва, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения. Она содержит 150 страниц, включая 34 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 135 наименований.

Автор глубоко признателен научному руководителю док. геол.-мин. наук, проф. Г.С.Вахромееву за постановку интересной темы. Большую помощь в подготовке работы оказал зав. палеомагнитной лабораторией, к.г.-м.н. В.А.Кравчинский. В процессе работы полезные советы были высказаны Г.Я.Абрамовичем, А.С.Барышевым, В.Г.Беличенко,

В.В.Булдыгеровым, Я.С.Винарским, Ю.А.Давыденко, Т. А. Дольник. Ю.И.Егоровым, Ю.А.Зориным, С.Н.Ипатьевым, Ю.А.Караваевым, Н.О.Кожевниковым, Н.К.Коробейниковым. В.В.Коткиным,

Э.А.Кравчуком, М.И.Кузьминым, А.М.Мазукабзовым.

Г.Л.Митрофановым, В.К.Немеровым, В.Г.Окороковым, В.И. Переляевым, Е.В.Скляровым, А.М.Станевием, Ю.И.Токаревым, Л.М.Щупаком. К.А.Яковлевой. Повышению качественного уровня работы способствовали проф. Х.Соффель и проф. Н.Петерсон, док. В.Бахтадзе и док. Дж.Тайт, лаборант М.Вайсс. В проведении полевых работ и лабораторных экспериментов участвовали Л.П.Кухарь, М.З.Хузин, А.С.Засыпкин, Н.А.Садовникова, Н.Д.Коваль, Д.Н.Макаров и С.Г.Филев.

Особую благодарность автор выражает ныне покойным док. геол.-мин. наук, проф. А.Я.Кравчинскому и канд. геол.-мин. наук А.Н.Житкову, заложившим основные идеи настоящей работы.

1.ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Б СО 1.1. Теоретические представления о динамических ФГМ

Динамические ФГМ получили широкую известность в науках о Земле благодаря работам Г.С.Вахромеева. Динамические ФГМ не имеют альтернативы при изучении Земли и ее оболочек.

Геодинамическая интерпретация палеомагнитных данных допускает движение литосферных плит исходя из следующих основных принципов: I. "Гипотеза центрального осевого диполя"; 2. "Гипотеза фиксации"; 3. "Гипотеза сохранения" (Палеомагнитология, 1982). Геодинамические реконструкции, выполненные по трактории кажущейся миграции палеомагнитного полюса (ТКМП) Сибирской и Северо-Китайской платформ, показали, что они испытали коллизию в середине мезозоя (Кравчинский, 1995). В то же время коллизионные комплексы в БСО имеют возраст древнее 230 млн. лет. Следовательно, ее формирование происходило благодаря коллизии тектоно-стратиграфических

экзотических блоков, выделенных на территории по результатам геодинамического картирования (Гусев и др., 1988; Митрофанов, Синцов, Таскин, 1989; Зоненшайн, Кузьмин, Натапов, 1990; Добрецов, Булгатов, 1991; Беличенко и др., 1994).

1.2.Краткая характеристика геолого-геофизической изученности

Современные геологические исследования существенно изменили сформулированное в начале нашего столетия Э.Зюссом представление о БСО как о "древнем темени Азии" (докембрийское материковое ядро), вокруг которого, путем нарастания орогенных зон, происходила "кристаллизация" Евразии. Широкую известность о тектоническом строении БСО получили работы В.К.Александрова, В.Г.Беличенко,

A.Н.Булгатова, В.В.Булдыгерова, А.А.Бухарова, А.Делоне, Н.Л.Добрецова, Л.П.Зоненшайна, П.А.Кропоткина, М.И.Кузьмина, В.Д.Маца, Г.Л.Митрофанова, М.В.Муратова, Л.М.Натапова, В.А.Наумова,

B.А.Обручева Е.В.Павловского, Л.М.Парфенова, Л.И.Салопа, Е.В.Склярова, А.С.Флааса, В.Е.Хаина,- П.М.Хренова, Н.С.Шатского, И.Д.Черского и др.

Сведения о возрасте геологических образований БСО получены на основе современных историко-геологических, радиоизотопных, палеонтологических, геохимических и палеомагнитных данных Д.А.Великославинского, Н.С.Герасимова, Е.Л.Гуревича, А.Н.Занлевич, Т.А.Дольник, Р.А.Комиссаровой, С.П.Кориковского, И.К.Королюк, Б.А.Литвиновского, В.И.Лифшица, Н.С.Михайловой, Л.А.Неймарка, В.К.Немерова, Э.П.Осиповой, В.А. Рудника, A.B. Спиридонова, Н.А.Срывцева, А.М.Станевича, Т.М.Страховой, В.М.Таевского, З.Х.Файзулиной, В.С.Федоровского, В.В. Хоментовского, В.Ю. Шенфиля и др.

Представления о глубинном строении юга Восточной Сибири получены по данным МТЗ, МОВЗ, ГСЗ, грави- и магниторазведки А.М.Алакшиным, А.С.Барышевым, Ю.И.Егоровымым, Ю.А. Зориным, М.М.Мандельбаумом, Б.П.Мишенькиным, В.И.Поспеевым, А.В.Поспе-евым, Б.М.Письменным, К.А.Савинским, Л.М.Щупаком, Ю.К.Щукиным.

Гетерогенное строение БСО объясняется сложным сочетанием на относительно небольшой по размерам площади разнообразных геодинамических обстановок, характерных для тектоники плит: континентальных рифтов, островодужных, задуговых, шельфов пассивных и активных окраин, коллизионных (Хренов, 1981; Гусев и др., 1987; 1988; Гордиенко, 1987; Митрофанов, Синцов, Таскин, 1989; Добрецов, Булгатов, 1991; Беличенко и др., 1994; 1994; Скляров, 1994).

В геологическом строении БСО участвуют разнообразные по составу и генезису, в различной степени метаморфизованные горные породы широкой возрастной гаммы - от архейских до кайнозойских. Доминируют среди них ранне- и позднедокембрийские образования, представленные осадочно-метаморфизованными, вулканогенно-осадочными и интрузивными комплексами. Рассматриваются условия образования позднедокембрийских пород внешнего и внутреннего поясов БСО, характерные для региональных горизонтов. Показаны особенности формирования одновозрастных формаций в различных СФЗ: для рифейских метаосадочных пород геологами установлено увеличение мощности одновременно со сменой фаций от мелко- до глубоководных при переходе из Патомской в Мамско-Бодайбинскую СФЗ. В работе принят рифейский возраст пород патомской, бодайбинской, мамской, кадаликанской и других серий (Решения ..., 1983; 1989).

Собраны практически все известные палеомагнитные определения пород, слагающих БСО. Сделан анализ характеристической ЕОН, которая может соответствовать времени формирования породы (осадочной, вулканической, метаморфической), рудному процессу, складчатости и т.д. Палеомагнитные полюсы БСО подразделяются на реперные, предварительные и рекогносцировочные.

1.3.Главные направления динамического моделирования С учетом геологического строения БСО и возможностей палеомагнитного метода, основные усилия настоящих исследований направлены на определение времени трансформации и восстановления исходного облика Байкало-Патомской дуги, являющейся ключевой структурой Байкало-Патомского геодинамического полигона. Для этого следует определить палеогеографические взаимоотношения составляющих БСО тектоно-стратиграфических экзотических блоков.

2.0С0БЕНН0СТИ МЕТОДИКИ РАБОТ, ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ 2.1 .Общие сведения При палеомагнитных исследованиях отбирались крупные штуфы в древней и современной системах координат, позволяющие изготавливать не менее трех ориентированных образцов кубической формы.

Лабораторные исследования проводились в Иркутской палеомагнитной лаборатории, основное оборудование которой размещено в загородном здании с.Бурдаковка. Измерения ЕОН велись на спин-магнитометре JR-4. После каждого нагрева измерялась магнитная восприимчивость с помощью карра-моста KLY-2 для контроля завозможными магнитоминералогическими изменениями в исследуемых образцах. Терморазмагничивание проводилось с использованием

Рис. 1. Сравнительные результаты лабораторных экспериментов по терморазмагничиванию пород мамаканской (обр. 574.1) и нижнезолотовской (590.2) свиты венда. Р. Килпна, Муйский район.

Стереограяша: треугольник - направление 1п в начале эксперимента (Т-2& С), кружочки - направления 1п после нагревов; темные (светлые) фигурки - прямая (обратная) полярность. Диагралша Зийдервельда: треугольники, кружочки - проекции вектора 1п на плоскости НОЕ и ХО У, соответственно.

установки с тройным защитным экраном из пермоллоя. Размагничивание переменным магнитным полем различной амплитуды выполнялось в соленоиде до 32 А/м, помещенном внутри установки магнитного вакуума по типу колец Геймгольца.

Дубликаты образцов (около 10-15%) всех разновидностей изученных пород прошли полный цикл экспериментов в Институте Физики Земли (Париж) и Институте общей и прикладной геофизики (Мюнхен). Измерения ЕОН проводились на трехкомпонентном криогенном магнитометре типа CTF SQUID с использованием терморазмагничивающей установки Schönstedt, помещенной в комнату магнитного вакуума. По всем контрольным образцам получена высокая сходимость результатов (рис. 1).

Магнито-минералогические исследования по идентификации носителей ЕОН включают определение параметров насыщения (Hs), коэрцитивной силы (Не, Her), остаточной намагниченности насыщения (Jrs) и точки Кюри (Тс). Основной объем подобных работ проведен в Мюнхене по методике Variable Force • Translation Balance (VFTB), разработанной проф. Н.Петерсоном.

Обоснование и выбор направлений первичной ЕОН осуществлялся по комплексу геологических, геофизических и статистических критериев, таких как неизменность горной породы; сохранность магнитных минералов; устойчивость (стабильность) ЕОН вплоть до полного исчезновения в процессе экспериментов; согласованность направлений векторов ЕОН для одновозрастных пород различного литологического состава и обнажений; увеличение кучности К направлений In в стратиграфической системе отбора по сравнению с географической; наличие горизонтов прямой и обратной полярности и др.

2.2.Снстема обработки данных

Обработка данных выполнена на ПЭВМ по системе ОПАЛ-3 (Винарский, Житков, Кравчинский, 1987). Во время проведения контрольных экспериментов, использованы программные средства, применяемые в Парижской лаборатории (Enkin, 1990) и любезно переданные названным автором в распоряжение Иркутской лаборатории. В процессе работ составлен рабочий банк данных, включающий всю информацию о выполненных магнитометрических измерениях и экспериментах, промежуточные и окончательные варианты обработки. При статистическом анализе направленных величин использована аппроксимация распределений единичных векторов не только круговым (Fisher, 1953), что общепринято, но и эллиптическим рассеянием, которая определяется пятью параметрами: координатами центра (J, D), главными кучностями (Ki, К2) - параметрами определяющими длины главных осей эллипса рассеяния и угловой величиной (В), определяющей ориентировку его длинной оси относительно меридиана (Житков, 1983).

Компонентный анализ результатов размагничиваний выполнен на ПЭВМ по программе, учитывающей отечественные и зарубежные методические разработки по графической и аналитической реализации решений этой задачи (Храмов, 1958; Zijderveld, 1967; Палеомагнитология, 1982; Kirshvink, 1980; McFadden, McElhinny, 1988; Enkin, 1990 и др.). По большинству разновидностей изученных пород окончательные результаты

получены наиболее надежным способом: по высококоэрцитивным компонентам, зафиксированным на диаграммах Зийдервельда отрезками прямых, проведенных не менее чем по трем точкам. В более сложных случаях использован алгоритм выделения характеристической компоненты по кругам перемагничивания.

Палеомагнитное обоснование возраста немых геологических событий ориентировано на датирование по векторам БОН, сохранившимся в горных породах в виде своеобразных отпечатков, созданных разными геологическими событиями (время литофикации осадка, магматизм, метаморфические преобразования пород и др.). Технология количественной оценки возраста реализована на ЭВМ (Zhitkov, 1996).

Геодинамические реконструкции выполнены по методике, предусматривающей полное использование палеомагнитной информации, заложенной в траектории кажущейся миграции полюса (ТКМП) путем последовательного совмещения ее точек с современным географическим полюсом (Житков, 1990).

2.3.Математнческое моделирование направлений векторов БОН при сложных деформациях горных пород

Вектора БОН ориентированы в современной системе координат. Нам для решения геологических задач необходимо знать время возникновения характеристической БОН в горных породах. Для этого существует целый ряд тестов (Палеомагнитология, 1982; Soffel, 1991; Печерский, Диденко, 1995 и др.). Одним из основных тестов является "тест складки", который определяет возраст БОН относительно складчатости (Graham, 1949): доскладчатый (тест положительный) или постскладчатый (тест отрицательный). В условиях полихронной складчатости возможности теста складки ограничены. Сегодня ни один из модернизированных тестов складки не решает подобных вопросов (Watson, 1956; McElhinny, 1964; McFadden, Jones, 1981; McFadden, 1990). Однако попытки таких исследований извесны (Ржевский, Слауцитайс, 1976; Баженов, 1980). Прежде всего они были направлены на введение тектонических поправок на примере созданных "механических" моделей.

Математическое моделирование широко используется при решении различных задач палеомагнетизма и геодинамики для определения значений относительных перемещений и поворотов отдельных блоков земной коры (Tarling, 1983; McDonald, 1980; McFadden, McElhinny, 1988). Для решения поставленной задачи был использован математический аппарат пространственных вращений, являющийся основой системы обработки палеомагнитных данных ОПАЛ-3 в Иркутской лаборатории. Для учета любого числа количественно заданных элементарных дислокаций используется общая формула:

к

(Jk\ Die') = (J, D) П [RJ, i=l

где (Jk1, Dk') - направление In после учета i-й элементарной дислокации; Ri -матрица, реализующая учет i-ro элементарного поворота пород: Ri = R(-a,

ß, а). Математическое содержание матриц приведено (Житков, 1984; 1990). На основе разработанного алгоритма решены прямая (расчет направлений ЕОН из стратиграфической системы координат в географическую) и обратная (расчет направлений ЕОН из географической системы координат в стратиграфическую) задачи геофизики. Критерием для выбора окончательного результата служит максимальная кучность (К„шх) группировки векторов ЕОН, полученная в ходе пересчетов. Показано, что результаты их решения многовариантны и зависят от последовательности и направленности тектонических дислокаций.

З.РЕЗУЛЬТАТЫ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 .Геологическая позиция и обоснование выбора объектов палеомагнитных исследований

Выбор объектов продиктован важностью получения палеомагнитного определения для решения проблемных вопросов геодинамики региона или получения независимых новых данных для проверки и корректировки гипотез, заложенных в ранее выполненные геодинамические построения (Зоненшайн, Кузьмин, Натапов, 1990; Добрецов, Булгатов, 1991; Гусев и др., 1990; Митрофанов Г.Л., Синцов A.B., Таскин А.П, 1989, Беличенко и др., 1994). Объекты палеомагнитных исследований выбраны с учетом этих построений и согласованы с названными авторами. Наиболее перспективными объектами для решения этих проблем служат породы венда-раннего кембрия (плитный комплекс), которые широко развиты в пределах рассматриваемой территории, а их стратиграфическое положение не вызывает существенных разногласий. Они имеют благоприятный литологический состав и практически не метаморфизованы. С другой стороны, по этому уровню уже имеется ряд надежных палеомагнитных определений.

Породы венда изучены на пяти объектах, разобщенных на расстояние около 1500 км. Они расположены на Сибирской платформе, во внешней (приплатформенной) и во внутренней (центральной) частях БСО. Выбранные для изучения объекты являются стратиграфическими аналогами (Решения ..., 1983; 1989; Станевич, Файзулина, 1992).

Получение палеомагнитных данных по шаманской и миньской свитам мотской серии венда осадочного чехла Сибирской платформы позволит расширить в глубь времен базовые данные и дать отправной репер геодинамической интерпретации серии полученных ранее и в настоящей работе синхронных определений по внешним и внутренним зонам БСО. Палеомагнитными данными по нохтуйской свите венда предполагалось заполнить недостающее звено в ряду полученных ранее определений по ушаковской, жербинской, куртунской, аянканской и догалдынской свитам (Гуревич, 1981; Осипова, 1981; Комиссарова, 1983, Житков, 1984) для решения вопросов, связанных с развитием Байкало-Патомской дуги (Кравчинский, 1990). Получение информации о палеомагнетизме пород холоднинской, туколамийской, турикской, мамаканской, нижнезолотовской, падроканской и янгудской свитам представляет первостепенный интерес в связи с тем, что геодинамическая позиция тектоно-стратиграфических экзотических блоков, составляющих центральную часть БСО, наиболее дискуссионна.

3.2.Шаманская и миньская свиты

Коллекцию ориентированных образцов представляют

разнозернистые песчаники и алевролиты пестрой цветовой гаммы, выходящие в береговых обнажениях рр. Иркут и Чая. Породы шаманской и миньской свит подчиняются логнормальному закону распределения и имеют среднелогарифмические значения ЕОН равные, соответственно, 1.42 и 2.85х10"3 А/м, магнитной восприимчивости 11.9 и 16.5х10"5 СИ и коэффициента Кенигсбергера ((3) 0.25 и 0.34. Практически не метаморфизованые и слабодислоцированые породы изученных свит в качестве основных носителей ЕОН содержат магнетит и гематит. В процессе экспериментов установлен поликомпонентный состав ЕОН. Низкотемпературная компонента А снимается в интервале температур о 250-300°С и совпадает с современным направлением перемагничивания. Ее вклад в суммарный вектор ЕОН обычно не превышает 50%. С ростом температуры до 600°С иногда проявляется среднетемпературная компонента В, по-видимому, раннепалеозойского возраста и неизвестной природы. Характеристическая компонента С относительно высокотемпературная обнаруживается до 710-740°С. Она выделяется в самом конце экспериментов как по прямым, проведенным не менее чем по трем точкам и сходящимися в центре диаграмм Зийдервельда, так и по кругам размагничивания. В процессе экспериментов кучность векторов компоненты С заметно увеличивается и образует группировку значимо отличающуюся от компоненты А. Главным признаком сохранности первичной ЕОН этих пород служит сохранность у компоненты С информации об инверсиях геомагнитного поля. Особенностью компонент В и С пород миньской свиты является некоторое увеличение кучности в 2 раза в стратиграфической системе координат. Для изученных обнажений, удаленных на значительные расстояния друг от друга, характерна согласованность направлений ЕОН. Полюс характеризует нижнюю часть осадочного чехла его определение можно принять в качестве начала ТКМП Сибирской платформы (рис.2в, табл.1) (Кравчинский, Константинов, 1997).

З.З.Нохтуйская свита

Изучена в двух береговых обнажениях р.Бол.Патом в северовосточной части Патомской СФЗ. Пестроцветные алевролиты и песчаники имеют нормальное и запрокинутое залегание. На основании первичных магнитометрических измерений наиболее благоприятными являются породы из обн.1, характеризующиеся относительно повышенными среднелогарифмическими значениями 1п= 1.35x10"3 А/м, Х=5.3хЮ"5 СИ и, особенно, 0=0.51. Породы нохтуйской свиты сохранили первичную ЕОН практически в чистом виде (она составляет более 90% от всей ее величины), что связывается нами с присутствием здесь высококоэрцитативных и высокотемпературных минералов магнетита и гематита. Ее направления обладают высокой устойчивостью к различным размагничивающим факторам: воздействием температурой до 680-7 Ю°С и переменным магнитным полем до 560 кА/м. Первичность природы векторов ЕОН доказывается наличием в разрезах векторов прямой и обратной

ю

полярности. По тесту складки уверенно устанавливается ее древний доскладчатый возраст: КдУКс= 16.1/3.8. Наблюдается тождественность направлений, связанных с носителями магнетизма разного типа (магнетит н гематит) и разного литологического состава (алевролиты, песчаники, известняки). Положение палеомагнитного полюса нохтуйской свиты отличается от полученных ранее определений по ее возрастным аналогам, что связывается нами с процессами, сформировавшими Байкало-Патомскую дугу (рнс.2в, табл. I).

3.4.Мамаканская, нижнезолотовская, падроканская и янгудская свиты Породы венда изучены по периферии Муйской глыбы. Представлены пестроцветными молассоидами. Образования венда имеют четкую стратиграфическую привязку и структурную позицию. Образцы изучены на четырех участках: кл.Золотой, в/р Якры-Каалу, рр. ГТр.Мамакан и Янгуда. По всем разновидностям пород получен полный набор магнитных параметров, среднелогарифмические значения которых изменяются в достаточно широких пределах: 0.33<1п<12.5х10"3 А/м, 2.14<х< 25.83х10"5 СИ, 0.03<(2<1.00. Проведены эксперименты по идентификации магнитных минералов носителей ЕОН: титаномагнетит, магнетит и гематит.

Породы изученных свит подвергнуты массовым размагничиваниям (более 300 образцов). Доказана высокая перспективность пород мамаканской и нижнезолотовской свит для палеомагнитных исследовании с целью решения вопросов геодинамики. Из сложного спектра ЕОН, по ряду критериев, в породах мамаканской, нижнезолотовской и падроканской свит выделена характеристическая компонента времени формирования этих пород. Не зависимо от типа носителей ЕОН, литологического и петрологического составов ее направления идентичны по наклонению для разных разрезов и отличаются от направления перемагничивания примерно на 160 градусов (рис. 1). Геологический разрез мамаканской свиты признан пригодным для магнитостратиграфических исследований, который характеризуется преобладанием поля прямой полярности. Интерпретация полученного полюса рассматривается при условии преобладания в венде обратной полярности и поствендского этапа деформации терригенно-карбонатной плиты(рис.2в, табл. I).

Кроме того, в породах падроканской и янгудской свит установлена постскладчатая компонента ЕОН, характеризующаяся крутыми отрицательными направлениями и относительно пониженными блокирующими температурами.

3.5.Холоднинская, туколамийская и турикская свиты Вулканогенно-осадочные отложения холоднинской, туколамийской и турикской свит изучены в бассейне Верхней Ангары в СевероБайкальском районе в четырех удаленных дуг от друга обнажениях. Возраст их принят как юдомский (Станевич, Файзулина, 1992). Породы изученных свит характеризуются средними геометрическими параметрами 1п от 0.3 до 12.9х10"3 А/м, х от 36.0 до 149.7хЮ"5 СИ, <3 от 0.01 до 0.18. Носителями ЕОН изученных пород являются пирротин и магнетит.

В процессе лабораторных исследований установлено, что некоторые разновидности пород холоднинской и туколамийской свит сохранили первичные направления ЕОН. Эти породы характеризуются

поликомпонентным составом ЕОН. Связанные с ними характеристические компоненты тождественны по направлению в древней системе координат, что привело к увеличению кучности, по сравнению с современной системой, в 15 раз. Кроме того, в породах холоднинской свиты встречены признаки инверсий. На ряду с первичной ЕОН в породах холоднинской свиты обнаружена метахронная компонента неизвестной природы.

По всем выделенным компонентам рассчитаны палеомагнитные полюсы, удовлетворяющие высоким требованиям МЦД (табл.1).

Анализ наклонений векторов ЕОН свидетельствует, что изученные горные породы образовались в субэкваториальном поясе, а наложенные процессы протекали в них когда регион достиг высоких широт (рис.2). ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ БСО 4.1.Определение геологического возраста ЕОН пород На основе уточненной ТКМП Сибирской платформы (Храмов, 1991; Житков, Кравчинскнй, Константинов, 1994) даются определения геологического возраста ЕОН ряда объектов (рис.2г). Оценки возраста изученных реперных образований согласуется с геологическими данными, в то время как возраст метаморфитов определяется ордовиком-силуром. Подтверждается версия о генезисе метасоматитов, как зон повышенной трещиноватости и сопровождающим крупные нарушения надвигового топа (Кочнев и др., 1969). Уточнен в сторону омоложения возраст продуктивной золото-кварц-сульфидной минерализации на месторождениях Главном, Втором и Цветном, который оценивается 180±10 млн. лет.

4.2.Формирование динамической ФГМ В основе динамической ФГМ БСО лежат факты, полученные в результате геологических и физических исследований. Для удобства интерпретации модель разбита на четыре временных интервала: средний и поздний рифей, венд и палеозой-мезозой (рис.2). Последний интервал дается в сравнении с ТКМП Сибирской платформы. В качестве геологической основы динамической ФГМ БСО выбрана схема ее структурно-фациального районирования (Схема стратиграфии ..., 1987), как нейтральная по отношению ко всем гипотезам геодинамического развития исследуемого региона. Она отражает современное положение структурно-фациальных зон, в которых проводились палеомагнитные исследования. На глобусах показана физическая картина положения наблюдаемых палеомагнитных полюсов.

4.3.Разработка принципов интерпретации Для БСО характерен разброс палеомагнитных полюсов по долготе 270, а по широте - до 100 градусов дуги экватора, который противоречит основным положениям палеомагнетизма (рис.2). Такое поведение палеомагнитных полюсов БСО не случайно и зависит от особенностей ее геологического развития, что наглядно объясняется с помощью ее динамической ФГМ следующими причинами:

I. Трансформацией Прото-Байкало-Патомского линеамента в Байкало-Патомскую дугу, которая захватила внешние и внутренние территории БСО. Это событие повлияло на разброс палеомагнитных полюсов по долготам. В среднем рифее-раннем палеозое наблюдается

соответствие положения палеомагнитных полюсов в зависимости от местоположения изученного объекта в структуре дуги: при увеличении угла разворота геологических структур БСО положение палеомагнитных полюсов изменяется по часовой стрелке. Например, угловой разброс вендских палеомагнитных меридианов 155° (от 60° на западе до 215° на востоке) примерно соответствует развороту блоков 150° (от 30° на западе до 180° на востоке) внешнего пояса БСО. При взаимной компенсации этих углов получится линейная структура субширотного простирания - Прото-Байкало-Патомский линеамент (терминология по А.Я.Кравчинскому). Верхняя временная граница трансформации фиксируется возрастом около 360-320 млн. лет по совпадению среднепалеозойских палеомагнитных полюсов БСО (лампрофиры кадали-бутуинского, базиты жаровского интрузивных комплексов и др., рис. 2г) с ТКМП Сибирской платформы.

2. Аккрецией тектоно-стратиграфических экзотических блоков, составляющих БСО как между собой, так и с Сибирской платформой. Это событие отразилось на' установленные нами различия палеоширот. Палеомагнитные данные доказывают существование в • венде-раннем кембрии единого бассейна осадконакопления терригенно-карбонатных толщ, размеры которого значительно (примерно на 1200 км) превышали современные географические расстояния.

3. Проявлением наложенных процессов, создавших в изученных горных породах ЕОН специфической природы, в том числе и "рудную".

4.4.0бобщенная модель развития

Для палеогеографических реконструкций использованы работы (Гуревич, 1981; Комиссарова, 1983; Храмов, 1991; Павлов, 1994).

Формирование БСО происходило в течение продолжительного времени, как минимум в два этапа: позднерифейский и среднепалеозойский, отразившихся на характере движения Сибирской платформы (Konstantinov, Mitrofanov, 1997). Первый этап был связан с формированием континентального основания Баргузинского микроконтинента и субдукцией под него Сибирской платформы (Хаин, 1990)/ В. это время регионы находились в субэкваториальном поясе. С венда до силура с некоторыми перерывами, совпадающими с периодами геодинамических перестроек (Кравчинский, 1987), на их общей площади формируется единый платформенный чехол ("карбонатная плита") - плитный комплекс (Тектоника юга ..., 1987). Второй этап протекал в силуре-начале девона, когда Сибирско-Баргузинский композиционный континент переместился в средние широты северного полушария. Главной особенностью этапа было формирование генеральных структур БСО (Zhitkov, Konstantinov, Buldygerov, 1996; Булдыгеров, Константинов, 1997). Причиной повторной активизации в пределах этой территории, возможно, являлся "гипотетический" Еравнинский блок (плита), являющийся естественной преградой с севера на пути движения композиционного континента. Структура БСО, близкая к современной форме, образовалась в активизированной зоне в результате деформации (огибания, складкообразования, надвигания) геологических структур вокруг древнего основания Баргузинского микроконтинента. Второй этап полностью объясняет поведение досреднепалеозойских палеомагнитных полюсов БСО.

Рис. 2. Динамическая ФГМ миграции палеомагнитных полюсов Байкальской складчатой области.

Вверху - географическое положение изученных объектов (римские цифры) на схеме структурно-фациального районирования юга Восточной Сибири (Схема стратиграфии .... 1987). их палеомагншпные направления (стрелки) на север и палеошироты (латинские цифры). Внизу - палеомагншпные полюсы и отвечающие им эллипсы доверия для вероятности 95%. Полюсы распределены по эйлеровым широтам. А - среднийрифей (1350-1000 млн. лет). Б - поздний рифей (1000-650 млн. лет). В - венд (650-540 млн. лет). Г - палеозой-средний мезозой (540-150 млн. лет).

Наблюдаемая нами современная картина миграции палеомагнитных полюсов БСО. согласно гипотезе центрального осевого диполя, может объясняться относительными движениями составляющих ее блоков. В результате разворотов и сдвигов палеомагнитный полюс, отвечающий времени формирования горных пород БСО. раздробился на бесконечное множество полюсов.

Табл. 1. Палеомапштные направления и полюсы горных пород венда юга Восточной Сибири.

Объекты Палеомагнитные направления Палеомапштные полюсы

N/n Icp Dcp k C£p5 F L A 95 dp dm

Сибирская платформа. Мотская серия, р.Иркут (/=52.1; /=103.8) 11/- -6 211 20.5 10.3 -32 66 7.0

Миньская свита , р.Чая (/=58.0; /=110.0) -/12 -36 238 I3.I 12.7 -34 37 - 8.6 14.7 Патомская СФЗ. Нохтуйская свита, р.Бол. Патом (/=60.0; 1=116.0) 34/81 -16 218 21.5 5.2 -30 71 - 2.7 5.3 Муйский район.

Мамаканская+нижнезолотовская свиты, р. Киляна (/= 56.6; /=114.5)

4. Vmm+zl 57/99 -16 100 13.7 5.0 12 21 - 2.7 5.2

Падроканская+янгудская свиты, pp. Якра-Каалу, Янгуда, Пр.Мамакан (/"=57.0;/=115.0)

5. Vpdk 13/29 -9 32 10.0 12.3 -23 80 - 6.3 12.4

6. Vpdk(m) 28/43 -82 306 21.0 5.8 45 133 - 10.9 11.2

Северо-Байкальский район. Холоднннская+туколамийская свиты, р. Верх.Ангара (/=56.2; /=110.5)

7. Vhl+tk 20/38 -15 341 22.5 6.1 -24 131 - 3.5 6.8

8. Vhl(m) 11/22 -71 324 46.9 6.2 25 131 - 9.4 10.8

Количество векторов, участвующих в статистике: N -на уровне штуфов, п - на уровне образцов. Палеомагншпные направления: Icp. Dcp - наклонение и склонение среднего направления анализируемой компоненты намагниченности; к - кучность направлений: ад5 - полуось овала доверия для вероятности 95%. Палеомагнитные полюсы: F. L - географическая широта и долгота среднего палеомагнитного полюса: Л 95 - полуось овала доверия для вероятности 95%: dp/dm - полуоси эллипса доверия для вероятности 95%. f. I - координаты района отбора образцов (в градусах северной широты и восточной долготы, соответственно), т- метахронная ЕОН.

1. Vsm

2. Vmn

3. Vnh

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа по палеомагнетизму пород Б СО завершает этап получения фактографического материала, необходимого для формирования ее динамической ФГМ. Основные результаты проведенных работ заключаются в следующем:

1. Разработан математический алгоритм для учета последовательности тектонических дислокаций по выделенным направлениям характеристической БОН в условиях сложной складчатости.

2. Получено 7 новых реперных палеомагнитных определений по венд-раннекембрийским породам юго-восточного обрамления Сибирской платформы: шаманская и миньская свиты осадочного чехла Сибирской платформы; нохтуйская свита Патомской СФЗ; мамаканская+нижне-золотовская и падроканская свиты Муйского района Байкало-Витимской СФЗ; холоднинская+туколамийская Северобайкальского района Байкало-Витимской СФЗ; метахронная намагниченность в холоднинской и падроканской+янгудской свит, характеризующая верхнюю временную границу формирования генеральных структур БСО.

3. Проведено независимое палеомагнитное датирование возраста геологических образований по характеристической БОН (патомского, жаровского, кадали-бутуинского интрузивных комплексов, метасоматитов, золотого оруденения, метахронных компонент БОН).

4. Проведены реконструкции относительного положения Сибирской платформы и БСО для разных временных срезов, начиная со среднего рифея.

5. На основе созданной динамической ФГМ БСО дан авторский вариант геологической интерпретации новых и ранее полученных палеомагнитных определений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Булдыгеров В.В., Константинов K.M. Позднепротерозойская история Байкальской горной области / Докембрий Северной Евразии. С.-П„ ИГГД РАН, 1997. -С. 18.

2. Житков А.Н., Кравчинский В.А., Константинов K.M. Результаты палеомагнитных исследований и некоторые аспекты истории схождения палеоплит Востока Азии / Геология, экологическая геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск: ИГУ, 1994. - С. 106-107.

3. Житков А.Н., Кравчинский В.А., Константинов K.M. Палеомагнитные исследования в Восточной Сибири / Геология, полезные ископаемые и геоэкология юга Восточной Сибири. Издание ВСНИИГГиМСа: Иркутск, 1994. - С. 53-60.

4. Константинов K.M. Палеомагнитные характеристики пород Мамской толщи (проблема времени их формирования и метаморфизма) / Ускорение научно-технического прогресса при геофизических исследованиях в Восточной Сибири. - Иркутск: ВСНИИГГиМС, 1989. - С. 99-103.

5. Константинов K.M. Палеомагнитные характеристики слюдоносных пегматитовых жил Луговского рудного поля / Геология и

прогнозирование месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири. Иркутск, 1989. С. 12-13.

6. Константинов К.М. Палеомагнитно-металлогеническое изучение слюдоностных пород участка Луговского / Палеомагнетизм, геодинамика и металлогения. Иркутск, 1988. - С. 15-16.

7. Константинов К.М. Палеомагнетизм трубки взрыва в Муруринском районе Алданского щита/ Геофизические исследования Восточной Сибири на современном этапе. - Иркутск, 1990. - С. 105-108.

8. Константинов К.М. Время формирования слюдоносных пород Мамско-Чуйского района / IV Всесоюзный съезд по геомагнетизму. 4.2. Магнитные и электрические поля твердой Земли. - Владимир-Суздаль: ИФЗ АН СССР, 1991. - С. 134-135.

9. Константинов К.М., Мазукабзов A.M., Булдыгеров В.В. Палеомагнетизм и вопросы корреляции вендских отложений Байкало-Витимской горной области / Геология, экологическая геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск: ИГУ, 1994. - С. 109-П0.

Ю.Константинов К.М. Палеомагнитные исследования пород венда на юге Восточной Сибири / Структурная и вещественная эволюция Центрально-Азиатского складчатого пояса. Тезисы докладов к XVI Региональной молодежной конференции. Иркутск, 1995. -С. 30-31.

11. Кравчинский А.Я., Житков А.Н., Винарский Я.С., Кравчинский В.А., Константинов К.М. Применение системы ОПАЛ-1 при палеомагнитных исследованиях II Магнитные свойства и проблемы палеомагнетизма и петромагнетизма. Магадан: СКВНИИ ДВО АН СССР, 1990, с. 191.

12. Кравчинский А.Я., Житков А.Н., Кравчинский В. А., Константинов К.М., Колесников В.М. Результаты палеомагнитных исследований среднепалеозойских и мезозойских образований Северного Забайкалья и смежных районов Сибирской платформы / IV Всесоюзный съезд по геомагнетизму. 4.2. Магнитные и электрические поля твердой Земли. - Владимир-Суздаль: ИФЗ АН СССР, 1991. -СЛ31-Ш.

13. Konstantinov К.М., Mitrofanov G.L. Evolution of Baikal Folded Area Developing by Paleomagnetic Data. M., 1997. В пчт.

14. Zhitkov A.N., Konstantinov K.M., Buldigerov V.V. Time of Formation of General Structures of Baikal Folded Area / Extended Abstracts International Seminar on Paleomagnetic Studies in Himalaya-Karakoram Collision Baits and Surrounding Continents. Geoscience Laboratory, Geological Survey of Pakistan, Islamabad, 1996. - P.34-37.

15. Zhitkov A.H, Kravchinsky V.A., Konstantinov K.M. On the history of convergence of the East-Sibirian and Norh-China plates (Paleomagnetic data) / L.P. Zonenshain Memorial Conference on Plate Tektonics, Moskow, Geomar, 1993.

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Константинов, Константин Михайлович, Иркутск



¡Г"

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ИрГТУ)

Экз. N_

На правах рукописи

КОНСТАНТИНОВ Константин Михайлович

УДК:551. 7: 550.838.5:551.2

ДИНАМИЧЕСКАЯ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БАЙКАЛЬСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ДАННЫМ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: действ, чл. РАЕН, доктор геол.-мин. наук,

профессор Г.С.ВАХРОМЕЕВ

Научный консультант: канд. геол.-мин. наук, А.Н.ЖИТКОВ

Иркутск 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................... 3

1.ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ФГМ БСО..................8

1.1. Теоретические представления о динамических ФГМ..................8

1.2. Краткая характеристика геолого-геофизической изученности................................................................................................16

1.3. Главные направления динамического моделирования................37

2. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ РАБОТ, ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ

ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ...................................... 39

2.1. Общие сведения......................................... 39

2. 2. Система обработки данных............................... 43

2.3.Математическое моделирование направлений векторов ЕОН

при сложных деформациях горных пород....................... 48

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..................... 55

3.1.Геологическая позиция и обоснование выбора объектов палеомагнитных исследований................................ 55

3. 2. Шаманская и минь екая свиты..........................................................57

3. 3. Нохтуйская свита................................................74

3. 4. Мамаканская, нижнезолотовская, падроканская и

янгудская свиты.................................................84

3. 5. Холоднинская, туколамийская и турикская свиты........ .. 100

4. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ БСО......112

4.1. Определение геологического возраста ЕОН пород..........112

4. 2. Формирование динамической ФГМ..........................119

4. 3. Разработка принципов интерпретации.....................125

4.4. Обобщенная модель развития ............................131

Заключение...............•....................................136

- Литература...................................................139

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Глобальные палеогеографические реконструкции (Храмов, Шолпо, 1967; Кравчинский, 1979; Зоненшайн, Кузьмин, Натапов, 1990; Scotese, McKerrow, 1990) свидетельствуют, что в процессе своего геологического развития литосферные плиты испытали значительные горизонтальные перемещения. Следы этих перемещений находят разнообразные выражения в тектонических, магматических, литологофациальных, палеоклиматических и других признаках. Однако только палеомагнитный метод позволяет получать прямые количественные оценки горизонтальных перемещений и вращений литосферных блоков. Масштабы последних весьма значительны и, например, для Сибирской платформы составили за последние 570 млн.лет 120 градусов дуги экватора (свыше 13000 км).

Исторически сложилось так, что около 90% палеомагнитных определений, относятся к докембрийским платформам. Для складчатых областей, где сосредоточены богатые запасы минерального сырья, палеомагнитных данных недостаточно. От правильного представления истории развития горно-складчатых сооружений в значительной мере зависит обоснованность выбора направления и методик геологического картирования и прогнозно-металлогенических исследований.

Территория Байкальской складчатой области (БСО) протянулась вдоль юго-восточного обрамления Сибирской платформы волнообразной полосой длиной до 1500 км при максимальной ширине до 600 км. В административном отношении БСО располагается на территориях Иркутской, Читинской областей и Бурятской республики, охватывая листы масштаба 1/1000000: М-48; N-48, 49, 50; 0-49, 50. С запада-северо-запада ее непосредственно ограничивает Ангарский блок, с востока-северо-востока - Алданский. На юге ее границей с Севе-ро-Китайской плитой, включая Восточно-Монгольский фрагмент является зона Монголо-Охотского тектонического шва.

Современные работы по геодинамическому картированию Палеоазиатского океана (Митрофанов и др., 1989; Добрецов, Булгатов, 1991; Беличенко и др., 1994), который включает рассматриваемую территорию, показали острую необходимость в обеспечении палео-магнитными данными рифейско-палеозойских комплексов складчатого пояса. Действительно, неоднозначность и многовариантность па-линспастических реконструкций предопределены отсутствием надежных палеомагнитных данных. Но основная причина не в этом, так

как за последние три десятилетия в пределах БСО палеомагнитные исследования проведены достаточно широко по породам различных комплексов начиная с протерозоя. За этот период времени первый этап по сбору палеомагнитной фактографии практически завершен. С конца 80 гг. наступает второй этап, связанный с интерпретацией полученных данных, который вел проф. А. Я.Кравчинский (Кравчинс-кий и др., 1987; Кравчинский, 1990). В настоящее время от этих исследований зависит выбор той или иной геодинамической концепции развития БСО. Таким образом, для интерпретации полученных палеомагнитных полюсов необходимо выработать модель, объясняющую причины их распределения.

В геофизике такие модели именуются динамическими физико-геологическими моделями (ФГМ). Они получили широкое признание благодаря работам проф. Г. С.Вахромеева (Вахромеев, 1969; 1978; Вах-ромеев, Давыденко, 1989). Создание динамической ФГМ на основе палеомагнитных данных направлено на установление связей палеомагнитных характеристик с геологическим развитием БСО.

Целью работы является получение и анализ палеомагнитных данных по реперным позднедокембрийским и палеозойско-мезозойским образованиям юга Восточной Сибири как основы для формирования динамической физико-геологической модели БСО.

Задачи исследований: 1. Разработать математический алгоритм учета последовательности тектонических дислокаций по выделенным направлениям характеристической.естественной остаточной намагниченности (ЕОН) в условиях сложной складчатости; 2. Определить природу выделенных векторов характеристической ЕОН в изученных геологических образованиях; 3. Провести палеомагнитное датирование возраста характеристической ЕОН, связанной с "немыми" геологическими процессами; 4. На основе обобщения и анализа всех известных в районе палеомагнитных определений создать динамическую ФГМ как вариант геодинамической интерпретации развития БСО; 5. Реконструировать свойственные району географические положения, отвечающие времени формирования в реперных объектах характеристической ЕОН.

В основу диссертации положены результаты палеомагнитного 4 изучения коллекций ориентированных образцов пород и руд БСО, отобранных автором, сотрудниками лаборатории палеомагнитных исследований и других отделов ВСНИИГГиМСа, ПГО "Иркутскгеология" и Института земной коры РАН в период с 1979 по 1996 гг. Всего изу-

чено около 2500 ориентированных образцов, представляющих 15 объектов юдомского времени (венд), относящихся как к Сибирской платформе, так к внешним и внутренним структурно-фациальным зонам (СФЗ) БСО. Кроме того, использованы опубликованные и фондовые палеомагнитные данные других авторов по прилегающим и слагающим БСО территориям: Сибирской и Северо-Китайской платформам, Восточно-Монгольскому блоку и Монголо-Охотскому тектоническому шву, по осадочным, магматическим и метасоматическим (рудным) образованиям позднего докембрия и фанерозоя. Для интерпретации па-леомагнитных данных учитывались современные представления о геолого-геофизическом строении региона.

Научная новизна. 1. На основе математического аппарата пространственных вращений проведено моделирование зависимости направлений ЕОН в условиях сложной складчатости: решены прямая и обратная задачи; 2. Получены кондиционные палеомагнитные определения по ранее не изучавшимся геологическим образованиям БСО, удовлетворяющие современным требованиям Международного центра данных (полюсы по нохтуйской, мамаканской+нижнезолотовской и хо-лоднинской+туколамийской свит включены в каталог McElhinny & Lock, 1996); 3. Закономерное изменение склонений палеомагнитных меридианов связано с трансформацией субширотного Прото-Байка-ло-Патомского линеамента в Байкало-Патомскую дугу, которая захватила и центральные СФЗ БСО; 4. Впервые проведено сопоставление палеомагнитных направлений первичной ЕОН пород юдомского горизонта из разных СФЗ юга Восточной Сибири. Доказано, что их накопление происходило в палеогеографических обстановках, отличных от современного географического положения, а размеры первичных бассейнов карбонатно-терригенного осадконакопления существенно превышали современные географические расстояния; 5. Уточнен возраст ряда геологических и рудных образований (лампрофиры, мета-соматиты, пегматиты, метаморфиты, золотое оруденение).

Практическая ценность работы определяется применением палеомагнитных данных для решения вопросов геодинамики, стратиграфии и металлогении: 1. Математическое моделирование направлений ЕОН расширяет возможности применения палеомагнитного метода в условиях сложных деформаций горных пород, имеющих место в горно-складчатом обрамлении платформ; 2. Полученные палеомагнитные материалы позволяют представить форму и размеры современной южной границы Сибирской платформы на вендское время; 3. Палеомаг-

нитные данные на основе траектории кажущейся миграции полюса Сибирской платформы и динамической ФГМ БСО позволяют более определенно установить верхнюю возрастную границу таких тектонических и наложенных процессов, как формирование генеральных структур БСО, метаморфизма мамской кристаллической полосы, золотого ору-денения, магматической активизации ряда комплексов (дайки ламп-рофиров кадали-бутуинского, силлы базитов жаровского и патомско-го вулканических комплексов) и др.; 4. Палеомагнитные данные по реперным образованиям венда БСО могут быть использованы для их корреляции в стратиграфии района; 5. Полученная информация о палеомагнетизме горных пород, слагающих БСО, будет полезной для составления легенд ГДП-200 и геологического картографирования масштаба 1:1000000.

Защищаемые положения:

1. В условиях сложной складчатости по векторам БОН, соори-ентированнъш в современной системе координат, можно определять ее возраст относительно этапов складчатости и восстанавливать последовательность и направленность тектонических дислокаций.

2. Венд-раннекембрийские породы юга Восточной Сибири (шаманская, минь екая, нохтуйская, холодненская+туколамийская, мама-канская+золотовская, падроканская свиты) зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде первичную естественную остаточную намагниченность, характерную для ориентировки древнего геомагнитного поля в субэкваториальном поясе.

3. Динамическая ФГМ доказывает, что формирование БСО обусловлено коллизией и сближением с Сибирской платформой текто-но-стратиграфических экзотических блоков, расположенных на территории складчатого пояса, в течение двух этапов - позднерифейс-кого и среднепалеозойского. Облик Байкало-Патомской дуги, близкий к современному, сформировался в среднем палеозое, а ее прообразом в позднем докембрии служил Прото-Байкало-Патомский лине-амент.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинаре "Палеомагнетизм, геодинамика и металлогения" 1988, на У1-ом Всероссийском съезде по геомагнетизму (Суздаль, 1991 г.), на Международном симпозиуме по геодинамике (Звенигород, 1991), конференциях молодых ученых (Иркутск, 1989-1998 гг.), научно-практических конференциях ИрГТУ, ИГУ, Института общей и прикладной геофизики Людвик-Максимельян Университета (Мюн-

хен) и Института физики Земли им. Марии и Петра Кюри (Париж); представлены на XXI-ой Генеральной ассамблее IUGG (Boulder, Colorado, США, 1995), на международных конференции 1996 г. в Словакии и Пакистане, международной геофизической конференции и выставке ЕАГО, EAGE и SEG (Москва, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения. Она содержит 150 страниц, 34 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 135 наименований.

Работа выполнена в аспирантуре кафедры прикладной геофизики и геоинформатики ИрГТУ, палеомагнитных лабораториях ВостСибНИИГ-ГиМСа и Института общей и прикладной геофизики ЛМУ (Мюнхен).

В проведении исследований большую помощь оказали специалисты разных проблемных лабораторий ВСНИИГГиМСа, ИЗК СО РАЕН, ВНИГ-РИ, ИОиПГ ЛМУ и др. Автор глубоко признателен научному руководителю док. геол.-мин. наук, проф. Г.С.Вахромееву. Активное участие в подготовке работы принимал зав. палеомагнитной лабораторией, канд. геол.-мин. наук В. А. Кравчинский. В процессе работы полезные советы были высказаны Г. Я. Абрамовичем, А. С. Барышевым,

B.Г.Беличенко, В.В.Булдыгеровым, Я.С.Винарским, Ю. А. Давыденко, Т. А. Дольник, Ю.И.Егоровым, Ю.А.Зориным, С.Н.Ипатьевым, Ю.А.Караваевым, Н. 0. Кожевниковым, Н.К.Коробейниковым, В. В. Коткиным, Э.А.Кравчуком, М.И.Кузьминым, А. М. Мазукабзовым, Г.Л.Митрофановым, В. К. Немеровым, В. Г. Окороковым, В. И. Переляевым, Е.В.Скляровым, А. М. Станевием, Ю.И.Токаревым, Л.М.Щупаком, К.А.Яковлевой. Большую помощь в проведении лабораторных экспериментов оказали Л. П. Кухарь, М.З.Хузин, А. С. Засыпкин, Н. А. Садовникова, Н. Д. Коваль. Техническую обработку коллекций проводили Д.Н.Макаров и

C.Г.Филев.

Повышению качественного уровня работы способствовали сотрудники Института общей и прикладной геофизики ЛМУ (Мюнхен) пр. X. Соффель и пр. Н.Петерсон, док. В.Бахтадзе и док. Дж. Тайт, лаборант М.Вайсс.

Считаю приятным долгом выразить всем названным товарищам свою благодарность.

Особую благодарность автор выражает ныне покойным док. геол. -мин. наук, пр. А.Я. Кравчинскому и канд. геол.-мин. наук А.Н.Житкову, заложившим основные идеи настоящей работы.

1.ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ФГМ БСО

Территория Байкальской складчатой области (БСО) традиционно является узловой для решения проблемных вопросов геологического строения Востока России. Поэтому именно здесь сосредоточены первоочередные объемы региональных геологических исследований федерального уровня (ГДП-200). Расшифровка истории геологического развития этого региона с современных позиций тектоники плит невозможна без получения количественных данных о палеогеографическом взаимоотношении составляющих ее тектоно-стратиграфических экзотических блоков (ТСЭБ). Такая информация может быть получена только с помощью палеомагнитного метода, что обосновывает необходимость постановки настоящих исследований.

В пределах БСО уже имеется ряд палеомагнитных определений, но их геодинамическая интерпретация в настоящее время затруднена из-за присутствия здесь большого числа данных с неясной природой ЕОН, а по некоторым объектам фактографический материал имеет низкое качество. Очевидно, что для интерпретации нам необходимо провести анализ старых и получить новые реперные палеомагнитные определения по позднедокембрийским и палеозойско-мезозойским образованиям юга Восточной Сибири как основы для формирования динамической физико-геологической модели БСО. Палеомагнетизм изучает древнее магнитное поле Земли по векторам ЕОН, сохранившемся в горных породах в качестве своеобразных отпечатков. Он с самого начала, зарекомендовал себя в качестве одного из основных методов исторической геофизики, что и определяет актуальность его использования для построения динамических ФГМ.

1.1.Теоретические представления о динамических ФГМ

Моделирование в системе научных знаний используется для решения разного рода проблем, в том числе в ходе формирования и проверки гипотез. Практически, модель является наглядным образом теории. Цель моделирования заключается в создании модели максимально подобной (схожей) к оригиналу и получения на ее основе информации, которую по каким-либо причинам трудно или невозможно получить в естественных условиях, или тогда, когда необходимо облегчить процесс исследования объекта. Таким образом, "модель -это искусственно созданный объект..., который будучи аналогичен

исследуемому объекту, отображает и воспроизводит в более простом, уменьшенном (увеличенном) виде структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами исследуемого объекта, непосредственное изучение которого связано с какими-либо трудностями, большими затратами средств и энергии или просто недоступно, ..." (Кондаков, 1976). В геологии, где предметами исследования служит Земля и ее оболочки, моделирование является единственным способом (методом) для получения информации о их строении и развитии.

Динамические ФГМ получили широкую известность в науках о Земле благодаря работам Г.С.Вахромеева. Они н�