Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Палеомагнетизм и петромагнитная характеристика трапповой формации северо-запада Сибирской платформы

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Палеомагнетизм и петромагнитная характеристика трапповой формации северо-запада Сибирской платформы"

На правах рукописи

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ И ПЕТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАППОВОЙ ФОРМАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

I/

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск 2013

005547367

005547367

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук. (ИНГГ СО РАН). Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук КАЗАНСКИЙ Алексей Юрьевич Официальные оппоненты:

ДИДЕНКО Алексей Николаевич, доктор геолого-минералогических наук, директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск;

ГУЖИКОВ Андрей Юрьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, г. Саратов.

Ведущая организация:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань.

Защита состоится 28 февраля 2014 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, в конференц-зале.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, с указанием ФИО, почтового и электронного адреса, места работы, должности автора, просим направлять по адресу: 630090, Новосибирск, пр-т Акад. Коптюга, 3, ИНГГ СО РАН; Факс: (383) 333-25-13; 330-28-07; E-mail: NevedrovaNN@ipgg.sbras.ru

Все отзывы размещаются на официальном сайте ИНГГ СО РАН не позднее, чем за 10 дней до защиты диссертации, (п.28 Положения о присуждении ученых степеней)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН Автореферат разослан 25 декабря 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

ВВЕДЕНИЕ.

Объект исследования - магнитные характеристики вулканических пород северо-западной части Сибирской трапповой провинции (Норильский район, плато Путорана).

Актуальность работы. Несмотря на длительную историю изучения сибирских траппов ряд задач остается нерешенным. Среди них, продолжительность магматической активности, происходило ли образование значительных объемов изверженных пород непрерывно или отдельными эпизодами и другие. В этом направлении методы магнитостратиграфии, наряду со стандартными изотопно-геохронологическими подходами, могут существенно повысить точность временных оценок. Большая часть сведений о магнитостратиграфии траппов получена по отдельным обнажениям, которые сведены в единый разрез. Такой подход не гарантирует непрерывности установленной записи палеомагнитного сигнала. Кратковременные события — элементы тонкой структуры геомагнитного поля (микрохроны) - могут быть пропущены. В частности, до сих пор в норильских траппах уверенно определена только смена полярности магнитного поля с обратной на прямую на границе ивакинской свиты и вышележащей толщи. Редкие случаи обнаружения кратковременных инверсий внутри магнитозон считались артефактами. Обоснование их геофизической природы и выявление закономерности в распределении магнитных свойств траппов является актуальной научной задачей, поскольку без этого нельзя продвинуться в понимании как самой природы быстрых изменений геомагнитного поля, так и в их взаимосвязанности с катастрофическими геологическими процессами на переломных рубежах развития Земли.

Цель исследования - уточнить магнитостратиграфическую последовательность и продолжительность формирования сибирских траппов с учетом элементов тонкой структуры геомагнитного поля, выявленных в палеомагнитной записи, и закономерностей распределения магнитных свойств.

Научная задача:

На основе лабораторного палео- и петромагнитного изучения верхнепермско-нижнетриасовых разрезов северо-западной части Сибирской трапповой провинции выяснить природу кратковременных изменений полярности палеомагнитного сигнала, установить закономерности распределения магнитных свойств траппов и разработать критерии расчленения траппового разреза по палео- и петромагнитным характеристикам.

Основные этапы исследования:

1. На основе детального изучения естественной остаточной намагниченности траппов Норильского района выявить в палеомагнитной записи следы тонкой структуры геомагнитного поля.

2. На основе анализа палеомагнитной записи установить основные реперы, позволяющие уточнить стратиграфическое положение и продолжительность формирования норильских траппов, и построить новый вариант магнитостратиграфического разреза.

3. С использованием современных методических приемов петромагнитного анализа выяснить причины значительной изменчивости магнитных свойств траппов Норильского района и плато Путорана, установить её связь с условиями формирования пород, и на основе этого выработать критерии расчленения вулканогенного разреза.

Фактический материал и методы исследования. Фактический материал включает керн трех скважин ХС-59, ССВ-15 и ССВ-19 общей протяженностью около 2.5 км, представляющий почти непрерывную и полную последовательность траппов Норильского района, и один естественный разрез на оз. Дюпкун в западной части плато Путорана. Всего 250 фрагментов керна, ориентированных верх-низ, и 50 неориентированных штуфов. Весь каменный материал предоставлен В.В.Рябовым, А.Я.Шевко и М.П.Гора (ИГМ СО РАН). Теоретической основой являются знания о структуре и эволюции Земного магнитного поля, основные принципы палеомагнитного и петромагнитного анализа и принцип аюуализма. Основным методом исследования является лабораторный эксперимент, включающий анализ компонентного состава естественной остаточной намагниченности и измерение основных магнитных характеристик вещества по стандартным методикам. Достоверность результатов обеспечена, во-первых, применением современных подходов к проведению эксперимента: ступенчатые магнитные чистки до полного разрушения естественной остаточной намагниченности; определение состава и структуры носителей намагниченности; верификация повторяемости результатов получаемых различными методами палеомагнитного анализа; контроль сохранности ориентировки образца в процессе пробоподготовки по направлениям вязкой и термовязкой намагниченности; и, во-вторых, использованием современной сертифицированной аппаратуры, большая часть которой имеется в Новосибирском палеомагнитного центре ИНГГ СО РАН, где выполнена работа. Часть экспериментов проведена на аппаратуре палеомагнитной лаборатории КФУ (г. Казань).

Защищаемые научные результаты:

1. Траппы Норильского района, несмотря на частичные необратимые изменения магнитных минералов, зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде палеомагнитную запись, подробно характеризующую состояние магнитного поля Земли на рубеже перми -

2

триаса. Обнаруженные в узких интервалах разреза случаи резкой смены полярности не связаны с физико-химическим преобразованием вещества, а являются записью тонкой структуры магнитного поля Земли.

2. Построен новый вариант магнитостратиграфического разреза поздней перми - раннего триаса Норильского района, в котором Надеждинская, Моронговская и Мокулаевская микрозоны обратной полярности отвечают реперным границам региональных стратиграфических подразделений и являются тонким инструментом для расчленения и корреляции разрезов, а также оценки продолжительности магматизма в Норильском районе. Основываясь на частоте геомагнитных экскурсов, длительность этого события составляет не менее 500 тыс. лет.

3. Распределение интегральных и структурно-вещественных магнитных параметров в разрезе связаны с мощностью и скоростью формирования геологических тел. Закономерное уменьшение деблокирующих температур от кровли к подошве позволяет различать лавовые потоки большой мощности (десятки метров и более).

Научная новизна и личный вклад.

1. На основе детального исследования палеомагнитной записи в траппах Норильского района, на примере разрезов скважин ХС-59, ССВ-15 и ССВ-19, впервые обоснована геофизическая природа резких кратковременных изменений полярности, представляющих собой геомагнитные экскурсы.

2. Обнаружено, что геомагнитные экскурсы приурочены к маркирующим покровам, отражающим значимые события в магматической истории, а значит, изменения в магнитном поле и режиме магматизма могли иметь общую причину.

3. Впервые в прямонамагниченной части разреза траппов Норильского района выделены Надеждинская, Моронговская и Мокулаевская микрозоны обратной полярности, имеющие самостоятельное значение для расчленения и корреляции трапповых разрезов всей Сибирской платформы.

4. На основе сопоставления сделанных магнитостратиграфических построений с мировыми шкалами магнитной полярности уточнено положение границы перми и триаса в разрезе Норильского района.

5. Впервые для оценки длительности магматизма использована частота геомагнитных экскурсов, характер распределения которых в разрезе норильских траппов предполагает продолжительность магматизма в этом районе не менее 500 тыс. лет.

6. Установлено наличие связи магнитных свойств базальтов с положением образца внутри потоков большой мощности, что существенно усложняет построение любой петромагнитной классификации траппов, если используется «разнородно» отобранная коллекция.

Теоретическое и практическое значение. Выявленная запись тонкой структуры геомагнитного поля и сделанные хроностратиграфические построения являются основой для понимания истории формирования траппов на рубеже перми и триаса, позволяют уточнить положение этой границы в разрезе, и имеют практическое значение для выяснения закономерностей размещения связанных с траппами месторождений рудных полезных ископаемых. Установленные микрозоны (Надеждинская, Моронговская и Мокулаевская) являются изохронными реперами, что позволяет проводить по ним расчленение разрезов и их региональную корреляцию. Они могут быть использованы при составлении региональных стратиграфических схем и в легенде геологических карт нового поколения. Материалы проведенных исследований нашли отражение в учебном курсе «Методы палеомагнетизма и магнетизма горных пород» для магистрантов геологических специальностей Геолого-геофизического факультета НГУ.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 5 статей в рецензируемых научных журналах по Перечню ВАК. Основные результаты работы обсуждались на российских и международных научных совещаниях: Всероссийской научной конференции «Фундамент, структуры обрамления Западно-Сибирского мезозойско-кайнозойского осадочного бассейна, их геодинамическая эволюция и проблемы нефтегазоносности» (Тюмень, 2008); совещании по проблемам палеомагнетизма и магнетизма горных пород (Обсерватория «Борок», 2002); Тектоническом совещании (Москва, 2003); ежегодном научном совещании "Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса" (Иркутск, 2004); на конференциях молодых ученых в Новосибирске (2003,2004) и Иркутске (2003).

Структура и объем работы. Диссертация общим объёмом 143 страницы состоит из введения, пяти глав и заключения. Она включает 38 рисунков, 6 таблиц, и список литературы из 156 наименований.

Благодарности.Хочувыразитьогромнуюблагодарностьсвоему научному руководителю и учителю доктору геол.-мин. наук А.Ю. Казанскому. Работа не состоялась бы без помощи и поддержки чл.-корр. РАН В. А. Верниковского и д.г.-м.н. Д.В. Метелкина. Автор неоднократно советовался с В.В. Рябовым, Г.С. Федосеевым, В.Ю. Брагиным, Г.Г. Матасовой, A.B. Лавренчуком, А.Э. Изохом и другими специалистами. Автор благодарит О.В. Куприш и ЗЛ.Шмыреву за выполнение трудоемких исследований, Д.В. Напреева и A.C. Крамарова за помощь в подготовке каменного материала. Большое влияние на автора оказали С.А. Тычков, C.B. Шипунов, А.Ю. Гужиков, А.Н. Диденко, Д.М. Печерский, A.B. Титов, H.H. Крук и другие ученые. Отдельно хочу поблагодарить академика РАН H.JL Добрецова за поддержку палеомагнитного направления в Сибирском отделении РАН.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ТРАППОВАЯ ФОРМАЦИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ

ПЛАТФОРМЫ

Краткая геологическая характеристика. Мощные покровы платобазальтов, сформированные на рубеже перми и триаса и объединяемые в составе Сибирской трапповой провинции, а также продукты синхронного бимодального и щелочно-гранитоидного магматизма на севере Сибири и в Центральной Азии, по мнению многих специалистов, связаны с функционированием системы одновременных или близких по времени мантийных плюмов. На Сибирской платформе траппы сконцентрированы в Тунгусской синеклизе и прослеживаются далее геофизическими методами под отложения Енисей-Хатангского прогиба вплоть до Южного Таймыра. Трапповая формация северо-запада Сибирской платформы включает лавы, вулканогенно-обломочные серии и многочисленными, преимущественно пластовые, интрузии основного состава. Общий объем только вулканической части формации оценивается в 1.75 млн. кмЗ [Васильев и др., 2000]. Анализ изотопно-геохронологических данных показал, что основной пик магматизма соответствует границе перми и триаса: 248-251 млн лет [Н.ек1ю\у е1 а1., 2009 и др.]. Несмотря на многочисленные определения абсолютного возраста, вопрос о длительности магматизма в пределах разных областей Сибирской трапповой провинции остается одним из наиболее дискутируемых. Точность изотопно-геохронологических определений зачастую не позволяет корректно оценить продолжительность этого события. Совместный анализ определений абсолютного возраста и палеомагнитных данных позволил многим специалистам прийти к выводу, что формирование трехкилометрового разреза траппов произошло не более чем за 1 млн лет [Линд, 1998; Кашо е1 а1., 2003], или даже еще быстрее [Неипетапп, 2003; Павлов и др., 2011].

Одной из особенностей сибирских траппов является их ритмическое строение, отражающее последовательность периодов активизации и затухания магматической активности. В настоящее время обосновано существование пяти крупных тектономагматических циклов [Рябов и др., 2000]. Первый из них включает только ивакинскую свиту, отвечающую самому раннему этапу магматизма, и представленную не во всех разрезах Норильского района. Второй цикл, также относящийся к раннему этапу, представлен сыверминской и гудчихинской свитами. Третий (включающий хаканчанскую, туклонскую и надеждинскую свиты) и четвертый (моронговская и мокулаевская свиты) относятся к позднему этапу «развитого» магматизма, и содержат наиболее мощные вулканогенные образования, широко распространенные по всей северо-

западной части Сибирской платформы далеко за пределы Норильского района. Перечисленные четыре магматических цикла и соответствующие им свиты хорошо представлены в трех изученных скважинах Норильского района. Стратиграфическая колонка разреза оз. Дюпкун содержит свиты: аянскую (стратиграфический аналог моронговской свиты Норильского района), юряхскую, хоннамакитскую (аналог мокулаевской), а также неракарскую (аналог хараелахской) — единственного представителя пятого магматического цикла в данной работе.

Палеомагнитные и магнитостратиграфические исследования сибирских траппов в большом объеме проводились в 1960-х - 1970-х годах [Гусев и др.,1967; Гусев, 1968; Линд, 1973; Сидорас, 1984], а их результаты обобщены в работе [Lind et al, 1994] и др. В последние десятилетия методика исследований претерпела качественные изменения, связанные как с появлением новой аппаратуры, так и с совершенствованием эксперимента и интерпретации результатов. Со второй половины 1990-х годов наблюдается повторный всплеск интереса палеомагнитологов к сибирским траппам. К настоящему времени опубликовано большое количество работ [Gurevitch et al., 1995; Solodovnikov, 1995; Westphal et al., 1998; Казанский и др., 2000, 2005; Kravchinsky et al., 2002; Веселовский и др., 2003; Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004; Pavlov et al., 2007; Павлов и др., 2011; и др.], затрагивающих различные аспекты палео- и петромагнетизма сибирских траппов. Однако, большая часть этих исследований выполнена по отдельным обнажениям, поэтому нельзя исключить, что сводные магнитостратиграфические построения представляют сокращенную запись магнитного сигнала, где кратковременные обращения магнитного поля (субзоны и микрозоны) могут быть пропущены.

Глава 2. МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ И ПЕТРОМАГНИТНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

В начале главы кратко рассмотрены теоретические основы палеомагнетизма и магнетизма горных пород в виде компилированного изложения справочных сведений, необходимых для понимания фактуры в последующих главах. Использованная методика не отличается от общепринятой [Палеомагнитология, 1982; Таихе, 2002 и др.]. Лабораторные исследования проводились на аппаратурной базе Палеомагнитного центра ИНГГ СО РАН, включающей экранированную комнату (внутреннее поле < 250 нТл), где установлены: криогенный магнитометр 2G Enterprises (США) со встроенной установкой размагничивания переменным магнитным полем, спин-магнитометр JR-6A (Чехия) и горизонтальная экранированная печь системы В.П. Апарина (Россия). Для установления компонентного состава естественной остаточной

намагниченности (ЫЛМ) образцы были подвергнуты ступенчатому температурному размагничиванию и/или размагничиванию переменным магнитным полем, результаты которых обрабатывались с использованием стандартных алгоритмов [КлгесЬутк, 1980], реализованных в программных пакетах [Епкт, 1994]. Измерения петромагнитных параметров проводились по общепризнанным в мировой практике методикам [Петрова, 1977; УовЫсЗа е! а1, 1994 и др.] на приборах отечественного (коэрцитивный спектрометр П.Г.Ясонова, весы Кюри (ДТМА) и др.) и зарубежного (каппометр ВагПгщпоп М82В) производства. Тем не менее, исследования траппов имеют некоторые особенности, связанные в первую очередь с их происхождением и временем фиксации палеомагнитного сигнала. Так, с одной стороны, разрез можно считать условно непрерывным, поскольку образование вулканических тел происходило достаточно часто, чтобы успеть зафиксировать общую динамику изменения геомагнитного поля. С другой стороны, кратковременные вариации, образующие его тонкую структуру, могут попасть в промежуток между двумя последовательными извержениями, и не будут зафиксированы в разрезе. Можно сказать, что разрез содержит множество кратковременных перерывов, в сумме составляющих время большее, чем суммарное время фиксации намагниченности [МсКее, ЕЫоп, 1980]. Более того, поскольку излияния лавовых потоков не могли происходить строго одновременно в разных частях траппового поля, нормальной является ситуация, когда, к примеру, один и тот же экскурс будет зафиксирован не во всех «одновозрастных» разрезах.

Глава 3. ЕСТЕСТВЕННАЯ ОСТАТОЧНАЯ НАМАГНИЧЕННОСТЬ В ОБРАЗЦАХ КЕРНА СКВАЖИН НОРИЛЬСКОГО РАЙОНА Во всех изученных образцах (за исключением 2 шт.) сохранилось направление древней остаточной намагниченности, проявляющееся в ходе магнитных чисток как наиболее стабильный и, чаще всего, характеристический компонент. Тем не менее, многие образцы содержат вторичную, наложенную, намагниченность, вклад которой в общую ИЯМ может составлять до 50%. Вторичная намагниченность часто существенно искажает направление стабильного компонента, вплоть до изменения знака наклонения (для обратнонамагниченной части разреза). Соответственно, во многих случаях без применения магнитных чисток нельзя корректно определить «истинную» магнитную полярность. По результатам чисток принципиальных отличий в поведении вектора намагниченности в ходе эксперимента (кроме знака наклонения) в образцах ивакинской свиты (преимущественно обратная полярность) и остальной части разреза (преимущественно прямая полярность) не выявлено, несмотря на то, что породы существенно отличаются по петрологическим и геохимическим характеристикам.

ССВ-19

СР-24

Маркирующие покровы: Н - надаянский, Ш - шадринский

Глубина, м

Рисунок 1 - Наклонение характеристического компонента намагниченности в скважинах ХС-59, ССВ-! 5 и ССВ-19; сравнение полученной палеомагнитной записи с результатами Е. Гуревича и К. Хойнемана по скважине СО-24 [ОигвУ^сЪ е! а1., 2004]; овалами выделены фрагменты, обнаруживающие наибольшее сходство между собой

Анализ поведения магнитного наклонения характеристического компонента по разрезам трёх исследованных скважин (рисунок 1) и сравнение с магнитной записью в скважине СБ-24 [СигеуксЬ е1 а1., 2004] в том же районе позволяет сформулировать следующие утверждения:

¡.Магнитная запись охватывает временной промежуток, начинающийся в период стабильного магнитного поля обратной полярности и заканчивающийся в период преимущественной нормальной полярности.

2. Верхняя часть ивакинской свиты в изученном разрезе характеризуется намагниченностью положительного наклонения. Это значит, что переходный период между двумя эпохами стабильной полярности начался еще во время (в конце) первого вулканического цикла.

3. Интервал разреза от основания сыверминской до середины гудчихинской свит характеризуется пониженным абсолютным значением наклонения, что является косвенным признаком нестабильности магнитного поля Земли, типичного для периода завершения инверсии.

4. В изученных разрезах наблюдается множество «палеомагнитных аномалий» (ПМА) - случаев резкого изменения наклонения на обратное, фиксируемых для единичных вулканических тел небольшой мощности или даже единичных образцов.

Глава 4. ПЕТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАППОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

Интегральные магнитные характеристики. По результатам измерений и анализа магнитной восприимчивости и величина ЫЛМ установлено, что интегральные магнитные характеристики не могут выступать в роли критериев принадлежности породы к какому-либо стратиграфическому уровню или генетическому типу. Наблюдаемые значительные вариации (2 порядка и более) связаны с условиями формирования магнитных минералов и контролируются, в первую очередь, скоростью кристаллизации, интенсивностью окисления и последующими химическими изменениями.

Гистерезисные магнитные характеристики. Измеренные гистерезисные магнитные параметры имеют типичные для вулканических пород базальтового состава величины. Характеристикой доменного состояния большинства изученных образцов является суперпозиция БО и МЭ. Исключительно однодоменные (80) магнитные частицы встречаются крайне редко. Базальты естественного разреза на оз. Дюпкун отличаются повышенным содержанием многодоменной (МБ) магнитной фракции а также вероятным присутствием двух ферромагнитных фаз, что проявляется в виде «расщепления» коэрцитивных спектров и смещения точек на диаграмме Всг/Вс уб Лэ/Ъ от расчетной кривой в области МО.

Состав магнитной фракции. По результатам термомагнитного анализа ясно, что в большинстве изученных пород произошли необратимые изменения первичных титаномагнетитов с образованием титаномаггемита, который в ходе лабораторных нагревов переходит в магнетит. Тем не менее, новообразованные ферромагнитные зерна наследуют первоначальное направление остаточной намагниченности, что позволяет выделять его по результатам температурной магнитной чистки. Титаномагнетиты (титаномаггемиты) в базальтах разреза оз. Дюпкун отличаются повышенным содержанием титана, что указывает на относительно более глубинный магматический очаг. Незначительный рост содержания титана в титаномагнетитах (титаномаггемитах) наблюдается и в верхних стратиграфических подразделениях разреза.

По результатам петромагнитного исследования можно сделать следующие заключения:

1. Необходимо констатировать, что образцы, которые соответствуют обнаруженным ранее ПМА не отличаются от остальных ни по интегральным магнитным параметрам, ни по минеральному составу, ни по размеру зерна. Для проверки возможности самообращения образцы из интервалов ПМА и несколько контрольных были подвергнуты термонамагничиванию от 740°С до комнатной температуры в естественном лабораторном поле (~0.5 мТл). Все образцы приобрели намагниченность в соответствии с направлением магнитного поля. Самообращения не происходило ни сразу после охлаждения, ни в течение года после того.

2. Наблюдается закономерность в изменении магнитных свойств

базальтов в зависимости от положения образца внутри потока при

условии его большой мощности (> 15 м). Наиболее чувствительным

параметром оказалась деблокирующая температура (ТёЬ), которая имеет

пониженные значения для крупных потоков по сравнению с другими.

. , . -„„ Понижение Т.. от кровли у = Ч11_п(х) + 668 ль г

^=0^5 к подошве происходит тем

значительнее и быстрее, чем

больше мощность потока. В

логарифмическом масштабе

зависимость имеет почти

линейный вид (рисунок 2)

от введенного параметра

«эффективная глубина»

(среднее геометрическое

„ „ „ _ мощности потока и расстояния

Рисунок 2 - Зависимость Т.. от г

«эффективной глубины» для бмальтов от его КР0ВЛИ исследуемого скважины ХС-59 образца).

Глава 5. МАГНИТОСТРАТИГРАФИЯ ТРАППОВ НОРИЛЬСКОГО

РАЙОНА

Сводный магнитостратиграфический разрез. Поскольку по результатам петромагнитных исследований не выявлено признаков того, что установленные ПМА могут быть результатом вторичного физико-химического воздействия или самообращения, мы вправе считать их записью тонкой структуры геомагнитного поля, предположительно экскурсами, и включить их в результирующий магнитостратиграфический разрез. Наиболее уверенно выделяются микрозоны обратной полярности в основаниях моронговской и мокулаевской свит (рисунок 3), где

100

Эффективная глубина, м

Прямая полярность. | Обратная полярность. ' | Данные отсутствуют.

Рисунок 3 - Построение сводного магнитостратиграфического разреза по трем скважинам Норильского района; стрелками обозначены наиболее уверенно выделяемые и коррелируемые микрозоны, сплошными линиями - положение

свит в разрезах

обратная намагниченность фиксируется в нескольких вулканических телах в скважине ХС-59 и повторяется в других скважинах. Еще одна микрозона обратной полярности характеризует среднюю часть надеждинской свиты. Она проявлена в одном образце из скважины ХС-59 и фиксируется в серии последовательных потоков в скважине ССВ-15. Микрозоны в основаниях мокулаевской и моронговской свит приурочены к надаянскому и шадринскому маркирующим покровам соответственно. Эти реперы имеют региональное значение и представляются в качестве индикаторов смены очередных магматических циклов [Рябов и др., 2000]. То же справедливо для Надеждинской микрозоны, которая может быть скоррелирована с реперной границей подсвит.

Оценка продолжительности вулканической активности базируется на частоте встречаемости геомагнитных экскурсов и предположении, что в раннем триасе она была близка к таковой в четвертичном периоде: от 40-50 тыс. лет [ТЬоиуепу, е1 а1,2008] до 80-100 тыс. лет [Поспелова, 2002]. В прямонамагниченной части разреза выше ивакинской свиты зафиксировано8эпизодовобратнойполярности(рисунокЗ).Дваблизкихпо

времени эпизода вверху моронговской свиты, по-видимому, представляют запись одного экскурса. С учетом сказанного, продолжительность интервала разреза прямой полярности можно оценить приблизительно в 400 тыс. лет. В обратнонамагниченной части разреза ивакинской свиты обнаружен лишь один экскурс, соответственно этот эпизод мог длиться около 80 тыс. лет. Принимая во внимание, что время необходимое для самой инверсии вместе с последующей стабилизацией поля составляет не более 20 тыс. лет [Merrill, McFadden, 1999; Петрова, 2002], получаем оценку продолжительности формирования всего изученного разреза -минимум 500 тыс. лет. Это хорошо согласуется с результатами изотопного датирования [Reichow et al., 2009]. Реальная продолжительность вулканизма, несомненно, может быть несколько больше из-за спорадического характера излияний и возможных перерывов в разрезе.

Положение границы перми - триаса (РТВ). Известно, что возраст Сибирских траппов соответствует рубежу перми - триаса [Kamo et al., 2003; Reichow et al., 2009]. Полученные палеомагнитные данные позволяют уточнить положение этой границы в разрезах Норильского района. Традиционно её проводят между ортозонами обратной и прямой полярностей [Lind et.al., 1994]. В рамках современных построений РТВ предлагается проводить внутри ортозоны прямой полярности, в нижней её части [Steiner, 2006]. В стратотипическом (GSSP) Мейшаньском разрезе (Китай) РТВ соответствует микрозона обратной полярности. Это позволяет предполагать возможность корреляции с одной из установленных нами микрозон. На наш взгляд, наиболее подходящим "кандидатом" может быть Моронговская микрозона. Судя по косвенным данным, она наиболее продолжительная, потому и могла быть зафиксирована в осадочных разрезах, в том числе в GSSP. Она совпадает с началом IV крупного магматического цикла, знаменующего наиболее активную стадию вулканизма на Сибирской платформе. Кроме того, исходя из представленных оценок продолжительности магматизма, интервалу разреза между ивакинской и моронговской свитами соответствует временной промежуток около 200 тыс. лет, что хорошо согласуется с положением РТВ относительно начала ортозоны прямой полярности в магнитостратиграфических шкалах (см. рисунок 4). Надо заметить, что в ранних работах по магнетизму траппов Норильского района ПМА обратной полярности обнаруживали в интрузивных аналогах именно моронговской свиты [Lind et.al., 1994; Westphal et al., 1998]. На рисунке 4 показан предлагаемый вариант корреляции магнитостратиграфического разреза норильских траппов с известными магнитостратиграфическими шкалами. Его можно считать промежуточным между традиционным вариантом [Lind et. al., 1994; Gurevitch et al., 2004 и др.] и предложенным

Шкала магнитной полярности Мейшаньского GSSP границы перми и триаса

[Yin et al., 2001]

Международная магнитострати графическая шкала [Steiner, 2006]

249.5*

-260

Рисунок 4 - Положение границы перми и триаса в разрезе траппов Норильского района. Разрезы: I - наст, работа, II - Lind et al., 1994 в интерпретации Westphal et al., 1998 (приведены в одном масштабе); свиты: iv - ивакинская, sv - сыверминская, gd - гудчихинская, hk - хаканчанская, tk - туклонская, nd - надеждинская, mr - моронговская,

mk - мокулаевская, sm - самоедская; *абсолютный возраст РТВ приведен в соответствии с данными [Reichow et al., 2009] для

Мейшаньского GSSP

М.Штейнер (на врезке рисунка 4), где весь разрез Норильского района помещается в верхнюю пермь [Steiner, 2006].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе изложены и систематизированы результаты исследования, проводимого автором на протяжении последних двенадцати лет совместно с коллегами палеомагнитологами и геологами. Принципиально новым в исследовании сибирских траппов является обнаружение и обоснование присутствия в них записи т.н. «тонкой структуры» геомагнитного поля, что открывает дорогу для количественных оценок динамики формирования траппов с помощью палеомагнитных методов. В частности, позволяет оценивать продолжительность магматизма не только «сверху», но и «снизу». Полученная оценка в 500 тыс. лет существенно ограничивает допустимые рамки предположений об «экстремальной краткости» всего магматического события. Во всяком случае, верхняя часть разреза, от моронговской свиты и выше, не могла сформироваться быстрее, чем за 200-300 тыс. лет, что уже нельзя считать «экстремальной» скоростью.

Результаты работы существенно меняют представления о магнитостратиграфически «немом» вулканогенном разрезе северо-запада Сибирской платформы, где по сравнению с другими областями распространения траппов (а в особенности, Западной Сибирью) наблюдается очень малое количество "узнаваемых" магнитозон (на большей части площади - одна). Новая картина магнитной записи в норильских траппах хорошо согласуется с геологическими представлениями о ритмичности магматизма. Это позволит целенаправленно искать «следы» кратковременных инверсий (экскурсов) в конкретных интервалах разреза, вблизи структурно-стратиграфических границ. С другой стороны, палеомагнитная запись, содержащая «реперы» в виде экскурсов, поможет структурировать разрез там, где это проблематично для традиционных подходов.

На примере изученных объектов показан общий характер влияния локальных условий формирования породы на приобретаемые ею магнитные свойства. Выявленные закономерности в достаточной (хотя и далеко не полной) мере объясняют причины значительной изменчивости магнитных параметров, обычно наблюдаемой для траппов. Обнаруженную закономерность изменения деблокирующих температур внутри мощных вулканических тел в дальнейшем следует проверить на примере субпластовых интрузий. Не исключено, что петромагнитный подход может быть использован для разрешения давних споров о генетической природе отдельных тел - являются ли они потоками или силлами? Тем не менее уже сейчас отмеченные петромагнитные особенности мощных покровов могут служить для выяснения структуры разрезов и их расчленения.

Новый вариант корреляции норильских траппов с международной шкалой магнитной полярности, когда до половины вулканогенного разреза принадлежит пермской системе, представляется вполне логичным, если верны предположения о причинной связи позднепермского массового вымирания биоты с активной вулканической деятельностью [Reichow et al., 2009; Saunders and Reichow, 2009].

Для автора очевидно, что развитие начатого исследования должно быть направлено, прежде всего, на его распространение по всей Сибирской трапповой провинции. Пока еще необходимо накапливать информацию, усиливать количественную базу, что в будущем позволит выйти на новый уровень как в понимании процессов изменения магнитного поля и механизмов его фиксации в вулканических породах, так и в представлениях о динамике формирования крупных магматических провинций. Тем более, что первый качественный сдвиг в этом направлении уже сделан.

Основные публикации по теме диссертации.

1. Гордиенко И.В. Положение венд- раннекембрийских офиолитовых и островодужных комплексов Джидинской зоны каледонид в структурах палеоазиатского океана по палеомагнитным данным / И.В. Гордиенко, Н.Э. Михальцов // ДАН. - 2001. - 1319. - № 4. - С. 508-513. (рекомендовано Перечнем ВАК)

2. Парначев В.П. Массив горы Черная Сопка эталон черносопкинского сиенит-щелочногабброидного комплекса (Восточный Саян). / В.П. Парначев, H.A. Макаренко, А.Э. Динер, А.И. Изох, А.П. Косоруков, A.B. Лавренчук, Д.В. Метелкин, Н.Э. Михальцов - Красноярск: КНИИГиМС, 2002. - 139 с.

3. Гордиенко И.В. Состав и положение офиолитовых, островодужных и окраинноморских комплексов Джидинской зоны каледонид в структурах Палеоазиатского и Монголо-Охотского океанов по палеомагнитным данным / И.В. Гордиенко, Н.Э. Михальцов // Материалы XXXVI Тектонического совещания «Тектоника и геодинамика континентальной литосферы». - М.: ГЕОС, 2003.-С. 150-155.

4. Гордиенко И.В. Состав и структурное положение урминской толщи позднего девона в складчатом обрамлении юга Сибирской платформы по палеомагнитным данным / И.В. Гордиенко, Н.Э. Михальцов, A.B. Филимонов // ДАН. - 2003. -Т.388. - № 5. - С. 651-655. (рекомендовано Перечнем ВАК)

5. Метелкин Д.В. Внутриплитные сдвиговые перемещения и магматизм в обрамлении Сибирской платформы в мезозое: палеомагнитный аспект / Д.В. Метелкин, Н.Э. Михальцов, В.Ю. Брагин // Материалы III конференции молодых ученых, посвященной М.А.Лаврентьеву, 4.II. - Новосибирск: Изд. РИЦ "Прайс-Курьер", 2003. - С. 182-186.

6. Лавренчук A.B. Черносопкинский тешенит-сиенитовый комплекс северозападной части Восточного Саяна - одно из проявлений раннедевонского плюмового магматизма/A.B. Лавренчук, А.Э. Изох, Г.В. Поляков, Д.В. Метелкин, Н.Э. Михальцов, A.B. Травин // Геология и геофизика. - 2004. - Т.45. - № 6. -С.663-677. (рекомендовано Перечнем ВАК)

7. Метелкин Д.В. Мезозойский этап тектономагматической активности в обрамлении Сибирской платформы: палеомагнитный аспект / Д.В. Метелкин, В.Ю. Брагин, Н.Э. Михальцов // Материалы IV конференции молодых ученых, посвященной М.А.Лаврентьеву, ч.Н.-Новосибирск: Изд. НГУ, 2004. - С. 185-189.

8. Михальцов Н.Э. Возраст и масштабы пермо-триасового магматизма Сибири по палеомагнитным данным / Н.Э. Михальцов, В.В. Рябов, А.Ю. Казанский, А.Я. Шевко, О.В. Куприш // Фундамент, структуры обрамления Западно-Сибирского мезозойско-кайнозойского осадочного бассейна, их геодинамическая эволюция и проблемы газоносности: Материалы всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, г. Тюмень, 29 сентября - 2 октября 2008 г. - Новосибирск: СибНАЦ, 2008. - С. 152-156.

9. Казанский А.Ю. Палеомагнитный возраст траппов по сверхглубокой скважине СГ-7 Ен-Яхинской севера Западной Сибири / А.Ю. Казанский, B.C. Бочкарев, A.M. Брехунцов, К.Г. Лукомская, Н.Э. Михальцов // Горные ведомости. - 2009. - №9. - С. 24-35.

10. Михальцов Н.Э. Палеомагнетизм траппов северо-западной части Сибирской платформы по результатам исследований керна скважин / Н.Э. Михальцов, А.Ю. Казанский, В.В. Рябов, А.Я. Шевко, О.В. Куприш, В.Ю. Брагин // Геология и геофизика. - 2012. - Т.53. - № 11. - С. 1595-1613.

(рекомендовано Перечнем ВАК)

11. Метелкин Д.В. Геологическое строение и палеомагнетизм вендских и нижнекембрийских отложений Аргунского террейна (восточное Забайкалье) / Д.В. Метелкин, И.В. Гордиенко, Л.И. Ветлужских, Н.Э. Михальцов // ДАН. -2013. - Т. 449. - № 2. - С. 189. (рекомендовано Перечнем ВАК)

Технический редактор Т. С. Курганова

Подписано в печать 18.12.2013 Формат 60х84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме. Печ. л. 0,9. Тираж 120. Зак. № 108

ИНГГ СО РАН, ОПТ 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Михальцов, Николай Эдуардович, Новосибирск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ ИМ. А.А. ТРОФИМУКА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

042014564

сс

На правах рукописи

МИХАЛЬЦОВ НИКОЛАЙ ЭДУАРДОВИЧ

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ И ПЕТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАППОВОЙ ФОРМАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

25.00Л0 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель Казанский А.Ю. доктор геол.-минерал. наук

Новосибирск, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................5

Сокращения и условные обозначения, принятые в работе..........................................................12

Глава 1. ТРАППОВАЯ ФОРМАЦИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ.....13

1.1. Краткая геологическая характеристика

1.1.1. Общая характеристика сибирских траппов................................................................13

1.1.2. Возраст, стратиграфия и продолжительность образования траппов.......................18

1.1.3. Условия формирования пород трапповой формации................................................23

1.2. Палео- и петромагнитная изученность сибирских траппов

1.2.1. Обзор результатов исследований 60-80-х годов XX века.........................................25

1.2.2. Новые исследования на рубеже веков........................................................................30

1.3. Объекты исследования.........................................................................................................31

1.3.1. Стратиграфия и вещественный состав разрезов,

вскрытых скважинами ХС-59, ССВ-15 и ССВ-19...............................................................32

1.3.2. Разрез оз. Дюпкун.........................................................................................................36

Глава 2. МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ И ПЕТРОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................................................................................38

2.1. Физические основы палеомагнетизма

2.1.1. Особенности структуры и поведения магнитного поля Земли,

принцип центрального осевого диполя и степень его применимости..............................38

2.1.2. Намагниченность горных пород, магнитные минералы, доменное состояние......40

2.2. Постановка лабораторных экспериментов

2.2.1. Исследование направления остаточной намагниченности горных пород..............43

2.2.2. Магнитные методы исследования состава и структуры магнитной фракции, информативность различных петромагнитных параметров...............................................45

2.2.3. Аппаратурное и методическое обеспечение исследований.....................................47

2.3. Обработка и интерпретация экспериментальных данных................................................49

2.3.1. Методические особенности исследований траппового разреза...............................50

2.3.2. Обоснование необходимости петромагнитных исследований

для контроля палеомагнитных результатов.........................................................................51

Глава 3. ЕСТЕСТВЕННАЯ ОСТАТОЧНАЯ НАМАГНИЧЕННОСТЬ В ОБРАЗЦАХ КЕРНА СКВАЖИН НОРИЛЬСКОГО РАЙОНА..........................................................................54

3.1. Палеомагнитное опробование вскрытых скважинами разрезов......................................54

3.1.1. Скважина ХС-59...........................................................................................................54

3.1.2. Скважины ССВ-15 и ССВ-19.......................................................................................56

3.2. Результаты магнитных чисток: компонентный состав и

направления естественной остаточной намагниченности.......................................................57

3.2.1, Скважина ХС-59...........................................................................................................58

3.2.2. Скважины ССВ-15 и ССВ-19.......................................................................................71

3.3. Анализ результатов и общие выводы по главе 3...............................................................75

Глава 4. ПЕТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАППОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ.........................................................................................................80

4.1. Общая характеристика по объектам в целом

4.1.1. Интегральные магнитные параметры в разрезах скважин.......................................80

4.1.2. Размер зерен и доменное состояние ферромагнитной фракции..............................83

4.1.3. Состав магнитной фракции по результатам термомагнитного анализа..................94

4.2. Исследование связи петромагнитных параметров пород с положением внутри различных вулканических тел

4.2.1. Типизация коэрцитивных спектров............................................................................99

4.2.2. Понижение наблюдаемых деблокирующих температур в мощных потоках.......103

4.3. Сравнение петромагнитных характеристик образцов,

имеющих различную полярность остаточной намагниченности.........................................108

4.4. Общие выводы по главе 4..................................................................................................110

Глава 5. МАГНИТОСТРАТИГРАФИЯ ТРАППОВ НОРИЛЬСКОГО РАЙОНА..................112

5.1. Построение магнитостратиграфических разрезов по скважинам.................................112

5.1.1, Скважина ХС-59.........................................................................................................112

5.1.2. Скважины ССВ-15 и ССВ-19.....................................................................................114

5.1.3, Сводный магнитостратиграфический разрез...........................................................116

5.1.4. Общий анализ динамики изменений магнитного поля

на рубеже перми-триаса и возможная связь с магматической активностью..................119

5.2. Корреляция сводного разреза с магнитостратиграфическими шкалами и

результатами предыдущих исследований...............................................................................122

5.2.1. Минимально возможная продолжительность формирования

траппов Норильского района...............................................................................................122

5.2.2. Положение границы перми и триаса в разрезе сибирских траппов......................124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................128

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................................................130

ВВЕДЕНИЕ

Стратифицированные толщи изверженных пород являются уникальным архивом истории магнитного поля Земли. Многочисленные палеомагнитные исследования крупных изверженных провинций (Large Igneous Provinces - LIP) по всему земному шару показали, что в таких толщах сохраняется информация не только о палеомагнитной зональности [Сох, 1988; Lind et al., 1994; Courtillot et al., 2000; Guillou et al., 2001; Poornachandra et al., 2003; Gurevitch et al., 2004; Kristjanson et al, 2004; Chenet et al., 2007], но и об элементах тонкой структуры геомагнитного поля прошлых эпох: вековых вариациях, экскурсах и инверсионных переходах [Herrero-Bervera et al., 1996; Kristjansson and Johannesson, 1999; Heunemann, 2003; HerreroBervera et al., 2007]. Помимо того, что результаты таких исследований, дают ценнейшую информацию о поведении геомагнитного поля в геологическом прошлом, они позволяют точнее определять возраст, продолжительность и интенсивность магматизма на изучаемых территориях, т.е. динамику формирования LIP.

Объектом исследования в настоящей работе являются магнитные характеристики вулканических комплексов северо-западной части трапповой формации Сибирской платформы (Норильский район, плато Путорана).

Актуальность работы. Несмотря на длительную историю палеомагнитных и петромагнитных исследований сибирских траппов, позволивших накопить огромный объем данных [Гусев и др.,1967; Гусев, 1968; Гусев, 1970; Линд, 1973; Ивлиев и др., 1976; Сидорас, 1984; Lind et al, 1994; Gurevitch et al., 1995; Solodovnikov, 1995; Westphal et al., 1998; Казанский и др., 2000; Мишенин, 2002; Kravchinsky et al., 2002; Веселовский и др., 2003; Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004; Казанский и др., 2005, 2009; Павлов и др. 2011 и другие работы], ряд ключевых вопросов, до сих пор остаются дискуссионными. Среди них - продолжительность магматической активности на территории распространения Сибирской трапповой формации в целом и в различных её провинциях, происходило ли образование значительных объемов изверженных пород непрерывно, одномоментно или отдельными эпизодами и другие. Палеомагнитные исследования, в особенности методы магнитостратиграфии, в данном случае являются существенным дополнением для изотопно-геохронологических исследований в вопросах оценки возраста и продолжительности формирования траппов, в совокупности они могут дать более точную и подробную возрастную модель и значительно повысить точность хроно-стратиграфических построений.

Большая часть предыдущих палеомагнитных исследований трапповой формации Сибирской платформы выполнена по отдельным обнажениям, увязанным в сводный магнитостратиграфический разрез. Поэтому, нельзя исключить, что запись палеомагнитного сигнала в них существенно сокращена и кратковременные инверсии магнитного поля (микро-или криптохроны) могут быть пропущены. В частности, до сих пор в норильских траппах уверенно выделяется только смена полярности магнитного поля с обратной на прямую (R-N) на границе ивакинской свиты (или ее стратиграфических аналогов) и вышележащей толщи [Lind et al, 1994; Gurevitch et al., 2004]. Случаи обнаружения противоположной полярности для отдельных образцов внутри магнитозон R или N относились на счет перемагничивания, самообращения или считались артефактами, и не принимались во внимание [Гусев, 1962, 1968; Gurevitch et al., 2004]. Обоснование их геофизической природы является актуальной задачей, поскольку без этого нельзя продвинуться в понимании как самой природы быстрых изменений геомагнитного поля, так и в их взаимосвязанности с катастрофическими геологическими процессами на переломных рубежах развития Земли.

Палеомагнитные исследования в настоящей работе опираются на керновый материал скважин, представляющий почти непрерывную и наиболее полную последовательность для траппов Норильского района. Корме того, следует учесть, что сохранность намагниченности в керновом материале как правило выше, чем в естественных обнажениях. Все это позволяет повысить детальность, полноту и надежность магнитостратиграфических построений по сравнению с использованием составных разрезов по естественным обнажениям.

Петрофизические, в том числе и петромагнитные исследования траппов Сибирской платформы, наряду с палеомагнитными, также ведутся давно, и накоплен обширный материал [Гусев и др., 1967; Линд, Металлова, 1974; Ивлиев и др., 1976; Линд, 1976; Румянцева, 1977; Кропотов, 1992; Heunemann, 2003], но обобщающие работы по данной тематике отсутствуют. Проведенные исследования показывают, что породы трапповой формации характеризуются большой изменчивостью магнитных свойств. Но вопрос о генетической природе этой изменчивости остается нерешенным.

Цель исследования:

Уточнить магнитостратиграфическую последовательность и продолжительность формирования сибирских траппов с учетом элементов тонкой структуры геомагнитного поля, выявленных в палеомагнитной записи, и установленных закономерностей распределения магнитных свойств.

Научная задача:

На основе лабораторного палео- и петромагнитного изучения верхнепермско-нижнетриасовых разрезов северо-западной части Сибирской трапповой провинции выяснить природу кратковременных изменений полярности палеомагнитного сигнала, установить закономерности распределения магнитных свойств траппов и разработать критерии расчленения траппового разреза по палео- и петромагнитным характеристикам.

Решение задачи опирается следующие основные этапы исследования:

• На основе детального изучения естественной остаточной намагниченности траппов Норильского района выявить в палеомагнитной записи следы тонкой структуры геомагнитного поля.;

• На основе анализа палеомагнитной записи установить основные реперы, позволяющие уточнить стратиграфическое положение и продолжительность формирования норильских траппов и построить новый вариант магнитостратиграфического разреза.;

• С использованием современных методических приемов петромагнитного анализа выяснить причины значительной изменчивости магнитных свойств траппов Норильского района и плато Путорана, установить её связь с условиями формирования пород, и на основе этого выработать критерии расчленения вулканогенного разреза.

Фактический материал и методы исследования

Теоретической основой решения поставленных задач являются накопленные к настоящему времени знания о структуре и эволюции Земного магнитного поля, основные принципы палеомагнитных и петромагнитных исследований [Палеомагнитология, 1982; Butler, 1992; Opdyke, Channel, 1996; McElhinny, McFadden, 2000; Dunlop, Özdemir, 2001; Tauxe, 2002; Tauxe et al., 2012] и принцип актуализма.

Основным методом исследований является эксперимент, включающий анализ компонентного состава естественной остаточной намагниченности и измерение основных магнитных характеристик вещества по стандартным методикам. Достоверность результатов обеспечена, во-первых, применением современных методик лабораторных палеомагнитных исследований, в обязательном порядке включающих: ступенчатые магнитные чистки до полного разрушения естественной остаточной намагниченности породы; определение состава и

структуры носителей намагниченности; верификация повторяемости результатов, получаемых различными методами палеомагнитного анализа; контроль сохранности ориентировки образцов в процессе пробоподготовки по направлениям вязкой и термовязкой намагниченности. Во-вторых, использованием современной сертифицированной аппаратуры для палео-и петромагнитных исследований. Большая часть экспериментов проведена автором на аппаратуре Новосибирского палеомагнитного центра ИНГГ СО РАН. Часть экспериментов выполнена в палеомагнитной лаборатории Казанского (Приволжского) федерального университета. Весь каменный материал, использованный в данной работе, безвозмездно предоставлен В.В. Рябовым, А.Я. Шевко и М.П. Гора, сотрудниками ИГМ СО РАН, за что автор выражает им большую благодарность. В работе изучено 250 частично ориентированных фрагментов керна (из которых изготовлено более 500 образцов) и около 300 неориентированных штуфов.

Защищаемые научные результаты:

1. Траппы Норильского района, несмотря на частичные необратимые изменения магнитных минералов, зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде палеомагнитную запись, подробно характеризующую состояние магнитного поля Земли на рубеже перми - триаса. Обнаруженные в узких интервалах разреза случаи резкой смены полярности не связаны с физико-химическим преобразованием вещества, а являются записью тонкой структуры магнитного поля Земли.

2. Построен новый вариант магнитостратиграфического разреза поздней перми - раннего триаса Норильского района, в котором Надеждинская, Моронговская и Мокулаевская микрозоны обратной полярности отвечают реперным границам региональных стратиграфических подразделений и являются тонким инструментом для расчленения и корреляции разрезов, а также оценки продолжительности магматизма в Норильском районе. Основываясь на частоте геомагнитных экскурсов, длительность этого события составляет не менее 500 тыс. лет.

3. Распределение интегральных и структурно-вещественных магнитных параметров в разрезе связаны с мощностью и скоростью формирования геологических тел. Закономерное уменьшение деблокирующих температур от кровли к подошве позволяет различать лавовые потоки большой мощности (десятки метров и более).

Научная новизна и личный вклад автора

К числу наиболее значимых научных результатов, полученных автором, нужно отнести следующие.

1. На основе детального исследования палеомагнитной записи в траппах Норильского района, на примере разрезов скважин ХС-59, ССВ-15 и ССВ-19, впервые обоснована геофизическая природа резких кратковременных изменений полярности, представляющих собой геомагнитные экскурсы.

2. Обнаружено, что геомагнитные экскурсы приурочены к маркирующим покровам, отражающим значимые события в магматической истории, а значит, изменения в магнитном поле и режиме магматизма могли иметь общую причину.

3. Впервые в прямонамагниченной части разреза траппов Норильского района выделены Надеждинская, Моронговская и Мокулаевская микрозоны обратной полярности, имеющие самостоятельное значение для расчленения и корреляции трапповых разрезов всей Сибирской платформы.

4. На основе сопоставления сделанных магнитостратиграфических построений с мировыми шкалами магнитной полярности уточнено положение границы перми и триаса в разрезе Норильского района.

5. Впервые для оценки длительности магматизма использована частота геомагнитных экскурсов, характер распределения которых в разрезе норильских траппов предполагает продолжительность магматизма в этом районе не менее 500 тыс. лет.

6. Установлено наличие связи магнитных свойств базальтов с положением образца внутри потоков большой мощности. Из этого следует вывод, важный для петромагнитных исследований траппов в целом: зависимость свойств от положения в потоке существенно усложняет построение любой петромагнитной классификации траппов, если используется «разнородно» отобранная коллекция.

Теоретическое и практическое значение

Выявленные особенности записи тонкой структуры геомагнитного поля на рубеже пермской и триасовой эпох позволяют уточнить положение этой границы в разрезе, дать количественную оценку продолжительности формирования траппов и времени начала магматизма в Нор�