Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Проблема палеомагнитной зональности опорных разрезов татарского яруса центральных и восточных районов Русской плиты

ВАК РФ 04.00.09, Палеонтология и стратиграфия

Автореферат диссертации по теме "Проблема палеомагнитной зональности опорных разрезов татарского яруса центральных и восточных районов Русской плиты"

ж

рга од

1 8 ДЕК 1395

На правах рукописи

ЖАРКОВ Иван Яковлевич

ПРОБЛЕМА ПАЛЕОМАГНИТНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ОПОРНЫХ РАЗРЕЗОВ ТАТАРСКОГО ЯРУСА ЦЕНТРАЛЬНЫХ И ВОСТОЧНЫХ РАЙОНОВ РУССКОЙ ПЛИТЫ

04.00.09 — палеонтология и стратиграфия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

КАЗАНЬ — 1995

Работа выполнена в Казанском государственном университете.

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических

наук, доцент П.Г.Ясонов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

И.Н.Тихвинский;

кандидат геолого-минералогических наук Ю.П.Балабанов.

Ведущая организация: Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт (ВНИГРИ, г. С. Петербург).

Защита состоится о» 1996 г. в /V часов

на заседании диссертационного Совета К 053.29.12 по присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогических наук при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г.Казань, ул. Ленина, 4/5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета.

Автореферат разослан * У расасУб^ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат геолого-минералогических

наук, доцент ^^ А.Н.Диденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем«. Континентальные красноцЕетные отложения татарского яруса Русской плиты являются отражением важнейшего этапа развития Восточно-Европейской платформы и сопряженных с ней горно-складчатых систем на рубеже палеозойской и мезозойской эр. Реконструкция особенностей этого развития требует надежной стратиграфической основы, обеспечивающей уверенное сопоставление местных разрезов разных структурно-форма-ционнкх зсн независимо от их фациального характера, полноты разрезов и разной степени достаточности палеонтологической характеристики.

Татарский ярус на обширных площадях своего развития, залегая под маломощным покровом рыхлых четвертичных отложений, служит геологической средой хозяйственной деятельности, с ним связаны наиболее доступные для разработки месторождения строительных материалов и агроруд, для некоторых районов с татарским ярусом связаны единственные источники пресных подземных вод. Разворачивающиеся в настоящее время работы по крупномасштабному геологическому и гидрогеологическому картированию также требуют достаточно дробной и надежной стратиграфической основы.

Понимание объема основных подразделений яруса и особенностей его строения существенным образом связано с корреляцией опорных разрезов. Наиболее важная, ключевая роль при этом отводится разрезам рек Вятки и Сухоны. По береговым обнажениям этих рек приняты стратотипы региональных подразделений яруса: уржумского и вятского горизонтов на р.Вятке, северодвинского, разделяющего указанные два горизонта, на р.Сухоне и Малой Северной Двине. Если по схеме расчленения разрезов р.Вятки особых проблем не возникало, то по объему северодвинского горизонта в его стратотипе полемика продолжается боле чем три десятилетия.

Основные проблемы при сопоставлении опорных разрезов связаны, главным образом, с резкой фациальной изменчивостью

пестроцветных толщ, бедностью ископаемой фауны и значительной неполнотою разрезов. При решении отдельных вопросов стратиграфии яруса не дает желаемых результатов и применение палеомагнитного метода.

В конце 50-х - в начале 60-х годов А.Н.Храмовым установлено присутствие в наиболее полных разрезах татарского яруса пяти сменяющих друг друга разнополярных зон.- Позже, благодаря исследованиям В.П.Воронина, Б.В.Бурова, Э.А.Молостовского и ряда других палеомагнитологов, были осуществлены некоторые уточнения и детализация палеомагнитной зональности как отдельных разрезов, так .и общей структуры палеомагнитной -зональности яруса. Полученные результаты в общем подтвердили правильность первоначального варианта палеомагнитной шкалы, которая хорошо согласуется и с мировыми данными. Но при корреляции основных опорных разрезов возникли определенные противоречия как с традиционными методами стратиграфии, так и между самими палеомагнитологами.

Сложности при расчленении и корреляции разрезов с использованием палеомагнитного материала связаны с нередкими проявлениями участков переменной полярности, которые затушевывают главное достоинство метода - контрастность стратиграфического признака, так как "знакопеременность" в большинстве своем проявляется на границе раздополярных зон. Переменная полярность, наиболее характерна для верхней части гиперзоны Киама. В.П.Воронин и Б.В.Буров данный участок разреза выделяют в качестве самостоятельной "знакопеременной" зоны (N-11 Р).

Низкая стабильность направлений естественной остаточной намагниченности (1п) характерна и для разреза сухонской свиты в ее стратотипе, которая по мнению многих исследователей должна занимать стратиграфический уровень, сопоставляэмый в других разрезах с верхней частью гиперзоны Киама. По результатам исследований А.Н.Храмова и Э.А.Молостовского породы сухонской свиты характеризуются прямой полярностью 1п (зона Ы^Р), В.П.Воронин и Б.В.Буров разрез сухонской свиты сопоставляют с зоной N-1} Р р.Вятки и Казанско-Тетюшского Поволжья. Между тем, без однозначного решения вопроса о палеомагнитной зональности сухонской свиты не может быть решена проблема, связанная с

определением объема северодвинского горизонта. Нерешенность данной проблемы делает стратиграфию яруса хрупкой и противоречивой, приводит к разработке все нсзых и новых схем корреляции основных опорных разрезов, нередко с пересмотром стратиграфического значения целых групп фауны.

Пель и задачи работы. Целью данной работы является изучение особенностей проявления метастабильности направлений 1п в эпорных разрезах татарского яруса, оценка стратиграфического значения "знакопеременных" участков и уточнение палеомагнитной акалы разрезов рек Сухоны, Вятки и Казанско-Тетюшского Поволжья в их наиболее спорных интервалах. Достижение этой цели, с учетом высочайшей сложности проблемы, определило поэтапное решение целого ряда конкретных задач:

1. Сбор и первичная обработка представительной коллекции, этражающей все многообразие литолого-фациальных типов пород, с надежной стратиграфической привязкой.'

2. Выбор' оптимальных методов и режимов выделения естественной остаточной намагниченности, пригодных для всех [ипов пород, что позволило бы корректно сопоставлять их :калярные магнитные параметры.

3. Систематизация и первичная обработка полученных результатов по всем стратиграфическим подразделениям исследованных жзрезов.

4. Выявление палеомагнитных особенностей проявления мета-лабильности на основе изучения векторных и скалярных магнитных траметров, компонентного состава 1п и минералов-носителей 1п.

5. Выявление сбщих геологических особенностей проявления «етастабильности 1п, оценка ее стратиграфического положения в 1араллельных разрезах.

6. Изучение влияния литолого-фациального характера пород на IX палеомагнитную стабильность, выявление возможных причин ¡нижения палеомагнитной стабильности пород конкретных разрезов.

7. Уточнение палеомагнитной характеристики отдельных раз-юзов на основе анализа всех имеющихся геологических материалов [ результатов полевых и лабораторных исследований автора.

$актический_матеЕ)иал^ Для палеомагнитных исследований были щробованы разрезы татарского яруса р.Сухоны по восточному крылу

Сухонского вала и одно обнажение по западному крылу. При отборе ориентированных штуфов использовалось послойное описание, опубликованное геологами Саратовского университета. В бассейне р.Вятки ориентированные штуфы отобраны по двум обнажениям: на правом берегу р.Вятки в 1 км от с.Рожки Уржумского района Кировской области и в 3 км к северу от п.Стеклофилино Слободского района. Кроме того, палеомагнитные исследования проведены по керну ряда картировочных скважин района г.Кирова. Зоны проявления "знакопеременности" наиболее четко выражены в разрезах Казанско-Тетюшского Поволжья, эти же разрезы .отличаясь хорошей литолого-фациальной и палеонтологической изученностью, надежно сопоставляются с разрезами р.Вятки. Более того, они наиболее доступны для детальных палеомагнитных исследований. С учетом перечисленного в Казанско-Тетюшском Поволжье опробованы три наиболее представительных разреза: разрез оврага "Черемушка" в районе с.Печищи, разрез Монастырского оврага в 12 км к северу от г.Тетюши и разрез берегового обнажения б районе п.Кзыл Байрак, занимающего промежуточное положение между двумя первыми.

Во всех случаях отбор ориентированных штуфов сопровождался подробным описанием структурно-текстурных особенностей пород, фиксированием следов вторичных изменений и признаков перерывов в осадкснакоплении. В общей сложности по всем трем исследуемым районам магнитная чистка .проведена для 5150 образцов из естественных обнажений и около 1200 из керна скважин. Для 10 % коллекции из естественных обнажений проведена ступенчатая термочистка. Для 120 уровней получены кривые дифференциального термомагнитного анализа (ДТМА), для 40 - диаграммы Вильсона. Для 70 образцов из разреза сухонской свиты определены карбонатность и гранулометрический состав. Проведены и другие лабораторные исследования, носящие меньшую массовость.

Научная новизна. По опорным разрезам татарского яруса впервые проведены детальные палеомагнитные исследования с высокой плотностью опробования, исключающей избирательность. Осуществлено сопоставление палеомагнитной стабильности и скалярных магнитных параметров для разных фациальных типов разрезов. При оценке стратиграфического значения участков "знакопеременности" впервые привлекается обширный геологический материал, проведены

магнитно-минералогические исследования.

Практическая_денность^ Полученные ' данные по особенностям проявления интервалов метостабилькости направлений естественной остаточной намагниченности позволяют повысить эффективность палеомагнитного метода в стратиграфии татарского яруса, обеспечивают более обоснованное проведение отдельных палеомаг-нитных границ, устраняют некоторые противоречия с традиционными методами при определении объема и границ некоторых стратиграфических подразделений. В методическом плане ценным является выявление отдельных фациальных типов пород, наиболее подверженных вторичным изменениям, сопровождающимся приобретением мета-хронной (вторичной) намагниченности.

АйЕобация_работы_._ Основные положения и отдельные результаты работы докладывались на 4 Всесоюзном съезде по геомагнетизму (Владимир-Суздаль, 1991), на Международном Конгрессе по Пермской системе Мира (Пермь, 1991), на заседаниях РМСК по изучению пермской системы (Нижний Новгород, 1993) и на семинаре Научного Совета по геомагнитизму ( Магнитная обсерватория ИФЗ, п.Борок Ярославской области 1994 ).

Публикации. Результаты исследований и основные положения данной работы опубликованы в одной коллективной монографии и одинадцати статьях и тезисах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 121 страницу машинописного текста, 33 рисунка на 37 страницах и 1 таблицу. Список литературы включаег 92 наименования.

Автор выражает глубокую признательность кандидату геол.-мин. наук, доценту П.Г.Леонову за научное руководство и сказанную помощь при подготовке образцов к лабораторным ^следованиям, за предоставление базы программ для обработки результатов исследований, кандидатам геол.-мин. наук, доцентам 1-К.Нургалиеву, А.С.Борисову, Ш.З.Ибрагимову принимавшим участие фи проведении полевых работ.

Особую признательность автор выражает кандидату геол.-мин. 1аук, доценту А.К.Гусеву за ценные консультации как по вопросам 'еоретической стратиграфии вообще, так и стратиграфии татарского [руса в частности.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы исследования, формулируются цель и. задачи, решаемые в ходе выполнения работы, обосновывается выбор основных объектов исследования И пути решения поставленной задачи. Кроме того, указываются сведения об апробации работы, публикациях автора по теме диссертации и об объеме и структуре самой работы.

Глава 1

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ МЕСТНЫХ СХЕМ РАСЧЛЕНЕНИЯ ОПОРНЫХ РАЗРЕЗОВ И РАЗРАБОТКА СХЕМ РЕГИОНАЛЬНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ

В первом разделе главы производится краткий обзор истории создания местных стратиграфических схем расленения яруса по разрезам рек Вятке, Сухоне и Казанско-Тетюшского Поволжья. Дается подробное описание местных схем, являющихся основой всех дальнейших статиграфических построений: в бассейне р.Вятки и в Казанско-Тетюшском Поволжье - схемы расчленения Н.Н.Форша, по р.Сухоне- схема расчленения Е.М.Люткевича.

Во__втором___Еазделе рассматривается история создания

региональных схем корреляции с использованием традиционных методов стратлграфиии и основные положения унифифицированной схемы расчленения и корреляции разрезов яруса ( 1962 г.). По этой схеме татарский ярус Русской плиты подразделяется на два подъяруса: нижний - в объеме уржумского горизонта, и верхний - в объеме северодвинского и вятского горизонтов. Уржумскому горизонту на р.Вятке отвечают максимовские, ильинские, белохолуницкие и сырьянские слои Н.Н.Форша, в бассейне рек Сухона и Малая Северная Двина - нижнеустьинская и сухонская свиты Е.М.Люткевича, а в Казанско-Тетюшском Поволжье I и II свиты Н.Н.Форша. К северодвинскому горизонту в бассейне' Вятки отнесены слободские, филинские, юрпаловские, путятинские и калининские слои, в Казанско-Тетюшском Поволжье - III и IV свиты, на р.Сухоне и Мал.Сев.Двине - северодвинская свита. Предполагалось, что возрастные аналоги вятского горизонта в

пределах Сухонского зала уничтожены предтриасовым размывом, а на р.Вятке им отвечают быковские и- нефедовские слои, в Казанско-Тетюшском Поволжье - V свита. В основу этой схемы были положены биостратиграфические горизонты А.И.Ефремова и Б.П.Вьюшкова по тетраподам, А.К.Гусева по пелициподам и гастроподам, Н.П.Кашеваровой по остракодам. Данный вариант корреляции основных опорных разрезов яруса был принят большинством специалистов, несмотря на известные к тому времени материалы по их палеомагнитной зональности.

Третий раздел посвящен рассмотрению истории изучения палеомагнитной зональности исследуемых разрезов и разработки схем расчления и корреляции с использованием.палеомагнитного метода.

Материалы по палеомагнитной зональности разрезов рек Вятки, Сухоны и- Казанско-Тетюшского Поволжья, полученные позже А.Н.Храмовым, поставили под сомнение правильность сопоставления этих разрезов, принятого в унифицированной схеме 1962 года. Первая смена полярности 1п (Л^Р-И^Р) в разрезах р.Вятки и Казанско-Тетюшского Поволжья по этим материалам совпадала с подъярусной границей, а в разрезах р.Сухоны смена обратной полярности 1п на прямую указана на границе нижнеустьинской и сухонской свит, рассматриваемых в унифицированной схеме в составе нижнетатарского подъмруса. На этом основании Н.Н.Форш и А.Н.Храмов подъярусную границу в разрезах р.Сухоны опустили до подошвы сухонской свиты, а верхнюю часть северодвинской свиты сопоставили с вятским горизонтом унифицированной схемы.

В дальнейшем подвергается сомнению сама палеомагнитная зональность разрезов р.Сухоны. Так В.П.Воронин и Б.В.Буров для большей части сухонской свиты устанавливают зону переменной полярности (N-11 Р), которая по их материалам в Казанско-Тетюшском Поволжье и в бассейне р.Вятки располагается ниже подъярусной границы. Еще позже Э.А.Молостовский, И.И.Молостовская, А.В.Миних и др. (1981) на основе комплексных исследований подтверждают как палеомагнитную зональность, так и общуюю схему расчленения и корреляции разрезов р.Сухоны, предложенную ранее А.Н.Храмовым и Н.Н.Форшем. В защиту данного варианта схемы приводится богатый материал4по изучению остракод.

Несколько иной вариант проведения подъярусрой границы пред- 9 -

ложен геологами ПГО "Центргеология" (Н.И.Строк, Т.Е.Горбаткина, В.Р.Лозовский, 1984). В этом варианте схемы подъярусная граница проводится по подошве нюксеницких слоев внутри сухонской свиты по поверхности регионального размыва. Авторы предполагают, что прямонамагниченные толщи нижнетатарского подъяруса, являющиеся возрастными аналогами сухонской свиты, в Казанско-Тетюшском Поволжье размыты в предслободское время. Авторы утверждают, что обратная полярность Тп для пород сырьянских слоев на р.Вятке определена ошибочно.

Решением Межведомственного регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы (Ленинград,1988) в бассейне р.Сухоны объем нижнетатарского подъяруса уменьшен до объема нижнеустьинской свиты. Северодвинская свита по данному документу упразднена. Нижней ее половине, отвечающей пачкам А, В и С схемы геологов Саратовского университета, дано название полдарсской свиты. Верхняя часть свиты, в составе комарицких . и черевковских пачек, названа саларевской свитой и включена в состав вятского горизонта региональной схемы.

Применение палеомагнитного метода для целей стратиграфии возбудило интерес к изучению широкого спектра магнитных свойств пород континентальной красноцветной формации. Первые данные по минеральному составу ферромагнитной фракции пестроцветов татарского яруса, по их палеомагнитной стабильности и природе естественной остаточной■намагниченности получены А.Н.Храмовым. Он, в частности, указывает на высокую вероятность ориентационной природы 1п, связанной с тонкорассеянными частицами гематита и гидрогематита. Дальнейшими исследованиями . многих авторов подтверждается ориентационная природа синхронной части 1п для разных типов пород, но наряду с этим появляются материалы, указывающие на большую роль химических процессов в формировании компонентного состава 1п не только в стадии- раннего диагенеза, но и на всех других стадиях (Г.М.Авчян, С.С.Фаустов, 1969, Э.А.Молостовский, 1971, В.П.Воронин, Л.В.Халепп, 1979, и др.). Однако.при стратиграфических исследованиях наблюдаемые вариации направлений 1п практически всегда принимаются как синхронные с накоплением осадков. Возможность глубоких вторичных изменений

при этом не допускается или о них просто умалчивается. Но всей видимости, именно ослабленность внимания к возможности вторичных изменений, сопровождающихся приобретением породами метахронной намагниченности, привели к известным противоречиям как среди специалистов палеомагнитологов, так и палеомагнитного метода с традиционными методами стратиграфии.

Глава 2

МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Палеомагнитные методы в настоящее время используются для решения широкого круга геологических проблем. Методические основы имеют много общего и, в основном, стандартизованы. Решение конкретных геологических задач всегда вносит определенные коррективы. В данной глазе излагаются некоторые тонкости методики исследований, имеющие важное значение при решении поставленной в работе задачи. К таковым относятся:

1. В качестве стратиграфической основы, как при опробовании, так и при систематизации и обработке результатов исследований, нами приняты подразделения местных стратиграфических схем, представляющие единые геологические тела, образованные в определенной фациальной обстановке. Они легко узнаваемы в конкретных разрезах, служат основой всех последующих стратиграфических построений.

2. Породы исследованных разрезов затронуты процессами химического и физического выветривания, обладают относительно низкой палеомагнитной стабильностью, поэтому отбор ориентированных штуфов производился только после снятия выветрелйх пород на глубину сезонного промерзания. Опробование всегда сопровождалось описанием разрезов, при этом особое внимание уделялось признакам вторичного изменения пород.

3. Тонкое чередование в разрезах пород разного состава, сложная палеомагнитная зональность большинства исследованных разрезов, необходимость выявления возможной связи направлений векторов 1п с составом, скалярными магнитными параметрами пород и предполагаемая возможность обнаружения экскурсов геомагнитной природы с четко выраженными индивидуальными признаками

определили высокую плотность отбора, приближенную к сплошному (до 19-20 уровней на 1 м).

4. Для выделения Тп использовалась комбинированная чистка, включающая термочистку (300° С, 2 часа) и чиску переменным магнитным полем. Использование единого режима позволяет наиболее корректно прослеживать изменения магнитных параметров по разрезу, сопоставлять магнитные характеристики разнофациальных толщ.

5. Измерения магнитных параметров производились на комплексной установке, позволяющей производить измерения и первичную обработку результатов в полуавтоматическом режиме. Оснозу установки составляют спин-магнитометр Л1-4, каппа-мост КЬ-1 и микро-ЭВМ. Вся установка, с целью устранения возможности подмагничивания образцов в процессе измерений, размещена внутри колец Гельмгольца.

6. Низкая магнитность большей части исследуемой коллекции, невозможность применения полевых тестов для выделения синхронной составляющей 1п, обусловленная многокомпонентностью Тп и горизонтальным залеганием исследуемых толщ, обусловили привлечение для оценки стратиграфического значения интервалов метаста-бильности обширного геологического материала. Из лабораторных методов магнито-минералогических исследований выполнен дифференциальный термомагнитный анализ по индуцированной намагниченности, получены .диаграммы Вильсона.

Кроме перечисленных методов выполнен анализ гранулометрического состава методом Сабанина, для ряда образцов выполнен рентгенострукт фный анализ.

Глава 3

ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАННЫХ РАЗРЕЗОВ

Исследуемые объекты относятся к разряду наиболее хорошо изученных разрезов яруса. Литолого-фациальная характеристика их содержится в трудах многих авторов. В работе для характеристики палеогеографических и палеоклиматических условий использованы основные выводы В.И.Игнатьева с широким привлечением материалов других исследователей и личных наблюдений автора. В главе дается

подробная литолого-фациальная характеристика основных подразделений местных стратиграфических схем-, отмечаются особенности латеральной и вертикальной изменчивости. При описании разрезов особое внимание уделяется признакам гипергенных изменений и возможным причинам пониженной устойчивости отдельных литолого-фациальных типов пород ко вторичным изменениям.

В особенностях фациальных условий формирования пестроцветов татарского яруса исследованных районов наблюдаются две основные тенденции: постепенная гумидизация климата в течении татарского века и изменения гидрохимического режима по латерали, выраженные в некоторой опресненности восточных районов бассейна под влиянием речного стока со стороны, поднимающегося Урала. Наименьшей устойчивостью ко вторичным изменениям обладают породы, сформировавшиеся в наиболее глубоководных частях засоло-ненного бассейна седиментации, где поступление окисных форм железа и опресняющее влияние речного стока было минимально и время от времени в них возникала восстановительная обстановка.

ГЛАВА 4

ПАЛЕОМАГНИТНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД ИССЛЕДУЕМЫХ РАЗРЕЗОВ

По всем трем районам обзор первичных материалов дается по схеме, принятой при литолого-фациальной характеристике разрезов. Проведена подробная характеристика распределений векторов Тп и скалярных магнитных параметров по отдельным стратиграфическим подразделениям. Отмечаются изменения палеомагнитных

характеристик от разреза к разрезу по латерали и вертикали Основные результаты, имеющие определенное стратиграфическое значение, излагаются ниже.

4.1 Казанско-Тетюшское Поволжье

Первая свита Казанско-Тетюшского Поволжья по всем исследованным разрезам имеет Тп обратной полярности. Вторая свита также в большинстве своем сложена породами с Тп обратной полярности, но в ней присутствует незначительное число уровней прямой полярности и уровни, векторы Тп которых располагаются на

современном круге перемагничивания. В пределах как первой, так и второй свит наблюдается некоторая зависимость направлений 1п и других магнитных параметров от литолого-фациальных особенностей пород. Верхняя часть второй свиты, отвечающая пачке "табачных песчаников" и перекрывающей ее "крутоовражной", характеризуется сложным чередованием интервалов прямой и обратной полярности. Характер проявления "знакопеременности" резко изменяется от разреза к разрезу. Собственно третья свита и нижняя половина четвертой обладают Тп прямой полярности и отвечают зоне Н^Р. Верхняя половина четвертой и первая песчано-глинистая пачка пятой свиты, характеризуясь Тп обратной полярности, образуют зону {^Р. Песчанная толща пятой свиты, залегающая с размывом на первой песчано-глинистой пачке в ее основании, сложена прямона-магниченными породами и отвечает палеомагнитной зоне И2Р.

4.2 Разрез реки Сухоны

Для большей части разреза р.Сухоны палеомагнитная зональность основных стратиграфических подразделений совпадает с результатами предыдущих исследований. В пределах сухонской свиты, наблюдается сложная палеомагнитная зональность, ранее установленная В.П.Ворониным и Б.В.Буровым. Большинство образцов на стереопроекции единичных векторов Тп в совокупности образует непрерывный переход от древних обратных направлений к прямым. Второй интервал переменной полярности характерен для нижней половины пестроцветной глинисто-карбонатной пачки "С". Приурочена она к границе перехода зоны обратной полярности в пряную.

4.3 Бассейн реки Бятки

В бассейне р.Вятки по всем стратиграфическим подразделениям изученной части разреза первичные материалы автора подтверждают результаты предыдущих палеомагнитных исследований. По материалам изучения керна скважин также выявлено присутствие интервалов метастабильности направлений Тп. Приурочены они, главным образом, к верхам нижнетатарского подьяруса, отделенного от вышележащих . толщ поверхностью размыва. Мощность проявления интервала метастабильности и характер палеомагнитной зональности в них для разных скважин различны. Некоторая нестабильность

направлений 1п наблюдается и на границе палеомагнитных зон И^Р и 1*2?■ В разрезе сырьянских слоев, изученном по выходам коренных пород на склонах орага, расположенного в 1-м км к востоку от села Рожки Кировской области, наблюдается 1п обратной полярности, относительно высокой палеомагнитной стабильности.

Таким образом, основные сложности при решении стратиграфических задач татарского яруса с привлечецием палеомагнитного метода связаны с нередкими проявлениями участков переменной полярности невыясненной природы.

ГЛАВА 5

ПРИРОДА МЕТАСТАВИЛЬНОСТИ НАПРАВЛЕНИЙ ЕСТЕСТВЕННОЙ

ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ И СТРАТИГРАФИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ЕЕ ПРОЯВЛЕНИЯ

5.1 Постановка задачи и пути ее решения

В данном разделе раскрыты основные сложности решения поставленной проблемы, связанные со слабой магнитностью пород, многокомпонентностью состава Тп и трудностью выделения синхронной намагниченности с использованием прямых методов. Указывается на необходимость рассмотрения проблемы с трех основных позиций: 1)собственно-палеомагнитной, связанной с изучением распределения векторов 1п, ее стабильности и компонентного состава, выявлением возможного контроля направлений Тп составом и концентрацией ферро- и парамагнитных минералов железа и т.д.; 2)стратиграфической, заключающейся в сопоставлении параллельных разрезов, надежно коррелируемых комплексом традиционных методов стратиграфии; 3)общегеологической, включающей литолого-фациальные, тектонические, геохимические и другие условия проявления аномальных интервалов.

5.2 Особенности проявления кетастабильности направлений естественной остаточной намагнниченности в разрезах Казанско-Тетюшского Поволжья

Для разрезов верхней части гиперзоны Киама выявлено, что в ней наблюдается абсолютное преобладание Тп обратной полярности (около 90%). Уровни с аномальными направлениями естественной

остаточной намагниченности, как правило, проявляются на контактах карбонатных и теригенных пород или связаны с их хорошо проницаемыми разностями. Для большинства образцов из интервалов прямой полярности характерна явно выраженная двухкомпонентность. Носителями обратной компоненты Тп являются обычно гематит с широким диапазоном блокирующих температур, маггемит и магнетит, носителями прямой - маггемит и гематит, фиксируемые по кривым ДТМА, диаграммам Вильсона и по результатам комбинированной чистки. В разрезе нередко встречаются уровни, на которых направления Тп совпадают или близки к . направлению современного геомагнитного поля. Такие уровни разделяют интервалы с древними прямыми и обратными направлениями или чаще образуют самостоятельные участки небольшой мощности. Условия их проявления идентичны с проявлениями уровней прямой полярности с древними направлениями Тп.

5.3 Метастабильность. направлений естественной '

остаточной намагниченности в разреезе сухонской свиты

В пределах сухонской свиты восточного крыла Сухонского вала направления Тп образуют в совокупности непрерывный переход из области древних отрицательных направлений в область древних положительных, проходящий примерно по современному кругу перемагничивакия. Остаточная намагниченность большинства образцов содержит по крайней мере две устойчивые компоненты примерно противоположного направления. Они фиксируются при комбинированной чистке по характерному смещению векторов 1п по кругу перемагничивания из области древних отрицательных в область положительных, реже из области положительных в область древних отрицательных направлений.

Другой особенностью проявления метастабильности направлений Тп на данном объекте является наличие контроля направлений Тп литолого-фациальным типом пород. Сероцветные разности с пониженны:«, значениями магнитной восприимчивости" (3£) характеризуются Тп преимущественно обратной полярности, красноцветные -преимущественно прямой. На рис.1А показано распределение значений вдоль оси г, представляющей угол между средним направлением Тп обратной полярности (б=0°) и наблюдаемыми

-5

Ю ед.СИ

30

20

10

■ ■ ■

180

8гв

300 200

100

-100

-1_I._1-

180

Рис. 1. Распределение значений магнитной восприимчивости (А) и приращений индуцированной намагниченности после первого нагрева (Б) вдоль оси

направлениями. Значения а близкие к 180° соответствуют при этом образцам прямой полярности с позднепермскими направлениями естественной остаточной намагниченности.

Аналогичный контроль направлений Тп обнаруживается и составом ферро- И парамагнитных минералов железа. В ферромагнитной фракции обратнонамагниченных пород преобладают тонкодисперсный гематит, магнетит и реже маггемит. Высокой частотой встречаемости в этих породах отличаются пирит и анкерит. Ферромагнитные фракции пород прямонамагниченных интервалов характеризуются преобладанием маггемита и гематита, при одновременном снижении содержания и частоты встречаемости парамагнитных минералов железа (пирита и анкерита). Присутствие указанных минералов в породах легко фиксируется по кривым ДТМА, наиболее характерные кривые приводятся в диссертаци.

При характеристике большого числа кривых ДТМА целесообразно использовать обобщенный параметр, каковым может являться отношение значений индуцированной намагниченности (1б) до и после прогрева, измеренных при комнатной температуре. В общем случае увеличение свидетельствует о разрушении анкерита или пирита с образованием окисных форм железа, уменьшение - о трансформации маггемита в гематит. Увеличение может быть связано и с возгонкой органического вещества, приводящей к частичному восстановлению окисных форм железа. На рис. 1Б показано распределение приращений вдоль оси 5, . наглядно свидетельствующее о наличии контроля направлений 1п составом ферро- и парамагнитных минералов железа.

Диаграммы Вильсона, несмотря на их плохое качество, обусловленное слабой магнитностью пород, также позволяют констатировать, что носителями большей части отрицательной составляющей Тп являются магнетит, маггемит или их ассоциация, положительной - маггемит и гематит.

5.4 Геологические условия проявления метастабильности, ее стратиграфическое значение -

При анализе геологических условий проявления метастабильности направлений Тп для разных фациальных типов разрезов были расчитаны средние значения меры палеомагнитной стабильности (Б).

- 18 -

Сак видно из таблицы 1, в исследованных разрезах наблюдается аакономерное снижение средних значений меры палеомагнитной :табильности от аллювиально-дельтовых фаций к фациям центральных яаиболее глубоководных частей бассейна, от фаций с пресноводным гидрохимическим режимом к засолоненным. Крайними членами условного ряда, установленного по закономерному изменению средних значений меры палеомагнитной стабильности являются: белохолуниц-кие слои р.Вятки, представленные аллювиально-дельтовыми фациями (Sep. = 0,80), и сухонская свита в ее стратотипе, представленная фациями сильно-засолоненных лагун (Sep. = 0,52).

Таблица 1. Зависимость основных палеомагнитных характеристик от литолого-фациального типа разреза.

Фациальные условия -5 СР" In СР- Q ср. Sep. N накопления осадков 10 ед.СИ 10 А/м

114.1 8.76 0.20 0.80 109

виально-дельтовые

Подводно-дельтовые 30.1 2.21 0.16 0.71 78

Нижняя часть мелко- 23 4 17д q.16 0.66 501 водн.подводн.дельты

Глубоководн.часть бас- 1Q 4 х 34 Q ы Q 62 188 сеина, пресноводная '

Глубоководн. бассейн, 17 9 о,94 0.13 0,64 267 переходи.к засолонен- ' ' '

ному

Глубоководн. бассейн 13 3 о.67 0.11 0.61 318

с засолонен. режимом

Сильно засолоненная лагуна

11.5 0.60 0.11 0.52 890

Значительное снижение показателя палеомагнитной стабильности характерно для пестроцветных глинисто-карбонатных частей разреза с повышенной доломитностью, залегающих ниже поверхностей регионального размыва, совпадающих с границей разнополярных палеомагнитных зон. Породы зон проявления "знакопеременности" в наибольшей степени подвержены вторичным гипергенным изменениям,

для них характерна яркая радужная, нередко пятнистая окраска, по плоскостям наслоения карбонатных и карбонатно-глинистых пород часто встречаются выделения окислов и гидроокислов железа, вторичного кальцита. О пониженной устойчивости этх толщ к гипергенным изменениям свидетельствует значимая роль современной компоненты в составе 1п. Современная компонента, нередко являясь преобладающей в составе 1п, дает самостоятельные интервалы.

Характер палеомагнитной зональности в интервалах "знакопеременное™" параллельных разрезов Казанско-Тетюшского Поволжья резко меняется по простиранию одновозрастных тслщ. Частота проявления прямонамагниченкых уровней на фоне преобладающей обратной намагниченности и их представительность зависят от степени неоднородности пород, их проницаемости и других конкретных для каждого случая условий.

Для исследованных интервалов метастабильности направлений Тп геологические и собственно-палеомагнитные условия проявления Тп прямой полярности как с - древними, так и современными направлениями практически идентичны. Поэтому метахронность Тп прямой полярности в них можно считать установленной. Приобретение породами метахронной намагниченности происходило в несколько этапов, включая современный, при выходе пестроцветных толщ в зону гипергенеза в периоды господства геомагнитного поля прямой полярности. Практически повсеместно выше поверхностей "регионального размыва залегают прямонамагниченные толщи.

Воссоздание конкретных механизмов приобретения породами метахронной намагниченности не представляется возможным. Наиболее вероятные варианты мсгут быть связаны: с окислением пирита и магнетита, с освобождением железа при перекристаллизации железосодержащих доломитов, процессами гипергенного замещения магнием железа из решеток железо-магнезиальных хлоритов и монтмориллонита. В частности, геологами Саратовского университета при комплексных исследованиях разрезов р.Сухоны установлен факт наиболее интенсивного развития упомянутых прсцессов замещения в пределах сухонской свиты. Кроме того, ими указывается на присутствие . в породах свиты типичного аутигенного минерала палыгорскита, свидетельствующего о глубоких вторичных изменениях глинистых минералов в постседиментационных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные работы и анализ всех имеющихся материалов по ■еологическим условиям и собственно палеомагнитным особенностям [роявления метастабильности направлений. Тп в разрезах 'азанско-Тетюшского Поволжья, рек Сухоны и Вятки позволяют ¡делать следующие выводы, которые и являются основными юложениями, выносимыми на защиту:

-1. Разрезы, представленные фациями центральных глубоковод-1ых частей бассейна седиментации с засолоненкым гидрохимическим >ежимом, йбладают синхронной нашгниченностью низкой палеомаг-штной стабильности. С ними могут быть связаны проявления мета-сронной намагниченности. Потенциальными участками проявления «етахронной намагниченности могут являться контакты разнофаци-1льных толщ или отдельных слоев с разным фациальным характером.

2. Компоненты прямой намагниченности в составе Тп пород и фоявления отдельных интервалов прямой полярности в разрезе :ухонской свиты в ее стратотипе, I и II свит Казанско-Тетюшского 1оволжья и сырьянских слоев бассейна р.Вятки имеют метахронную фироду. Верхняя граница гиперзоны Киама во всех исследованных зазрезах должна проводиться по последнему проявлению 1п обратной юляркости. Исходя из этого, верхние две пачки II свиты Казан-жо-Тетюшского Поволжья ("табачные песчаникии", "крутоовражная") должны рассматриваться в составе уржумского горизонта, что уже финято в унифицированной схеме. Полученные данные ставят под ;омнение выделение палеомагнитной зоны И^Р на уровне сухонской :виты и отнесение данной свиты к верхнетатарскому подъярусу.

3. Нижняя песчано-глинистая пачка У свиты Казанско-Тетюш-жого Поволжья обладает Тп обратной полярности и, несомненно, должна рассматриваться в составе северодвинского горизонта. Сопоставление данной части с низами вятского горизонта ошибочно.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Нургалиев Д.К., Жарков И.Я, Ясонов П.Г. Геомагнитное поле на границе эпох Киама-Иллавара и сопутствующие тектонические явления / Палеомагнетизм при решении вопросов тектоники и стратиграфии.- Иркутск: 1985, С.7-8.

2. Борисов A.C. Жарков И.Я., Нургалиев Д.К. и др. Автоматизация процессов измерения и обработки данных в палеомагнетизме / Палеомагнетизм при решении вопросов тектоники и стратиграфии.- Иркутск: 1985, 1с.

3. Нургалиев Д.К., Борисов A.C., Жарков И.Я. и др. Несостоявшиеся инверсии геомагнитного поля / Материалы III Всесоюзного съезда по геомагнетизму.- Киев: ИГ АН УССР, 1986, С.117.

4. Жарков И.Я., Шуликов O.E.. Тонкая временная структура геомагнитного поля в раннетатарское время и ее стратиграфическое значение / Материалы III Всесоюзного съезда по геомагнетизму.-Киев: ИГ АН УССР, 1986, С.118.

5. Борисов A.C., Жарков И.Я., Ясонов П.Г. и др. Магнитная неоднородность красноцветных отложений / Аппаратура, методика и интерпретация геофизических наблюдений.- Казань: Изд.-во КГУ, 1987, С.147-154.

6. Жарков И.Я. Детальные палеомагнитные исследования опорных разрезов татарского яруса / Материалы итоговой научной конференции Казанского университета,- Казань:Изд-во КГУ 1989,

С.130-131.

7. Магнитно-минералогические и палеомагнитные исследования красноцветов / Нургалиев Д.К., Жарков И.Я., Ясонов П.Г. и др.: Изд.-во КГУ, 1989, 134с.

8. Жарков И.Я. Вторичная намагниченность доломитов татарского яруса Московской синеклизы / Материалы IV Всесоюзного съезда по геомагнетизму: Суздаль, 1991, С.91-92.

9. Буров Б.В., Нургалиев Д.К., Жарков И.Я. и др. / Современное значение палеомагнетизма в геологии / Общепланетарные исследования Земли. Тезисы докладов международной

• /'

сонференции, посвященной 200-летию со дня рождения И.Н.Симонова, Казань, КГУ, 1994. с53-54.

10. Burov В.V., Zharkov I.Ya. Ibragimov Sh.Z. etc. Magnetic >roperties and magnetization nature of Permian Red beds in the ¡astern Russian Platform / Permian System of the world.- Univ. >f S.Carolina, 1991, p.75.

11. Zharkov I.Ya. Paleomagnetic zonation in the sukhonskya ¡uite of the Tatar formation, North Dvi'na basin / Permian System >f the wold.- Univ. of S.Carolina, 1991, p.43.

12 Gusev A.K., Zharkov I.Ya., Lukin V.A. Key Tatarian Section >f the Tetyushinian Povolzhye (Monastirian Valley) / Permian iystem of the world, Field Excursion Guides.- Univ. of >.Carolina, 1991, p.17-22.

Сдано в набор 28.11.95 г. Подписано в печать 29.11.95 г. Форм.бум. 60 х 84 1/16. Печ.л. 1,5. Тираж 100. Заказ 450.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5