Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Структурное положение островных дуг Центральной части Алтае-Саянской складчатой области в кембрии по палеомагнитным данным

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Структурное положение островных дуг Центральной части Алтае-Саянской складчатой области в кембрии по палеомагнитным данным"

РГБ ОД

2 1 ДЕК 1503

На правах рукописи

МЕТЕЛКИН Дмитрий Васильевич

СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ОСТРОВНЫХ ДУГ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ В КЕМБРИИ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ДАННЫМ

04.00.01 - общая н региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стспспп

НОВОСИБИРСК, 1998

Работа выполнена в Институте геологии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится « 25 » аО-ШСХорл 1998 г. в час. на

заседании диссертационного совета Д 002.50.03 в Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале.

Адрес: 630090, Новосибирск, 90, пр. Академика Коптюга, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГТМ СО РАН.

Автореферат разослан «20 » _ 1998 г.

доктор геол.-мин. наукБерзин Н.А., кандидат геол.-мин. наук Казанский А.Ю.

доктор геол.-мин. наук, проф. Печерский Д.М. доктор геол. -мин. наук Берниковский В. А.

Томский государственный университет, г.Томск.

ЛЛ А Л Ч

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геол.-мин. наук

Хабаров Е.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Объектом исследования настоящей работы являются кембрийские островодужные комплексы, слагающие центральную часть Алтае-Саянской складчатой области (АССО), образованные в результате эволюции кембрийской окраины Сибирского континента. Несмотря на то. что исследования окраины Сибири с позиции тектоники плит ведутся уже два десятилетия и в настоящее время продолжаются многими исследователями, тем не менее, многие вопросы до сих пор остаются открытыми. Наиболее дискуссионны вопросы, связанные с взаимным пространственным положением структур, обрамлявших континент; неоднозначно оцениваются характер и направленность тектонических движений в структуре окраины в раннем палеозое. Роль палеомагнитных исследований для решения этих вопросов трудно переоценить, однако, в геодинамических построениях палеомагнитные данные до сих пор используются далеко не в полной мере. Во многом это связано с тем, что подавляющее большинство определений получены на заре палеомагнитных исследований и их надежность справедливо ставится под сомнение. Кембрийские островодужные комплексы, составляющие тектонический каркас складчатой области, в палеомагнитном отношении изучены крайне слабо и неравномерно, в то время как геодинамические реконструкции АССО без надежных палеомагнитных данных по этим объектам несовершенны.

Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью создания количественной палеомагнитной основы для палеотектонических построений, что, в свою очередь, дает возможность надежно восстановить картин}' пространственно-временных взаимоотношений различных фрагментов окраины Сибирского континента.

Цель работы - составить количественную палеомагнитную основу для палеоостроводужных структур АССО и построить на ее базе схемы взаимного расположения этих структур в венде - раннем кембрии и среднем-позднем кембрии.

Основная задача исследований - восстановить пространственное положение и структурные взаимоотношения палеоостровных дуг, составляющих современный структурный план АССО в кембрии, путем установления корреляции между ориентировкой древней естественной остаточной намагниченности горных пород отдельных островодужных

фрагментов, положением их палеомагнитных полюсов и тектоническими движениями в обрамлении Сибирского континента в течение кембрия.

Фактический материал и методы исследования. Теоретической основной решения поставленной задачи является тектоника литосферных плит, предполагающая ведущую роль горизонтальных движений, на базе палеомагнитного метода. Полученные выводы сделаны по результатам палеомагнитных исследований собственных материалов автора, собранных в Западном Саяне, Кузнецком Алатау, Салаирском кряже, Туве. Всего изучено 18 представительных разрезов (в том числе стратотипических). Для решения поставленной задачи использовано более 500 ориентированных образцов. Надежность экспериментальных данных проверена контрольными измерениями в Калифорнийском Университете (г.Санта-Круз, США). При интерпретации палеомагнитных данных учитывались опубликованные материалы других авторов по территории АССО.

Основные защищаемые положения и научные результаты.

1. Кембрийские породы островодужного генезиса в Западном Саяне и Кузнецком Алатау зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде древнюю остаточную намагниченность, характеризующую субэкваториальное широтное положение, а также направление палеомеридиана изучаемых объектов.

2. Палеомагнитная информация о пространственном положении структур на момент формирования слагающих их пород существенно искажена в кембрийских островодужных комплексах Салаирского кряжа за счет вторичной пирротиновой минерализации и в кембрийских комплексах Восточного Танну-Ола (Тува) за счет образования метахронной намагниченности в более позднее время.

3. Полученные и имеющиеся палеомагнитные направления и координаты палеомагнитных полюсов позволяют восстановить структурное положение островных дуг окраины Сибирского континента. В венде - раннем кембрии его можно описать единой выдвинутой к северу от окраины континента (в район 10° С.Ш.) осгроводужной системой субширотного простирания, включающей, как минимум, два структурных элемента - Северосаянско-Куртушибинский и Кузнецко-Горноалтайский. Ориентировка первого к концу кембрия сохраняется, а второго изменятся на субмеридианальную.

4. В пределах центральной части Алтае-Саянской области установлена корреляция изменений направлений древних компонентов естественной остаточной намагниченности и закономерностей в

распределении палеомагнитных полюсов с тектоническими движениями в обрамлении Сибирского континента в течение кембрия-ордовика. Эволюция структуры Сибирской окраины на протяжении кембрия была обусловлена общим южным перемещением островодужной системы при одновременном повороте ее Кузнецко-Горноалтайского фрагмента по часовой стрелке. Отражением последующих деформационных процессов является сдвиг Куртушибинского фрагмента относительно Северосаянского на юго-запад (в современных координатах) без существенного разворота, поворот Золотокитатско-Мартайгинского блока Кузнецкого Алатау относительно Батеневского на угол не менее 30+12 градусов против часовой стрелке.

Научная иовизпа. Личный вклад. Дня достижения поставленной цели в комплексе с геологическими и геохимическими данными использован палеомагнитный метод. Первые обобщающие исследования истории развития палеозойских океанических бассейнов на основе палеомагнитных данных [МоББакоувку et.al.4993, Печерский, Диденко, 1995, и др.] показали эффективность его применения. Предлагаемая работа является попыткой подобного обобщения, но на более крупномасштабном уровне, а именно восстановления структурных взаимоотношений и пространственного положения более мелких тектонических единиц (островных дуг и их фрагментов) на примере Сибирской континентальной окраины Палеоазиатского океана. Решение геодинамических задач с помощью палеомагнитного метода для островодужных фрагментов Алтае-Саянского региона на таком уровне выполнено впервые:

- опираясь на стандартные приемы палеомагнитного анализа в пределах центральной части АССО, выделены объекты, пригодные для палеомагнитных исследований, а также те, в которых первичная естественная остаточная намагниченность существенно искажена за счет наложенных процессов;

- используя комплекс статистических, геологических, геофизических и физических признаков, установлен возраст и генезис полученных первичных и метахронных палеомагнитных направлений;

- на основе полученных палеомагнитных данных установлена пространственная ориентировка и положение фрагментов Западносаянской и Кузнецкоалатаусской палеоостроводужных структур на венд-ранний кембрий и средний-поздний кембрий;

- совместно с Д.В.Митрохиным и А.Ю.Казанским разработаны новые методические приемы анализа распределений направлений

намагниченности для отбраковки направлений, связанных с влиянием деформационных процессов и не несущих информации о геомагнитном поле в момент формирования пород;

- с учетом вновь полученных данных проведена верификация имеющихся для Алтае-Саянской области результатов палеомагнитных исследований;

- исходя из закономерностей положения палеомагнитных полюсов островодужных фрагментов АССО и Сибирского континента установлен характер и направленность их тектонических перемещений в течение кембрия;

- на количественной (палеомагнитной) базе, с учетом геологических и геохимических данных, построены новые схемы взаимного расположения островных дуг центральной части АССО в кембрии, как основы для геодинамических реконструкций.

Теоретическое и практическое значение. Палеомагнитные определения, полученные автором, включены в международную базу палеомагнитных данных «Dragon» http://dragon.ngu.no/Palmag/paleomag. htm. Полученные палеомагнитные данные необходимы для определения пригодности кембрийских комплексов для палеомагнитного анализа, оценки характера горизонтальных перемещений и восстановления первичного палеотекгонического положения кембрийских островодужных фрагментов, то есть для выяснения структурной обстановки, в которой они формировались. Результаты палеомагнитных исследований являются основой для тектонических построений, включая геодинамические карты, карты террейнов, палинспастических, палеоклиматических, палеоэкологических и др. реконструкций, а также для восстановления геологической истории АССО и выяснения истории формирования складчатых поясов в целом, с позиции тектоники плит.

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы работы неоднократно докладывались и обсуждались на различных российских и зарубежных научных совещаниях, в том числе на совещаниях по проблемам палеомагнетизма и магнетизма горных пород (Обсерватория "Борок", 1996,1997 г.г.), научной конференции по проблема геологии Сибири (г.Томск, 1996), научной конференции РФФИ "Геодинамика и эволюция Земли" (г.Новосибирск, 1996), 8-ой Научной Ассамблеи Международной Ассоциации по Геомагнетизму и Аэрономии. (г.Упсала, Швеция, 1997), международном семинаре по палеомагнитным исследованиям Гималаи-Каракорумского складчатого пояса и прилегающих террейнов. (г.Исламабад, Пакистан, 1996), 2-ой

международной конференции "Проблемы геокосмоса" (г.Санкт-Петербург, 1998), региональной научно-практической конференции (г.Новокузнецк, 1998), а также XXXIII и XXXV международных научных студенческих конференциях (г.Новосибирск, 1995, 1997 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ и 3 находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, содержит 212 страниц, включая 11 таблиц, 67 рисунков и список литературы из 135 наименований.

Работа выполнена в лаборатории Геодинамики и палеомагнетизма Института геологии ОИГГМ СО РАН, заведующий лабораторией к.г.-м.н. С.А.Тычков. Научное руководство работы осуществляли кандидат геол.-мин. наук А.Ю.Казанский, кандидат геол.-мин. наук Л.В.Кунгурцев (первые два года аспирантуры) и доктор геол.-мин. наук Н.А.Берзин. Активное творческое содействие и всестороннюю поддержку в работе оказывали автору А.С.Гибшер, М.М.Буслов, А.Э.Изох, В.А.Симонов, В.А.Верниковский, А.Г.Владимиров. Д.В.Митрохин, Н.Н.Семаков. На всех этапах исследований автор пользовался советами, рекомендациями, поддержкой и помощью российских специалистов в различных областях геологии: Д.М.Печерского, М.Л.Баженова, С.В.Шипунова, В.Э.Павлова,

A.Н.Диденко, В.А.Кравчинского, В.Д.Зальцмана, В.П.Меркулова,

B.А.Цельмовича, Н.М.Левашовой и зарубежных ученых: Ё.Фудживары, Т.Ватанабы, М.Йошиды (Япония), Р. Коэ, Ш. Жао (США).

Большую помощь при проведении исследований оказывали сотрудники палеомагнитной группы ИГ ОИГГМ СО РАН З.Л.Шмырева, Г.Г.Матасова, О.В.Сакс, Н.Э.Михальцов, В.Ю.Брагин, А.В.Лавренчук и др. Всем перечисленным лицам автор выражает свою самую искреннюю признательность. Автор глубоко признателен Р.Энкину, С.В.Шипунову, Т.Торсвику, любезно предоставившим пакеты программ для обработки и представления палеомагнитных данных, академик}' Н.Л.Добрецову за постоянную поддержку палеомагнитных исследований в нашем институте.

Работа выполнена при финансовой поддержке фантов РФФИ 94-0517117 и 98-05-65229 и молодежных грантов СО РАН (1996-1998 гг).

1. ГЕОДИНАМИКА И ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ

СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ (СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ)

Алтае-Саянская складчатая область в современных координатах занимает юго-западное складчатое обрамление Сибирской платформы. Это рифейско-палеозойская аккреционно-коллизионная структура, имеющая мозаичное тектоническое строение с большим количеством разноориентированных террейнов и разделяющих их разрывных нарушений. Главные отличительные черты тектонического строения АССО - разнонаправленность и торцевое сочленение отдельных региональных структурных элементов. Основная роль в геологическом строении принадлежит образованиям палеозойской группы, главным образом раннепалеозойским островодужным комплексам, которые составляют каркас структуры складчатой области (рис.1). Фрагменты венд-кембрийских островных дуг образуют полосу, протягивающуюся от Таннуольско-Хамсаринской зоны Тувы через Восточный и Западный Саяны в Кузнецкий Алатау, Горный Алтай и Салаир. Степень сохранности большинства дуг уникальна для столь древних (салаирских) образований. Их строение выражено либо триадой (аккреционная призма, вулканическая дуга, задуговый бассейн), либо, как минимум, диадой (аккреционная призма, вулканическая дуга или вулканическая дуга -задуговый бассейн) [Семенов, Михайленко, 1994, Берзин, Кунгурцев, 1996].

Геодинамичсская история юго-западной окраины Сибирской платформы, одного из наиболее интересных структурных элементов Центрально-Азиатского складчатого пояса, напрямую связанная с историей развития и закрытия Палеоазиатского океана, является предметом оживленных дискуссий и с разных точек зрения рассматривается в работах [Зоненшайн и др., 1990, 1992; Вегет, БоЬг^боу, 1994; Берзин и др., 1994; Кунгурцев и др., 1991, 1993; Шенгер и др., 1994; Семенов, Михайленко, 1994; МоББакоУБку е1.а1. 1993; Диденко и др., 1994; Печерский, Диденко, 1995; ОоЬге1$оу е1.а1., 1987 и других авторов.]. Принципиальные различия взглядов состоят, главным образом, либо в том, какие блоки сиалической коры (раннепротерозойской и рифейской) принадлежали первоначально (в рифее) Сибирскому и Восточногондванскому континентам, либо в кинематике аккреционного процесса и приращения Сибирского континента террейнами (от микроконтинентов до внутриокеанических поднятий), либо в положении, пространственной ориентации и

взаимоотношениях различных островодужных фрагментов, сохранившихся в современной структуре области.

В палсомагнитном отношении раннепалеозойские структуры юга Сибири до сих пор изучены довольно слабо. Не считая определений 60-

Рис.1 Схема основных геодинамических комплексов Алтае-Саянской складчатой области. Составлена Н.А.Берзиным с упрощениями автора. Иллюстрация распределения направлений намагниченности для островодужных структур АССО.

Условные обозначения: 1 - Сибирский кратон с чехлом; 2 - комплексы пассивных континентальных окраин (Я); 3 - комплексы островных дуг и задуговых бассейнов нерасчленные (Б.3-0,); 4 - океанические комплексы с офиолитами (Пз-С^; 5 - отложения континентальных склонов и шельфов нерасчленные (У-Р2,); 6 - комплексы PZг-PZJ прогибов; 7 - мезозойско-кайнозойский чехол; 8 - основные зоны разломов; 9 - прочие разломы и геологические границы; 10-11 - палеомагнитные направления и значения палеошироты в градусах: 10 - венд-раннекембрийские, 11 - средне-поаднекембрийские.

Буквами обозначены палеоостроводужные фрагменты: вА -Горноалтайский; БЬ - Салаирский; Западного Саяна: У/Б - Северосаянский и КТ - Куртушибинский; Кузнецкого Алатау: ОК - Золотокитагский и В А -Батеневский; ЕТ - Восточного Танну-Ола.

70х годов, [Сидорас, 1965, Мусатов и др., 1967, Зоткевич и др., 1970, 1973, и др.], палеомагнитные данные имеются лишь по некоторым фрагментам, составляющим современный структурный план АССО. К ним относятся определения, выполненные в последние 10 лет по венд-нижнекембрийским офиолитам Куртушибинской зоны (Западный Саян) [Диденко и др., 1994], венд-кембрийским островодужным комплексам Горного Алтая [Диденко и др., 1994, Казанский и др., 1996, 1998], Шатскому [Диденко и др., 1994] и Карашатскому [Печерский, Шелестун, 1987] офиолитовым массивам (Тува), Северосаянской зоне Западного Саяна [Казанский и др., 1995, Казанский, Митрохин, 1996] и, наконец, Батеневскому фрагменту Кузнецкого Алатау [Меркулов, 1982]. Имеющиеся данные, в первом приближении позволили установить пространственные взаимоотношения и наметить основные тенденции перемещений в раннем палеозое для крупных тектонических единиц. Одна из попыток решения такой задачи предпринята А.Н.Диденко с соавторами [Диденко и др., 1994]. Построенная ими серия геодинамических реконструкций, охватывающая время существования Палеоазиатского океана, во многом была основана на палеомагнитных данных.

Тем не менее, исходя из вышесказанного, очевидно, что имевшейся до настоящего времени палеомагнитной информации явно не достаточно для детальных пространственных построений и восстановления кембрийской структуры окраины Сибирского континента.

2. МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Весь объем палеомагнитных исследования проведен с использованием аппаратурной базы Лаборатории геодинамики и палеомагнетизма Института геологии ОИГТМ СО РАН, г. Новосибирск.

Измерения направления и величины остаточной намагниченности проводились на спин-магнитометре Ж-4 (Республика Чехия), помещенном в двойные кольца Гельмгольца. Для измерения объемной магнитной восприимчивости использовался каппометр системы К.С.Буракова (ОИФЗ РАН). Магнитоминералогический анализ в модификации 1г$(Т) выполнен на терморокгенераторе системы К.С.Буракова с учетом методических рекомендаций [Петрова, 1977].

Терморазмагничивание проводилось в интервале температур от 20 до 700°С с шагом от 20 до 40°С в экранированной печи конструкции В.П.Апарина (ИФ РАН, Красноярск).

Для разделения компонентов CliRM использовались компонентный анализ [Zijderveld, 1967], а в случае перекрытия спектров блокирующих температур - метод пересечения кругов перемагничивания [Halls, 1976]. В ряде случаев была использована методика совместного анализа компонентов и кругов перемагничивания [McFadden, McElhinny, 1988].

Для обоснования возраста выделенных компонентов намагниченности использовались полевые палеомагнитные тесты обращения, обжига и, главным образом, современные модификации теста складки [McFadden, 1990, Bazlienov, Shipunov, 1991, Watson, Enkin, 1993, Шипунов, 1993, Шипунов, 1995].

Обработка и интерпретация результатов лабораторных экспериментов проводилась с использованием пакетов прикладных программ Р.Дж.Энкина, Р.Торсвика, и С.В.Шипунова.

При анализе направлений стабильной намагниченности деформированных горных пород использовались новые методические приемы, разработанные совместно с Д.В.Митрохиным и А.Ю.Казанским [Казанский и др., 1996].

При построении пространственных схем учитывались реконструкции Л.П.Зоненшайна, А.А.Моссаковского, Д.М.Печерского и А.Н.Диденко. В качестве базовой траектории кажущегося перемещения полюса Сибирской платформы использован вариант Д.М.Печерского и А.Н Диденко [1995]

3. ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ КЕМБРИЙСКИХ ОСТРОВОДУЖНЫХ КОМПЛЕКСОВ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ ОБЛАСТИ

3.1. Западный Саян

Ранний кембрий. В Северосаянской зоне Западного Саяна палеомагнитный анализ выполнен для комплексов Кизасско-Монокской вулканической дуги на стратотипическом разрезе нижнемонокской и верхнемонокской свит в районе ключа Герасимов и парастратотипе нижнемонокской свиты по р. Малая Шушь. Разрезы представлены переслаивающимися потоками базальтовых лав с прослоями кремнистых пород и туфов основного состава. Коллекция составила 68 образцов из 6 участков разреза.

В результате терморазмагничивания в изученных образцах выделены два (кроме вязкой намагниченности) основных компонента ChRM.

Компонент А - наиболее характерный для изученных объектов, выделяется в температурном интервале до 590°С, который сохраняется для всех типов пород вне зависимости от различий в магнитных свойствах и составе носителей намагниченности. Вклад гематита составляет не более 2-3% от общей величины 1п и не имеет устойчивого направления, либо в делом совпадает с направлением СЫШ. Древний (раннекембрийский) возраст компонента А предполагается на основании положительных тестов обжига, складки и обращения, что косвенно подтверждается тождественностью полученных направлений в породах различных по литологическому, петрографическому составу и генезису, в удаленных друг от друга обнажениях и удовлетворительной сходимостью с ранее полученными данными [Казанский и др.,1996].

Компонент В - определен в 33 образцах, из них для 13 он является характеристическим и компонент А в них отсутствует. В остальных случаях компоненты А и В сосуществуют, причем последний выделяется в более низкотемпературном (до 340-480°С) интервале. Палеомагнитные тесты (складки и обжига) в комплексе с результатами петрографических исследований свидетельствуют, что компонент В является метахронным и, вероятно, обусловлен вторичными, возможно, экзогенными процессами на различных этапах складчатости в позднем кембрии -ордовике.

Средний-поздний кембрий. В Северосаянской зоне Западного Саяна опробованы разрезы в районе п. Абаза и по р.Конжуль, в Куртушибинской зоне - вдоль автомобильной дороги в районе перевала через одноименный хребет. Разрезы представлены соответственно арбатской свитой и аласугской серией и сложены терригенными породами. Коллекция составляет 60 образцов из 7 участков разрезов.

Характеристический компонент (480° - 590°С) наиболее хорошо сохранился в породах арбатской свиты, отобранных по р.Конжуль. Маггемитовый и гематитовый компоненты МШ не имеют какого-либо устойчивого направления, отличного от СЫ1М. Однако, вследствие перекрытия спектров блокирующих температур этих компонентов для 35 образцов использовался метод кругов перемагничивания. Построенные круги пересекаются в древней системе координат в точке, отвечающей направлению, выделенному по результатам компонентного анализа. По тесту складки устанавливается древний доскладчатый возраст намагниченности. В пользу первичного генезиса намагниченности косвенно свидетельствует также отсутствие наложенного метаморфизма и повторяемость направления намагниченности для различных обнажений.

3.2. Кузнецкий Алатау

Палеомагнитные исследования в Кузнецком Алатау выполнены для ранне- и средне-позднекембрийских островодужных комплексов Золотокитатской зоны, в районе пос.Большекитатский по р.Золотой Китат, и комплексы среднего кембрия в северо-восточной части Батеневской зоны южнее п.Боград и восточнее д.Бей-Булук. Разрезы представлены вулканогенно-осадочными толщами. Отобрано: 22 образца пород нижнего кембрия (2 точки) и 103 образца (13 точек) пород средне-позднекембрийского возраста.

Золопюкитатская зона. В образцах пород раннего кембрия компоненты намагниченности, выделяемые в интервале 480°-520°С, не являются характеристическими и не дают устойчивого среднего направления. По высокотемпературным интервалам размагничивания удалось построить круги, которые для двух различных участков опробования дают близкие области пересечения. Тест складки не применим из-за близких элементов залегания. Косвенным свидетельством в пользу возможного первичного генезиса выделенной намагниченности может быть совпадение ее направлений на двух различных участках разреза, отличие их от направлений, установленных в вышележащих породах среднего-позднего кембрия и отсутствие видимых наложенных изменений пород.

Для 1/3 образцов среднего-позднего кембрия характеристическая намагниченность выделяется в интервале 400-590°С или 480-660°С в зависимости от состава магнитных минералов. Для остальных образцов С111Ш отсутствует, для их анализа использован метод Холлса. Для направлений единичных векторов и средних направлений тест обращения положительный. Тест складки также положительный - максимум кучности достигается при полном распрямлении складки. На основании этого предполагается, что выделенная намагниченность наиболее близка к первичной. Надежность сделанного вывода косвенно подтверждается распределением скалярных магнитных характеристик пород, отсутствием зависимости направлений СЬЯМ от типа носителей намагниченности и литологнчсского состава пород, повторяемостью выделенного направления намагниченности для различных обнажений.

Батеневская зона. В результате ступенчатого размагничивания пород среднего кембрия Батеневской зоны для большинства образцов удалось выявить стабильный компонент намагниченности в интервале температур 400-580°С. При более высоких температурах изменение направлений хаотическое. Выделенные направления имеют как прямую,

так и обратную полярность (тест обращения положительный). Все модификации теста складки положительные, что позволяет утверждать доскладчатую природу намагниченности.

3.3. Саланрский кряж Палеомагнитные исследования на Салаирском кряже выполнены для островодужных комплексов среднего-позднего кембрия северной части региона. Обработанная коллекция составляет 95 ориентированных образцов из 5 удаленных друг от друга районов.

По поведению вектора естественной остаточной намагниченности в процессе температурной чистки все образцы могут бьггь разделены на 2 группы.

В первую, группу (более 50% образцов) входят породы, содержащие пирротин. Для кривых Зийдервельда характерно быстрое разрушение намагниченности до температур 280-320°С без выхода на СЫШ. При этом разрушающийся компонент не имеет регулярного направления и его распределения хаотичны. Дальнейшее увеличение температуры приводит к образованию новой магнитной фазы и нерегулярным изменениям величины и направления намагниченности образцов.

Вторую группу составляют образцы, способные сохранять направления СЫШ в процессе размагничивания. Основным носителем намагниченности является магнетит Тб=580°С. Вклад гематита составляет не более 2-3% от общей величины намагниченности и не оказывает существенного влияния на СЫШ. Тем не менее, характеристические направления не дают устойчивого среднего направления, а распределяются в плоскости большого круга. На основе такой закономерности построены большие круги для каждого разреза. В древней системе координат круги пересекаются, тогда как в современной - нет. Это свидетельствует о том, что в каждом из проанализированных распределений, вероятно, существует общее для всех, возможно доскладчатое, направление намагниченности, определяемое точкой пересечения кругов. Однако, надежность этого определения невелика.

3.4. Восточный Танну-Ола (Тува) Островодужные образования Восточного Танну-Ола изучены на примере вулканогенно-терригенного разреза ирбитейской свиты раннего кембрия, расположенного в междуречье рек Кадвой и Ирбитей. На отдельных участках разреза породы сильно деформированы и превращены в сланцы. В связи с этим для палеомагнитного анализа были отобраны как породы слабо затронутые деформационными процессами

(два участка), так и полностью рассланцованные. Общая коллекция составила 50 ориентированных образцов.

Проведенные Д.В.Митрохиным петро- и палеомагнитные исследования [Metoelkin et.al., 1998J показали, что направления стабильной намагниченности в образцах деформированных пород лежат, в географической системе координат, в окрестности большого круга, ориентированного параллельно плоскости рассланцевания. Поскольку ориентировка плоскостей деформирования сохраняется по всему разрезу, при анализе направлений намагниченности слабодеформированных пород мы предполагали, что палеомагнитные направления, ориентированные таким образом, обусловлены влиянием деформационных процессов.

Для слабо деформированных пород первого участка в ходе температурной чистки выявлено присутствие только одного компонента намагниченности - характеристического, Тб=578°С или Тб=675°С. Однако, полученные направления дают сильный разброс Ks/Kg=1.2/1.2. После отбраковки деформационных направлений в оставшемся распределении легко' выявляются две характерные группы векторов прямой и обратной полярности, угол между которыми близок к 180°. Для пород второго участка выделить стабильное направление удается методом Холлса. Пересечение больших кругов в древней системе координат совпадает с направлением намагниченности, полученным в результате селекции для первого участка.

Тесты обжига и складки для этих участков не дали определенного результата. Поскольку полученные направления и палеополюсы весьма близки к ордовикским определениям по Туве [Павлов и др., 1998, Михальцов, 1997], но значимо отличаются от кембрийских направлений [Печорский. Диденко. 1995]. можно предполагать, что намагниченность пород ирбитейской свиты является наложенной и образовалась в ордовике. Об этом же свидетельствуют результаты непропорцианального распрямления складки («тест на синскладчатую намагниченность»),

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Все палеомагнитные определения, полученные при выполнении данной работы, сведены в таблице (табл. 1).

Для Алтае-Саянской области выделяются две обособленные группы раннекембрийских магнитных полюсов (рис.2а). В первую попадают

Табл. 1. Палеомагнитные направления, палеополюсы и палеошироты раннепалеозойских комплексов АССО.

Объект, возраст пород т Пале( нал магнитные равлемия Тест Палеомагнитные полюсы ПШ A95

N/n Ds Is а 9? Ks Ф А dp dm

Северосаянский, С, д. С, 6/56 121 28 4.9 189.3 r,f,bc -5.5 147.6 2.9 5.4 14.9 4.0

Северосаянский, С,, м. с2-о 6/33 109 -32 19.7 12.5 f -25.2 177.0 12.5 22.2 -17.4 16.6

Северосаянский, С2-з Д- С2-3 6/44 145 -14 7.7 75.9 f -36.3 134.9 4.0 7.9 -7.1 5.6

Куртушибинский, G2-3 д. е2.з 1/9 151 -12 5.6 18 f -38.1 130.8 2.9 5.7 -6.1 4.1

Батеневский, С2 * д. е2.3 3/25 134 -31 7.9 14.4 r,f -38.4 152.2 4.9 8.8 -16.7 6.6

Батеневский, С2 ** д. с2.3 3/25 132 -29 18.1 47.3 r,f -36.3 153.4 11.0 19.9 -15.5 14.8

Золотокитатский, £, * д. е,? 2/17 244 30 6.5 33.8 -0.5 27.3 4.0 7.2 16.1 5.4

Золотокитатский, Сь** д. е,? 2/17 246 30 20.7 147.5 0.5 25.6 12.7 23.0 16.1 17.1

Золотокитатский, С2-3 д. Сг-3 10/56 99 -23 4.2 134.1 r,f -14.9 176.4 2.4 4.5 -12.0 3.3

Салаирский, С2.3, ? 4/23 191 -34 7.9 496.0 -53.2 67.9 5.2 9.0 -18.6 6.8

Таннуольский, С], м. О 2/15 223 27 6.7 33.7 f -15.4 50.5 4.0 7.3 14.3 5.4

Примечание: Т - д. - древний, м. - метахронный компонент намагниченности и его возраст, N/n - количество объектов (участков) и использованных в статистике независимо ориентированных образцов, соответевенно; Палеомагнитные направления (предполагается прямая полярность): D, I - палеомагнитные склонения и наклонение; К, 095 - статистические параметры по Р.Фишеру; индекс s обозначает стратиграфическиекоординаты; Тест - тесты палеомагнитной надежности: г- обращения, f - складки, Ьс - обожженных контактов; Палеомагнитные полюсы: Ф. Л - географические широта и долгота палеомагнитного полюса; dp, dm - полуоси эллипса доверия для вероятности 95%, ПШ - средняя палеоширота, А95 - полуось 95% овала доверия для палеошнроты; *- по образцам, **- по объектам

Северосаянские [наст. раб. и Казанский и др., 1996] и Куртушибинский [Диденко и др., 1994] полюсы, во вторую - полюсы Кузнецкого Алатау [наст, раб.] и Горного Алтая [Казанский и др., 1996, 1998]. По отношению к ТКДП Сибирской платформы первая группа отвечает ее ордовикскому отрезку, а вторая отстоит от него на значительный угол по широте. Древний возраст намагниченности, установленный на основании палеомагнитных тестов (по крайней мере, для Западного Саяна) не позволяет принять гипотезу регионального перемагничивания пород в ордовике и, таким образом, предполагает удаленность островодужных фрагментов Западного Саяна от Сибирского континента.

Наилучшего совпадения раннекембрийских полюсов первой и второй групп можно достигнуть путем Эйлерового поворота структур второй группы против часовой стрелки вокруг точки опробования на угол, соответствующий современной ориентации простирания линейных

ечк

Ш'

з<Л'

А кх!е 1зсГе Шб п1чг

щ.3: :-Ж £ III лсд 1

Б

Ф1 С т/ x .".. Мз 2А0 2*0' 3(К> \ >

.11)0' 881 / т/ т '¿а кто / •И иа/ ш/ у

АМ «10 :' ■1 410 / ск р А МОМа /

1#е 4<}е ~<?е ше С аь п>л

Рис.2. Положение венд-раннекембрийских (а) н средне-позднекембрийских (б) полюсов изученных островодужных фрагментов в сравнении с ТКДП Сибирского континента. Иллюстрация схождения полюсов после поворотов на соогвегсвующий угол (пояснения в тексте). Буквами обозначены полюсы (табл.1): 'ЭДБ - Северосаянский, КТ -Куртушибинский, вК - Зологокигатсккй, ВА - Багеневский, ЗЬ -Салаирский; а также полюсы по литературным данным по: БЗБ -Северосаянской зоне Западного Саяна [Казанский и др., 1996], КТО -Куртушнбинской зоне Западного Саяна [Диденко и др., 1994]; ОгА -Гарному Алтаю [Казанский и др., 1996,1998].

структур Горного Алтая и Кузнецкого Алатау относительно таковых Западного Саяна. Маловероятно, что такое совпадение случайно. Наличие указанных поворотов свидетельствует в пользу единого структурного положения, пространственной ориентировки и единой истории развития соответствующих пар объектов. Предложенный вариант сходимости полюсов дает основание предполагать на раннекембрийское время существование одной островодужной структуры, состоящей из Кузнецко-Горноалтайского и Северосаянско-Куртушибинского фрагментов.

Для среднего-позднего кембрия большинство полюсов изученных объектов близки друг к другу и совпадают со средне-позднекембрийским интервалом ТКДП Сибирской платформы (рис.2б). Сюда относятся данные, полученные по Западному Саяну, Батеневскому блоку Кузнецкого Алатау и литературные данные по Горному Алтаю [Казанский и др., 1996, 1998]. Это подтверждает средне-позднекембрийский возраст выделенных направлений и свидетельствует о том, что к концу кембрия островодужные структуры уже находились в непосредственной близости от окраины континента, формируя его ближайшее обрамление. Исключение составляет полюс Золотокитатской зоны Кузнецкого Алатау. Он располагается в стороне, но может быть совмещен с остальными путем поворота на 40 градусов по часовой стрелке. Поскольку возраст выделенного направления намагниченности для Золотокитатской зоны надежно подтверждается палеомагнитными тестами, такой поворот является следствием тектонических движений. В пользу реальности выявленного поворота независимо свидетельствуют данные петрохимических исследований [Кунгурцев, Лавренчук, 1998]. Вероятно, в кембрийское время Золотокитатская и Батеневская зоны представляли собой фрагменты единой структуры. Их современное относительное положение является следствием поворота южного (Батеневского), в современных координатах, относительно северного (Золотокитатско-Мартайгинского) на угол не менее 30±12 градусов по часовой стрелке.

Особняком стоит средне-позднекембрийский полюс Салаира. Однако, полученные данные имеют низкий индекс палеомагнитной надежности и для пространственных реконструкций могут быть использованы лишь с большой долей условности.

Абсолютные значения палеоширот южной окраины Сибири и изученных островодужных фрагментов в пределах ошибки либо совпадают, либо близки по значению как для раннего, так и для позднего кембрия. Такое совпадение является еще одним веским доводом в пользу

существования на протяжении кембрия единой островодужной системы, состоящей из нескольких фрагментов, а не разрозненной серии таких самостоятельных структур.

На схеме основных геодинамических комплексов АССО вынесены все полученные и имеющиеся ликвидные, исходя из анализа, палеомагнитные направления (рис.1).

Основываясь на палеомагнитных данных, можно выдвинуть несколько гипотез о положении островодужной системы в структуре западного обрамления Сибирского кратона и кинематике движений на протяжении кембрийского времени. Однако, исходя из принципа минимальных перемещений, наименее противоречивой выглядит модель перемещения островодужной системы с начала кембрия из северного в южное полушарие. Это наиболее хорошо увязывает положение полюсов на оба временных интервала, широтное положение островных дуг и имеющиеся различия в палеосклонениях. По этой модели (рис.3) изученные островодужные фрагменты в венде-раннем кембрии представляли собой единую выдвинутую в сторону океана островодужную систему субширотного простирания, которая располагалась в районе 10° С.Ш., к северу от окраины Сибирского континента. Вся структура Сибирской окраины и сам континент были развернуты относительно современного положения на 180°. При таком положении фрагментов островодужной системы предполагается южное падение зоны субдукции.

Для того, чтобы к концу кембрия фрагменты системы заняли пространственное положение, отвечающее полученным для этого времени палеоширотам и направлениям, необходимо общее южное перемещение островодужной системы со скоростью не более 10 см/год. При этом ориентация Северосаянско-Куртушибинского структурного элемента островодужной системы существенно не менялась, а Кузнецко-Горноалтайский элемент, наряду с перемещением в указанном направлении, развернулся более чем на 90° по часовой стрелке и принял близкую к субмеридианальной пространственную ориентировку. Островодужная система к концу кембрия находилась на 5°-15° Ю.Ш. в непосредственной близости от окраины Сибирского континента. В соответствии с полученными палеомагнитными данными по среднему-позднему кембрию Салаира положение этого палеоостроводужного фрагмента на указанное время отвечает приблизительно 20° широте южного, в древних координатах, полушария при северо-северо-западном его простирании. Салаир, в таком случае, мог надстраивать Кузнецко-

фрагменты: КТ - Куртушибинский, - Северосаянский, вА - Горноалгайский, В А - Батеневский, СК -Золотокитатский, БЬ - Салаирский (положение Салаисркого фрагмента нанесено условно, пунктиром обозначено вероятное простирание структуры в случае такого положения); 4 - задушвый бассейн; 5,6-зоны палеосубдукдии: 5 - активные, 6 - неактивные, превращенные в сдвиговые зоны; 7 -предполагаемые системы сдвигов; 8 - предполагаемое направление движения океанической плиты.

Горноалтайский фрагмент остро водужной системы на юг. Однако, вследствие низкой надежности палеомагнитных данных, его положение на построенной схеме весьма условно.

Отражением последующих деформационных процессов является сдвиг Куртушнбинского сегмента относительно Ссвсросаянского на юго-запад (в современных координатах) без существенного разворота, поворот Батеневского блока относительно Золотокитатско-Мартайгинской части Кузнецкого Алатау на угол не менее 30+12 градусов по часовой стрелке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа завершает первый этап палеомагнитных исследований АССО, связанный с необходимостью определения пригодности кембрийских комплексов для палеомагнитного анализа, оценки характера горизонтальных перемещений и определения геоструктуры, в которой они формировались.

Полученная информация о пригодности островодужных фрагментов АССО позволит в дальнейшем более цсленоправленно подходить к выбору непосредственных объектов палеомагнитных исследований, что увеличит их эффективность, сократит время на получение надежных результатов, так необходимых для решения многих вопросов структуры и истории развития складчатой области.

С использованием современных методов анализа составлена количественная палеомагнитная основа для более совершенных геодинамических реконструкций юго-западного обрамления Сибирской платформы, которая являлась недостающим звеном при их построении. Количественные (палеомагнитные) характеристики дают возможность исключить элементы субъективизма, возникающие при подобных построениях, поскольку причинно-следственные связи тех или иных геологических фактов не всегда интерпретируются однозначно. Палеомагнитная информация дополняет комплекс геологических данных о строении, географическом положении, кинематике, направленности тектонических движений и т.п. конкретными численными значениями, что, в свою очередь, значительно сужает степень свободы при интерпретации всего комплекса геологических фактов, увеличивая, тем самым, вероятность построения моделей, наиболее приближенных к реальности.

На основе палеомагнитных данных восстановлено структурное положение островных дуг центральной части АССО с указанием их пространственной ориентировки. Сделанные выводы позволяют объяснить основные спорные моменты структуры и эволюции окраины Сибирского континента в кембрии с точки зрения современных научных концепций.

Однако, многие вопросы, касающиеся структуры и истории развития юго-западного обрамления Сибирской платформы, еще требуют дальнейшего изучения. К ним, в первую очередь, относятся пространственное положение и первичная структурная принадлежность сиалических блоков, входящих в современный структурный план складчатой области, их взаимоотношения с островодужными комплексами. Сейчас ощущается острая необходимость в качественных палеомагнитных данных, особенно на кембрийское время, по обособленным тектоническим единицам Тувы, в том числе островодужным.

Для расшифровки послекембрийской истории развития Сибирской окраины также необходимы новые палеомагнигные исследования, в том числе и в пределах изученной территории, что позволит наиболее полно восстановить этапы формирования Алтае-Саянской складчатой области с точки зрения современных научных концепций. Полученные результаты наглядно иллюстрируют эффективность использованного подхода для решения таких задач.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Дутова В.В. Метелкнн Д.В., Митрохин Д.В. Предварительные палеомагнигные данные по раннекембрийским комплексам Таннуольско-Хамсаринской палеоостровной дуги // Материалы XXXVI научно-студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 1998, С. 37-39.

2. Казанский А.Ю., Буслов М.М., Метелкин Д.В. Эволюция палеозойской структуры Горного Алтая: корреляция палеомагнитных и геологических данных // Геология и геофизика №3, Новосибирск, Изд. НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1998, С. 297-306.

3. Казанский А.Ю., Кунгурцев Л.В., Метелкин Д.В., Брагин В.Ю. Палеомагнетизм и геодинамика ранне-поздне-палеозойских комплексов Алтае-Саянской области. // Проблемы геологии Сибири, т1, Томск, ТГУ, 1996, С. 52-53.

4. Казанский А.Ю., Мстслкин Д.В., Кунгурцев JI.B., Лаврснчук А.В. Новые палеомагнитные данные по раннему кембрию Западного Саяна // Геология и геофизика. Новосибирск, Изд. НИЦ ОИГГМ СО РАН. в печати

5. Казанский А.Ю., Мстслкин Д.В., Кунгурцев Л.В.. Матасова Г.Г. Реконструкция кембрийской островодужной системы юго-западного обрамления Сибирской платформы по палеомагнитным данным. П Палеомагнетизм и магнетизм горных пород, М, ОИФЗ РАН, 1997, С.51-53

6. Кунгурцев Л.В., Казанский А.Ю., Метел кип Д.В. Геодинамика и палеомагнетизм кембрийских островных дуг Западного Саяна. // Геодинамика и эволюция Земли. Материалы научной конференции РФФИ, Новосибирск, Изд. НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1996, С. 58-60

7. Мстслкин Д.В. Относительное пространственное и структурное положение Кузнецкоалатаусского и Салаирского палеоостроводужных фрагментов в среднем-позднем кембрии по палеомагнитным данным // Материалы XXXVI научно-студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 1998, С. 78-80.

8. Мстслкин Д.В. Палеомагнетизм среднекембрийских островодужных комплексов Алтае-Саянской складчатой области. // Материалы XXXIII научно-студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 1995, С. 26.

9. Мстслкин Д.В., Казанский А.Ю., Кунгурцев Л.В. Палеомагнитные данные по кембрию Западного Саяна. // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород, М., ОИФЗ РАН, 1996, С. 5355

10. Мстслкин Д.В., Лавренчук А.В., Кунгурцев Л.В. Казанский А.Ю. Палеомагнетизм кебрийских островодужных комплексов Кузнецкого Алатау Н материальг Региональной научно-практической конференции, посвященной 80-летию геологической службы Западной Сибири, г.Новокузнецк, 1998, в печати.

11.Kazansky А., Сое R.S., Zhao X., Kungurtsev L., Mitrokhin D., Metoelkin D., Kravchinsky V.. Bragin V., Graham C.-R., Mazzoni S. New Paleomagnetic Data From Southern Siberia and Their Implications for the Geodynamic History of Central Asia // Abstract book of AGU Fall Meeting. San Francisco, 1998, in press

12.Kazansky A.Yu., Kungurtsev L.V. Metoelkin D.V., Matasova G.G., Gibsher A.S. Reconstraction of Cambrian Island Arc System in Southwestern Frame of Siberian Craton Based on Paleomagnetic Data // Abstracts

for the 8th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. Rekiam & Katalogtryck Uppsala, 1997, P. 56-57

13.Metoelkin D.V., Kazansky A.Yu., Kungurtsev L.V. Paleomagnetism and Geodynamics of Cambrian Island Arc Complexes of West Sayan (Russia) // Paleomagnetism of Collision Belt, V.l, Gcoscience Laboratoiy Project, GSP, Islamabad, Pakistan, 1997, P.101-112

14. Metoelkin D.V., Kazansky A.Yu., Kungurtsev L.V. Paleomagnetism of Cambrian Island Arc System of West Sayan (Russia). // Extended abstracts International Seminar on Paleomagnetic Studies in Himalaya-Karakoram Collision Belt and surrounding Continents, GSP, Islamabad, Pakistan, 1996, P. 42-45

15. Metoelkin D.V., Kazansky A.Yu., Mitrokliin D.V. & Dutova V.V. Secondary magnetization of Early Cambrian complexes of Tannuola-Hamsara paleoisland arc (Tuva, Russia) // Book of Abstracts, 2nd International Conference on Problems of Geocosmos, St. Petersburg University Press, Russia, 1998, P. 150-151.

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Метелкин, Дмитрий Васильевич, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ

На правах рукописи

МЕТЕЛКИН Дмитрий Васильевич

СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ОСТРОВНЫХ ДУГ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ

В КЕМБРИИ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ДАННЫМ

04.00.01 - общая и региональная геология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научные руководители

доктор геол.-мин. наук Н.А.Берзин

кандидат геол.-мин. наук А.Ю.Казанский

Новосибирск 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ _ 5

Глава 1. ГЕОДИНАМИКА И ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ (СОСТОЯНИЕ

ПРОБЛЕМЫ)__, 18

1Л. Современные представления о геодинамике Алтае-

Саянской складчатой области_, 18

1.2. Современное состояние и проблемы палеомагнитных

исследований в регионе_¡. 32

Глава 2. МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ . 38

2.1. Методика отбора и образцов и лабораторных исследований^ 38

2.1.1. Отбор образцов___, 3 8

2.1.2. Методика лабораторных измерений и аппаратура_, 39

2.1.3. Эксперименты по разделению компонентов ЫЯМ (магнитные чистки)_, 39

2.2. Методика обработки и интерпретации данных_. 41

2.2.1. Определение направлений древней намагниченности 41

2.2.2. Способы оценки возраста намагниченности и надежности палеомагнитных определений_, 42

2.2.3. Методика селекции направлений стабильной остаточной намагниченности в деформированных породах_, 44

2.2.4. Пространственные реконструкции_, 45

Глава 3. ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ КЕМБРИЙСКИХ ОСТРОВОДУЖ-

НЫХ КОМПЛЕКСОВ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ ОБЛАСТИ__47

ЗЛ. Западный Саян_, 47

3.1.1. Краткая геолого-тектоническая характеристика и выбор 47

объектов исследований_.

Северосаянская зона_. 47

Куртушибинская зона_. 50

3.1.2. Результаты исследований__. 52

Ранний кембрий. Нижнемоноксакя и верхнемонокская

свиты_. 52

Район пМайский р.Малая Шушъ_. 52

Район ключа Герасимов р.Малый Монок_, 52

Скалярные магнитные характеристики пород_. 55

Состав ферромагнитной фракции_, 58

Результаты терморазмагничивания. Анализ

векторных распределений_. 62

Возраст компонентов С ИРМ_, 68

Средний-поздний кембрий. Арбатская свита и 75

аласугская серия___•

Район п. А баз а__• 75

Район р.Конжулъ_ • 77

Район ст. Саяны__L 77

Скалярные магнитные характеристики пород_, 77

Состав ферромагнитной фракции_, 80

Результаты терморазмагничивания. Анализ 80

векторных распределений_ .

Возраст компонента ChRM_t 87

3.2. Кузнецкий Алатау___. 92

3.2.1. Краткая геолого-тектоническая характеристика_L 92

3.2.2. Результаты исследований_ • 94

Объекты палеомагнитных исследований_, 94

Золотокитатская зона__. 94

Батеневская зона__. 95

Скалярные магнитные характеристики пород_, 96

Золотокитатская зона__. 96

Батеневская зона__. 99

Результаты терморазмагничивания. Анализ векторных 99

распределениий__■_

Золотокитатская зона_. 99

Батеневская зона_L 107

3.3. Салаирский кряж_, 116

3.3.1. Краткая геолого-тектоническая характеристика_. 116

3.3.2. Результаты исследований_L 120

Непосредственные объекты исследований. Скалярные 120

магнитные характеристики пород_L

Разрез «Петровка»_. 120

Разрезы «Гуръевск» и «Чувашпай»_. 122

Разрез «Горскино»_, 124

Разрез «Бирюля»_, 125

Разрез «Кедровка»_. 126

Результаты терморазмагничивания_. 127

Анализ векторных распределений. Возраст компонентов

ChRM_t 132

3.4. Восточный Танну-Ола (Тува)_, 139

3.4.1. Краткая геолого-тектоническая характеристика_. 139

3.4.2. Результаты исследований_, 141

Конкретные объекты палеомагнитных исследований_, 141

Скалярные магнитные характеристики пород_. 145

Результаты терморазмагничивания. Анализ векторных

распределений_, 146

Группа А. Рассланцованные горные породы_. 146

Группа В. Недеформированные породы_, 150

Возраст компонентов ChRM_L 154

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ 161

4.1. Сравнительный анализ палеомагнитных полюсов_, 161

4.1.1. Нижний кембрий_t 161

4.1.2. Средний - поздний кембрий_,. 171

4.2. Палеоширотный анализ и возможное положение

фрагментов островодужных структур относительно Сибирского континента__. 174

4.3. Структура юго-западной окраины Сибирского континента и

характер горизонтальных перемещений составляющих ее блоков в раннем палеозое_1 181

ЗАКЛЮЧЕНИЕ__, 191

ЛИТЕРАТУРА _, 197

ПРИЛОЖЕНИЕ

207

ВВЕДЕНИЕ

При решении проблем, связанных с восстановлением геодинамической истории складчатых зон континентов, наряду с выяснением генетических, историко-геологических и множества других аспектов, одной из важнейших задач является определение первичного палеотектонического положения слагающих их фрагментов, то есть восстановление структуры, в которой они формировались. Решение этой задачи включает определение количественных характеристик, таких как пространственное положение и ориентировка тектонических единиц, определение направленности и характера тектонических движений. В связи с этим роль палеомагнитных исследований трудно переоценить. Палеомагнитный метод является единственным на сегодняшний день методом, который позволяет количественно определять пространственное положение изучаемого объекта (широту и направление меридиана) на момент его формирования, определять направление движения и оценивать расстояния, на которые он перемещался в геологическом прошлом. В основе метода лежат три основных принципа [Храмов, Шолпо, 1967; Палеомагнитология, 1982].

Во-первых, способность горных пород, содержащих магнитные минералы, фиксировать направление магнитного поля Земли, действующего в момент формирования пород ("принцип фиксации").

Во-вторых, как правило, протекающие после образования породы геологические процессы изменяют первичную ориентировку вектора естественной остаточной намагниченности, поэтому второй принцип формулируется так: первичная остаточная намагниченность, хотя бы частично, сохраняется в породе и может быть выделена из суммарного вектора естественной остаточной намагниченности и, кроме того, вектор намагниченности жестко связан с породой и изменяет свое положение вместе с изменением пространственного положения геологического тела ("принцип сохранения»). Для выделения первичной намагниченности палеомагнитные исследования предусматривают серию специальных лабораторных исследований

для выяснения первичности вектора и восстановления его древнего направления. Основой таких работ являются эксперименты по разделению компонентов, которые сохранились в породе и в сумме представляют вектор естественной остаточной намагниченности (NRM) [Палеомагнитология, 1982; Collmson, 1983; Butler, 1994; Yoshida et.al., 1994 и др.].

И наконец, в-третьих, в основе палеомагнитных исследований лежит "принцип центрального осевого диполя", который заключается в следующем. Современное магнитное поле Земли в первом приближении является полем диполя, центр которого близок к центру Земли, а его ось составляет угол примерно в 11.5° с осью вращения Земли. Магнитный полюс совершает вокруг географического сложные нерегулярные колебания, периоды отдельных составляющих которых могут быть от сотен до десяти тысяч лет (т.н. вековые вариации геомагнитного поля). Эти движения геомагнитных полюсов происходят постоянно и положение оси магнитного диполя является

LL W11 К/ 1—г

случайной величинои в каждый момент времени. При этом ее среднее значение за десятки тысяч лет и более в целом совпадает с положением оси вращения Земли. Таким образом, среднее направление геомагнитного поля за интервал времени 10 тыс. лет и более, согласно этой гипотезе, лежит в плоскости палеомеридиана и однозначно определяет палеошироту этой точки [Палеомагнитология, 1982; Butler, 1994].

Опираясь на эти принципы, можно утверждать, что любые движения, сопровождающиеся перемещением масс горных пород на сфере, обязательно вызовут соответствующие повороты векторов - палеомагнитных направлений [Храмов, Печерский, 1994]. Тогда, на основе анализа первичной (совпадающей по возрасту со временем образования породы) остаточной намагниченности становится возможным реконструировать пространственное положение различных тектонических блоков на геосфере относительно друг друга на различные временные интервалы и проследить направленность и динамику их перемещений от эпохи к эпохе.

Постановка задачи. Объектом исследования настоящей работы являются кембрийские островодужные комплексы, слагающие центральную часть Алтае-Саянской складчатой области, образованные в результате эволюции кембрийской окраины Сибирского континента.

Первые геодинамические исследования Алтае-Саянской складчатой области с позиции тектоники плит были предприняты Л.П.Зонешпайном [Зоненшайн, 1972] в начале семидесятых годов. В их основе лежал метод актуализма - основной метод современных геодинамических построений. На первом этапе сравнение проводилось, в основном, по геологическим данным [Зоненшайн, 1984; Унксов, 1981; Зоненшайн и др., 1990, Berzin, Dobretsov, 1994; и др.]. Использование геохимических методов внесло существенные коррективы в геодинамические построения [Kungurtsev, 1993; Geology..., 1993; Берзин, Кунгурцев, 1996; Kungurtsev, Berzin, 1994], но не позволило получить ответ на многие вопросы, связанные с реконструкцией древней структуры складчатой области и динамики ее развития.

Следующим шагом в этом направлении явились проведенные в последние годы палеомагнитные исследования раннепалеозойских комплексов Тувы, Западного Саяна, Кузнецкого Алатау и Горного Алтая [Печерекий, Шелестун, 1987; Меркулов, 1986; Печерекий и др., 1994; Диденко и др., 1994; Казанский, Буслов, 1995; Казанский и др., 1995], позволившие получить первые приближенные количественные оценки горизонтальных перемещений земной коры Алтае-Саянской складчатой области. Эти данные позволили высказать предположение, что изученные структуры в венде - раннем кембрии располагались близ экватора, составляя обрамление Сибирского континента. Тем не менее, имеющиеся палеомагнитные определения по Алтае-Саянскому региону пока не позволяют однозначно выполнить геодинамические реконструкции. Кроме того, согласно новым данным наметился ряд проблем, без решения которых достоверность подобных построений будет недостаточно высокой. К ним, в первую очередь, относится проблема возраста компонентов намагниченности. Исследования, проведенные в пределах Алтае- Саянского

[Печерский, Шелестун, 1987; Печерский и др., 1994; Диденко и др., 1994; Казанский и др., 1995; Казанский и др., 1996] показали, что в породах раннепалеозойских комплексов присутствуют, как правило, несколько разновозрастных компонентов намагниченности, отражающих, по-видимому, различные этапы формирования структур и последующего перемагничивания пород.

Важным вопросом также является повышение достоверности палеомагнитных данных путем отбраковки направлений намагниченности, измененных под действием наложенных деформационных процессов. Большинство полученных к настоящему времени палеомагнитных определений по позднему докембрию - раннему палеозою Алтае - Саянской складчатой области выполнены без такой отбраковки, тогда как работы, специально направленные на изучение деформированных комплексов [Казанский и др., 1996; МШокЫп, Кагашку, 1997], показывают возможность частичного и даже полного перемагничивания пород в результате наложенных деформаций. Это может приводить к существенным затруднениям и ошибкам как при интерпретации результатов палеомагнитных измерений, так и при построении геодинамических реконструкций, основанных на этих результатах.

Таким образом, построение более совершенных, надежных геодинамических реконструкций Алтае-Саянской области невозможно без создания палеомагнитной основы, отвечающей мировым стандартам (точная геологическая привязка и привязка по возрасту, использование полевых палеомагнитных тестов, исключение из анализа перемагниченных и деформированных пород) и увеличения количества определений.

Актуальность работы. Несмотря на то, что исследования Южной Сибири с позиции тектоники плит ведутся уже два десятилетия и в настоящее время развиваются многими исследователями, тем не менее, многие вопросы до сих пор остаются открытыми. Наиболее дискуссионны вопросы, связанные с взаимным пространственным положением структур, обрамлявших континент;

неоднозначно оцениваются характер и направленность тектонических движений в структуре окраины в раннем палеозое. Роль палеомагнитных исследований для решения этих вопросов трудно переоценить, однако, в геодинамических построениях палеомагнитные данные до сих пор используются далеко не в полной мере. Во многом это связано с тем, что подавляющее большинство определений получены на заре палеомагнитных исследований и их надежность справедливо ставится под сомнение. Кембрийские островодужные комплексы, составляющие тектонический каркас складчатой области, в палеомагнитном отношении изучены крайне слабо и неравномерно, в то время как геодинамические реконструкции АССО без надежных палеомагнитных данных по этим объектам несовершенны.

Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью создания количественной палеомагнитной основы для палеотектонических построений. Палеомагнитные исследования островодужных комплексов актуальны как с точки зрения решения фундаментальных задач строения и развития земной коры, так и в методическом отношении. Сеть палеомагнитных определений, отвечающих современному уровню исследований, позволит создать объективную основу для палеотектонических построений, что, в свою очередь, даст возможность построить более полную картину пространственно-временных взаимоотношений различных фрагментов Сибирской окраины Палеоазиатского океана..

Цель работы - составить количественную палеомагнитную основу для палеоостроводужных структур Алтае-Саянской складчатой области и построить на ее базе схемы взаимного расположения этих структур в венде - раннем кембрии и среднем-позднем кембрии.

Основная задача исследований - восстановить пространственное положение и структурные взаимоотношения палеоостровных дуг, составляющих современный структурный план Алтае-Саянской складчатой области в кембрии,

путем установления корреляции между ориентировкой древней естественной остаточной намагниченности горных пород отдельных островодужных фрагментов, положением их палеомагнитных полюсов и тектоническими движениями в обрамлении Сибирского континента в течение кембрия.

Пути решения поставленной задачи. Достижение поставленной цели и решение основной задачи настоящей работы потребовало:

^Определить состав минералов - носителей намагниченности, их происхождение и вклад в формирование естественной остаточной намагниченности.

^Выяснить природу естественной остаточной намагниченности, разделить компоненты намагниченности, выделить первичную составляющую и обосновать возраст компонентов намагниченности.

^Составить банк имеющихся и вновь полученных палеомагнитных данных по островодужным комплексам юго-западного складчатого обрамления Сибирской платформы, как основу для палеотектонических реконструкций.

^На основе палеомагнитных, с привлечением различных геологических данных восстановить пространственное положение и структурные взаимоотношения палеоостровных дуг, составляющих современный структурный план Алтае-Саянской области.

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены, упомянутые выше, основные принципы палеомагнитного метода [Палеомагнитология, 1982]. Полученные выводы сделаны по результатам палеомагнитных исследований собственных материалов автора, собранных совместно с сотрудниками лаборатории Геодинамики и палеомагнетизма Института геологии ОИГГМ СО РАН за период 1994-1998 гг., при выполнении плановых научно-исследовательских работ в Западном Саяне, Кузнецком Алатау, Салаирском кряже, Туве. Всего изучено 18 представительных разрезов

(в том числе стратотипических) указанных выше регионов Алтае-Саянской складчатой области. Для решения поставленной задачи использовано более 500 ориентированных образцов. Надежность экспериментальных данных проверена контрольными измерениями в Калифорнийском Университете (г.Санта-Круз, США). На заключительном этапе исследований и при интерпретации палеомагнитных данных учитывались опубликованные материалы других авторов и информация Банка Мировых палеомагнитных данных "Dragon" http://dragon.ngu.no/Palmag/paleomag.htm. Теоретической основной решения поставленной задачи являются основные положения тектоники литосферных плит, предполагающие ведущую роль горизонтальных движений плит, масштабы которых, как правило, весьма значительны.

Основные защищаемые положения и научные результаты:

1. Кембрийские породы островодужного генезиса в Западном Саяне и Кузнецком Алатау зафиксировали и сохранили в доступном для расшифровки виде древнюю остаточную намагниченность, характеризующую субэкваториальное широтное �