Автор: Шабалин Роман Вячеславович
Название работы: Датирование эффузивных и интрузивных пород Центрального Кавказа методом ЭПР спектроскопии кварца
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.05 - минералогия, кристаллография
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
доктор геолого-минералогических наук Д.Г. Кощуг;
Оппонент:
доктор геолого-минералогических наук Л.В. Бершов;
кандидат физико-математических наук Л.Т. Раков;
Место защиты: Москва
Дата защиты: 15 декабря 2002
Издательство: Москва
Количество страниц: 188
Язык: русский
Содержание работы:
Во введении работы обоснована актуальность совершенствования метода ЭПР датирования и его практического применения для восстановления хронологии извержений вулкана Эльбрус
и определения геодинамических характеристик Эльджуртинского и Сангутидонского массивов.
В первой главе приводится геологическая и петрологическая характеристика объектов исследования - вулкана Эльбрус, Эльджуртинского и Сангутидонского гранитных массивов. Рассматриваются
теоретические основы и практические аспекты метода ЭПР датирования с учетом особенностей объектов исследования.
Вторая глава посвящена обзору методов датирования, применявшихся до настоящего времени к геологическим объектам, исследованным в настоящей работе
В третьей главе разработана методика расчета значений рекомбинационных параметров (энергии активации Ea и предэкспоненциального множителя K0) радиационных центров в минералах
из природной геологической системы. На ее основе с целью совершенствования метода ЭПР датирования измерены значения рекомбинационных параметров Аl- и Ti-центров в кварце из
природной геологической системы.
В четвертой главе приведены результаты датирования кварца из вулканитов Эльбруса.
В пятой главе на основе метода ЭПР датирования рассчитаны скорости подъема Эльджуртинского и Сангутидонского массивов, а также скорость углубления долины реки Баксан
|
Реферат:
Актуальность. При определении возраста геологических объектов, длительности и скорости протекания геологических процессов незаменимыми являются инструментальные методы
абсолютного датирования пород.
Для надежного определения возраста молодых геологических объектов наиболее эффективен метод датирования кварца с использованием спектроскопии электронного парамагнитного
резонанса (ЭПР датирование), поскольку он обладает уникальной возможностью определять возраст образцов в интервале от десятков тысяч до первых миллионов лет. Метод ЭПР датирования
является наиболее эффективным во временном интервале, для которого практически неприменимы методы радиоизотопного датирования, в том числе радиоуглеродного. Кроме того, нередко
в высокогорных условиях очень сложно обнаружить углистый материал, необходимый для измерений возраста радиоуглеродным методом.
Решение научной задачи совершенствования метода ЭПР датирования кварца позволит повысить эффективность определения возраста четвертичных геологических объектов. Этим
обуславливается актуальность совершенствования метода ЭПР датирования.
Актуальность определения общей продолжительности активности вулкана Эльбрус в целом и ее отдельных циклов определяется необходимостью предсказания возможных извержений
вулкана в будущем и связанных с ними катастрофических последствий для прилегающих территорий.
При решении геоморфологических задач, например, при геоморфологическом методе датирования молодых геологических объектов, весьма важными являются данные об их геодинамических
характеристиках. Этим обусловлена актуальность определения скоростей поднятия Эльджуртинского и Сангутидонского гранитных массивов и скорости эрозионного углубления долины
реки Баксан.
Цель работы. Совершенствование метода ЭПР датирования кварца и его применение для восстановления хронологии извержений вулкана Эльбрус и определения геодинамических
характеристик Эльджуртинского и Сангутидонского массивов.
Для достижения цели работы были поставлены следующие основные задачи исследования:
Определение возраста представительной серии образцов кварца методом ЭПР датирования с использованием различных радиационных центров, сравнительный анализ результатов
датирования.
Применение методик ЭПР датирования (добавочные дозы и регенерация) для изучения представительной серии образцов, сравнение результатов датирования.
Обобщение и анализ данных о возрасте и продолжительности основных циклов и этапов вулканической деятельности Эльбруса, полученных в настоящей работе, и данных, опубликованных
в научной литературе.
Измерение рекомбинационных параметров Al- и Ti-центров в кварце в условиях природной остывающей геологической системы.
Определение скоростей поднятия Эльджуртинского и Сангутидонского гранитных массивов и скорости образования долины реки Баксан.
Калибровка метода ЭПР датирования с помощью радиоуглеродного и геолого-геоморфологического методов датирования.
Изучение взаимосвязи между геохимическими особенностями кварца вулканитов Эльбруса и основными циклами активности вулкана Эльбрус.
Новизна. Принципиально новыми результатами работы являются выделение основных циклов вулканической деятельности Эльбруса и определение времени их проявления. Представительная
выборка отобранных проб позволила в настоящей работе впервые осуществить масштабное применение методики ЭПР датирования по кварцу к вулканическому объекту. На основе полученных
результатов существенно уточнена история развития вулкана Эльбрус.
Впервые определена скорость подъема Сангутидонского гранитного массива. Также впервые на основе метода ЭПР датирования определены скорости поднятия Эльджуртинского
гранитного массива и скорость углубления "прорезающей" его долины реки Баксан.
На большом экспериментальном материале проведено сравнительное изучение методических приемов ЭПР датирования: использование методик добавочных доз и регенерации и
датирование по Al- и Ti-центрам. Такой сравнительный анализ ранее не проводился.
На основе разработанной в настоящей работе методики измерены величины рекомбинационных параметров Al-центров в кварце: энергии активации Ea и вероятности аннигиляции
при бесконечно высокой температуре K0 (частотный фактор) в природных условиях. Измерения в условиях остывающей природной системы (низкий радиационный фон, низкие температуры
отжига центров и большие времена проведения "природного эксперимента") выполнены впервые.
Методы исследования и фактический материал. Работа была выполнена на кафедре минералогии геологического факультета МГУ. В основу работы положены результаты полевых
и лабораторных исследований.
В ходе полевых работ в 1997-2001 гг. было отобрано более 100 проб из разновозрастных вулканитов Эльбруса, 17 проб из Эльджуртинского гранитного массива и 10 проб из
Сангутидонского гранитного массива для определения возраста с использованием метода ЭПР датирования кварца, геохимических и петрографических исследований. Метод ЭПР датирования
кварца использован совместно с методами радиоуглеродного, 39K/40Ar, 238U/206Pb датирования и геоморфологическим методом определения возраста.
Концентрации химических элементов определялись нейтронно-активационным и рентгенофлюоресцентным методами в лаборатории ядерно-физических исследований ИГЕМ РАН. 39K/40Ar
датировки получены в лаборатории радиогенных и стабильных изотопов Объединенного института геологии, геофизики и минералогии Сибирского отделения РАН, 238U/206Pb датировки
- в изотопной лаборатории Стенфордского университета (США).
Использованные методы и подходы в изучении новейших геологических процессов соответствуют современному мировому уровню аналогичных исследований.
Проводились совместные исследования с сотрудниками Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН.
Достоверность. Достоверность научных положений обусловлена большим объемом экспериментальных данных и применением целого комплекса методов исследований для представительной
коллекции образцов. Для исследований были использованы более 130 образцов, отобранных из разновозрастных вулканитов Эльбруса и гранитов Эльджуртинского и Сангутидонского массивов.
Использовались методы ЭПР, 39K/40Ar, 238U/206Pb и радиоуглеродного датирования, а также геохимические и петрографические исследования.
Достоверность результатов метода ЭПР датирования подтверждается их хорошим соответствием результатам радиоуглеродного датирования, а также геологическим и геоморфологическим
данным.
Защищаемые положения:
1. С использованием метода ЭПР датирования определены возрасты основных циклов и этапов развития вулкана Эльбрус, выделенных в ходе геологических исследований. Определенные
возрастные интервалы составляют 290-220 тыс. лет (ранний этап кальдерного цикла); около 170 тыс. лет (поздний этап кальдерного цикла); 85-20 тыс. лет (позднеплейстоценовый
этап посткальдерного цикла); менее 10 тыс. лет (голоценовый этап посткальдерного цикла).
2. Разработана методика расчета значений рекомбинационных параметров радиационных центров в минералах в условиях остывающей природной геологической системы. Полученные
с ее использованием значения рекомбинационных параметров Al-центров в кварце (Ea=1,6 эВ, K0=6,7 .1013 с-1) превышают соответствующие значения, измеренные ранее с использованием
лабораторного облучения и отжигов (Ea=1,5 эВ, K0=3,8 .1013 с-1). Среднее время жизни Al-центров в кварце, рассчитанное в соответствии с рекомбинационными параметрами, измеренными
в природной геологической системе, существенно превышает аналогичное значение, рассчитанное с учетом рекомбинационных параметров, полученных на основе лабораторного моделирования.
3. На основе метода ЭПР датирования разработана методика количественной оценки скорости воздымания тектонических блоков и скорости врезания речных долин за последние
несколько десятков и сотен тысяч лет. Рассчитанная с ее использованием скорость подъема Эльджуртинского гранитного массива составляет 1,3+0,1 мм/год, скорость углубления долины
реки Баксан - 8,6+2,1 мм/год, а суммарная скорость поднятия и денудации Сангутидонского гранитного массива - 4,9+0,6 мм/год.
4. Метод ЭПР датирования кварца эффективен при определении возраста и геодинамических характеристик молодых геологических объектов. Из числа известных методик, применяемых
при ЭПР датировании кварца, таких, как методики добавочных доз и регенерации с использованием Al- и Ti-центров, наибольшая воспроизводимость результатов датирования достигается
при использовании методики регенерации по Al-центрам.
Практическая значимость работы. Выполнена калибровка и совершенствование метода ЭПР датирования, позволяющего определять возраст в диапазоне от десятков тысяч до первых
миллионов лет, в котором существенно затруднено надежное датирование радиоуглеродным и радиоизотопными методами. Полученные результаты работы дают возможность в дальнейшем
более эффективно использовать метод ЭПР датирования в научных исследованиях и практике геологических изысканий для определения возраста геологических объектов, длительности
и скорости протекания ряда геологических процессов.
Осуществленное масштабное применение метода ЭПР датирования для определения цикличности извержения вулкана Эльбрус с использованием представительной коллекции образцов,
а также геодинамических характеристик двух молодых гранитных массивов, позволяет использовать его для решения подобных задач и применительно к другим геологическим объектам.
Измеренные значения рекомбинационных параметров Аl- и Ti-центров в кварце из природной геологической системы, позволяют оценить временные диапазоны, в которых использование
Аl- и Ti-центров для ЭПР датирования является корректным.
|
Библиография:
Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В., Кротова О.Д., Гурбанов А.Г. Термическая стабильность Al-центров в кварце в природных условиях // Тезисы научной конференции "Ломоносовские чтения". - М., МГУ. - 2001. Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В., Кротова О.Д. Рекомбинационные параметры Al-центров в кварце // Тезисы докладов V Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле". - М., МГГА. - 2001. - С. 43. Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В., Кротова О.Д. Восстановление хронологии активности Эльбруса методом спектроскопии электронного парамагнитного резонанса // Тезисы докладов V Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле". - М., МГГА. - 2001. - С. 44. Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В., Кротова О.Д., Гурбанов А.Г. Термическая стабильность Al-центров в кварце в природных условиях // Вестник Московского Университета. Сер.4. Геология. - 2001. - N6. - С. 58-61. Шабалин Р.В., Кощуг Д.Г., Гурбанов А.Г., Газеев В.М., Вяткин С.В. Помнит ли кварц извержения Эльбруса? // Материалы III Международного минералогического семинара "Новые идеи и концепции в минералогии". - Сыктывкар:"Геопринт". - 2002. - С. 187. Богатиков О.А., Гурбанов А.Г., Кощуг Д.Г., Газеев В.М., Шабалин Р.В., Докучаев А.Я., Мелекесцев И.В., Сулержицкий Л.Д., Федющенко С.В. ЭПР датирование и геохимические особенности породообразующего кварца из разновозрастных лавовых потоков и туфовых горизонтов вулкана Эльбрус (Северный Кавказ) // Геофизика и математика XXI. Современные математические и геологические модели в задачах прикладной геофизики. Избранные научные труды под ред. В.Н. Страхова. Изд-во РАН, ОФИЗ РАН. - М. - 2002. - С. 150-177. Богатиков О.А., Гурбанов А.Г., Кощуг Д.Г., Газеев В.М., Шабалин Р.В. ЭПР датирование по породообразующему кварцу извержений вулкана Эльбрус (Северный Кавказ, Россия) // ДАН. - 2002. - т . 385. - N1. - С. 92-96.
|
|
