Петромагнетизм континентальной литосферы и природа региональных магнитных аномалий: обзор

1. Введение

Много лет магнитологи занимаются проблемой геологической природы региональных магнитных аномалий, петромагнетизмом низов континентальной коры. Однако, во-первых, остается спорным происхождение намагниченности пород нижней коры: ряд исследователей связывают магнетизм пород низов коры с гранулитовым метаморфизмом, другие считают определяющими первично-магматические условия формирования магнитных минералов, глубинный метаморфизм изменяет эти минералы, но при этом сохраняется главная закономерность - в большинстве случаев первично-магнитные или немагнитные породы остаются таковыми. Во-вторых, за рубежом практически не знают наших работ. По этим двум причинам мы решили сделать настоящий обзор.

Магнитная съемка - наиболее дешевый и доступный из геофизических методов изучения литосферы нашей планеты. Благодаря этому практически вся поверхность Земли покрыта наземной, аэромагнитной и спутниковой съемками. Однако оценка пространственного распределения магнитных масс в литосфере Земли и их эффективной намагниченности затруднена в силу неоднозначности решения обратной задачи магниторазведки. Использование комплекса других геофизических данных сужает неоднозначность решения, но не снимает ее. При этом остается проблема природы магнетизма пород, его источников, их сохранности и последующих преобразований. Решить эту проблему помогают магнитоминералогическое и магнитопетрологическое изучение горных пород, эксперименты, воспроизводящие T-P-fO₂ условия образования горных пород и магнитных минералов.

Значительная часть магнитных и петромагнитных исследований посвящена близповерхностным объектам районов, где есть возможность прямого сопоставления магнитных аномалий с конкретными геологическими телами, обнажающимися на поверхности Земли, реже исследуется природа региональных магнитных аномалий, относящихся к глубоко залегающим магнитным телам, лишь в некоторых случаях сделана попытка выявить общие петромагнитные черты литосферы.

Из многочисленных публикаций о природе магнитных аномалий, о магнетизме горных пород, ныне обнажающихся на дневной поверхности, следует, что львиная доля магнитных пород приходится на вулканиты и близповерхностные интрузивы. Петромагнитное изучение таких объектов позволяет решить вопросы происхождения их намагниченности, которые должны быть справедливы и для глубинных тел.

Построена петромагнитная модель океанической литосферы на базе гипотезы Вайна и Мэтьюза [Vine and Matthews, 1963] и обобщения петромагнитных данных о породах, образующих литосферу под современными и исчезнувшими океанами [Гордин и др., 1993; Петромагнитная модель..., 1994; Печерский, Диденко, 1995; Печерский и др., 1993; Dunlop and Prevo, 1982; Kent et al., 1978; Kidd, 1977; Johnson, 1979 и др.]. В основе модели лежит первично-магматическое формирование океанской коры, состоящей из верхнего магнитного слоя, включающего лавы (2А), параллельные дайки, являющиеся подводящими каналами лав (2В) и габбро (3А); нижнего немагнитного слоя кумулятивных габбро, пироксенитов (3В) и немагнитной верхней мантии. В результате серпентинизации перидотитов верхов мантии снизу добавляется вторично-магнитный слой. Показано, что распределение в нем магнитной полярности скорее хаотично [Нгуен, Печерский, 1989]. В этой схеме не отражена первичная неоднородность слоев 2 и 3А - их намагниченность широко варьирует от ранних немагнитных и слабомагнитных генераций даек и лав до сильномагнитных поздних дифференциатов [Печерский, Диденко, 1995], не отражена также роль вторично-немагнитных пород коры, связанных с зеленокаменными изменениями и др.

Гораздо сложнее ситуация в случае распределения магнитных масс в континентальной земной коре. Из общих геологических сведений, данных о реальных глубинных породах и экспериментов следует, что главным источником магнитных аномалий любых уровней являются магнетитсодержащие магматические поверхностные и близповерхностные породы, погрузившиеся в дальнейшем на большие глубины. Так, в большинстве разрезов архейских пород, относимых к низам континентальной коры, присутствуют метаосадочные породы, т.е. значительные части таких толщ формировались на поверхности Земли. Следовательно, закономерности магнетизма близповерхностных магматических пород должны распространяться на магнетизм нижней части континентальной земной коры. При этом важно оценить влияние глубинного метаморфизма на магнетизм пород нижней континентальной коры.

Вторым вероятным источником обогащения пород магнитными минералами являются флюиды, богатые железом.

Обобщение петромагнитных, петрохимических, минералогических данных и результатов экспериментов по воспроизведению условий образования и изменений горных пород показало, что все разнообразие условий образования горных пород, составляющих земную литосферу, описывается сочетанием четырех петромагнитных типов (табл. 1) [Петромагнитная модель..., 1994].