Датирование эффузивных и интрузивных пород Центрального Кавказа методом ЭПР спектроскопии кварца

        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:

        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 E_a 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.