Палеомагнетизм и петромагнетизм нижнего мела Горного Крыма: стратиграфический и палеогеографический аспекты.

Введение

Актуальность работы.
Геологические исследования в Горном Крыму ведутся около 200 лет. Однако далеко не все представления о стратиграфии и условиях формирования нижнемеловых отложений соответствуют уровню современной геологии с ее высокими требованиями к точности, детальности стратиграфических сопоставлений и палеогеографических реконструкций. Для выполнения этих требований необходимо, в первую очередь, комплексное изучение опорных разрезов с привлечением новых методов стратиграфии и палеогеографии.

Палеомагнитный метод в настоящее время - неотъемлемая часть стратиграфических исследований, что юридически закреплено в стратиграфическом кодексе России. Данные о магнитной полярности служат важнейшей основой для проведения детальных межрегиональных корреляций, ввиду изохронности уровней геомагнитных инверсий в планетарном масштабе и относительной доступности палеомагнитного метода, по сравнению с дорогостоящими изотопными определениями. В ряде случаев палеомагнитный критерий может служить важным, а подчас и ведущим, признаком для определения стратиграфических границ.

Сведения о магнитостратиграфии нижнего мела Горного Крыма крайне ограничены, причем они основаны на лабораторных исследованиях 20-30-летней давности, проведенных без использования высокотемпературных магнитных чисток, что предопределяет необходимость повторного магнитостратиграфического изучения с помощью более высокоточной аппаратуры. Данные о палеомагнитной зональности валанжина, готерива и альба Крыма отсутствуют вовсе.

Петромагнитный метод основан на изучении широкого спектра магнитных свойств горных пород. Как показывает опыт, метод может быть весьма информативен при решении ряда стратиграфических и палеогеографических задач. Основные принципы геологической интерпретации петромагнитных характеристик осадочных толщ разработаны ранее и сформулированы в работах [Гужиков, Молостовский, 1995 и др.]. Эффективность петромагнитного метода для расчленения, корреляции и выяснения условий формирования осадочных пород многократно продемонстрирована на геологических объектах разного возраста и генезиса.

Важнейшими достоинствами петромагнитного метода являются, во-первых, его экспрессность, массовость и доступность (например, информация о магнитной восприимчивости может быть получена и проанализирована непосредственно в полевых условиях); во-вторых, то обстоятельство, что надежность магнито-минералогических определений, практически, не зависит от размерности фракции (например, уверенно могут быть идентифицированы малые концентрации тонкодисперсного магнетита или пирита и их относительные изменения по разрезу).

Сведения о петромагнетизме нижнемеловых отложений Крыма, до сих пор, были ограничены самыми общими (на уровне свит) материалами о магнитной восприимчивости и фрагментарными данными о ЕОН.

Цель работы.
Построение палеомагнитной шкалы и петромагнитной модели нижнего мела Горного Крыма. Решение на их основе задач региональной геологии.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
1. Проведение детального (послойного) магнитостратиграфического (палео- и петромагнитного) изучения разрезов нижнего мела Крыма при надежном палеонтологическом и литологическом контроле.
2. Построение на этой основе магнитостратиграфической шкалы и петромагнитной модели для нижнего мела Крыма.
3. Проведение региональных и межрегиональных стратиграфических корреляций с использованием палеомагнитных данных.
4. Реконструкция тектонических и геохимических особенностей условий осадконакопления в раннемеловом бассейне Горного Крыма на основе петромагнитных характеристик.

Фактический материал.
Работы по созданию палеомагнитной шкалы и петромагнитной модели нижнего мела Горного Крыма начаты автором в 2002 г., когда в результате полевых работ была собрана коллекция из 1608 палео- и петромагнитных образцов, отобранных из 7 опорных разрезов (в которых представлена полная последовательность нижнемеловых ярусов) более чем с 450 стратиграфических уровней. Эта представительная коллекция, после лабораторной обработки, составила основу магнитостратиграфической схемы нижнего мела Горного Крыма. В 2003-2005 гг. полевые и лабораторные исследования были продолжены. Отбор образцов, в обязательном порядке, проводился совместно с авторами описания и стратификации разрезов (по системе <образец в образец>), с целью исключения возможных неточностей в привязках палео- и петромагнитных проб к литологическим слоям и детальным подразделениям палеонтологического обоснования. В общей сложности, палеомагнитная шкала и петромагнитная модель нижнего мела Горного Крыма базируются на определениях более чем по 2000 образцам, примерно, с 1000 стратиграфических уровней из 16 разрезов.

Защищаемые положения.
1. Впервые построена палеомагнитная шкала нижнего мела Горного Крыма, надежно увязанная с детальной биостратиграфической шкалой. Палеомагнитная шкала характеризуется двучленным строением, согласующимся с общепринятыми представлениями о магнитополярной структуре нижнемелового интервала: знакопеременная берриасская-нижнеготеривская часть (гиперзона RN-Гиссар) и преимущественно нормальнонамагниченная верхнебарремская-аптская и верхнеальбская часть (гиперзона Nr-Джалал).
2. Внутри литологически однородной биасалинской свиты обосновано положение ярусной границы баррема-апта по подошве хрона М0, установлена граница среднего и верхнего апта по кровле хрона ISEA. На палеомагнитной основе проведены детальные стратиграфические корреляции берриасских, барремских, аптских и альбских отложений Горного Крыма, Западного Средиземноморья, Северного Кавказа.
3. Впервые построена детальная петромагнитная модель нижнего мела Горного Крыма, базирующаяся на сведениях о каппаметрии, термокаппаметрии, виде и генезисе носителей намагниченности. В петромагнетизме пород адекватно отражены многие особенности раннемелового осадконакопления на территории Горного Крыма: изменения активности терригенного сноса в берриасский, валанжинский-раннеготеривский и позднеальбский бассейны; вовлечение в размыв сильномагнитных изверженных пород; вариации интенсивности образования аутигенного магнетита в позднем барреме-апте, обусловленные колебаниями окислительно-восстановительного потенциала в придонных слоях палеобассейна.

Научная новизна.
1. Впервые построена палеомагнитная шкала для всего нижнемелового комплекса Горного Крыма, в которой магнитозоны надежно увязаны с детальными (зональными) биостратиграфическими подразделениями.
2. Впервые построена детальная петромагнитная модель нижнемеловых отложений Горного Крыма.
3. Впервые проведены детальные палеомагнитные корреляции валанжинских, готеривских, аптских и альбских отложений Горного Крыма, Северного Кавказа, Поволжья, Северного Средиземноморья и других регионов при надежном биостратиграфическом контроле.
4. Показано, что в петромагнетизме нижнемеловых отложений Горного Крыма адекватно отражены важные тектонические и геохимические условия осадконакопления, в частности, усиления активности терригенного сноса, изменения интенсивности аутигенного минералообразования.

Теоретическая и практическая значимость.
Результаты исследований могут быть использованы для детального расчленения и корреляции нижнемеловых отложений, в том числе и палеонтологически <немых> толщ, выяснения и уточнения условий осадконакопления в раннемеловую эпоху на территории Горного Крыма. Магнитостратиграфические данные являются неотъемлемым атрибутом для создания местных стратиграфических схем.

Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались автором на Международных семинарах по геомагнетизму (Борок, 2002, 2003; Казань, 2004), Втором Всероссийском совещании <Меловая система России> (Санкт-Петербург, 2004), на конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов <Геологи XXI века> (Саратов, 2003-2005). В рамках настоящих исследований был выполнен ряд проектов, поддержанных РФФИ (NN02-05-06297-мас, 03-05-06458-мас) и Министерством образования России (грант поддержки НИР аспирантов ВУЗов А03-2.13-35), которым автор выражает свою глубокую признательность. По магнитостратиграфии нижнего мела разных регионов автором опубликовано 25 работ. Непосредственно по магнитостратиграфиии нижнего мела Горного Крыма опубликовано и принято к печати 9 работ (из них 2 статьи в реферируемых изданиях).

Структура и объем работы.
Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения. Она содержит 183 страницы, 7 таблиц и 36 рисунков. Список литературы включает 105 наименований.

Благодарности.
Особую благодарность автор выражает своему научному руководителю А.Ю.Гужикову за всестороннюю помощь в создании работы. Автор благодарит О.П.Гончаренко, А.Г.Маникина, Н.С.Рузляеву, С.М.Симонова, А.Н.Жукова и особенно М.В.Пименова (все СГУ) за постоянную поддержку и помощь на всех стадиях работы, А.Ю.Куражковского (геофизическая обсерватория "Борок" ОИФЗ РАН), В.В.Аркадьева (СПбГУ), В.А.Захарова (ГИН РАН) В.А.Фомина, А.В.Бирбину (СГУ), С.С.Гаврилова и А.Н.Никульшина (МГУ), Л.А.Золотую (МГУ) за помощь в опробовании разрезов и проведении исследований, Я.А.Рихтера, В.Н.Староверова, Л.К.Толмачеву и других сотрудников кафедры общей геологии СГУ. Автор глубоко признателен Е.Ю.Барабошкину (МГУ) за помощь в выборе объектов исследований, постоянные советы и консультации, существенно повлиявшие на уровень работы. Отдельная благодарность и признательность автора всем сотрудникам лаборатории геодинамики и палеомагнетизма Института Геологии СО РАН, за огромную помощь в проведении лабораторных исследований.