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

Глава 5. Уточнение некоторых особенностей раннемеловых палеогеографических обстановок в палеобассейне горного крыма на основе петромагнитных данных

Палеогеографии раннемеловой эпохи для территории Крыма посвящено много работ разных исследователей [Горбачик, Друщиц, Янин, 1970; Бызова, 1981; Юдин, 1993-1995, 2001; Барабошкин, Энсон, 2001-2003 и др.], в которых реконструированы многие условия формирования нижнемеловых отложений. Однако, некоторые выоды, до сих пор, носят слишком обобщенный характер, не удовлетворяющий современным требованиям к детальности палеогеографических реконструкций. Работы Е.Ю.Барабошкина и К.В.Энсон [2001, 2002] существенно расширили знания о геологических событиях и процессах в раннемеловом бассейне Горного Крыма (в частности, о роли тектонического и эвстатического факторов в колебаниях уровнях моря). Исследования этих авторов базируются на тщательном детальном изучении, как вещественного состава пород, так и фаунистических комплексов в опорных разрезах нижнего мела Горного Крыма. Но, проведение подобных работ невозможно в массовом порядке и в сжатые сроки. Поэтому весьма актуальна задача поиска критериев, с помощью которых можно было бы экспрессно прослеживать различные событийные уровни, выявленные в опорном разрезе, в других местах.

Как показывает опыт, данные о скалярных магнитных характеристиках горных пород могут быть успешно использованы для палеогеографических реконструкций. Высокая информативность петромагнитного метода для выяснения различных условий осадконакопления была многократно доказана на объектах различного возраста и генезиса, в том числе и на примере юрских-меловых отложений разных регионов [Барабошкин и др., 1997; Гужиков и др., 1999-2004; Guzhikov, Molostovsky, 1999 и др.]. Имеется апробированная система геологической интерпретации петромагнетизма осадочных толщ, основные принципы которой сформулированы в работах [Гужиков, Молостовский, 1995 и др.]. Исходный постулат, на котором базируется использование петромагнитного метода в стратиграфии и палеогеографии сводится к следующему: в петромагнетизме осадочных пород адекватно отражены условия седиментогенеза. Если магнитность пород обусловлена, в основном, аллотигенными ферромагнетиками, то петромагнитные вариации связаны с совокупностью факторов, определяющих снос, транспортировку и аккумуляцию обломочного материала. Если магнетизм пород связан с аутигенной минерализацией, то в петромагнитных разрезах отражена геохимическая обстановка осадкообразования. Магнитные свойства осадочных пород зачастую определяются тонкодисперсной ферромагнитной фракцией, судить о генезисе которой, на основании данных только традиционных методов минералогии, не представляется возможным. В этом случае на помощь приходят косвенные признаки - палеомагнитные и петромагнитные критерии (кучности, параметр Кенигсбергера и др.), что, в ряде случаев позволяет убедительно обосновать природу носителей магнитных свойств.

До сих пор петромагнитный метод, практически, не востребовался при изучении нижнего мела Крыма. Попытка использовать сведения о петромагнетизме, в комплексе с данными других методов, для повышения детальности имеющихся палеогеографических реконструкций и выявления неизвестных ранее условий осадконакопления в раннемеловом бассейне Горного Крыма предпринята впервые.

Рис.1. Сопоставление сводного петромагнитного разреза (настоящая работа) с палеобатиметрической кривой [Барабошкин, Энсон, 2002] для нижнего мела Горного Крыма. (Жирным пунктиром показаны тренды к уменьшению значений магнитной восприимчивости).

Петромагнитные свойства, обусловленные аллотигенными ферромагнетиками, как индикаторы интенсивности терригенного привноса и колебаний уровня моря. Вариации магнитной восприимчивости в берриасских, валанжинских, готеривских и альбских отложениях обусловлены, главным образом, изменениями концентраций аллотигенного магнетита (рис. 1). Поэтому в данном случае петромагнитные вариации отражают колебания интенсивности терригенного сноса в палеобассейн, за счет тектонического и/или эвстатического фактора.

Берриас. Существенно различный характер графиков магнитной восприимчивости в берриасских отложениях различных структурнофациальных зон указывает на весьма дифференцированную палеотектоническую обстановку на территории Горного Крыма во время осадконакопления, следствием чего является крайне неравномерная концентрация обломочных ферромагнетиков в разрезах берриаса Юго-Западного, Центрального и Восточного Крыма. Тем не менее, на рубеже нижнего и верхнего берриаса в Юго-Западном и Центральном Крыму прослеживается латерально устойчивый интервал повышенных значений k, обусловленный увеличением концентраций аллотигенного магнетита. Вероятно, он также обусловлен интенсификацией терригенного привноса, в связи с региональным тектоническим фактором и/или эвстатическим падением. С точки зрения сопряженности стратиграфических границ и геологических событий, приуроченность аномального петромагнитного интервала к подъярусному рубежу является косвенным свидетельством в пользу региональной тектонической активизации на прилегающей суше.

Валанжин и поздний готерив. В ранневаланжинское время в бассейне Горного Крыма происходит существенная реорганизация. Это выразилось в эродировании суши, возникшей в берриасе и быстром погружении внешней части Крымских гор (район Первой гряды, Восточный Крым), где в эрозионных врезах начинают накапливаться пелагические глинистые фации. Центральный Крым в это время представлял собой размываемую возвышенность [Барабошкин, Янин, 1997]. В позднем валанжине и раннем готериве продолжается развитие трансгрессии на территории Горного Крыма. Резкое изменение условий осадконакопления на территории Юго-Западного Крыма в раннем валанжине нашло адекватное отражение на петромагнитной кривой: характер вертикального распределения k в берриасской части разреза существенно отличается от такового в верхнем валанжине и нижнем готериве (рис.1). В берриасе зафиксировано неоднократное чередование сильно- и слабомагнитных интервалов, в то время как верхневаланжинскому-нижнеготеривскому комплексу соответствует единый сильномагнитный интервал, характерной особенностью которого является неуклонный, осциллирующий тренд к уменьшению k вверх по разрезу. Скорее всего, закономерное, пульсирующее убывание магнитной восприимчивости обусловлено затуханием терригенного сноса с северной суши, в связи с постепенным повышением базиса эрозии, из-за развивающейся трансгрессии. Точка зрения о северной суше, как единственном поставщике терригенного материала в палеобассейн Горного Крыма, наиболее обоснована в настоящее время [Барабошкин, 1997, Юдин, 1993, 1994, 1995, 2001 и др.]. Однако высокая магнитность (k до 120^.10^-5ед.СИ) верхневаланжинских и нижнеготеривских пород, ни в коем случае, не могла возникнуть за счет размыва слабомагнитных верхнеюрских отложений (k менее 5-20^.10^-5ед.СИ), которые пользовались преимущественным распространением на территории Равнинного Крыма. В то же время, известно, что на северной суше были распространены сильномагнитные изверженные породы (базальты, андезиты и др.) [Юдин, 1993; Милеев, Вишневский, Фролов, 1989], которые вполне могли обеспечить высокую естественную магнитность (k до 120^.10^-5ед.СИ) терригенных поздневаланжинских и раннеготеривских осадков. Судя по петромагнитным данным, наиболее интенсивно магматические породы подвергались размыву в начале позднего валанжина.

Интерпретация закономерного тренда к уменьшению величин магнитной восприимчивости, как постепенного ослабления интенсивности поступления обломочного материала в палеобассейн, согласуется с представлениями о постепенном углублении бассейна Горного Крыма на протяжении валанжинского и готеривского веков [Барабошкин, Янин, 1997; Энсон, Барабошкин, 2002]. Вместе с тем, петромагнитные данные позволяют выявить более короткопериодную ритмичность вариаций терригенного привноса, недоступную, пока фиксации другими методами.

В конце раннего готерива (в начале хронозоны Lyticoceras nodosoplicatum), согласно данным Е.Ю.Барабошкина и К.В.Энсон [2002], бассейн Юго-Западного Крыма резко углубляется и возрастает интенсивность сноса обломочного материала из района Симферопольского поднятия. Это событие находит адекватное отражение в петромагнитной модели: к основанию нижнеготеривской зоны L. nodosoplicatum приурочено скачкообразное повышение магнитной восприимчивости (до 35^.10^-5ед.СИ), фиксирующее активизацию сноса обломочного материала с севера.

C позднего готерива и до конца апта, почти весь Горный Крым превращается в область пелагического осадконакопления. Петромагнитные свойства в этом стратиграфическом интервале обусловлены, в основном, аутигенными ферромагнетиками (рис.), и их геологическая интерпретация, проведенная уже по другим принципам, обсуждается в последующем разделе.

Поздний альб. Интенсивный терригенный привнос в палеобассейн возобновляется в альбе. Петромагнитная запись по альбским отложениям Горного Крыма ограничена только самыми верхами альбского яруса (зоны M.inflatum и S.dispar) в Юго-Западном Крыму, поэтому судить о палеогеграфической обстановке на протяжении большей части альбского века на основании петромагнитных данных невозможно. Изученные верхнеальбские породы характеризуются высокой дисперсией естественной магнитности: наряду с низкими (менее 10-20^.10^-5ед.СИ), встречаются относительно высокие (до 70-80^.10^-5ед.СИ) значения магнитной восприимчивости. Возможно, что в позднем альбе размыву подвергались только слабомагнитные осадочные породы, а сильномагнитные прослои фиксируют уровни, обогащенные пепловым материалом, поскольку проявления вулканической активности в альбе отмечаются многими исследователями [Янин, Вишневский, 1989 и др.]. Однако проблема отражения альбской вулканической деятельности в петромагнетизме пород останется открытой до тех пор, пока наличие пеплового материала на сильномагнитных уровнях не будет подтверждено независимыми данными. Выяснение этого вопроса является конкретной задачей будущих исследований.

Петромагнитные свойства, обусловленные аутигенными ферромагнетиками, как показатели геохимического режима придонных слоев.

Берриас. Существенно разные (на один-два порядка) значения прироста магнитной восприимчивости в берриаских отложениях разрезов р. Тонас и м. Св. Ильи отражают исключительную пестроту условий осадконакопления на территории Горного Крыма в берриасском веке. Величины dk прямо пропорциональны концентрации тонкодисперсного аутигенного пирита, образующегося, безусловно, в восстановительной среде. Поэтому, на основе термокаппаметрических данных можно сделать определенный вывод о существовании в тонасской части берриасского бассейна восстановительной среды, в то время как в восточнокрымской зоне обстановка осадконакопления была в целом окислительной. Скорее всего, это обстоятельство связано с разной глубиной палеобассейна: относительно мелким на территории Восточном Крыма и максимально глубоким в районе р. Тонас.

Поздний баррем-апт. Отчетливая дифференциация графиков k, соответствующих верхнебарремским-аптским отложениям обусловлена разными содержаниями аутигенного магнетита. Интенсивность образования аутигенного Fe₃O₄ зависит от многих факторов, но одним из важнейших в этом процессе является показатель окислительно-восстановительного потенциала среды. Согласно традиционным представлениям магнетит образуется в слабовосстановительной среде. Вероятно, в вариациях величин k, закономерно убывающих снизу-вверх по разрезу, отражены колебания окислительно-восстановительной обстановки в придонных слоях ранне-мелового бассейна. Пока представляется преждевременным связывать петромагнитные изменения с другими факторами (например, с колебаниями уровня моря или с интенсивностью деятельности микроорганизмов), но, бесспорным, остается то обстоятельство, что благодаря петромагнитным данным получена нетривиальная и очень детальная информация о распределении тонкодисперсного аутигенного магнетита по разрезу. Тренд на графике магнитной восприимчивости, отражающий убывание концентраций аутигенного магнетита снизу-вверх по разрезу согласуется в целом с кривой колебаний уровня моря по данным Е.Ю.Барабошкина, К.В.Энсон [2002] (рис.1). Это обстоятельство, косвенно свидетельствует о том, что образование аутигенных ферромагнетиков, контролировалось, все же, главным образом, этим фактором. Однако петромагнитный график гораздо отчетливее дифференцирован, по сравнению с кривой Е.Ю.Барабошкина, К.В.Энсон [2002] (рис.1). Не исключено, что вертикальное распределение k более детально отражает режим изменений уровня моря в позднем барреме и апте. Во всяком случае, петромагнитные данные стимулируют дополнительные исследования в этом направлении.

Особый интерес представляет резкое повышение k в низах верхнего апта (рис.1). Это единственный в разрезе интервал, где высокие концентрации аутигенного магнетита ассоциируют с повышенными содержаниями пирита, установленными по термокаппаметрическим данным. Кроме того, по материалам ДТМА в этом же интервале установлен гематит, который, скорее всего, имеет обломочный генезис и фиксирует начало денудационных процессов, вследствие понижения уровня моря. Таким образом, условия формирования аутигенного магнетита в позднем апте существенно отличаются от таковых в позднем барреме, раннем и среднем апте. На основании имеющихся данных нельзя однозначно обосновать механизм аутигенного минералообразования в начале позднего апта. Однако, в качестве рабочей гипотезы, можно предположить, что появление высоких концентраций магнетита и пирита связано с позднеаптским глобальным аноксическим событием OAE-1b.

Суммируя обсуждение петромагнитной модели, следует заключить, что в петромагнетизме нижнемеловых отложений Горного Крыма адекватно отражены многие важные геологические события: вариации активности терригенного сноса; вовлечение в размыв сильномагнитных изверженных пород в районе Качинско-Симферопольского поднятия; флуктуации интенсивности образования аутигенного магнетита. Опосредованно все эти факторы, в большинстве случаев, связаны с изменениями уровня моря за счет тектонического и/или эвстатического фактора, что подтверждается сходным характером трендов петромагнитных вариаций и палеобатиметрической кривой бассейна Горного Крыма для раннемеловой эпохи [Барабошкин, Энсон, 2002] (рис.1). Таким образом, использование петромагнитного метода для детальных реконструкций колебаний уровня моря и выяснения других особенностей раннемелового осадконакопления в бассейне Горного Крыма представляется весьма перспективным.