Палеомагнетизм мезопротерозойских и пермо-триасовых пород Сибирской платформы: палеотектонические и геомагнитные следствия

Глава 2. Новые палеомагнитные данные по пермотриасовым траппам Сибирской платформы и оценка дипольности геомагнитного поля на границе палеозоя и мезозоя.

1. Современное состояние проблемы и постановка задачи.

Гипотеза центрального осевого диполя (ЦОД) является "краеугольным камнем" при палеотектонических интерпретациях палеомагнитных данных. Многочисленные исследования, выполненные к настоящему времени (обзор приведен в тексте диссертации), с большой долей вероятности указывают на существенное преобладание дипольного поля в течение геологической истории, не исключая, при этом, что в отдельные интервалы времени заметную роль начинали играть зональные недипольные источники. Например, в работе (Van der Voo and Torsvik, 2001) авторы указывают на возможность заметного вклада зональной октупольной компоненты в суммарное осредненное по времени геомагнитное поле в периоды 120-40 и 300-200 млн. лет назад, достигавшей 10% от дипольной составляющей. Прямым путем тестирования этой гипотезы является сравнение одновозрастных палеомагнитных полюсов, полученных по удаленным регионам большого жесткого блока, каким, вероятно, уже являлась Северная Евразия 250 млн. лет назад (Хаин, 2001). Сибирские пермотриасовые траппы представляют собой перспективный объект для такого исследования.

Среди многочисленных палеомагнитных определений, имевшихся до последнего времени по сибирским траппам, только небольшая часть была получена с использованием современных процедур лабораторной обработки (Gurevich et al., 2004; Heunemann et al., 2003; Kravchinsky et al., 2002; и др.). В ходе настоящей работы были выполнены палеомагнитные определения, которые (вместе с вышеназванными) позволили рассчитать новый пермотриасовый палеомагнитный полюс Сибирской платформы и провести тестирование гипотезы ЦОД для границы палеозоя и мезозоя.

2. Результаты палеомагнитных исследований в долинах рек Котуй, Большая Нирунда и Столбовая.

В 2000-2001 годах были выполнены исследования, направленные на расширение палеомагнитной базы данных, включающей только определения, отвечающие современным критериям палеомагнитной надежности. В долине нижнего течения р.Котуй (Западное Прианабарье) было опробовано 9 трапповых силлов и потоков; в долинах правых притоков р.Подкаменная Тунгуска - рек Б.Нирунда и Столбовая - было изучено шесть опорных разрезов осадочных пород среднего и верхнего ордовика, практически полностью перемагниченных P₂-T₁ траппами, а также две гипабиссальные долеритовые интрузии P₂-T₁ возраста.

Все образцы были подвергнуты детальной температурной чистке. В большинстве случаев ЕОН образцов представлена двумя компонентами намагниченности - низкотемпературной (современной) и высокотемпературной характеристической. Отдельного обсуждения заслуживает факт наличия в образцах долеритов р.Столбовой двух, а иногда и трех антиподальных (или почти антиподальных) компонент намагниченности. Объяснить этот факт медленным остыванием интрузии не представляется возможным, поскольку в пределах одной точки отбора (т.е. на расстоянии нескольких метров друг от друга) встречаются образцы с различным характером записи. Проведенные петромагнитные исследования (Гапеев и др., 2003) доказывают существование частичного самообращения в ряде образцов, что объясняет наблюдаемое поведение вектора намагниченности.

В пользу древности высокотемпературной компоненты намагниченности исследованных магматических пород имеются следующие доводы: а) наличие компонент намагниченности прямой и обратной полярности; б) указание на частичное самообращение намагниченности в образцах долеритовой интрузии р.Столбовая; в) выдержанность направления компонент намагниченности на большой территории; г) отличие рассчитанного полюса от более молодых полюсов Сибирской платформы; д) положительный тест обжига.

Палеомагнитные полюсы, рассчитанные по выделенным характеристическим компонентам намагниченности, приведены в табл. 1.

3. Селекция палеомагнитных данных для Стабильной Европы и Сибирской платформы.

Проведен детальный анализ имеющихся палеомагнитных данных, отвечающих границе перми и триаса Сибирской платформы и Европы (рассматривался интервал 240-260 млн. лет); основными критериями отбора являлись (а) параметр DC палеомагнитной базы данных, отражающий качество лабораторной обработки палеомагнитной коллекции, (б) принадлежность объекта к территории Стабильной (доальпийской) Европы. В селекции не принимали участие данные по Русской платформе, поскольку лучше всего отклонение геомагнитного поля от поля диполя за счет аксиальных источников будет заметно при сравнении палеомагнитных полюсов по районам, максимально удаленных друг от друга по палеошироте в пределах единого тектонически жесткого блока. На основе отобранных палеомагнитных полюсов (табл. 1) рассчитаны соответствующие средние P₂-T₁ палеомагнитные полюсы Сибири и Европы (табл. 2).

4. Оценка морфологии геомагнитного поля на границе перми и триаса.

Сравнение полученных средних полюсов (для большей объективности исследования были использованы также аналогичные полюсы, полученные другими исследователями по другим выборкам исходных данных) показало, что средние полюсы Сибири значимо отличаются от соответствующих им полюсов Европы и смещены в сторону последней (рис. 1, табл. 2).

Наблюдаемое различие в положении европейских и сибирских полюсов может быть объяснено: а) наличием относительных перемещений Сибирской платформы и Европы в послепалеозойское время; б) различием возрастов европейских и сибирских полюсов; в) наличием существенного вклада в геомагнитное поле недипольных компонент на границе палеозоя-мезозоя; г) занижением магнитных наклонений в европейских данных, поскольку они получены в основном по осадочным породам; д) неустойчивостью решения из-за малой и неадекватной выборки исходных данных.

Первое предположение опровергается отсутствием в геологической структуре следов крупномасштабного сжатия, которым должно было бы сопровождаться 600-800 километровое сближение Сибирской и Восточно-Европейской платформ в послепермское время. Именно такое сближение требуется при прямой тектонической интерпретации полученных палеомагнитных полюсов.

Отметим, что вращение Сибири в составе Евразии по часовой стрелке (относительно Европы), предположительно происходившее вплоть до конца мела (Брагин, 2005), не могло привести к наблюдаемому смещению сибирских полюсов относительно европейских. Соответствие рассчитанных средних полюсов границе перми-триаса уверенно определено. Показано, что использование других выборок исходных данных приводит к аналогичному значимому смещению сибирских полюсов в сторону Европы.

Таким образом, наиболее вероятными причинами различия полюсов следует считать явление занижения магнитного наклонения европейских данных и/или вклад недипольных составляющих в геомагнитное поле того времени. Проведенные вычисления показали, что при совсем небольшом значении коэффициента занижения наклонения (f=0.95) или при существовании отрицательного 10%-го вклада октупольной компоненты (g3/g1) в геомагнитное поле, различие между сравниваемыми P₂-T₁ полюсами Стабильной Европы и Сибири становится статистически незначимым. Совпадения рассматриваемых полюсов можно также достичь, комбинируя квадрупольный и октупольный источники разной интенсивности.

Проведенные исследования показали, что, несмотря на указания возможного умеренного вклада недипольных компонент в усредненное по времени геомагнитное поле, возможны также объяснения не требующие отклонения от дипольности. Таким образом, на настоящий момент не имеется достаточных оснований считать, что на протяжении геологической истории усредненное геомагнитное поле сколько-нибудь значительно отклонялось от дипольной конфигурации.