Лубнина Наталия Валерьевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность работы
Одним из приоритетных направлений в науках о Земле является вопрос о причинах неоднократного образования и распада суперконтинентов. Активно обсуждаются вопросы о связи мантийной конвекции с суперконтинентальными циклами и их продолжительностью [Хаин, 2001; Лобковский и др., 2004], о эпизодичности прироста ювенильной коры [Condie, 1998], о (квази)периодическом образовании и распаде суперконтинентов [Трубицын, 2003], о корреляции мантийных переворотов (овертонов) и циклов Вилсона [Kotelkin, Lobkovsky, 2004; Котелкин, 2008] и о связи образования и распада суперконтинентов с суперплюмами и событиями TPW (True Polar Wander) [Li et al., 2009].
Реконструкции суперконтинентов в докембрии, построенные с привлечением методов только тектонической и геологической корреляции, часто носят противоречивый характер из-за сходства эволюции и строения многих континентальных блоков. Палеомагнитный метод является единственным, ограничивающим моделирование докембрийских суперконтинентов и, в комплексе с другими методами, позволяет количественно реконструировать положение составляющих их континентальных блоков. Однако надежных палеомагнитных определений ("ключевых" полюсов) для докембрия явно недостаточно. Существует также проблема "состыковки" докембрийской и палеозойской траекторий кажущейся миграции полюса, в том числе и для Восточно-Европейского кратона (ВЕК).
Восточно-Европейский кратон в силу своей детальной тектонической изученности занимает одно из ключевых мест в суперконтинентальных реконструкциях, особенно для докембрия. Достаточно хорошо изучен Восточно-Европейский кратон и в палеомагнитном отношении. Начиная с работ под руководством А.Н. Храмова в середине 60-х годов, к настоящему времени получено более 1000 единичных палеомагнитных определений [Pisarevsky, 2005].
С накоплением большого количества палеомагнитных данных назрела необходимость не только реконструировать положение всего Восточно-Европейского кратона как единого целого в различные промежутки времени, но и количественно оценить его эволюцию в процессе образования, используя палеомагнитные определения по слагающим его отдельным тектоническим блокам.
Вместе с тем, несмотря на солидный банк палеомагнитных данных, отсутствуют надежные и датированные палеомагнитные реперы для Восточно-Европейского кратона во многих интервалах докембрия-раннего палеозоя. Достижения в области современной геохронологии открыли возможность точного определения возраста образования первичной намагниченности и датировать время перемагничивания пород.
Актуальным также является вопрос о связи перемагничивания докембрийских пород Восточно-Европейского кратона с процессами рудообразования [Mertanen et al., 2007; Preeden et al., 2009].
Цель работы
Создать палеомагнитную базу современного уровня для реконструкции Восточно-Европейского континента и/или его отдельных блоков в составе докембрийских суперконтинентов
Основные задачи работы
В методическом аспекте: 1) разработка комплекса палеомагнитных исследований докембрийских пород; 2) выделение основных регионов перемагничивания докембрийских комплексов Восточно-Европейского кратона для установления его взаимосвязи с основными тектоно-магматическими событиями;
В палеотектоническом аспекте: 1) с учетом многостадийности образования Восточно-Европейского кратона, ревизия существующих "ключевых" полюсов для его различных блоков; 2) получение новых кондиционных палеомагнитных определений надежно датированных пород для малоизученных интервалов докембрийской эволюции ВЕК; 3) определение кинематики движения Восточно-Европейского кратона и его отдельных блоков по "ключевым" полюсам; 4) реконструкция палеогеографического положения кратона от неоархея до палеозоя включительно; и 5) определение связи ВЕК с другими континентальными блоками в составе докембрийских суперконтинентов.
Фактический материал
Основу диссертации составляет фактический материал, полученный автором в ходе экспедиционных исследований 1995-2009 гг на основных полигонах в различных частях Восточно-Европейского кратона.
Были исследованы:
1) в Южной Карелии - неоархейский Панозерский санукитоидный массив и палеопротерозойские мафические породы - Ропручейский силл и дайки Унойских островов Онежского озера. Мезопротерозойские магматические комплексы детально изучены в Северном Приладожье;
2) В Центральной Швеции (провинция Даларна) и в Дании (о. Борнхольм) - мезопротерозойские магматические комплексы;
3) на Украине (Украинский щит) - палеопротерозойские дайки и силлы;
4) на Южном Урале - мезопротерозойские магматические комплексы Башкирского антиклинория и осадочные отложения ашинской серии неопротерозоя (венда-низов рифея).
5) в Ленинградской области - нижнепалеозойские карбонатные породы, в Подолии (Украина) - среднепалеозойские терригенно-карбонатные отложения.
Методы исследований:
Каменный материал изучался следующим комплексом методов: 1) детальные палеомагнитные исследования с компонентным анализом по современной методике (более 5500 образцов); 2) исследования анизотропии магнитной восприимчивости пород (более 1500 образцов); 3) термомагнитный анализ (500 образцов); 4) микрозондовые исследования, включающие определение степени измененности минерала-носителя намагниченности (250 анализов) и оценку возможных вторичных изменений пород (10 анализов).
Лабораторная обработка палеомагнитных коллекций производилась в петромагнитной лаборатории МГУ имени М.В. Ломоносова, палеомагнитной лаборатории ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), лаборатории Главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ РАН (г.Москва), в палеомагнитных лабораториях Лундского (г. Лунд, Швеция), Западно-Австралийского (г. Перт, Австралия) университетов, Геологической службы Финляндии (г. Эспоо, Финляндия) и геофизического Института Польской академии наук (г. Варшава, Польша).
Микрозондовые исследования проводились в МГУ имени М.В. Ломоносова при участии Л.И. Деминой и в геофизической обсерватории "Борок" (Ярославская область) при участии В.А. Цельмовича. Изотопные датирования отобранных автором образцов выполнены У. Содерлундом (Лундский университет, Швеция).
Научная новизна и личный вклад автора
1. Впервые предложена реконструкция положения Карельского блока Восточно-Европейского кратона в составе архейского суперконтинента Кенорленд и реконструирован тренд и скорости его перемещения в неоархее.
2. Впервые получен "ключевой" полюс Восточно-Европейского кратона на 1.45 млрд. лет. Детализирован тренд перемещения ВЕК в интервале 1.47-1.38 млрд. лет.
3. Доказана связь Восточно-Европейского кратона с Лаврентией и Сибирью на протяжении всего мезопротерозоя.
4. Предложен комплекс методов, необходимый для палеотектонических реконструкций докембрия.
5. Установлено положение Восточно-Европейского кратона в низких широтах южного полушария в конце неопротерозоя и начале палеозоя. Оценено время возможного раскрытия океана Япетус и моря Торнквиста.
6. Впервые обосновано низкоширотное положение ВЕК в раннем палеозое и предложена новая ранне-среднепалеозойская часть траектории кажущейся миграции полюса Восточно-Европейского континента.
7. Показана возможная связь процессов перемагничивания пород с различными геодинамическими режимами эволюции Восточно-Европейского кратона и окружающих фанерозойских складчатых поясов.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. В неоархее Карельский блок Восточно-Европейского кратона вместе с континентальными блоками Каапвааль, Пилбара и Сьюпириор входил в состав суперконтинента Кенорленд. Распад этого суперконтинента на мегаконтиненты Каапвааль-Пилбара и Сьюпириор-Карельский начался 2.5 млрд. лет назад. Скорость перемещения континентальных блоков в неоархее сопоставима с современными скоростями перемещения литосферных плит.
2. В конце палеопротерозоя и в течение мезопротерозоя Восточно-Европейский кратон, как часть суперконтинента Колумбия, перемещался из северных тропических широт в южные приэкваториальные с одновременным разворотом против часовой стрелки. Окончательная амальгамация отдельных континентальных блоков Восточно-Европейского кратона по палеомагнитным данным произошла около 1.75 млрд. лет.
3. Взаимосвязь Восточно-Европейского кратона с Лаврентийским, Сибирским и Северо-Китайским кратонами по палеомагнитным данным оставалась неизменной на протяжении мезопротерозоя. Вместе с тем, кратон испытывал локальные вращения между 1.5-1.4 млрд. лет. Окончательный распад суперконтинента Колумбия произошел около 1.1 млрд. лет назад.
4. Как в конце неопротерозоя (600-555 млн. лет), так и в раннем палеозое (480-440 млн. лет) Восточно-Европейский кратон находился в тропических-умеренных широтах южного полушария, что согласуется с низкими скоростями перемещения литосферных плит.
Практическое значение
1) Полученные палеомагнитные полюсы составляют надежную основу для реконструкции положения ВЕК в составе докембрийских суперконтинентов и могут быть интегрированы в систему обновленных глобальных палеотектонических реконструкций.
2) Данные о перемагничивании пород должны учитываться при постановке задач разведки рудных месторождений.
3) Полученные данные можно использовать в процессе геолого-съемочных работ, а новые датировки абсолютного возраста магматических комплексов - при составлении нового поколения геологических карт и легенд к ним.
4) Теоретические разработки и фактические данные, изложенные в работе, уже используются в учебных курсах "Палеомагнитология" и "Палеомагнетизм и геодинамические реконструкции", которые автор читает на Геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова, а также при подготовке магистрантов и студентов кафедры динамической геологии. Полученные результаты могут быть использованы в учебных курсах по палеомагнитологии, общей и региональной геотектонике и геодинамике, исторической геологии.
Апробация результатов исследований
Результаты исследований неоднократно представлялись на многочисленных научных семинарах, конференциях, симпозиумах: на XXXI и XXXIII Международных Геологических Конгрессах (Рио-де-Жанейро, Бразилия, 2000; Осло, Норвегия, 2008), Генеральной Ассамблее Европейского Геологического Союза EGU (Гаага, Нидерланды, 1999; Ницца, Франция, 2002, 2003; Вена, Австрия, 2005, 2007, 2009), IUGG (Ханой, Вьетнам, 2001), IAGA (Бирмингем, Великобритания, 1999; Саппоро, Япония, 2003); Совещаниях рабочих групп (Финляндия, 2004; Украина, 2005; Южная Африка, 2007; Осло, 2009), конференциях "Суперконтиненты в истории Земли (Перт, Австралия, 2005), "Родиния: Суперконтиненты, суперплюмы и Шотландия" (г. Эдинбург, Великобритания, 2009). XXXVII-XL Тектонических совещаниях (Москва), школах-семинарах "Палеомагнетизм и магнетизм горных пород" (ГО "Борок, Ярославская область, 2001, 2009); Общемосковском палеомагнитном семинаре; Молодежной конференции "Современные вопросы геологии" (2001-2003); 7-ой Международной конференции по тектонике плит им. Л.П. Зоненшайна (Москва, 2001) и др.
Основные результаты исследований, а также сформулированные на их базе основные защищаемые положения и выводы изложены в 46 публикациях, в том числе 1 коллективной монографии, 9 статьях в реферируемых журналах, 6 статьях в Трудах ГИН РАН и ВНИГРИ (1998, 1999, 2005, 2007 гг), 2 статьях в сборнике Геологической Службы Финляндии (GTK, 2004 г.).
Структура работы
Диссертация состоит из введения, 2 частей (в первой части 3 главы, во второй - 6), заключения и списка литературы из 368 наименований, включает 275 страниц текста, в том числе 107 рисунков и 45 таблиц.
В первой части работы изложены методические основы применения палеомагнитного метода для решения тектонических задач докембрия и комплекс исследований, необходимый при изучении докембрийских объектов.
Вторая часть посвящена изложению фактического материала, полученного автором в ходе проведения комплексных исследований неоархейских-палеозойских комплексов в разных районах Восточно-Европейского кратона. Первая глава второй части посвящена тектоническому районированию Восточно-Европейского кратона, во второй-четвертой главах приводятся палеомагнитные результаты, полученные автором на неоархейских-палеозойских комплексах ВЕК, реконструируются положения Восточно-Европейского кратона в составе докембрийских суперконтинентов Кенорленд и Колумбия. В пятой главе приводятся сведения о суперконтинентальных циклах и проводится корреляция с полученными автором данными. В шестой главе обобщены материалы по перемагничиванию пород Восточно-Европейского кратона в неоархее-палеозое.
Благодарности
Основная часть работы выполнена на кафедре динамической геологии МГУ имени М.В. Ломоносова при поддержке грантов РФФИ и Висби-программы Шведского института. Эта работа выполнена при всесторонней поддержке со стороны академика Д.Ю. Пущаровского и профессора Н.В. Короновского.
Большое спасибо Р.В. Веселовскому и В.Ю. Водовозову за постоянную поддержку, помощь и деятельное участие при выполнении этой работы.
Автор выражает признательность всем сотрудникам кафедры динамической геологии и Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, без поддержки и помощи которых эта работа не могла быть выполнена: Г.В. Брянцева, Н.А. Божко, А.А. Булычев, А.Ю. Бычков, Р.Р. Габдуллин, Б.В. Георгиевский, М.А. Гончаров, Л.И. Демина, О.М. Зайцева, А.В. Зайцев, В.А. Зайцев, А.А. Зарщиков, В.С. Захаров, Л.А. Золотая, И.А. Кошелева, В.М. Ладыгин, М.Г. Ломизе, А.А. Наймарк, А.М. Никишин, Л.В. Панина, А.И. Полетаев, Н.В. Правикова, М.А. Романовская, А.Г. Рябухин, Д.А. Симонов, О.Н. Сироткина, А.В. Тевелев, Арк. В. Тевелев, А.М. Фетисова, Н.С. Фролова, В.К. Хмелевской.
Автор выражает искреннюю благодарность всем коллегам, в сотрудничестве с которыми проводились многолетние исследования: А.Н. Храмов, М.В. Алексютин, В.А. Аристов, М.Л. Баженов, Е.В. Бибикова, Т.И. Васильева, А.В. Ганелин, А.К. Гапеев, Т.С. Гендлер, О.Б. Гинтов, Г.З. Гурарий, Е.Л. Гуревич, К.Е. Дегтярев, А.В. Дронов, Г.В. Жидков, А.Г. Иосифиди, Д.В. Коваленко, В.И. Козлов, А.С. Красильников, Н.Б. Кузнецов, Н.М. Левашова, М.В. Лучицкая, Ю.А. Морозов, С.В. Мычак, М.И. Орлова, В.Э. Павлов, И.К. Пашкевич, Д.М. Печерский, О.В. Пилипенко, В.В. Попов, В.Н. Пучков, М.Ю. Решетняк, В.П. Родионов, С.В. Рожнов, С.В. Руженцев, С.Г. Самыгин, И.Б. Серавкин, Н.Д. Сергеева, О.В. Сибелев, Л.А. Сим, А.В. Слабунов, С.Д. Соколов, В.И. Старостенко, Т.Ю. Толмачева, П.В. Федоров, Е.В. Хаин, Т.Н. Хераскова, В.А. Цельмович, З.В. Шаронова, А.В. Шацилло, С.В. Шипунов, Л.В. Шумлянский, В.В. Щербакова, В.П. Щербаков, Г.С. Янова и всем сотрудникам ГИН РАН, которые поддерживали автора на разных этапах исследований.
В процессе работы над диссертацией большую помощь оказывали зарубежные коллеги: С.А. Писаревский (Школа наук о Земле, Университет Эдинбурга, Великобритания), С. Миртанен (Эспоо, Финляндия), Р.М. Горбачев, А. Чечус, У. Содерлунд, И. Сноубол (Лундский Университет, Швеция), Ч.-Ш. Ли (Кётенский Университет, Зап. Австралия) и М. Левандовский (Институт Геофизики ПАН).
Особая благодарность моему учителю А.Н. Диденко, воспитавшему меня как специалиста- палеомагнит олога.
Хочется выразить глубокую признательность моим первым наставникам В.Н. Вадковскому и С.А. Куренкову, открывшим мне дорогу в мир науки.
С особой теплотой мне хочется поблагодарить Светлану Вениаминовну Богданову за неоценимую помощь и всестороннюю поддержку в процессе работы над диссертацией.
|
