Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методика исследований 10
Глава 2. Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Шарыжалгайского выступа (гранитоиды шумихинского и саянского комплексов) 13
Глава 3. Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Байкальского хребта) 34
Глава 4. Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Акитканского хребта) 73
Глава 5. Интерпретация полученных результатов. Обсуждение 102
Заключение. Выводы 116
Список литературы 118
- Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Шарыжалгайского выступа (гранитоиды шумихинского и саянского комплексов)
- Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Байкальского хребта)
- Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Акитканского хребта)
- Интерпретация полученных результатов. Обсуждение
Введение к работе
«Два главных направления в современных науках о Земле: ранняя история Земли и глубинная геодинамика» - так называлась статья Виктора Ефимовича Хаина, вышедшая в конце прошлого века (Вестник МГУ, 1993, № 6). Исследования палеомагнетизма докем-брийских образований древних кратонов лежат в русле обоих этих направлений. Главное магнитное поле обусловлено динамикой самых глубоких сфер Земли — внутреннего и внешнего ядра, слоя D". Историю поля, а, следовательно, и историю процессов внутренней геодинамики, мы изучаем на поверхности по отпечаткам «окаменелого геомагнетизма» [Палеомагнитология, 1982] — векторам естественной остаточной намагниченности. Изучая только фанерозой, составляющий всего 1/8 продолжительности жизни Земли, невозможно достоверно проследить эволюцию таких фундаментальных характеристик поля как частота инверсий и величина напряженности поля.
Важность палеомагнитных данных для изучения ранней истории Земли несомненна, т.к. только они позволяют количественно охарактеризовать крупномасштабные перемещения тектонических блоков, протестировать различные конфигурации гипотетических суперконтинентов. Изучая взаимные перемещения древних кратонов, можно ответить на вопрос: «Когда началась тектоника плит?»; многие, например [Stern, 2005], сомневаются, что до рифейского времени существовал современный стиль тектоники плит.
Актуальность исследования
Ранний протерозой Сибирского кратона с палеомагнитной точки зрения до недавнего времени представлял собой «белое пятно». До 2002 г. для раннепротерозойских пород Сибири имелось всего 6 палеомагнитных определений, из которых только одно [Михайлова и др., 1994] удовлетворяло современным требованиям палеомагнитной надежности. Примерно такое же положение с палеомагнитными данными наблюдается для Северного Китая и Южной Америки. В то же время, для других древних кратонов получено существенно больше палеомагнитных определений: для Канадского щита и Гренландии - 247 оп- ределений, для Балтийского, Украинского щитов и Воронежского массива - 239 определений [GPMDB-v.4.3, 2002]. Показательно, что в недавней сводке по палеомагнетизму до-кембрийских образований древних кратонов [Pesonen et al, 2003] для Сибири не использовано ни одного раннепротерозойского определения (рис. 1). Эта ситуация делала практически невозможным проведение глобальных реконструкций для раннепротерозойского времени с участием Сибири. Дефицит палеомагнитных данных подчеркивался при этом большим количеством прецизионных датировок абсолютного возраста, сделанными в последнее время.
1.15 105
2іи) I ss 177 | (,s is,,
Рис. 1 Распределение во времени палеомагнитных полюсов древних кратонов [Pesonen et al, 2003]
Один из основных методов глобальных палеотектонических реконструкций состоит в сравнении траекторий кажущейся миграции полюса (КМП) для различных тектонических блоков. Для Сибирского кратона относительно подробно разработана модель фанерозой-ского участка кривой КМП Сибири [Храмов, 1991; Печерский и Диденко, 1995; Smethurst et al., 1998]. В последнее время получена удовлетворительная кривая для позднерифейско-раннекембрийского интервала [Павлов и др., 2002; Шацилло, 2006]. Участок ТКМП от 1.9 (рождения Сибирского кратона) до примерно 1 млрд. лет оказался «белым пятном». Усилиями, главным образом, Р.В. Веселовского и В.Э. Павлова [Веселовский, 2006; Pavlov et al, 2008] постепенно заполняется мезопротерозойская часть этой палеомагнитной лакуны.
Палеопротерозойская ветвь кривой из-за отсутствия надежных палеомагнитных определений построена быть не могла. Задача получения надежных палеомагнитных данных по палеопротерозою Сибирского кратона для последующего построения реконструкций на их основе была поставлена в 2000 г. А.Н. Диденко. Начиная с 2002 г., активное участие в выполнении этих работ принимал и автор настоящей диссертационной работы.
Сибирский кратон по современным представлениям [Розен и др., 2006] образовался в результате амальгамации нескольких террейнов 1.9 млрд. лет назад, возможно как отражение образования суперконтинента Пангея-1 (Колумбия). Формирование структуры фундамента кратона продолжалось длительное время, до 150 млн. лет [Розен и др., 2006], отдельные блоки при этом, вероятно, испытывали взаимные вращения. Палеомагнитные данные могли бы помочь в изучении кинематики процесса становления структуры Сибирского кратона.
Цели и задачи исследования
Получение надежных палеомагнитных данных, по сути первых для раннего протерозоя Сибири, было ориентировано на достижение следующих целей:
1. расшифровку сценария становления структуры Сибирского кратона в раннем протерозое;
2. реконструкцию палеоширотного положения Сибири в раннем протерозое. Для достижения этих целей потребовалось выполнение ряда задач, а именно:
1. получение палеомагнитных определений по раннепротерозойским образованиям Сибирского кратона. Определения должны отвечать современным требованиям палеомагнитной надежности, возраст пород должен быть определен не хуже, чем ±20 млн. лет; получение палеомагнитных полюсов, в том числе отвечающих понятию «ключевых», расчет палеоширотного положения Сибири в раннем протерозое; сравнение с имеющимися данными, выбор полярности; создание модели раннепротерозойской кривой кажущейся миграции полюса Сибири; тестирование возможности вхождения в агломерат с другими континентальными блоками (гипотезы суперконтинентов); построение непротиворечивой, по палеомагнитным и геологическим данным, модели раннепротерозойской истории юга Сибири.
Фактический материал и методика исследований
Фактический материал, легший в основу диссертации, был получен при непосредственном участии автора в ходе полевых работ в различных районах юга Сибирского крато-на. Всего было отобрано и обработано 1190 ориентированных образцов раннепротерозой-ских образований из 82 отдельных обнажений. Были опробованы постколлизионньте граниты и гранодиориты шумихинского и саянского комплексов Шарыжалгайского выступа фундамента кратона, а также все свиты акитканской серии и базитовые дайки чайского комплекса Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса, географически приуроченного к Байкальскому и Акитканскому хребтам.
Методика палеомагнитных исследований была в основном стандартной (подробнее см. гл.1). Полевой отбор сопровождался геологическими исследованиями и отборами проб с целью изотопно-геохронологического изучения, проводившимися нашими иркутскими коллегами, зачастую «образец в образец».
Специфика докембрийских пород естественным образом заключается в их древнем возрасте, а точнее - малочисленности, метаморфизме, зачастую сложной локальной тектоники и запутанных стратиграфических корреляциях. За столь долгую жизнь порода и па-леомагнитная запись в ней претерпели множество изменений, здесь сильно возрастает возможность перемагничивания более поздним полем, возникает проблема сохранности пер- вичной намагниченности. Все это потребовало более долгого выбора геологических объектов, более вдумчивого анализа палеомагнитных данных, применения ряда петромагнитных исследований, направленных на доказательство возможности сохранения первичной намагниченности.
Лабораторная обработка коллекций производилась в лаборатории главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ РАН, в палеомагнитных лабораториях ГИН РАН и Мюнхенского университета (Германия). Петромагнитные исследования проводились на базе геофизической обсерватории «Борок» (Ярославская область). Изотопные и геохронологические исследования выполнялись в лаборатории геохронологии ГЕОХИ РАН под руководством Е.В. Бибиковой, Т.И. Кирнозовой и М.М. Фугзан, а также нашими иркутскими коллегами - Д.П. Гладкочубом, Т.В. Донской, A.M. Мазукабзовым, A.M. Станевичем, А.И. Ивановым (ИЗК СО РАН).
Научная новизна и значимость работы
Выполнены первые систематические палеомагнитные работы на раннепротерозой-ских образованиях Сибирского кратона, сопровождавшиеся изотопно-геохронологическими исследованиями. Получены первые надежные палеомагнитные результаты, все объекты (кроме чайской свиты) были опробованы впервые. В два с лишним раза наращена раннепротерозойская палеомагнитная база по Сибири.
Из 8 полученных определений как минимум 3 претендуют на звание «ключевого» для докембрия [Buchan at al, 2000]. На основе оригинальных данных создана новая модель раннепротерозойского сегмента ТКМП, существенно отличающаяся от первых моделей [Диденко и др., 2004; Веселовский, 2006]. Сопоставление одновременных участков кривых для Сибири и Лаврентии позволило сделать вывод о принципиальной возможности совместного передвижения в интервале от 1850 до 1740 млн. лет. Полученные данные совместно с [Pavlov et al, 2008; Веселовский и др., 2009] позволяют говорить о существовании устойчивого агломерата Сибири и Лаврентии на протяжении 800 млн. лет - с 1850 до 1050 млн. лет. Вывод о региональном процессе перемагничивания, затронувшем в рифее раннепроте-розойские образования Байкальского хребта, подтверждает гипотезу о едином импульсе внутриконтинентального растяжения юга Сибири, отвечающего распаду суперконтинента Родиния [Гладкочуб и др., 2007]. Защищаемые положения
Предложена новая модель палеопротерозойского сегмента траектории кажущейся миграции полюса Сибири и восстановлено широтное положение Сибирского крато-на в конце раннего протерозоя: с 1870 до 1750 млн. лет Сибирь передвигалась из северных приэкваториальных (13-15) в южные приэкваториальные (8-10) широты.
На основании хорошо датированных палеомагнитных данных установлена принципиальная возможность вхождения Сибирского кратона в структуру палеопротерозойского суперконтинента Колумбия. Причем, сочленение Сибирского и Северо-Американского кратонов могло происходить только по южной (байкальской) окраине первого и северной (канадской) окраине второго.
Основываясь на палеомагнитных данных можно утверждать, что Шарыжал-гайский и Байкальский блоки Ангарской провинции с конца раннего протерозоя (1850 млн. лет) сформировали единую тектоническую провинцию юга Сибирского кратона.
В палеомагнитной записи раннепротерозойских образований Байкальского хребта установлено вторичное событие (региональное перемагничивание), которое произошло в интервале между внедрением базитовых даек чайского комплекса (1674 млн. лет) и накоплением отложений байкальской серии (поздний рифей). Этот процесс мог быть обусловлен тектоно-термальным влиянием позднепротерозойского рифтогенеза и внедрением многочисленных дайковых роев, отвечающих распаду суперконтинента Родиния.
Теоретическое и практическое значение
Наши исследования позволяют сказать, что магнитное поле Земли и тектоника плит в конце раннего протерозоя принципиально не отличались от современных. Результаты проведенных исследований важны для понимания раннепротерозойской истории Сибирского кратона, для создания глобальных палеореконструкций, определения Сибири в системах различных гипотетических суперконтинентов. Выводы могут использоваться при создании палеотектонических карт, для дополнения, возможного уточнения учебных курсов по «Исторической геологии», «Общей и региональной геотектоники».
Апробация работы ^ Результаты, полученные в ходе настоящей работы, были представлены на 15-ти российских и международных научных конференциях, совещаниях и семинарах, в частности: на семинарах «Палеомагнетизм и магнетизм горных пород» в пос. Борок (2002, 2003, 2006, 2007, 2009), Всероссийской научной конференции, посвященной 10-летию РФФИ (2002, Москва), молодежных секциях Тектонического совещания в Москве (2003, 2004, 2005), II Российской конференции по изотопной геохронологии (2003, Санкт-Петербург), международном семинаре по палеомагнетизму и магнетизму горных пород в Казани (2004), научных совещаниях в Иркутске (2004, 2007), 6-ой Международной конференции «Problems of Geocosmos» (2006, Санкт-Петербург), 33-м Международном Геологическом конгрессе (2008, Осло). Результаты работ регулярно докладывались и обсуждались на Общемосковском семинаре по палеомагнетизму и магнетизму горных пород.
В общей сложности по теме диссертации опубликована в соавторстве 21 печатная работа, из них 1 глава в коллективной монографии, 5 статей в реферируемых научных журналах, в том числе 1 в иностранном издании, 15 работ представляют тезисы и материалы конференций.
Благодарности
Испытывая большую благодарность за долготерпение и мудрое руководство, прежде всего, хочу выразить глубокую признательность моему научному руководителю Алексею Николаевичу Диденко. Необходимо также сказать большое спасибо Владимиру Эммануи-ловичу Павлову - человеку, который привел меня в палеомагнитологию и многому научил.
Говорю спасибо моим постоянным соавторам из Иркутска — Д.П. Гладкочубу, A.M. Мазукабзову, Т.В. Донской, A.M. Станевичу, которые выступали и как организаторы совместных полевых работ. В полевых исследованиях и отборе коллекций мне также помогали А.А. Бухаров, С.А. Диденко, Е.В. Карякин, К.М. Константинов (с сыном), Б.Б. Кочнев, А.В. Петушков, А.В. Шацилло, за что им отдельная благодарность.
Лабораторные исследования помогали проводить А.Г. Фейн и Г.С. Янова (ИФЗ РАН), Н.Я. Дворова и О.А. Крежовских (ГИН РАН), М.В. Алексютин и Мануэла Вайс при поддержке Валериана Бахтадзе (Мюнхенский университет, Германия), В.В. Щербакова, В.А. Цельмович и Г.В. Жидков (ГО «Борок»). Всем им я также очень признателен.
Постоянную помощь, консультации и доброжелательную критику мне оказывали М.Л. Баженов, СВ. Шипунов, А.В. Шацилло, В.Э. Павлов, Т.С. Гендлер, М.В. Алексютин, А.В. Дворова, Е.Л. Гуревич, О.М. Туркина, И.К. Козаков, С.А. Писаревский, Е.В. Скляров и мн. др. Особую благодарность выражаю моим коллегам по петромагнитной лаборатории МГУ - Н.В. Лубниной, Р.В. Веселовскому и A.M. Фетисовой.
Большое спасибо всем коллегам из Москвы, Борка, Санкт-Петербурга, Иркутска, Казани, Саратова, Новосибирска, Хабаровска, Владивостока, Магадана, Киева, без которых невозможно было бы создание плодотворной палеомагнитной среды.
Финансовая поддержка полевых и лабораторных исследований осуществлялась РФФИ (гранты 02-05-64332 и 06-05-64352), Программой ОНЗ РАН «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» и из бюджетных средств ИФЗ РАН и МГУ.
В заключение хочу поблагодарить всех сотрудников лаборатории главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ РАН и кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ, которые очень доброжелательно отнеслись ко мне и моим исследованиям.
Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Шарыжалгайского выступа (гранитоиды шумихинского и саянского комплексов)
Пригодных раннепротерозойских геологических объектов для палеомагнитного изучения в Сибири крайне мало, краевые выступы фундамента юга Сибирского кратона -Шарыжалгайский и Байкальский (рис. 2.1) - одни из самых перспективных. В пределах этих выступов выделяются комплексы, которые образовались вскоре после коллизии, амальгамации террейнов, слагающих фундамент Сибирского кратона, это так называемый Южно-Сибирский постколлизионный пояс. Слагающие его гранитоиды таракского, саянского, шумихинского, приморского и кодарского комплексов и вулканогенно-осадочные отложения акитканской серии характеризуются хорошо определенной геодинамической позицией, наличием прецизионных датировок абсолютного возраста и слабым проявлением метаморфизма, предоставляют широкие возможности для проведения полевых тестов.
Гранитоиды, выделяемые в Южно-Сибирский пояс, имеют все признаки посткинематических: их внедрение происходило после формирования главных картируемых структур, и в дальнейшем они не подвергались наложенному метаморфизму и деформациям. Пояс занимает секущее положение по отношению к более ранним коллизионным зонам, разделяющим континентальные террейны, сложенные преимущественно архейской корой [Розен и др., 2006; Эволюция южной..., 2006]. Гранитоиды достаточно полно охарактеризованы петрогеохимическими и геохронологическими данными [Бибикова и др., 1990; Донская и др., 2002; Ларин и др., 2000, 2002; Левицкий и др., 2002; Ножкин и др., 2003], которые позволяют относить их к постколлизионным образованиям А-типа, и указывают на относительно узкий возрастной интервал их формирования (1840-1870 млн. лет). Гранитоиды были отобраны из четырех массивов, крайние из них отстоят друг от друга на 135 км (рис. 2.2). С запада на восток это Шумихиский массив (петротип шумихинских гранитоидов) в верховьях р. Малая Белая, два массива в верховьях р. Тойсук (у горы Колокольная и р. Бол. Жидой) и один в районе карьера «Орленок» в долине р. Бол. Олха. / — фанерозойский осадочный чехол; 2 — Присаянская зона позднерифейского опускания; 3-раннерифейская зона рифтогенеза; 4 — Урикско-Туманшетский сегмент Ангарского палеопротерозойского складчатого пояса; 5 - Бирюсинский супертеррейн; 6- Шарыжалгайский супертеррейн; 7 — постколлизионные гранитоиды саянского и шумихинского комплексов (сшивающий комплекс палеопротерозоя); 8 — коллизионные гранитоиды китайского комплекса (сшивающий комплекс позднего архея); 9 — Саянская ветвь Центрально-Азиатского складчатого пояса; 10 — региональные разломы; II — зона Главного Саянского разлома. Породы представлены практически неизмененными гранитами, реже грано диоритам и, с характерной гипидиоморфнозернистой структурой и типичными минералами — кварцем, калиевым полевым шпатом, в меньшей степени - плагиоклазом, биотитом, роговой обманкой, рудными минералами.
В обнажениях у горы Колокольная и карьера «Орленок» присутствуют гранитоиды двух генераций: более ранняя представлена крупно- и среднезернистыми породами, и более поздняя - мелкозернистыми породами, формирующими жильные тела мощностью от нескольких сантиметров до первых метров. Тела гранитоидов второй генерации имеют закалочные контактьт с гранитоидами первой генерации. Две генерации гранитоидов хорошо различаются по концентрациям магнитных минералов, макроскопически определяемых по величине магнитной восприимчивости.
Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Байкальского хребта)
Северо-Байкальский вулкано-плутонический пояс (СБВПГТ) приурочен к Байкальскому выступу фундамента Сибирского кратона и, согласно существующим схемам [Розен и др., 2006; Gladkochub et al., 2006; Эволюция..., 2006 и др.], является составной частью Акитканского орогенного пояса, разделяющего Алданский и Ангаро-Анабарский супертеррейны. В современном рельефе региона южная часть СБВПП географически приурочена к Байкальскому хребту (результаты изучения - наст, гл.), а его центральная и северная части соответствуют поднятиям Акитканского хребта (см. гл. 4) (рис.3.1). Согласно современным данным [Ларин и др., 2003; Эволюция..., 2006 и др.], Северо-Байкальский вулкано-плутонический пояс был сформирован в раннем протерозое в обстановке постколлизионного растяжения после завершения основных коллизионно-аккреционных событий, связанных с консолидацией Алданского и Ангаро-Анабарского супертеррейнов в единую структуру Сибирского кратона.
Раннедокембрийский фундамент Байкальского выступа Сибирского кратона представлен архейскими тоналитами, раннепротерозойскими метаморфизованными образованиями сарминской и чуйской серий, разгнейсованными гранитоидами чуйского комплекса с возрастами 2.02-2.06 млрд. лет [Неймарк и др., 1998]. Все эти образования были объединены в единую структуру Сибирского кратона в ходе раннепротерозойских коллизионно-аккреционных событий. Индикаторами этих событий в пределах региона являются синколлизионные гранитоиды кочериковского комплекса с возрастом 1.91 млрд. лет [Бибикова и др., 1987] и гранулиты мыса Калтыгей с возрастом 1.88 млрд. лет [Poller et al., 2005].
Вышеперечисленные образования фундамента с угловым несогласием перекрываются практически неметаморфизованными терригенно-вулканогенными породами акитканской серии и прорываются гранитоидами приморского, ирельского, абчадского комплексов. На основании U-Pb датирования по цирконам возраст вулканитов Северо-Байкальского пояса и вышеуказанных комплексов гранитоидов оценивается временном интервалом 1.85 — 1.87 млрд. лет, что позволяет рассматривать эти породы как постколлизионные образования [Неймарк и др., 1991; Ларин и др., 2003; Донская и др., 2003; Донская и др., 2006; Poller et al., 2005], т.е. отделенные от основного времени коллизии не более чем 40 млн. лет, формирование самых древних образований акитканской серии с возрастом 1878 млн. лет могло начаться в заключительной фазе коллизии или сразу после окончания коллизионных событий [Донская и др., 2008].
Непосредственно в составе Северо-Байкальского вулканоплутонического пояса объединяются терригенно-вулканогенные образования акитканской серии и гранитоиды ирельского комплекса, комагматичные кислым вулканитам акитканской серии [Салоп, 1964; Мац и др., 1968]. Стратиграфическое деление акитканской серии в силу сильной изменчивости пород по латерали и вертикали неоднозначно, существуют несколько схем стратиграфического деления [Салоп, 1964; Мац, 1965; Мац, Таскин, 1973; Срывцев, Булдыгеров, 1982; Срывцев, 1986; Бухаров, 1987; Булдыгеров, Собаченко, 2005].
Впервые акитканская серия была выделена Л.И. Салопом [Салоп, 1956], который объединил в ее составе (снизу вверх) малокосинскую, хибеленскую и чайскую свиты, выделенные ранее. По этой схеме в составе малокосинской и чайской свиты были объединены преимущественно терригенные породы, а в хибеленской — эффузивные. Одновременно была предложена схема [Мац, 1965], согласно которой акитканская серия на Акитканском хребте была представлена домугдинской (существенно вулканогенной) и чайской (терригенной) свитами, а на Байкальском - хибеленской, состоящей из малокосинского и хибеленского фациальных комплексов, при этом хибеленская свита выводилась на один стратиграфический уровень с чайской. С начала 70-х годов в пределах СБВПП большинство исследователей начало выделять вулканогенные, вулканоплутонические и вулканогенно-терригенные комплексы [обзор - Бухаров, 1987]. Общим признаком этих схем было то, что вулканогенные образования не являлись частью стратифицированного подразделения, а представляли собой палеовулканические постройки. В результате этих работ было выделено множество дробных вулканогенных и осадочно-вулканогенных комплексов, которые было трудно коррелировать друг с другом. В последних работах, посвященных СБВПП [Неймарк и др., 1998; Ларин и др., 2003; Мазукабзов, 2003] вернулись к упрощенной схеме стратиграфического расчленения акитканской серии (снизу вверх): малокосинская, домугдинская, хибеленская и чайская свиты. Такая схема из-за сложностей с сопоставлением акитканских и байкальских разрезов представляется малообоснованной, корректнее будет выделять два типа разреза акитканской серии: в Акитканском хребте — это домугдинская (хибеленская) и чайская свиты, на Байкальском хребте — малокосинская и хибеленская свиты [Мазукабзов, 2003], с сохранением внутри свит выделенных вулканогенных комплексов. По ряду признаков домугдинская (в ряде источников хибеленская) свита Акитканского хребта относится к уровню малокосинской и хибеленской свит Байкальского хребта. Формирование вулканитов акитканской серии происходило, по-видимому, в два этапа [Срывцев, Булдыгеров, 1982; Неймарк и др., 1991].
В настоящей работе, вслед за Л.И. Салопом [Салоп, 1964] и A.M. Мазукабзовым [Мазукабзов, 2003], принято трехчленное деление акитканской серии, подразумевающее выделение в ее строении снизу вверх малокосинской (/иА), хибеленской (hb) и чайской свит (с/?). В пределах Байкальского хребта отложения чайской свиты не представлены.
Палеомагнетизм раннепротерозойских образований Северо-Байкальского вулкано-плутонического пояса (акитканская серия и дайковый комплекс Акитканского хребта)
Это самый спокойный в тектоническом смысле район наших исследований, здесь в долине реки Чаи обнажается уникальный по своей сохранности протяженный разрез пород раннепротерозойского возраста (рис. 4.1). Акитканская серия с угловым несогласием через кору выветривания налегает на нижнепротерозойские образования и в свою очередь несогласно перекрыта байкальской серией верхнего рифея. Отложения серии на р. Чае представлены двумя свитами: терригенно-эффузивной хибеленской (по представлениям некоторых исследователей домугдинской) ориентировочной мощности не менее 2700 м и эффузивно-терригенной чайской мощностью около 3100 м. Выше располагаются терригенные образования окуньской свиты мощностью 1600 м. Основным объектом наших исследований служили вулканогенно-терригенные отложения чайской свиты. Ниже устья р. Налимды отложения этой свиты представляют собой практически непрерывное обнажение на протяжении 7.5 км. Чайскую свиту в этом районе разделяют на две подсвиты. Нижняя представлена зелено-серыми, реже вишнево-серыми разнозернистыми полимиктовыми песчаниками с тонкими прослоями вишнево-красных алевролитов, вишнево-зелеными полимиктовыми конгломератами, туфогенными породами с линзами фельзитовых порфиров. Мощность подсвиты на правобережье Чаи 1600 м. На подстилающей хибеленской свите нижняя подсвита лежит согласно и имеет с ней постепенные переходы через пачки переслаивания [ГТК-200, лист 0-49-XXI, 1969; Салоп, 1964; Мац, 1965]. Верхняя подсвита представлена вишнево- и фиолетово-красными, реже зеленоватыми аркозовыми и полимиктовыми печаниками с горизонтами зелено-вишневых конгломератов, лиловых и серых фельзитовых и кварцевых порфиров. Мощность около 1500 м. Отложения чайской свиты слагают моноклиналь СВ простирания с пологим (до 30) погружением на северо-запад. Моноклиналь участками осложнена малоамплитудными флексурами, для которых свойственны короткие северо-западные крылья и протяженные юго-восточные. В пределах флексур залегание слоистости достигает иногда 60 и здесь же отмечается грубый кливаж с падением на юго-восток. Возраст деформаций можно оценить как рифейский, когда эта область была вовлечена в длительное опускание [ГТК-200, лист 0-49-XXI, 1969]. Был еще как минимум один этап тектонической перестройки, который пришелся на силур [Зорин и др., 2008]. Метаморфизм в породах чайской свиты проявлен крайне слабо и неравномерно и в целом не превышает низкотемпературных ступеней зеленосланцевой фации. Породы, в основном, имеют кайнотипный облик, но есть участки с существенным проявлением низкотемпературного дислокационного метаморфизма и гипергенных процессов. Породы с видимыми следами изменений на палеомагнитные исследования не отбирались.
В долине р. Чая в течение двух сезонов — 2004 и 2006 гг. были отобраны образцы из всех стратифицированных толщ акитканской серии — хибеленской, чайской, окуньской свиты, а также из рвущих эти отложения базитовых даек и комагматичным акитканской серии ирельским гранитам. 1 - четвертичные отложения; 2 - ордовикские отложения; 3 - кембрийские отложения; 4 - верхний протерозой (байкальская серия); 5 - окуньская свита PR1; 6-8 - акитканская серия нижнего протерозоя: 6 - верхнечайская подсвита; 7 - нижнечайская подсвита; 8 - хибеленская свита; 9 - чуйская свита PR1; 10 - чайский интрузивный Возраст гранитов, комагматичные кислым вулканитам акитканской серии, определен U/Pb изохронным методом по цирконам как 1852+2 млн. лет (Д.П. Гладкочуб, л/с). Обнажаются породы в среднем течение Чаи, от устья Килякты до устья Налимды. Отобраны 4 точки, достаточно равномерно расположенные по разрезу, всего 48 образцов. На этом участке также отобраны два тела диабазов, рвущие эти граниты и схожие, визуально и по геохимическим свойствам (Д.П. Глакочуб, л/с), с базитовыми дайками чайского комплекса, прорывающими акитканскую серию (точки 06-16 и 16-19). Основной вопрос — определение палеогоризонтали для введения тектонической поправки решить не удалось.
В первых двух точках (06-07 и 06-09) наблюдается сходное поведение образцов в ходе магнитной чистки (рис. 4.2а). В диапазоне до 200-300 градусов выделены низкотемпературные компоненты ЕОН, зачастую большие по величине, их среднее направление (табл. 4.1) на стереограмме лежит в районе направления современного геомагнитного поля. В интервале от 300 да 440-470 градусов в большинстве образцов уверенно выделяется компонента намагниченности, достаточно тесно группирующаяся в 3-ем квадранте (в современных координатах). На долю этих двух компонент приходится львиная доля сигнала, зачастую до 90 %. Далее, вплоть до температур 580-600 градусов, в основном наблюдается хаотичное поведение, зачастую с подмагничиванием.
Интерпретация полученных результатов. Обсуждение
В таблице 5.1 сведены все полученные в настоящей работе определения по раннепротерозойским образованиям юга Сибирского кратона. Из 9 определений 8 соответствуют первичным раннепротерозойским направлениям ЕОН. Первичность подтверждается положительными полевыми тестами, а также сходимостью результатов по одновозрастным породам разного генезиса и разных тектонических блоков. Одно определение отвечает гипотетическому процессу регионального перемагничивания, который затронул породы Байкальского хребта. Раннепротерозойские определения можно разделить на два класса. Наиболее надежные определения принадлежат блокам с более «спокойной» тектоникой -Шарыжалгайскому выступу и Акитканской ветви СБВПП. На наш взгляд, определения по гранитоидам шумихинского и саянского комплексов, вулканогенно-осадочным породам чайской свиты и базитовым дайкам чайского комплекса могут претендовать на звание «ключевого» для докембрия [Buchan et al, 2000], т.е. с надежно определенным возрастом породы, положительными полевыми тестами, достаточной статистикой и хорошим тектоническим контролем. Другие полюсы менее обоснованы. Определения по породам Байкальского хребта, не смотря на положительные результаты полевых тестов, все же, на наш взгляд, незначительно перемагничены рифейским полем. В силу того, что определение по хибеленской свите Акитканского хребта получено только по одному (но большому) разрезу, возможна ситуация, что палеовековые вариации недостаточно осреднены. Эти определения все же позволяют использовать их для детализации раннепротерозойского тренда КМП Сибирского кратона.
При расчете полюсов мы использовали в основном средние направления по сайтам, в случае гранитоидов Шарыжалгая и дайкового комплекса осреднялись отдельные ВГП, рассчитанные по каждому сайту. Полюсы по хибеленской и Критерии надежности: 1 - возраст исследуемых пород надежно определен (точность не хуже 40 млн. лет); 2 - результат основывается на более чем 24 образцах; 3 - лабораторные исследования выполнены с использованием детальной магнитной чистки и компонентного анализа; 4 - положительные результаты полевых тестов; 5 - исследуемые геологические объекты расположены на территориях, тектоническая позиция которых четко установлена; 6 - наличие в изученных объектах векторов прямой и обратной полярности; 7 - отсутствие сходства положения полученного палеомагнитного полюса с положением более молодых полюсов. Вопрос полярности выделенных направлений остается открытым. Если исходить из предположения, что Сибирь и Лаврентия в конце раннего протерозоя составляли единый агломерат, то учитывая опцию полярности для лаврентийских полюсов [Pesonen et al, 2003; Irving et al, 2004], мы получим, что северные полюсы для Сибири находились западнее Австралии (в современных координатах).
Подход, предложенный Эвансом и Писаревским [Evans and Pisarevsky, 2008], позволяет сделать экспресс-вывод о том, что Лаврентия и Сибирь могли перемещаться совместно в конце раннего протерозоя (табл. 5.3). Таблица 5.3: Сравнение парных полюсов для Сибири и Лаврентии Сразу надо оговориться, что мы не претендуем на построение законченной кривой КМП, мы можем наметить только общий тренд, тенденцию. По мнению Бэкона с соавторами [Buchan et al, 2000] нельзя строить ТКМП, если между «соседними» полюсами промежуток более 30 млн. лет, у нас же он составляет около 100 млн. лет (граниты Шарыжалгая и дайки чайского комплекса). Авторы статьи предлагают использовать «ключевые» полюсы для реконструкции взаимного положения двух блоков. К сожалению, набор одновозрастных ключевых полюсов для различных блоков (например, Сибири и Лаврентии) крайне мал; авторы статьи [Evans and Pisarevsky, 2008], проанализировав глобальную палеомагнитную базу данных, нашли всего 45 определений для всех древних блоков в интервале времени от 2800 до 800 млн. лет. Хорошо датированные раннепротерозойские определения ложатся на закономерную траекторию КМП Сибири, образуя незамкнутую петлю (рис. 5.1). Закономерную, в том смысле, что определения располагаются в порядке постепенного омоложения пород, естественно в пределах ошибок определения абсолютных возрастов. Это хорошо видно на примере чайского разреза, где определения расположены в порядке их стратиграфической последовательности: на хибеленской свите залегает чайская, а на ней окуньская — так же идут и палеомагнитные полюсы. Помимо результатов, полученных в настоящей работе, для построения этой кривой привлечено определение [Диденко и др., 2009], полученное по гиперстеновым гранитам Ангаро-Канского блока.
Кривая построена методом кубического сплайна с использованием программы GMAP [Torsvik and Smethurst, 1999]. Сюда же добавлены новые определения по базитовым интрузиям Западного Прианабарья [Веселовский, Павлов, 2009] и Оленекского поднятия [Wingate at al, 2009]. Их возраста тяготеют к рубежу 1500 млн. лет, по сути это уже поздний протерозой, но они хорошо показывают общую тенденцию кажущегося движения полюсов Сибири. Вполне возможно, что по мере наполнения новыми определениями раннепротерозойская ТКМП будет не такой длинной, чем построенная сплайном настоящая кривая, но по нашему мнению, общий «петлеобразный» характер измениться не должен. На настоящий момент имеется два кластера с надежно датированными раннепротерозойскими определениями: 1850-1860 млн. лет. и 1750-1670 млн. лет, внутри этих кластеров можно наблюдать закономерное омоложение определений, направленных в ветвях этой петли навстречу друг другу.
