ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 2, с. 50-65
УДК 550.384
АНИЗОТРОПИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ЛЕССОВО-ПОЧВЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ОПОРНОГО РАЗРЕЗА БЕЛОВО, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)
© 2004 г. Г. Г. Матасова, А. Ю. Казанский, В. С. Зыкина
Институт геологии ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск Поступила в редакцию 07.02.2002 г.
Приводятся результаты изучения анизотропии магнитной восприимчивости (AMS) и магнитной текстуры лессов и ископаемых почв разреза Белово (южная часть Западной Сибири), анализируется влияние магнитной анизотропии на остаточную намагниченность пород. Установлена зависимость магнитной текстуры (преобладающая форма магнитного зерна, направления главных осей эллипсоида AMS) от геолого-геоморфологических факторов (направление палеоветров, простирание увала, воздействие склоновых процессов) и особенностей формирования отложений (лессона-копление, почвообразование). Высказано предположение о различии гранулометрического состава магнитных фракций, ответственных за образование магнитной анизотропии и остаточной намагниченности в разрезе Белово. Обсуждены условия сокращения (до полного уничтожения) записи экскурсов геомагнитного поля в остаточной намагниченности лессово-почвенных серий.
Ключевые слова: Анизотропия магнитной восприимчивости, магнитная текстура, лессонакопление, почвообразование, остаточная намагниченность.
ВВЕДЕНИЕ
При образовании любой горной породы под действием различных факторов формируется магнитная текстура, представляющая собой результат упорядочивания осей легкого намагничивания -кристаллографических осей или длинных осей неизометричных частиц. В зависимости от преимущественной ориентации осей возникает линейная, плоскостная либо линейно-плоскостная магнитная анизотропия. К возникновению магнитной анизотропии горных пород приводят все геологические процессы, способствующие ориентации магнитных частиц: направленное давление или течение кристаллизационных растворов, изменение окислительно-восстановительной обстановки бассейна осадконакопления, направленное движение пролювиально-делювиальных масс вдоль склона. Последнее характерно для аридных и се-миаридных климатических обстановок, где деятельность временных водных потоков благоприятствует развитию процессов плоскостного и склонового смыва.
Изучение степени анизотропии магнитной восприимчивости (ЛМБ) и ее пространственных характеристик в осадочных породах позволяет решать разнообразные геологические задачи: восстановление палеонаклона дна бассейна, азимута древнего склона, направления палеотечений, их относительный возраст, режим осадконакопления, постседиментационных преобразований [ЬошегШ
et al., 1967; Осипов, 1978; Noel, Bull, 1982; Noel, 1983 и др.]. Подобные задачи решаются и с помощью изучения магнитной анизотропии пород суба-эральной формации: лессов, лессовидных суглинков и погребенных почв. Лессы и лессовидные породы по магнитной текстуре подразделяются на 2 группы: 1) изотропные либо слабоанизотропные, с беспорядочной магнитной текстурой, магнитные частицы не имеют преимущественной формы и ориентации [Rees, 1965; Derbyshire, 1988; Reinders, Hambach, 1995; Лаухин и др., 2001], и 2) с анизотропной, как правило, плоскостной текстурой, в которой минимальная ось эллипсоида AMS ориентирована субвертикально, а максимальная расположена в субгоризонтальной плоскости, магнитные частицы имеют преимущественно форму уплощенного вытянутого по одной оси диска. Природа анизотропии магнитных свойств лессовых отложений дискуссионна, часть исследователей считают ее первичной, сформировавшейся в момент осаждения магнитных частиц в общей массе обломочного материала [Rolph et al., 1989; Lagroix, Banerjee, 2002], другие объясняют ее возникновение в процессе вторичных преобразований, например, переотложения лесов с помощью водных потоков (аллювиальные, делювиальные, пролювиальные условия) [Liu et al., 1988; Derbyshire, 1988 и др.]. В случае первичной магнитной текстуры лессово-почвенных отложений установлена связь ориентировки максимальной магнит-
ной восприимчивости лессов с направлением па-леоветров [Matalucci et al., 1969; Lagroix, Banerjee, 2002], с общим направлением переноса обломочного материала [Ellwood, Howard, 1981; Руе, 1987; Thistlewood, Sun, 1991].
Физические и геологические основы формирования анизотропной текстуры осадочных горных пород изложены во многих работах [Нагата, 1965; Шолпо, 1977; Осипов, 1978; Tarling, Hrouda, 1993 и др.]. В общем случае на происхождение магнитной анизотропии осадков оказывает влияние тип и минеральный состав породы, подвергшейся эрозии и дающей основную массу обломочного материала, природа процесса эрозии (в частности, химическое или физическое выветривание), способ и дальность транспортировки разрушенного материала, Eh/pH транспортирующей среды, механические, биологические и химические условия в момент осаждения осадка и после, в процессе ранних стадий диагенеза. Поскольку обломочные частицы переносятся гравитационными, гидродинамическими и аэродинамическими силами, то большую роль играют размеры, форма, масса обломочных зерен, скорость, с которой они транспортируются. Дополнительной силой, воздействующей на ориентировку магнитных частиц в процессе оседания, является земное магнитное поле [Храмов, 1968; Dunlop, Ozdemir, 1997 и др.]. Тип анизотропии зависит от формы магнитных частиц и условий седиментации (в частности, горизонтальна или наклонна поверхность осаждения). Чаще всего на формирование магнитной анизотропии одновременно воздействуют все перечисленные факторы, часть из них воспроизводилась в лаборатории для получения количественных оценок взаимосвязей параметров анизотропии и геологических условий [Печерский, 1970; Rees, Woodall, 1975; Ellwood, Howard, 1981; Tarling, Hrouda, 1993]. Результаты лабораторных и натурных экспериментов показывают, что магнитная текстура осадочных пород, в том числе и лессовых отложений, отражает геологические условия их образования. С этой точки зрения нами было проведено изучение магнитной текстуры лессо-во-почвенных отложений средне- и поздненеоп-лейстоценового возраста разреза Белово в Западной Сибири.
ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, СТРОЕНИЕ И СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ РАЗРЕЗА
Разрез Белово расположен в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины в пределах Восточной Кулунды (52.4° с.ш., 83.4° в.д.) (рис. 1). Характерными элементами поверхности Восточной Кулунды являются крупные, однообразно вытянутые в ВСВ направлении гряды (увалы), относительная высота которых достигает более 100 м,
а ширина - 25-40 км. Увалы разделены почти прямолинейно протягивающимися ложбинами, склоны которых всюду пологие и не осложнены эрозионными уступами значительной высоты. Один из таких увалов, где расположен разрез Белово, подходит к берегу р. Оби между поселками Воло-дарское и Вяткино (Порозихинско-Алейский увал). Он ограничен с севера и юга ложбинами, занятыми местными реками (рр. Алеем и Порозихой). Увал формировался более 800 тыс. лет и представляет собой аккумулятивную форму рельефа [Зыкина и др., 2000]. Максимальные абсолютные отметки увала - 270-280 м. Преобладающее направление палеоветров в этом регионе было юго-западным [Москвитин, 1940], западным [Волков, 1971].
Разрез Белово достаточно полно отражает основные этапы осадконакопления четвертичного периода и может рассматриваться как эталонный при изучении стратиграфии квартера Западной Сибири. Геологическое описание разрезов Приобской увалистой равнины (в том числе и Белово) неоднократно приводилось во многих работах [Поспелова, Зудин, 1967; Поспелова 1971; Волков, 1971; Поспелова, Гнибиденко, 1971; Разрез ..., 1978; Фаустов и др., 1986; Архипов и др., 1997; Большаков, 2001; Матасова и др., 2003 и др.], наиболее детальные исследования разреза Белово на современном методологическом уровне выполнены В.С. Зыкиной с соавторами [Зыкина и др., 2000]. Ими за принцип стратиграфического расчленения этого разреза взято выделение циклитов суб-аэрального накопления. Своеобразие ископаемых почв, горизонтов лессов и криогенных деформаций позволило выделить циклиты позднего, среднего и раннего плейстоцена. Стратиграфическая последовательность контролировалась датами, полученными термолюминесцентным и радиоуглеродным методами, биостратиграфическими данными и положением главного магнитостратиграфичес-кого репера - границы Брюнес-Матуяма [Разрез новейших., 1978; Зыкина, Круковер, 1988; Волков, Зыкина, 1991; Архипов и др., 1995; 1997; Zykina, 1999; Зыкина и др., 2000].
Палео- и петромагнитные исследования были проведены на отложениях верхнего неоплейстоцена, включающих горизонты баганско-ельцов-ского ^-е1) и тулинского (А) лессов; искитимско-го и бердского (Ьг) педокомплексов (ПК), а также на большей части отложений среднего неоплейстоцена (горизонты сузунского ^г), чулымского (еЫ) и шибаевского лессов; койнихин-ского (кп) и чарышского (еЬг) педокомплексов). Возраст чулымского лесса по ТЛ-датированию -180 ± 15 тыс. лет, сузунский лессовидный суглинок охарактеризован ТЛ-датой 140 ± 14 тыс. лет [Архипов и др., 1997]. Из нижней почвы бердского пе-докомплекса получена ТЛ-дата в 130 ± 10 тыс. лет, а возраст нижней искитимской почвы по сумме
0 10 20 30 40 км
1_I_I_I_I
область распространения субаэральной формации
Местоположение разреза
Абсолютная высота над уровнем моря, м
Горизонты педокомплекса: '.■■'.■■'.■■• горизонт А'
горизонт А1
горизонт В
горизонт ВС
Рис. 1. Карта-схема распространения субаэральной формации Сибири и местоположение разреза Белово (врезка).
лесс
• 235
е
я
со Я
Я
>
CJ
w
I
я
о о
XLF FD, %
0 40 80 120 0 2 4 6
SIRM ARM ARM/X
10 20 30 40 80 120 0 1 2 3 4 1
SIRM/ARM S MDF
2 3 4 0.8 0.9 1.0 0 40 80 100
el
is
!!MI3
br
sz kn
chl
11
13
15
17
19
21
23
И—I-1-1-1-1-Г "I-1-1-1-г
И-1-1-Г -1-1-1-1—Г" "I-1-1-1-1 I I I
И-1-1-1 —I-1-1 1-1-1-1-1-1-г
частотно-зависимая
Глубина, м
Рис. 2. Литологическая колонка и магнитные характеристики лессов и палеопочв разреза Белово. Единицы измерения: XLF[xl0-8 м3кг-1]; магнитная восприимчивость, FD = (XLF- XHF)XLF х 100, %, (XHF - высокочастотная магнитная восприимчиво
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.