ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 8, с. 14-24
УДК 550.382
ДЕТАЛЬНАЯ ЗАПИСЬ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВО ВРЕМЯ ОСТЫВАНИЯ МОНЧЕГОРСКОГО ПЛУТОНА
© 2004 г. Д. М. Печерский1, К. С. Бураков1, В. С. Захаров2, И. Е. Начасова1
1Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Поступила в редакцию 18.12.2003 г.
Статья посвящена дальнейшему более детальному палеомагнитному изучению записи геомагнитного поля в процессе остывания Мончегорского интрузива, начатому в 2001 г. [Печерский и др., 2002; 2004]. Исследования проведены на образцах, отобранных через 1-2 м по вертикали в интервале от 100 до 161 м от контакта интрузива. На основании теплофизических расчетов оценен режим остывания интрузива в районе отбора образцов. Рассмотрены предельные случаи: а) "максимальный", когда ансамбль магнитных зерен во всех образцах имеет одну точку Кюри, близкую 580°С, б) "минимальный" случай непрерывного набора точек Кюри от 580 до 540°С в каждом образце. Рассчитанное время остывания интрузива от 576 до 518°С в пределах исследуемого участка разреза - около 70 тыс. лет для "максимального" случая и около 45 тыс. лет для "минимального" случая, время "пробегания" по разрезу температуры 560°С составляет 1.45 тыс. лет. В результате детальной температурной чистки получена картина поведения направления геомагнитного поля а) за время остывания интрузива от 576 до 518°С и б) за время "пробегания" температуры 560°С по разрезу. Наиболее уверенно в изменении склонения и наклонения поля выделяются колебания с периодами около 460 и 10000/7000 лет. Помимо вариаций, на фоне прямой полярности поля зафиксирован экскурс обратной полярности продолжительностью несколько сотен лет.
ВВЕДЕНИЕ
Данная статья посвящена дальнейшему детальному изучению записи геомагнитного поля в процессе остывания Мончегорского интрузива, начатому в 2001 г. [Печерский и др., 2002; 2004]. Единственный объект действительно непрерывной записи поведения геомагнитного поля - это остывающие магматические тела. Отбор образцов из таких тел дает возможность получить два варианта непрерывных записей поведения геомагнитного поля: 1) по изменению намагниченности образцов, приобретенной в одном и том же температурном интервале, от контакта вглубь тела, при этом изотермы блокирующих температур присутствующих в теле магнитных минералов смещаются по мере движения от контакта (где остывание идет быстрее) вглубь тела (где остывание идет медленнее); 2) по изменению намагниченности каждого отобранного образца от точки Кюри присутствующего в нем магнитного минерала до температуры блокирования в процессе остывания магматического тела, где еще фиксируется в пределах точности измерений значимая доля термоостаточной намагниченности, обычно это в случае магнетита около 400°С [Печерский и др., 2002; 2004; Щербаков, Щербакова, 2002]. Мончегорский плутон является подходящим для подобных исследований объектом. Возраст интрузива около 2.5 млрд. лет [Ва^Иоу й а1., 1993; АшеНп й а1., 1995]. Реконструированная полная
мощность интрузива около 3 км, глубина формирования ~10 км, температура вмещающих пород в момент его внедрения превышала 200-250°С [Шарков, 1980]. В интервале 2.0-1.9 млрд. лет назад в западной части Балтийского щита происходили процессы закрытия Свекофенского океана, сопровождавшиеся мощной тектонической перестройкой Кольского региона, в результате которой Мончегорский интрузив был разбит разломами на блоки, и породы подверглись метаморфизму в условиях зеленосланцевой фации. Неизмененные породы сохранились в северной части интрузива, где и проводились палеомагнитные исследования.
На первом этапе палеомагнитных исследований [Печерский и др., 2002; 2004] у всех образцов измерялась величина и направление естественной остаточной намагниченности, магнитная восприимчивость и ее анизотропия; у серии представительных образцов измерены намагниченность насыщения, остаточная намагниченность насыщения, термоостаточная и идеальная остаточная намагниченность, созданные в лаборатории, проведен термомагнитный анализ, измерена остаточная коэрцитивная сила. По данным термомагнитного анализа основными носителями остаточной намагниченности являются магнитные минералы, близкие магнетиту, с Тс = 540-580°С, реже встречается пирротин (Тс = 325°С). Породы интрузива устойчивы к лабораторным нагревам: отношение
восприимчивости, измеренной после нагрева образца до 540-580°C, к ее исходной величине варьирует от 0.8 до 1.08. Это важно для проведения детальной Г-чистки, требующей многократных нагревов образцов до высоких температур.
На втором этапе [Печерский и др., 2004] была проведена детальная термочистка от 280 до 335°C и от 440 до 600°C с шагом 5° (прослеживается изменение остаточной намагниченности, связанной с пирротином и магнетитом соответственно). До Г-чистки проведена предварительная чистка переменным магнитным полем до 10 мТл, чтобы уменьшить вклад магнитно-мягких многодоменных зерен.
Установлено, что в породах в равной мере присутствуют первичная термоостаточная компонента, связанная со стадией остывания интрузива от 580 до 530°C, и вторичная компонента (кристаллизационная и/или химическая), связанная с длительным прогревом при ~400°C и новообразованием магнетита во время свекофенской тектонической перестройки региона 2-1.9 млрд. лет назад. Палеомагнитные направления и координаты полюсов: а) время остывания интрузива - N-ком-понента - D = 305°, I = -15°, а95 = 6.1°, полюс -267.6°E, 5.2°N; ^-компонента - D = 127°, I = 30°, а95 = 9°, полюс - 263.2°E, -4.7°S; б) время вторичного прогрева - D = 334°, I = 33°, а95 = 9.1°, полюс -244.6°E, 37.3°N. Были построены "магнитохроно-логические" колонки по каждому образцу, сводная "магнитохронологическая" колонка с момента остывания интрузива от 580°C выглядит так: М-магнитозона - от 0 до 40-50 тыс. лет, ^-магни-тозона - от 40-50 до 160-170 тыс. лет (субхрон), ^2-магнитозона - от 170 тыс. лет и выше. По надежной части палеомагнитной записи получена картина палеовариаций направления геомагнитного поля, определены основные периоды спектра вариаций, их моды: 2.3 ± 0.5, 6.3 ± 2, 18 ± 4, 44 ± 10, 90 ± 20, 164 ± 10 тыс. лет.
На третьем этапе палеомагнитного изучения Мончегорского интрузива, с целью получения более детальной картины палеовариаций геомагнитного поля, в 2002 г. из наиболее обнаженной части интрузива были отобраны ориентированные образцы через 1-2 м, начиная примерно с расстояния в 100 м от эндоконтакта вглубь тела. Отбор осуществлен A.B. Шацилло. Охвачена вертикальная мощность тела 61 м (это интервал предыдущего отбора между образцами мо-9 и мо-34, который производился примерно через 10 м мощности [Печерский и др., 2002; 2004]). Такой отбор позволяет более детально изучить изменение геомагнитного поля.
МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
Для выделения первичной парциальной термонамагниченности проведена термочистка, режим нагревов: 500, 520, 530, 540°С и далее через три градуса до 580°С. Первые 4 нагрева делались для получения надежной ^-компоненты, которая была обнаружена ранее, главным образом, в интервале 500-550°С [Печерский и др., 2004]. Интервал детальной Г-чистки (540-580°С) выбран, исходя из предыдущих исследований, для максимального исключения кристаллизационной намагниченности и компоненты, связанной с вторичным прогревом интрузива 2-1.9 млрд. лет назад [Печерский и др., 2004]. Нагревы велись в печке, помещенной в четырехслойный экран из отожженного и затем "очищенного" переменным магнитным полем пермаллоя, магнитное поле внутри печки не превышает 10 нТл. Естественная остаточная намагниченность (ИЯЫ) измерялась на магнитометре Ж-4, магнитная восприимчивость - на КЬУ-2.
Специфика решения задачи - выявление небольших изменений остаточной намагниченности на фоне измеряемой величины естественной остаточной намагниченности, намного превышающей эти изменения. Соответственно, в измеряемые изменения величины ИЯЫ входят случайные помехи, вызываемые неоднородными условиями нагрева образцов, их установки в печке, в измерительном приборе, собственно ошибками измерения и т.п. Чтобы избежать систематических ошибок, образцы в печи устанавливались на подставке в разных положениях в разных местах, затем три соседние значения по разрезу или по температуре осреднялись. Ряд кубиков дублированы (проверена повторяемость результата).
Для всех образцов по данным Г-чистки проведен компонентный анализ остаточной намагниченности, при этом использован пакет программ Р. Энкина [Бпкт, 1994]. Для каждого образца получены, во-первых, по данным компонентного анализа направления двух компонент "высокотемпературной" и "среднетемпературной" (названия условные, т.к. обе компоненты высокотемпературные) (табл. 1, рис. 1) и, во-вторых, картина поведения направления естественной остаточной намагниченности (О, I) для каждого трехградусного интервала в зависимости от Тл (лабораторные нагревы), расчетной Ть и расчетного относительного времени остывания (см. ниже).
Основной признак надежности полученных палеомагнитных направлений - близость выделяемых компонент ИЯЫ в определенном температурном интервале к среднему по всему разрезу палеомагнитному направлению, которое выделено выше 540°С [Печерский и др., 2004]. Чтобы отнести такую компоненту ИЯЫ к определенному
160 140 120 100 80
60 50 40 30 20 10 0
320 280 240 200 160 120 80
28 8 -12 -32 -52
В
(а)
(б)
В
(в)
М
(г)
30 40 метры
Рис. 1. Изменения направления геомагнитного поля, полученные в результате компонентного анализа результатов термочистки ЫЯМ образцов вдоль разреза: (а) - склонение В; (б) - наклонение I, полученные в интервале 500-540°С; (в) - склонение В; (г) - наклонение I, полученные в интервале 540-576°С.
Температура, °С 575
565 555 545 535 525
— 100 — 160
515
0.11 0.13 0.15 0.17 0.19
Время, млн. лет
Рис. 2. Динамика изменения температуры Ть с течением времени t при остывании Мончегорского плутона в двух точках (160 м от контакта - верхняя кривая и 100 м от контакта - нижняя кривая). Время отсчиты-вается от момента внедрения интрузии.
интерв
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.