ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 3, с. 64-85
УДК 550.382
ПОВЕДЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ТЕЧЕНИЕ ОСТЫВАНИЯ МОНЧЕГОРСКОГО ПЛУТОНА
© 2004 г. Д. М. Печерский1, К. С. Бураков1, В. С. Захаров2, Е. В. Шарков3
1Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 3Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, г. Москва
Поступила в редакцию 31.12.2002 г.
Статья посвящена результатам детального палеомагнитного изучения образцов Мончегорского интрузива. По сравнению с предварительными результатами [Печерский и др., 2002] уточнена природа естественной остаточной намагниченности и координаты полюсов. В породах примерно в равной мере присутствуют первичная термоостаточная компонента, связанная со стадией остывания интрузива от 580 до 530°С, и вторичная компонента (кристаллизационная и/или химическая), связанная с прогревом при ~400°С и новообразованием магнетита во время Свекофенской тектонической перестройки региона 2-1.9 млрд. лет назад; координаты полюсов соответственно 265.3°E, 1.3°N и 244.6°E, 37.3°N. Предлагается ряд объяснений несовпадения полюса первичной компоненты с APWP Балтийского щита. Проведены теплофизические расчеты времени остывания интрузива. Построены "магнитохронологические" колонки по каждому образцу, сводная "магнитохронологическая" колонка с момента остывания интрузива от 580°С и ниже выглядит так: М-магнитозона - от 0 до 40-50 тысяч лет, ее верхняя граница в верхней части разреза смещается до 20 тысяч лет, Ä-магни-тозона - от 20-50 до160-170 тысяч лет (субхрон), ^2-магнитозона - от 170 тысяч лет и выше. В верхней части разреза, отделенной разломом, N-полярность охватывает всю колонку ~1 млн. лет. По наиболее надежной части палеомагнитной записи получена картина палеовариаций направления геомагнитного поля, определены основные периоды спектра палеовековых вариаций, их моды: 2.3 ± 0.5, 6.3 ± 2, 18 ± 4, 44 ± 10, 90 ± 20, 160 ± 10 и 340 ± 30 тысяч лет. Спектр похож на спектр вековых вариаций в позднем кайнозое.
ВВЕДЕНИЕ
Данная статья посвящена дальнейшему палео-магнитному изучению Мончегорского интрузива с целью выявления записи тонкой структуры геомагнитного поля в процессе его первичного остывания. Единственный объект действительно непрерывной записи поведения геомагнитного поля -это остывающие магматические тела. В каждом отобранном образце детальная термочистка позволит прочесть запись поведения геомагнитного поля в процессе остывания магматического тела в точке отбора образца от точки Кюри присутствующего в нем магнитного минерала до температуры блокирования, где еще фиксируется в пределах точности измерений значимая доля термоостаточной намагниченности. Надежная запись требует присутствия в образце в основном одно-доменных зерен.
Одними из наиболее перспективных объектов для подобных исследований являются крупные расслоенные интрузивы, где ясна последовательность формирования пород в пределах единого тела. Их затвердевание происходит путем продвижения снизу вверх маломощной зоны кристаллизации, в результате чего в интрузивной камере устанавливается три главных элемента: 1) уже затвер-
девшая часть интрузива, 2) зона кристаллизации мощностью 3-4 м и 3) главный объем расплава [Шарков, 1980]. Поскольку по мере затвердевания расплав в интрузивных камерах, а вместе с ним и термальный максимум постоянно смещается вверх, их уже затвердевшие части последовательно охлаждаются вплоть до точки Кюри присутствующих в них магнитных минералов, непрерывно фиксируя состояние магнитного поля.
Мончегорский плутон подходит для подобных исследований, т.к. после своего формирования практически не подвергался деформациям и заметному термальному воздействию. Здесь в 2001 году А.В.Шацилло отобрал ориентированные образцы от эндоконтакта в глубь тела. Охвачена мощность около 400 м. В том же году проведены пет-ромагнитные и палеомагнитные измерения образцов, рекогносцировочная термочистка от 100 до 580°С (12-15 шагов чистки) [Печерский и др., 2002]. По этим данным основными носителями намагниченности в интрузиве являются одно- и многодоменные тонкие выделения магнетита (Hcr = 12-37 мТл; Tc = 550-585°С), их концентрация обычно менее 0.1%. Породы оказались устойчивыми к лабораторным нагревам: отношение восприимчивости, измеренной после нагрева об-
разца до 540-580°С, 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. В результате термочистки и компонентного анализа ее результатов выделены три древние компоненты ИЯМ: 1) "низкотемпературная", ниже 500°С, 2) "сред-нетемпературная" - между 500 и 540°С, 3) "высокотемпературная", выше 540°С. Последние две компоненты относятся ко времени остывания интрузива и имеют противоположную полярность. Отмечаются: а) положительный тест обращения и, частично, тест обжига; б) независимость палеомагнитных направлений и магнитной полярности от состава пород (перидотиты, пироксе-ниты), содержания и состава магнитных минералов (магнетит с разными точками Кюри, пирротин), от доменного состояния магнитных зерен, в) рост магнитной анизотропии у контакта интрузива и изотропность интрузива с удалением от контакта, типичные для магматических тел, г) понижение палеонапряженности на границах смен магнитной полярности. Все это в совокупности с отсутствием вторичных изменений пород интрузива позволяет говорить о первичной термической природе компонент ИЯМ выше 500°С и считать, что разная полярность компонент ИЯМ есть результат изменения полярности геомагнитного поля в ходе остывания интрузии.
Координаты палеомагнитного полюса, определенные по средне- и высокотемпературной компоненте (8.3°^ и 272.9°Е [Печерский и др., 2002]) близки участку APWP Балтийского щита ~2300 млн. лет назад [Б1шт§ й а1., 1993]. Этот результат не соответствует возрасту Мончегорского интрузива, что, возможно, связано с перемаг-ничиванием пород интрузива либо это результат тектонических движений.
По предварительным теплофизическим оценкам [Печерский и др., 2002] изотерма Кюри магнетита от нижнего контакта до центра интрузива "пробегает" за ~104 лет. От 580°С до 500°С плутон остывал ~105 лет. Следовательно, на основании Г-чистки через 5° можно фиксировать события геомагнитного поля продолжительностью более 5000 лет. Можно говорить о преобладании прямой магнитной полярности за время "пробега-ния" температуры Кюри от края к центру интрузива. На этом фоне зафиксированы три "всплеска" обратной полярности, продолжительность каждого менее 1000 лет. Они характеризуются пониженной в несколько раз величиной палеонапряженности по сравнению со средней палеона-пряженностью (На ~ 20 мкТл) для относительно устойчивых по направлению поля участков разреза интрузива. Через ~150-200 тысяч лет, когда плутон остыл до ~500-520°С, нижняя часть разреза в это время имела обратную магнитную по-
лярность, в верхней части разреза преобладала прямая полярность.
Настоящие исследования должны уточнить картину поведения направления геомагнитного поля в течение остывания интрузива, уточнить координаты палеомагнитного полюса.
КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Кратко остановимся на некоторых особенностях геологического строения Мончегорского плутона с точки зрения палеомагнитных исследований. Более подробная характеристика приведена в предыдущей статье [Шарков, 1980; Печерский и др., 2002].
Мончегорский плутон является частью крупного раннепалеопротерозойского расслоенного Мончегорского интрузивного комплекса, расположенного в центральной части Кольского полуострова. Возраст Мончегорского интрузива -2.5 млрд. лет [Ва^Иоу й а1., 1993; ДшеИп й а1., 1995]. Разрез Мончегорского интрузива определяется преимущественным развитием ультрама-фитовых кумулятов [Козлов, 1973; Шарков, 1980]. По профилю отбора ориентированных образцов в нижней части разреза обнажаются перидотиты с прослоями пироксенитов, мощность пачки 100 м. Выше располагается зона мощностью ~200 м ритмичного переслаивания оливиновых ортопироксенитов и ортопироксенитов. Верх изученного разреза сложен бронзититами. Из рудных минералов в шлифах отмечен только хромит (в перидотитах). Реконструированная полная мощность интрузива около 3 км, верхняя его часть (~1 км) уничтожена эрозией. Глубина формирования интрузии менее 10 км, о чем свидетельствует отсутствие и лишь изредка появление реакции между основными плагиоклазами и оливинами, которая происходит при давлении около 5 кбар. Мончегорский плутон практически не подвергался пликативным деформациям и метаморфизму, метаморфические изменения здесь локализованы главным образом в зонах разломов, их температура не превышала условий зеленосланцевой фации (300-400°С). Первичное залегание интрузива заметно не нарушено, а небольшие колебания элементов залегания расслоенности - первичные.
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. Возникли региональные разломы, поделившие территорию на ряд крупных блоков северозападного простирания, одним из которых является Центрально-Кольский, на западном окончании которого и расположен Мончегорский комплекс. С запада этот блок ограничен региональным Центрально-Кольским разломом, в зону активности
которого и попадает рассматриваемый комплекс [Шарков и др., 2002]. С юга на восточную часть плутона надвинуты раннепалеопротерозойские вулка-ногенно-осадочные образования серии Имандра-Варзуга одноименной рифтогенной структуры, благодаря чему свежие неизмененные породы здесь сохранились только в его северной части, самые же южные части плутона, расположенные в предгорьях горы Вуручуайвенч, преобразованы в условиях зеленосланцевой фации.
МЕТОДИКА ПАЛЕОМАГНИТНЫХ И ПЕТРОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
На предварительном этапе [Печерский и др., 2002] у всех образцов измерена величина и направление естественной остаточной намагниченности (ИЯМ или Jn) на магнитометре ,Ж-4, магнитн
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.