научная статья по теме АМПЛИТУДА ВЕКОВЫХ ВАРИАЦИЙ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВЕРХНЕДЕВОНСКИХ ВУЛКАНИТАХ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «АМПЛИТУДА ВЕКОВЫХ ВАРИАЦИЙ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВЕРХНЕДЕВОНСКИХ ВУЛКАНИТАХ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ»

= ДИСКУССИИ

УДК 550.384.7

АМПЛИТУДА ВЕКОВЫХ ВАРИАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВЕРХНЕДЕВОНСКИХ ВУЛКАНИТАХ

СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ

© 2011 г. М. Л. Баженов, Н. Л. Левашова

Геологический институт РАН, г. Москва Поступила в редакцию 27.05.2010 г.

Мы провели палеомагнитное опробование 60 лавовых потоков верхнедевонских (франских) анде-зито-базальтов Северного Тянь-Шаня. С помощью ступенчатого терморазмагничивания в большинстве потоков была выделена высокотемпературная биполярная компонента намагниченности, первичная природа которой обоснована положительными тестом обращения и тестом галек. В работе показано, что разброс направлений этой компоненты резко различается в нижней и верхней частях толщи: внизу он близок к значениям, предсказываемым различными моделями вековых вариаций геомагнитного поля, а вверху ниже почти в четыре раза. Проведенный анализ показал, что эти различия, скорее всего, связаны с поведением геомагнитного поля. Мы предлагаем гипотезу, согласно которой амплитуда вековых вариаций не является постоянной во времени величиной, как предполагается всеми теоретическими моделями этого явления, но может изменяться в несколько раз на интервалах времени порядка 105—106 лет. В статье обсуждаются возможные следствия этой гипотезы и возможность альтернативных объяснений полученных данных.

ВВЕДЕНИЕ

В очень обобщенном виде, наши знания о геомагнитном поле можно суммировать так [Merrill etal., 1996]:

1) для последних 200 лет известны разложение поля на гармонические составляющие высоких порядков и его вековые вариации с периодами менее года;

2) для последних 2000 лет известны разложение поля на гармоники с порядком ниже трех и вековые вариации с периодами в первые сотни лет;

3) для последних 5 млн. лет доказано, что геомагнитное поле хорошо описывается полем центрального осевого диполя, а вклады более высоких гармоник не превышали 10% [Merrill et al., 1996]. О вековых вариациях известно, что они были (просто исходя из наличия разброса в лавовых толщах), но периоды их неизвестны, а еще недавно казавшаяся надежно установленной зависимость ам-

1

плитуды вековых вариаций от широты плохо под-

1 Амплитуду вековых вариаций часто определяют как стан-

дартное угловое отклонение 5 [Merrill et al., 1996], но с тем

же успехом можно использовать и величины кучности k (s = 81/k0 5). Отметим, что со статистической точки зрения

параметр s плох: его распределение неизвестно, и, самое

главное, на его основе нельзя построить статистических

тестов, например, для сравнения данных по нескольким выборкам. Наоборот, распределение кучности известно, есть статистические тесты [McElhinny, 1974; McFadden, McElhinny, 1990]. В силу этого в данной работе везде использованы соотношения кучностей.

тверждается новыми данными [Johnson et al., 2008];

4) для предшествующих эпох известно, что поле уже существовало как минимум 3 млрд. лет назад и могло менять полярность [Merrill et al., 1996]. О вековых вариациях известно только, что они были, но почти ничего неизвестно об их характеристиках.

Столь резкое уменьшение наших знаний вглубь времен сложилось в силу многих объективных причин: сложностей в выделении компонент естественной остаточной намагниченности и датировании горных пород, очень быстро убывающее с возрастом число объектов исследования, тектонические движения, систематические искажения па-леомагнитной записи; список можно продолжать долго.

Наиболее надежную информацию о многих характеристиках древнего магнитного поля можно получить по мощным лавовым сериям [Merrill et al., 1996]. В англоязычной литературе такие данные обозначают термином "paleo-secular variation for lava, PSVL" (палеовековые вариации в лавах) [Merrill et al., 1996; Johnson et al., 2008], и для результатов такого типа была создана особая база данных. (Так как в русскоязычной литературе соответствующего термина не существует, в этой работе мы используем англоязычную аббревиатуру "PSVL".) В настоящее время сложился ряд требований к качеству отдельного PSVL результата [Johnson et al., 2008]:

1) все образцы прошли полное ступенчатое размагничивание с последующим компонентным анализом;

2) средние направления (или виртуальные геомагнитные полюсы) по потокам подсчитаны не менее чем по трем независимо отобранным образцам;

3) все потоки и/или дайки отобраны в небольшом районе, в пределах которого тектонические движения маловероятны;

4) для выводов о характеристиках древнего поля каждый отдельно рассматриваемый результат должен базироваться не менее чем на 25—30 лавовых потоках и/или дайках (сайтах), но для решения многих задач надо изучить примерно втрое — вчетверо большее число сайтов.

На сегодня подавляющее большинство PSVL данных имеет возраст менее 5 млн. лет, меньше 20 результатов — кайнозойского возраста (5— 65 млн. лет) и около 10 — мезозойского. Долгое время "патриархом" был результат по сибирским траппам с возрастом около 250 млн. лет [Heunemann et al., 2004], но совсем недавно были опубликованы результаты по среднепротеро-зойским (1.1 млрд. лет) [Tauxe, Kodama, 2009; Swanson-Hysell et al., 2009] и позднеархейским (2.8—2.45 млрд. лет) породам [Biggin et al., 2008]. Но двух результатов на почти три миллиарда лет явно недостаточно для очень многих целей, например, для обоснованных выводов об эволюции системы генерации геомагнитного поля; в частности, PSVL результатов совершенно нет для палеозоя.

Такая ситуация связана как с относительной малочисленностью возможных объектов, так и с трудоемкостью исследований. Например, разрезы палеозойских вулканитов, в которых присутствует несколько десятков лавовых потоков, достаточно обычны в Урало-Монгольском складчатом поясе на территории Казахстана и Киргизии, но такие толщи часто оказываются полностью перемагниченными, или же первичную компоненту намагниченности удается выделить в немногих потоках. Так как для ОДНОГО надежного PSVL результата нужны данные по многим десяткам потоков, начинать такую работу вслепую нецелесообразно. Поэтому приходится проводить исследование в два этапа: на первом изучается большое число объектов для решения других задач, например, тектонических, и только самые лучшие объекты выбираются для гораздо более детального опробования. В данном случае, первый этап был выполнен несколько лет назад, когда были получены данные для тектонической интерпретации [Levashova et al., 2007]. В 2009 г. был проведен дополнительный от-

бор, и в этой статье мы представляем первый Р8УЬ результат по породам девонского возраста.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ОПРОБОВАННОГО РАЗРЕЗА

Северный Тянь-Шань расположен в южной части каледонид Казахстана и северной Киргизии в центральной части Урало-Монгольского пояса (рис. 1а), где самыми древними являются докем-брийские шельфовые и рифтогенные комплексы в разрозненных блоках и тектонических покровах. В северной и центральной частях Северного Тянь-Шаня средне-верхнеордовикские разрезы сложены дифференцированными островодужными вулканитами, а на юге и юго-западе преобладают тер-ригенные осадки с горизонтами вулканитов и известняков. На границе ордовика и силура произошли складчато-надвиговые деформации и внедрение мощных интрузий гранитов [Миколай-чук и др., 1997]. Силурийские породы на Северном Тянь-Шане отсутствуют, и девонские субаэраль-ные вулканиты, развитые в изолированных впадинах, обычно залегают на нижнем палеозое с большим угловым несогласием. Согласно или с небольшим угловым несогласием девонские вулканиты перекрыты красноцветными отложениями верхнего девона — нижнего карбона, а субщелочная вулканическая серия конца карбона — нижней перми с размывом и базальными конгломератами перекрывает все более древние образования. Нижнеюрские угленосные осадочные толщи, выполняющие небольшие наложенные впадины, залегают на пермских породах со значительным угловым несогласием, и согласно перекрыты кайнозойскими осадками. Таким образом, район подвергся складчатым деформациям в конце перми — триасе, а в конце кайнозоя альпийскими движениями была окончательно сформирована современная структура Тянь-Шаня.

В урочище Арал на южном склоне Киргизского хребта распространена толща вулканогенно-оса-дочных пород, с резким угловым несогласием залегающих на отложениях нижнего палеозоя — докембрия. В верхах разреза выделена мощная (более 1000 м) аральская свита субщелочных базальтов, андезито-базальтов и трахиандезитов с линзами и прослоями конгломератов, реже известковистых песчаников и туфопесчаников, которые согласно залегают на среднедевонских аркозовых песчаниках (рис. 1б) [Малыгина, Додонова, 1972]. Лавы преимущественно массивные, с дециметровыми пузыристыми краями, но встречаются и полностью миндалекаменные потоки. Потоки имеют мощность от 1 до 10 м, редко больше, и могут быть прослежены по крайней мере на первые сотни метров по латерали. Однако при этом видно, что их

мощности могут заметно изменяться, вплоть до полного выклинивания отдельных потоков и даже пачек. В разрезе есть несколько тонких прослоев осадков и туфов и минимум три слоя конгломератов. Гальки в них представлены в основном риоли-тами, тогда как обломки вмещающих основных лав полностью отсутствуют. В известковистых песчаниках [Башкиров, 1998] найдены фораминифе-ры Bisphaera malevkensis Bis., Cribrosphaeroides cf. simplex Reitl., Parathurammina cf. paulis Byk., которые, по заключению А. В. Дженчураевой (личное сообщение), характеризуют вмещающие слои как позднедевонские, скорее франские. Вулканиты аральской свиты смяты в пологую брахисинкли-наль, но возраст деформации определить не удается из-за отсутствия перекрывающих отложений.

Ранее [Levashova et al., 2007] был изучен моноклинально залегающая нижняя часть аральской свиты, сложенная потоками серо-фиолетовых и черных андезитов и базальтов фис. 1б, 1в). В разрезе L1 на интервале около 100 м было опробованы 9 потоков, начиная от хорошо обнаженного контакта вулканитов с подстилающими терригенны-ми породами. В расположенном южнее разрезе L2 этот контакт не обнажен, и были опробованы 14 потоков на интервале около 150 м, в целом стратиграфически выше разреза L1.

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.

Показать целиком