ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 2, с. 80-96
УДК 550.382.3, 551.228(551.263.12)
ФЕРРОШПИНЕЛИ И ПЕТРОМАГНЕТИЗМ СИБИРСКИХ ТРАППОВ (НА ПРИМЕРЕ ТРАППОВ НОРИЛЬСКОЙ СКВАЖИНЫ)
© 2008 г. Ю. С. Геншафт1, Л. В. Тихонов1, В. М. Ладыгин2, Э. М. Спиридонов2, А. Я. Салтыковский1
1Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Поступила в редакцию 08.05.2007 г.
Изучены магнитные характеристики и составы ферромагнетиков образцов траппов из норильской скважины, вскрывшей полный разрез трапповой толщи (около 3 км), представленной 8 магматическими свитами. Самая нижняя - ивакинская свита - состоит из пород субщелочного типа, остальные принадлежат преимущественно к толеитовой серии. Первичные ферромагнитные фазы представлены титаномагнетитами с различным содержанием в твердом растворе ульвошпинели, установлены три моды, характеризуемые содержаниями ТЮ2 14.6, 18 и 23.9 мас.%. Максимально намагничены породы ивакинской свиты, низкая намагниченность установлена для образцов кернов в интервале глубин 1700-2500 м. Различные магнитные характеристики по своим значениям показывают полимодальное распределение. Дополнительно изучены образцы платобазальтов ивакинской свиты из других районов Сибири, Лорийского плато (Армения), Камчатки. В целом титаномагнетиты платобазальтов кристаллизовались в буферных условиях QFM.
РЛС8: 91.65.Cq
Трапповый магматизм, проявленный в разные геологические эпохи на обширных континентальных площадях, до сих пор оставляет много загадок. Как правило, в трапповую формацию входят породы разного петро-геохимического состава, генезис которых является предметом острых дискуссий. В них нашли отражение все мыслимые ныне механизмы формирования магм: прямое выплавление на разных глубинах литосферы, кристаллизационная дифференциация, флюидно-си-ликатный метасоматоз, ликвация, смешение расплавов и т.д. К числу крупнейших магматических провинций принадлежат траппы Восточной Сибири.
Сибирские траппы излились на обширной площади (~4 х 106 км2) в течение короткого промежутка времени (~1 млн лет) на границе перми и триаса - 250 млн лет назад. Наибольшие мощности (~3 км) вулканогенных образований отмечаются в Норильском районе, где глубокая скважина (СД-24) вскрыла полный разрез траппов, состоящий из 8 магматических свит, группирующихся в три петрохимические серии. Трапповый магматизм в Восточной Сибири неоднократно был предметом детальных исследований и рассматривался многими авторами. Обзор этих работ и проблемы, по-прежнему требующие своего разрешения, недавно были опубикованы в монографиях [Спиридонов и др., 2000; Рябов и др., 2000] и приведены Ю.С. Геншафтом (2001), М.Д. Томшиным и др. (2005), Н.Л. Добрецовым (2005). Это послу-
жило одной из причин детального изучения минералогии и петрофизических (прежде всего, петро-магнитных) характеристик траппов. Исследовались образцы траппов из норильской скважины, а также образцы, отобранные в различных местах Сибирской платформы и представляющие породы самой ранней, ивакинской свиты, относящиеся к щелочным разновидностям базальтоидов.
Траппы Сибири представлены тремя основными петрохимическими разновидностями, существенно различающимися по содержаниям оксидов Т и Fe. Выделены: "нормальные толеито-вые" (преобладают), обогащенные Т1 и Fe с повышенными содержаниями щелочей (ферродо-лериты), низкотитанистые пикритоидные ("норильский тип"), которые в целом наименее распространены. По данным [Рябов и др., 2000], толеиты составляют 93%, субщелочные базальтоиды - 6%, пикриты - 1% всего объема извергнутых магм. Обобщение данных по минералогии траппов [Рябов и др., 2000] показало, что основные первичные носители ферромагнитных свойств пород -титаномагнетиты кристаллизуются, преимущественно, в субщелочных базальтах, содержащих наибольшие количества оксидов Fe и Т1. В разрезе, вскрытом норильской скважиной (скважина СД-24 в Хараелахской мульде), эти породы входят в состав самой ранней, ивакинской свиты, но спорадически появляются в других свитах, чаще всего в более верхних - моронговской и хараелахской свитах.
ПЕТРОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сравнительное изучение магнитных характеристик и ферримагнитных минералов сибирских траппов и кимберлитов было выполнено ранее, главным образом для пород Мало-Ботуобинского и Далдыно-Алакитского районов Якутии [Трухин и др., 1989]. Была показана большая изменчивость магнитных свойств этих пород в зависимости от их петрохимической специализации, условий кристаллизации, переменного знака магнитного поля. Термомагнитный анализ показал, что основная ферри-магнитная фракция представлена вторичным низкотитанистым магнетитом. В настоящей работе петромагнитные исследования базальтов включали измерение и анализ ряда стандартных магнитных характеристик: магнитная восприимчивость (K), естественная остаточная намагниченность (Jn), отношение Кенигсбергера (Q), остаточное разрушающее поле (Her), намагниченность насыщения (Js) и ее остаточная величина (Jrs), их соотношение, а также точки Кюри (Тс). Всего было изучено порядка 100 образцов. Магнитные характеристики приведены в табл. 1.
Величины безнагревных магнитных параметров данной коллекции мало отличаются от аналогичных характеристик большинства базальтов земной литосферы, как океанских, так и материковых, что предполагает, в общем, единые условия генерации ферримагнитной фракции, присутствующей в них. Корреляционная зависимость между магнитной восприимчивостью K и намагниченностью насыщения Js, характеризующая в определенной мере единые условия образования титаномагнетитов в магме, отчетлива (R = 0.9). Однако это только на первый взгляд. Если мы будем разбивать магнитную восприимчивость по зонам, то в интервале 0-0.25 коэффициент корреляции R = 0.96 (рис. 1-А), в интервале 0.25-1.25 коэффициент корреляции уже R = 0.32 (рис. 1-Б), в интервале 1.2-2.4 коэффициент корреляции еще меньше R = 0.28 (рис. 1-В). Следовательно, в интервалах 0.25-2.4 ферримагнитная фракция образцов сильно изменена. Величины отношений Jrs/Js указывают на преобладание в вулканитах многодоменных (или близких им) зерен магнитных минералов. Отношения Кенигсбергера в подавляющем большинстве случаев больше 1, что указывает на преобладание остаточной намагниченности над индуктивной. Величины остальных магнитных параметров, как-то: K, Jn, Js, Her, Jst/Js, в допустимых нормах или меньше обычного, что связывается с возрастом вулканитов (граница пермь - триас).
Температуры Кюри базальтов, полученные в результате термомагнитного анализа и определяющие состав ферримагнетика в них, меняются в пределах (от 300 до 600°С), от окисленного тита-номагнетита до магнетита. Это связано с боль-
Js 1.6 1.2
0.8 0.4 0
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
1.0
0.8 0.6 0.4 0.2
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6
1.0 1.5
A
2.0 2.5
R = 0.96
0 0.05 0.10 0.15 Б
R = 0.32 '
0.20 0.25
0.4 0.6 0.
1.0
R = 0.28
В
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
К
Рис. 1. Зависимость К-Л& и коэффициенты корреляции Я для выделенных трех групп.
шим возрастом вулканитов. Примеры зависимостей ^-Т° и второй производной от Т° (точки Кюри определяются по второй производной приведены на рис. 2. В интервале 0-1700 м точки Кюри изменяются в пределах 420-600°С (среднее значение 523°С). В интервале 1700-2500 м точки Кюри изменяются в пределах 420-600°С (среднее
Таблица 1. Магнитные характеристики пород норильской скважины
Н, м К х 102 ед. СИ Дп, А/м 0 18, Ам2/кг ДгеДэ Нсг, мТл Тс, °С МДэ
73 560
77 0.53 1.55 7.35 0.54 0.13 26.0 560 1.05
141 0.75 480 0.65
208 0.48 560 1.07
234 2.05 2.95 3.59 1.06 0.14 3.0 440 0.90
240 530 0.98
314 0.03 0.03 2.70 0.12 0.01 47.0 550 1.08
314.5 0.06 0.03 1.45 0.15 0.06 53.0 550 0.89
315 0.92 0.81 2.22 0.82 0.15 17.0 420 0.76
315.5 2.27 1.82 2.00 1.80 0.20 23.5
329 0.20 0.23 2.86 0.22 0.11 36.5 550 1.10
357 0.65 0.65 2.48 0.79 0.15 500 0.85
371 0.12 420
400 0.25 570 1.23
430 0.23 570 1.02
447 1.02 2.12 5.18 0.74 0.14 16.5
458 0.66 2.64 10.04 1.04 0.14 16.0 560 0.88
464 0.62 1.03 4.19 0.58 0.09 34.0
478 1.65 510 1.02
534 2.19 2.38 2.71 0.99 0.10 3.5 460 0.83
541 1.28 0.75 1.47 1.11 0.12 15.0 500 0.83
579 0.65 510 0.92
650 2.01 2.17 2.70 0.87 0.11 5.0 460 0.78
688 0.52 550 1.37
711 1.70 1.84 2.70 0.90 0.10 5.0 460 0.78
717 1.30 1.33 2.56 1.22 0.13 17.5 580 0.26
762 0.55 0.64 2.92 0.53 0.12 29.0 570 0.84
767 0.27 570 1.39
811 0.66 0.74 2.84 0.71 0.12 26.0 600 0.66
840 1.77 6.23 8.80 1.50 0.20 42.0 560 0.91
935 0.86 500 1.03
978 1.13 500 0.81
1090 0.52 0.22 1.05 0.58 0.21 420 0.86
1147 1.25 500 0.73
1211 0.75 2.97 9.95 0.55 0.11 25.0 500 1.34
1221 0.60 520
1222 0.54 1.88 8.74 0.63 0.11 500 0.93
1271 0.66 510
1289 2.06 1.20 1.45 1.48 0.14 42.0 500 0.71
1299 0.03
1327 1.06 1.33 3.13 0.67 0.10 480 0.84
1364 1.32 0.45 0.85 0.74 0.12 15.0 490
1413 0.73 580
1429 0.71 1.55 5.45 0.65 0.12 26.5 560 2.40
1466 0.37 540
1473 0.25 0.38 3.84 0.29 0.10 33.0 580 0.88
1555 0.15 0.27 4.52 0.21 0.12 37.5 550
1565 0.61 1.27 5.21 0.72 0.14 26.5 550 1.32
1566 0.56 19.0
1579 0.59 550 1.25
1591 0.21 590
ср. знач. 0.82 1.43 3.96 0.77 0.12 24.6 523 0.98
1673 0.03 0.03 2.70 0.10 0.02 3.5 550 0.92
1677 590 1.73
1692 0.03
1695 0.03 0.03 2.31 0.13 0.01 550
Свита
хараелахская
мокулаевская
моронговская
надеждинская
Таблица 1. Окончание
Н, м К х 102 ед. СИ 1п, А/м Q Ам2/кг .Тге/^ Нсг, мТл Тс, °С Свита
1709 0.07 560 2.24
1740 0.21 0.19 2.21 0.23 0.13 34.0 420 0.50
1788 0.05 0.03 1.48 0.12 0.01 550 1.11
1794 0.04 570 1.34
1816 0.04 0.03 1.45 0.12 0.02 28.0 560
1870 0.03
1920 0.03 0.03 2.89 0.12 0.01 5.0 500 0.91
1949 0.03 590 1.05
1978 0.04 0.03 2.35 0.12 0.01 7.0 520 1.51 туклонская
1990 0.03 560
2005 0.03 0.03 2.70 0.12 0.01 28.5
2025 0.03 600
2035 0.03 0.03 2.31 0.11 0.01
2132 0.04 0.03 2.12 0.14 0.01 11.5 450 0.91 гудчихинская
2132 0.03
2133 0.04 0.03 1.99 0.13 0.01 9.5 560
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.