ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 3, с. 65-72
УДК 550.382.3
ОБОГАЩЕНИЕ ОСАДКОВ ГИДРООКИСЛАМИ ЖЕЛЕЗА НА ГРАНИЦЕ МЕЗОЗОЯ И КАЙНОЗОЯ: ОБОБЩЕНИЕ ПЕТРОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ
© 2008 г. Д. М. Печерский
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: diamar1@front.ru Поступила в редакцию 26.09.2006 г.
В статье обобщаются результаты петромагнитного изучения эпиконтинентальных отложений у границы мезозоя/кайнозоя (K/T). Из полученных результатов следует, что граница K/T отмечена резким подъемом содержания гидроокислов железа. При этом, наиболее высокое их содержание находится в основании пограничного слоя и к верхней его части понижается более чем вдвое. В отличие от гидроокислов железа накопление других магнитных минералов идет по-разному, отражая разное их происхождение и местные условия накопления терригенного материала: например, кос-могенные шарики металлического железа и никеля, перенос по воздуху зерен титаномагнетита вулканического происхождения, терригенный снос продуктов размыва - магнетита, ильменита.
PACS: 91.25.F-
ВВЕДЕНИЕ
Граница мезозоя и кайнозоя (K/T) по многим данным фиксируется повышенной магнитной восприимчивостью океанских и морских отложений. Анализ непрерывных разрезов осадков океана, захватывающих границу K/T, показал [Pech-ersky, Garbuzenko, 2005], что граница K/T нередко отмечается пиком магнитной восприимчивости %. Высокие значения %-пика часто приурочены к эпицентрам активных плюмов. Процесс накопления магнитного материала в осадках растянут во времени от первых десятков тысяч лет (чаще) до сотен тысяч лет, и там, где он наблюдается, этот интервал включает границу K/T и располагается, главным образом, выше границы K/T. Исследователи обычно связывают рост восприимчивости с притоком в осадки терригенного материала, т.е. следовало бы ожидать более высоких значений магнитной восприимчивости океанских осадков близ континентов. Однако в колонках осадков, наиболее близких к континентам, %-пик часто вообще отсутствует.
До последнего времени анализировалось лишь поведение магнитной восприимчивости осадков на границах эр и почти не изучались другие магнитные свойства. Соответственно, практически ничего не было известно о природе пика восприимчивости на границах эр. Этот существенный недостаток восполнен детальными магнитолито-логическими и магнитоминералогическими исследованиями ныне обнажающихся на суше и доступных для непосредственного изучения эпиконтинентальных отложений у границы K/T. В частности,
изучены разрезы Кошак (Мангышлак) [Печерский и др., 2006], Гамс (Австрия) [Grachev et al., 2005; Pechersky et al., 2006], Тепловка (Поволжье) [Mo-lostovsky et al., 2006], Тетрицкаро (Грузия) [Ad-amia et al., 1993]. Обобщению результатов этих исследований посвящена настоящая статья.
Методика петромагнитных исследований перечисленных разрезов подробно описана в вышеупомянутых статьях. Остановлюсь только на определении содержаний магнитных минералов и парамагнитной намагниченности.
По данным термомагнитного анализа в осадках перечисленных разрезов обнаружены гидроокислы железа типа гётита, гемоильменит, магнетит, титаномагнетит и металлическое железо. Для оценки их концентрации по кривой M(T) определялся вклад в величину Mi данного магнитного минерала, и эта величина делилась на удельную намагниченность насыщения этого минерала. Принимались следующие величины Ms [Багин и др., 1988; Нагата, 1965]: для магнетита и титаномагнетита ~90 Ам2/кг, для железа ~200 Ам2/кг, для гемоильменита с Tc выше 300°С - 4 Ам2/кг и с Tc - 250-260°С - 10 Ам2/кг, для гётита - 0.25 Ам2/кг (это средняя удельная намагниченность насыщения гётита, которая варьирует в зависимости от их агрегатного состояния от 0.02 до 0.5 Ам2/кг). Полученные оценки концентрации магнитных минералов, конечно, достаточно условны, но их относительные изменения отражают истинную картину.
"Полная" парамагнитная + диамагнитая часть намагниченности определена по кривой изотермического намагничивания выше поля насыще-
ния при комнатной температуре. Если известна парамагнитная намагниченность при комнатной температуре, то по закону Кюри-Вейса можно рассчитать парамагнитную намагниченность при 800°С. Диамагнитная намагниченность практически не зависит от температуры [Вонсовский, 1971]. Если учесть, что все измерения сделаны в одном внешнем магнитном поле или приведены к одному полю (в таких случаях мы принимаем линейную зависимость величины парамагнитной и диамагнитной намагниченности от поля), то из простых уравнений можно рассчитать парамагнитную намагниченность при комнатной температуре:
Mp + Md = M2o,
Mp/3.644 + Md = M800,
где Mp - парамагнитная намагниченность при комнатной температуре, Md - диамагнитная намагниченность при комнатной температуре, M20 -парамагнитная + диамагнитая намагниченность, она определена по кривой изотермического намагничивания образца при комнатной температуре выше поля насыщения магнитных (магнито-упорядоченных) минералов, присутствующих в образце, M800 - измеренная в том же поле, что и M20 величина намагниченности образца при температуре 800°С. Делитель Mp (3.644) - это отношение температур 1075K/295K.
Из уравнений получается
Mp =1.378(M20 - M800).
Парамагнитная намагниченность фактически определяется общим содержанием железа в породах, сосредоточенного в нашем случае в парамагнитных гидроокислах железа, в гидроокислах железа, обладающих слабым ферромагнетизмом (в первую очередь это минералы группы гётита) и глинистых минералах.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕТРОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Как отмечалось во введении, многими исследователями зафиксирован пик магнитной восприимчивости на или близ границы K/T как в эпикон-тинентальных, так в морских и океанских осадках. Среди известных разрезов непрерывных отложений океанских осадков в трети колонок фиксируется рост магнитной восприимчивости у границы K/T, от очень узкого пика восприимчивости до длительного времени повышенного накопления железа в осадках, охватывающего многие сотни тысяч лет [Pechersky, Garbuzenko, 2005]. Аномальное поведение магнитной восприимчивости в пограничном слое на границе K/T распространено в эпиконтинентальных осадках, по крайней мере, регионально, а возможно и гло-
бально, отражая особенности накопления в осадках железа и магнитных минералов. Оно встречается в двух вариантах в зависимости от литологи-ческого типа разреза: 1) карбонатные отложения Маастрихта сменяются песчано-глинистыми отложениями дания, в этом случае отмечается резкий всплеск восприимчивости в пограничном слое, и выше, в песчано-глинистых отложениях дания ее величина остается повышенной по сравнению с отложениями маастрихта; например, разрезы Гамса (Австрия) [Pechersky et al., 2006], Tепловки (Поволжье) [Molostovsky et al., 2006], Кубалач (Крым) [Ямпольская и др., 2004]; 2) карбонатные отложения близ границы K/T включают тонкие прослои глин, в частности, на границе K/T, в таких разрезах отмечается только резкий пик восприимчивости, приуроченный к слою пограничной глины, например, разрезы Ко-шака (Мангышлак) [Печерский и др., 2006], Тет-рицкаро (Грузия) [Adamia et al., 1993; Pechersky et al., in press], Абат (Оман) [Ellwood et al., 2003]. При этом большинство исследователей склоняются к одному объяснению %-пика: это результат терригенного сноса и накопления магнитных минералов [Молостовский, 1986; Ellwood et al., 2003; Ямпольская и др., 2004 и др.]. В анализируемых разрезах, действительно, во всех случаях фиксируется скачок восприимчивости на границе K/T (рис. 1). Однако вклад в восприимчивость магнитных минералов различен, а чаще преобладает вклад парамагнитного материала, что видно по корреляции величин магнитной восприимчивости и парамагнитной намагниченности (рис. 2). Распределение магнитных минералов наглядно демонстрирует распределение по разрезам остаточной намагниченности насыщения (рис. 3), которое определяется в первую очередь суммарной концентрацией магнитных минералов в осадках, подобно ведет себя и намагниченность насыщения. Из рис. 3 видно, что четко выделяется по Mrs пограничный слой только в разрезе Тетрицкаро, где в восприимчивости преобладает вклад магнитных минералов. Интересно, что в разрезе Ко-шак пограничный слой по Mrs, и Ms совершенно не выделяется, тогда как в находящемся выше на 60 см прослое глины резко возрастают и Mrs, и Ms [Печерский и др., 2006], т.е. концентрация магнитных минералов. Таким образом, явно общим для пограничного слоя (граница K/T) для всех приведенных разрезов является только резко повышенная парамагнитная намагниченность (рис. 4), определяемая во всех случаях в первую очередь содержанием гидроокислов железа. Как видно из рис. 4, содержание гидроокислов железа в разрезах варьирует слабо. При этом, непосредственно в пограничном слое наиболее высокая парамагнитная намагниченность в нижней его части, она достигает 0.06 Ам2/кг (разрезы Гамс и Тетрицкаро) и падает в верхней части слоя более чем в два раза, т.е. от-
ОБОГАЩЕНИЕ ОСАДКОВ ГИДРООКИСЛАМИ ЖЕЛЕЗА
67
Гаме
Тетрицкаро
Тепловка
Кошак
ем 30
20
10
0
-10
-20
ем 20 г*
10 0 -10 -20
-«А1
Г1.
ем 30
-20
ем 20
10
0
-10
-20
Рис. 1. Поведение магнитной воеприимчивоети (х, 10 9 м3/кг) в разрезах Гаме, Тетрицкаро, Тепловка и Кошак.
Мр 60
50
40
30
20
10
Гаме Мр 60
г 50
40
30
•у. 20 10
10
15
20 X
Тетрицкаро
/ /♦
£
Тепловка
10 X
Мр
40 30 20 10
0
У ♦
♦ ✓
а
10
20 X
Кошак
Мр
8 6
V
2Ж+
А
♦у
-1 0
3 X
Рис. 2. Корреляция между магнитной воеприимчивоетью (х, 10 9 м3/кг) и парамагнитной намагниченноетью (Мр, 10-3 Ам2/кг), разрезы Гаме, Тетрицкаро, Тепловка и Кошак.
1
2
ем 30
20 10 0 -10 -20 -30
Гаме
♦♦ ♦
♦♦♦ /
♦
0.5
1.0
♦
У ♦
1.5
Мг<
ем 30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Тетрицкаро
#
—Ч-1
0.1 0.2 0.3 Мг
♦ - ♦
ем 30
20
10
0
-10
-20
-30
г»-3
Тепловка
♦
г
Кошак
♦ ♦
0.05 0.10 Мгк
ем 30
20 10 0 -10 -20 -30
■ ♦ ♦
0.05
♦ 1
♦и
0.10 Мгк
Рис. 3. Поведение оетаточной намагниченноети наеыщения (МГ8, 10 3 Ам2/кг) в разрезах Гаме, Тетрицкаро, Тепловка и Кошак.
см 25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
Гамс
Гам
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.