ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 1, с. 127-136
УДК 552.5:552.08:537.6 (571.64)
ПЕТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ОСАДКОВ ОЗЕРА ПЕРНАТОЕ (ОСТРОВ ПАРАМУШИР, КУРИЛЬСКАЯ ГРЯДА) КАК ПОКАЗАТЕЛИ ИЗМЕНЕНИЙ УСЛОВИЙ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ © 2013 г. П. С. Минюк1, Т. В. Субботникова1, П. М. Андерсон2, А. В. Ложкин1
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт ДВО РАН г. Магадан, Россия 2Вашингтонский Университет, Центр четвертичных исследований, г. Сиэтл, США
Поступила в редакцию 10.01.2012 г.
Озеро Пернатое расположено на о. Парамушир Курильской гряды в области распространения песчаных дюн. Осадки озера относятся к голоцену, мощность их достигает около 7 м. Выделены болотные, морские и озерные фации. Петромагнитные свойства осадков отражают изменения условий осадконакопления. Для морских фаций характерны низкая концентрация магнитных минералов, значительная доля парамагнитной составляющей намагниченности, псевдооднодоменные частицы магнетиков, наличие сульфидов железа, представленных пиритом. Пирит часто расположен в диа-томеях в виде цепочек, сферул, кристаллов. Озерные фации сильномагнитные, с многодоменными частицами преимущественно титаномагнетита и продуктов его окисления титаномаггемита и магнетита. Пески и песчанистые алевриты характеризуются максимальными значениями магнитных параметров и отражают этапы эоловой активности, совпадающие с похолоданиями климата и регрессиями моря. По магнитным свойствам выделено 4 этапа активного эолового осадконакопления в голоцене.
DOI: 10.7868/S0002333713010092
ВВЕДЕНИЕ
Петромагнитные характеристики широко используются при исследованиях изменений природной среды по озерным отложениям [Tracking..., 2002]. На островах Курильской гряды озера можно объединить в две группы — прибрежные, образованные в результате закрытия лагун вследствие регрессий моря, и озера, заполняющие кратеры вулканов. Последние, из-за гипсометрического положения и больших глубин, часто труднодоступны для бурения.
Исследование прибрежных озер проводились в рамках международного (США—Россия—Япония, рук. Б. Фицхью) Курильского Биокомплек-ного проекта, направленного на изучение различных аспектов археологии, геологии, геофизики, биологии, палеогеографии островов. Всего изучено 8 озер Северных, Центральных и Южных Курил. В данной работе представлены материалы изучения озера Пернатое (о. Парамушир).
МАТЕРИАЛ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ
Озеро Пернатое расположено на южной окраине о. Парамушир Курильской гряды. Его длина составляет 1.35 км, ширина — 0.6 км, периметр — 5.6 км, площадь воды — 0.47 км2, максимальная глубина — 1.8 м (рис. 1).
Озеро с окружающими его озерными террасами отделено от берега моря поясами песчаных дюн высотой до 15—30 м. Протяженность поясов достигает 3 км, ширина — 0.8 км. На мористой стороне поясов подножья дюн спускаются к пляжам. Ориентировка поясов северо-запад—юго-восточная, дюны ориентированы с запада на восток. Образование и преобразование дюн связано с ветрами, дувшими со стороны акваторий [Пахо-мов, 2011].
Из центральной части озера пробоотборником Ливингстона [Wright et al., 1984] пробурены три скважины (рис. 1). Осадки скважины PER3 изучались геохимическим, палеомагнитным, палинологическим и диатомовым методами.
Гистерезисные параметры, включая остаточную намагниченность насыщения (/к), намагниченность насыщения (Js), индуктивную намагниченность (Ji), коэрцитивную силу (Hc), остаточную коэрцитивную силу (Hcr), измерены на автоматическом коэрцитиметре J-meter [Буров и др., 1986]. Максимальная индукция поля составляла 500 мТ. Относительное содержание парамагнитной компоненты намагниченности рассчитывалось по формуле [J (при 500 мТ) — J (ферромагнитная компонента) ]/Ji (при 500 мТ). Термомагнитный анализ (Js—T) выполнен на магнитных весах в поле индукции 500 мТ [Буров и
Рис. 1. Местоположение озера Пернатое.
др., 1986]. Образцы грелись до 700°С со скоростью нагрева около 100°С в минуту.
Измерения магнитной восприимчивости (МВ, к) и исследование ее при высоких температурах проведены на многофункциональном каппаметре MFK1-FA c термоприставкой CS-3 (AGICO Ltd.). Скорость нагрева и остывания составляла около 12—13°С/мин, максимальная температура нагрева — 700°С. Магнитная восприимчивость некоторых образцов измерена в полях 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700 А/м.
Количественный элементный состав отдельных зерен минералов определен на микроанализаторе Camebax. Анализ выполнен на следующие элементы: Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, Fe, Mn до и после нагревов. Предел обнаружения составлял: для Na — 1%, для Al, Si — 0.8%, для остальных элементов — 0.5%. Некоторые образцы железосодержащих минералов исследованы на приборе Qem-scan (Австралия), включающем растровый микроскоп EV0-50 с энергодисперсионной системой Quantax Espirit (Bruker).
ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
В разрезе скважины РЕЯ3 выделяются три ли-тологических слоя.
Слой 1, глубина 0—429 см. Бурый, песчаный алеврит с прослоями черного тонко-среднезер-нистого песка на глубинах 13.0—30.0, 122.0—152.5, 177.5-180.5, 225.0-230.0, 250.5-251.5, 380.0391.0, 429.0-432.5 см.
Слой 2, глубина 429—646 см. В нижней части слоя (гл. 505-646 см) залегает гомогенный, массивный алеврит, в верхней части (гл. 429-505 см) - песчанистый алеврит. В основании слоя (гл. 642-643 см), а также в береговых обнажениях северо-западной части озера отмечается прослой светлой тефры, возможно, коррелятной с тефрой Курильской кальдеры с возрастом 7600 лет [Ропо-mareva е! а1., 2004].
Слой 3, глубина 646—696 см. Плотный бурый торф с незначительной примесью песка.
Радиоуглеродные датировки органических остатков, приведенные в таблице 1 [Ложкин и др., 2010], свидетельствуют о голоценовом возрасте осадков.
Таблица 1. Радиоуглеродные датировки осадков озера Пернатое
№ образца Скв. Глубина, см Возраст, лет
CAMS-133391 PER3 37.0 2180 ±40
CAMS-137160 PER3 80.0 2760 ± 35
CAMS-137384 PER3 584.0-586.0 7325 ± 30
CAMS-133390 PER3 646.0-646.5 8160 ±40
CAMS-133392 PER3 667.0-668.0 8790 ± 50
CAMS-133389 PER3 основание 10000 ± 40
МВ, 10-3 СИ Js, A/м Jrs, A/м Hc, мТ Hcr, мТ (/i-/s)//i Jrs/Js Hcr/Hc
О 0 20 40 60 0 5 10 0 0.2 0 10 20 40 0 10 100 0 0.5 0 0.2 0 5 10 0-i- -1-1-г
1-
S 2-
of Я
s
vo i ^ 3£
5----■-
I Песок - -
Алеврит песчаный
___Алеврит |Х:С;Торф
Рис. 2. Литология, магнитные и гистерезисные характеристики осадков скв. PER3.
1
4
2
3
7
0.3 0.2 0.1
0
(а)
о *
PSD
123456789 10
Hcr/Hc
10
5
/м
< 0
S"
—5
10
(б)
17 Г
- J 1 1 Jrs/Js = 0.03 Hcr/Hc = 85 1 1
0.08 0.04
0
-0.04 -0.08
(в)
606
Jrs/Js = 0.2 Hcr/Hc = 3.7 1 1 1
1 1
-400-200 0 200 400 Магнитное поле, мТ
400-200 0 200 400 Магнитное поле, мТ
Рис. 3. Диаграмма Дея [Day et al., 1977] — (а) и типичные гистерезисные характеристики для сильно- (б) и слабомагнитных (в) осадков. MD (PSD) — многодоменные (псевдооднодоменные) частицы, Js — намагниченность насыщения, /rs — остаточная намагниченность насыщения, Ji — индуктивная намагниченность, Hc — коэрцитивная сила, Hcr — остаточная коэрцитивная сила, открытые символы — образцы с глубины 0—505 см, залитые символы — образцы с глубины 505—696 см, пунктирная линия — кривая до корректировки на парамагнитную намагниченность.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Магнитные величины осадков зависят от литологии и изменяются в широких пределах. Пески имеют максимальные значения МВ, /8, /к, массивные алевриты и торф — минимальные (рис. 2). Нижняя часть разреза характеризуется пониженными значениями /8, /Г8, высокими значениями Нсг, Нс и отношением /Г8//8. Наблюдается направленное увеличение отношения Нсг/Нс снизу вверх по разрезу.
Отношения гистерезисных характеристик Jrs/Js и Hcr/Hc вынесены на диаграмму Дея [Day et al., 1977], что позволило оценить доменное состояние магнитных минералов. Осадки с интервала глубины 505—696 см группируются преимущественно в области псевдооднодоменных частиц, в то время как магнитные частицы из верхней части разреза (гл. 0—505 см) тяготеют к многодоменному состоянию (рис. 3a).
Таблица 2. Химический состав титаномагнетитов (глубина 17 см) по данным микроанализа
Зерно Анализ Fe Т1 А1 МБ Мп Сг Si V S 7п N1 ++
1 1 73.65 7.16 5.63 3.56 0.23 0.12 - 0.13 0.02 - - 90.50
1 2 72.84 7.15 5.88 3.64 0.38 - 0.11 0.13 - 0.23 - 90.36
2 1 72.52 7.02 5.17 3.67 0.31 - 0.06 0.13 - 0.07 - 88.95
2 2 71.76 6.79 5.55 3.49 0.28 0.01 0.08 0.13 - 0.03 - 88.11
5 1 71.05 7.67 5.19 3.08 0.43 0.23 0.06 0.18 - - - 87.89
5 2 72.28 7.69 4.60 3.34 0.32 0.18 0.01 0.18 - - - 88.60
6 1 68.44 4.81 8.55 5.11 0.27 0.16 0.01 0.12 0.01 0.25 - 87.73
6 2 68.08 5.13 7.80 4.82 0.20 0.17 0.01 0.11 0.01 - 0.02 86.35
Примечание. Определения Мп, Сг, Si, V, S, Zn, N1 ниже предела обнаружения.
Намагниченность осадков нижней части разреза включает значительную долю парамагнитной составляющей (рис. 2).
Количественный микроанализ (СатеЬах) некоторых зерен из магнитной фракции песков показал, что минералы представлены титаномагне-титами (титанистыми магнетитами) с содержанием Fe (68-74%), титана - в среднем 6.7%. В значимых количествах титаномагнетиты содержат примесь А1 - 6% и Мб - 3.8% (табл. 2). Состав и строение отдельных полированных зерен исследованы на приборе QemScan. Изображение типичной структуры зерен в режиме обратнорас-сеянных электронов показано на рис. 4а. Полуколичественный анализ, выполненный энергодисперсионной спектроскопией, выявил, что монотонные области зерен (анализ 1, рис. 4а, 4в) включают Fe (58.5%), Т1 (5.9%), О (21.4%) и незначительную примесь алюминия и магния, что согласуется с данными микроанализа, проведенного на Camebax. В одном зерне обнаружен халькопирит (анализ 2, рис. 4а). Характерная трещино-ватость зерен, особенно в краевых частях (темные участки на рисунке 4а), обусловлены, видимо, низкотемпературным окислением. Для темных участков отмечается меньшее содержание железа, примерно на 10%, по сравнению со светлыми, при равных содержаниях титана.
В единичных зернах видны следы высокотемпературного окисления. Продукты окисления представлены магнетитом с низкими содержа
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.