Основные методические приемы палеомагнитного анализа геологических комплексов для решения вопросов палеотектоники

Главной целью настоящего раздела является краткое описание ставших стандартными методик и приемов палеомагнитного анализа, необходимое для наиболее полного понимания фактического материала, получаемого в результате лабораторных экспериментов.

Объект исследования, особенности подготовки и опробования.

Любое геологическое исследование начинается с выбора непосредственно объекта, наиболее пригодного для решения поставленной задачи, и его опробования. При магнитотектонических исследованиях этот первый шаг часто определяет качество конечного результата. В зависимости от поставленной перед палеомагнитологом тектонической задачи выбор объекта и специфика его опробования будет несколько отличаться. Однако, как правило, основной целью является определение направления первичной компоненты естественной остаточной намагниченности, синхронной времени формирования геологического тела. Именно этот набор цифр является базовой информацией для палеотектонических реконструкций. Поэтому, кроме стандартных общепонятных критериев, таких как доступность, удобство опробования, достоверность и оптимальность геологических сведений о происхождении, степени сохранности, возрасте формирования и структурном положении, при выборе «идеального» объекта необходимо учитывать ряд критериев, связанных со спецификой палеомагнитных исследований. К ним можно отнести тип и состав горных пород, которые определяют возможность присутствия магнитных минералов в концентрации достаточной для измерения остаточной намагниченности пород, а также наиболее вероятный вид намагниченности и стабильность ее компонент, обусловленные генезисом породы и степенью ее сохранности. Одним из ведущих критериев при выборе объекта исследований является возможность постановки полевых тестов, позволяющих провести последующее датирование стабильных компонент NRM (о применяемых тестах смотри ниже). Немаловажным условием является однородность объекта, т. е. закономерное распределение концентраций магнитных минералов. Соответственно, выбор будет более эффективен при наличии или проведении в полевых условиях хотя бы минимума магнитных измерений, в том числе измерений магнитной восприимчивости, как параметра, чувствительного к концентрации магнитных минералов. Наиболее предпочтительными для решения палеотектонических задач являются изверженные породы, обладающие термоостаточной намагниченностью, стабильность и сохранность которой наиболее высокая, а также мелкозернистые терригенные породы с характерной ориентационной намагниченностью и высокой концентрацией мелких магнитных частиц, способных к упорядочиванию по направлению магнитного поля, действовавшего на момент формирования породы. Поскольку гипотеза центрального осевого диполя, используемая при магнитотектонических исследованиях, предполагает, что восстанавливаемое поверхностное геомагнитное поле должно быть усреднено за промежутки времени до 105 лет (вековые вариации), то стратегия опробования выбираемого объекта должна обеспечить выполнение этого условия. Практикой установлено, что для получения надежного среднего направления NRM необходима коллекция не менее чем из 10 образцов, охватывающая интервал не менее чем 0,1−1 млн лет (рис. 12) [Butler, 1992].

Для построения траекторий кажущегося движения полюсов, решения магнитотектонических задач регионального плана, отбор образцов должен быть произведен в нескольких далеко друг от друга отстоящих местах и описывающих один и тот же интервал геологической истории единого тектонического элемента. Это позволяет избежать зависимости результатов от особенностей локального поля, проявлений процессов, связанных с локальной тектоникой, и дает возможность провести осреднение вековых вариаций при восстановлении географического положения искомого палеомагнитного полюса (более подробно см. главу 4). Каждое конкретное место отбора палеомагнитных образцов палеомагнитологи обычно называют сайт (от англ. site). Сайтом может быть обнажение отдельного пласта (горизонта) в осадочном разрезе или единое геологическое тело (поток лавы, дайка, шток и т. п.) при изучении комплекса магматических или изверженных формаций. В таком случае, среднее по сайту направление NRM представляет собой запись направления геомагнитного поля в месте отбора в течение интервала времени (в идеале — короткого), отвечающего образованию стабильной компоненты намаг;

Рис. 12. Зависимости оценки углового стандартного отклонения S и доверительного интервала а₉₅ от числа определений N.

Увеличивающееся число направлений выбиралось из фишеровской совокупности направлений с угловым стандартным отклонением 0₆₃ = 15° (к = 29,2) (заимствовано из [Butler, 1992]).

ниченности. Отбор же в нескольких сайтах обеспечивает адекватную полноту и достоверность этой записи.

В магнитотектонике мы имеем дело с векторными величинами, соответственно, образцы для палеомагнитного анализа должны быть ориентироваными. Способы ориентирования образцов несколько различаются и детально описаны в ряде методических работ [Палеомагнитология, 1982; Butler, 1992; Шипунов, 1994 и др.], но, в целом, сводятся к тому, чтобы обеспечить возможность последующего однозначного восстановления положения образца и соответственно установленной в нем компоненты намагниченности в пространстве на момент отбора. Такое направление вектора намагниченности называют направлением in situ, т. е. направлением в современной географической системе координат. Для восстановления направления вектора на момент формирования породы (в древней, стратиграфической системе координат), а именно это является одной из главных прямых задач магнитотектонических исследований, необходимо учесть структурное положение опробованного объекта или ввести так называемую «тектоническую поправку» (tilt corrected). Поскольку геологические тела могут изменить свое пространственное положение не только в результате общего генерального дрейфа террейна, но и в результате тектонических процессов, связанных с деформациями толщ горных пород (складкообразования), то для перевода направления вектора из современной системы координат в древнюю необходимо восстановить первичное залегание опробованного участка геологического разреза, т. е. положение образца до смятия пласта в складку. При этом предполагается, что при складкообразовании породы претерпевают простое вращение, заключающееся в повороте на некоторый угол вокруг горизонтальной оси (рис. 13.) [Шипунов, 1994]. Таким образом, при выборе и опробовании объекта исследований одной из важнейших задач является строгий геолого-структурный контроль, связанный с необходимостью определения палеогоризонтали (первичного залегания толщи пород на момент ее формирования). Координаты вектора намагниченности в современной и древней системах координат связаны простыми формулами (см. например [Шипунов, 1993]) и для пересчета из одной системы координат в другую необходимо знать только положение оси вращения и угол вращения, которые полностью определяются элементами залегания геологического тела [Шипунов, 1993, 1994].

Рис. 13. Изменение положения вектора намагниченности после складкообразования (заимствовано из [Шипунов, 1994]).

Ориентирование образцов производится с помощью горного компаса, при этом необходимо учесть местное магнитное склонение и по возможности избежать искажений, связанных с влиянием сильномагнитных пород. Как правило, для корректировки измеренного с помощью горного компаса направления используют солнечный азимут. Эта процедура проста и детально описана в [Храмов, Шолпо, 1967]. Как правило, образцы отбираются либо штуфами (ориентированными блоками пород), либо с помощью специальных приспособлений — портативного бура с алмазной режущей головкой и водяным охлаждением и приспособления для ориентирования керна. Этот метод опробования хорош тем, что позволяет легко получать образцы из наиболее разнообразных обнажений, при этом точность ориентировки образца существенно выше (не более ±2°), а влияние экзогенных факторов максимально снижено. Привязка точек опробования — сайтов — осуществляется по геологической карте и при помощи спутниковой системы глобального позиционирования GPS. В лабораторных условиях отобранные штуфы/керн распиливаются на стандартные образцы — кубики/цилиндры, размер которых обусловлен используемой для исследований аппаратурой.