Приемы анализа трендов КДП для восстановления кинематических параметров дрейфа и взаимных перемещений террейнов

Несмотря на рассмотренные выше недостатки и некоторый элемент субъективизма при интерпретации палеомагнитных данных, методы, включающие сравнения «одноуровневых» (построенных на основе одних и тех же принципов) трендов КДП различных тектонических единиц, предоставляют гораздо больше информации для палеотектонических построений и не уступают по своей обоснованности более традиционным методам палеогеографии.

В первую очередь, согласованные ряды палеомагнитных полюсов позволяют решить внутреннюю проблему палеомагнетизма, связанную с обоснованием истинной полярности палеомагнитных направлений в глубоком прошлом, при условии их достаточно детальной проработки. Это дает возможность вдвое сократить количество возможных вариантов интерпретаций палеогеографического положения реконструируемых тектонических единиц на основе палеомагнитных определений. Появляется возможность, в первом приближении, оценивать вероятное время приобретения породами намагниченности, для тех вновь полученных палеомагнитных определений, возрастная оценка которых недостаточно ясна или геологический возраст пород дискуссионен. В качестве примера можно привести результаты исследований терригенных пород багдаринской толщи (Западное Забайкалье) [Метелкин и др., 2006], традиционно считавшейся позднедокембрийской или кембрийской. Первые же кондиционные (обоснованные тестами обращения и складки) палеомагнитные данные по пестроцветным песчаникам и алевролитам багдаринской свиты привели авторов к выводу об их вероятном позднедевонском возрасте. Рассчитанное по среднему направлению стабильной компоненты намагниченности положение виртуального геомагнитного полюса (9.6° с. ш., 145.2° в. д.) совпадает с положением палеомагнитного полюса Сибирской платформы для рубежа 360 млн лет [Печерский, Диденко, 1995], что отвечает согласно Международной стратиграфической шкале [Gradstein et al., 2004] границе девона — карбона. С учетом ошибки определения (А₉₅ для полюса — 10.1°) рассчитанный полюс соответствует ТКДП Сибирской платформы [Печерский, Диденко, 1995] в интервале 380 — 340 млн лет (от франского яруса верхнего девона — до турнейского яруса нижнего карбона) [Метелкин и др., 2006]. Одновременно это предположение нашло подтверждение палеонтологическим находкам [Руженцев и др., 2005, 2007; Метелкин и др., 2006].

Основное приложение трендов КДП в тектонике, безусловно, связано с различного рода реконструкциями. Кроме того, что тренды КДП дают возможность представить направленность и основные черты тектонических перемещений реконструируемых элементов земной коры, их простой анализ позволяет оценить кинематику, в том числе скоростные характеристики дрейфа плит в прошлом [Torsvik et al, 1996; Smethurst et al., 1998]. Процедура расчета скорости не сложная, поскольку все необходимые величины нам даны. Зная положение двух датированных полюсов, просто рассчитать разницу в положении любой точки террейна по широте, получая величину широтного сдвига F в градусах или метрах (1° равен приблизительно 110 км) за известный промежуток времени, что дает среднюю скорость дрифта, точнее, только ее широтную компоненту. Из-за долготной неопределенности палеомагнитных данных возможное перемещение вдоль широты неизвестно, соответственно, реальная оценка скорости перемещения может быть выше. Рассчитав разницу между палеомагнитными склонениями для той же точки террейна, получаем угол R, на которой был повернут террейн вокруг вертикальной оси за то же время, что однозначно определяет среднюю скорость вращения. Для примера на рисунке показан один из часто используемых в реконструкциях вариантов палеозойского тренда КДП для Сибирского палеоконтинента [Печерский, Диденко, 1995], показано его реконструированное на основе этих данных перемещение и даны рассчитанные из ТКДП скоростные характеристики (рис. 27). Еще раз отме;

Рис. 27. Траектория кажущегося движения полюса Сибири (по [Печерский, Диденко, 1995]) и реконструируемый на ее основе дрейф Сибирского кратона в течение палеозоя (А); Б — графики измененения палеошироты для кратона; скорости широтного (вдоль долготы) дрейфа; угловой скорости — вращения плиты (все параметры рассчитаны для точки с координатами 52° с. ш., 104° в. д.).

Рис. 28. Построение реконструкции по траектории кажущегося движения полюса.

a — террейны А и Б находятся в современном положении, показаны их тренды КДП. б — для реконструкции взаимного положения террейнов в интервале Т = 30−70 использовано совмещение соответствующих участков ТКДП, для этого положение террейна А и его ТКДП «фиксированы», а ТКДП террейна Б повернуто вокруг эйлеровою полюса (ЕР) до совпадения палеомагнитных полюсов в интервале Т= 30 — 70, при этом совпадают контуры тим, что реконструированное перемещение сделано без учета долготной составляющей дрифта (из-за долготной неопределенности) и указывает только изменение широты и ориентировки Сибирского палеоконтинента в пространстве в течение палеозоя. Реальный дрейф этой континентальной плиты может выглядеть несколько иначе и быть существенно сложнее. Исходя из полученных графиков, можно заключить, что палеозойский интервал геологической истории связан с перемещением Сибирского кратона из области экваториальных широт южного полушария в умеренные широты северного полушария к современному его положению в структуре Евразии. При этом, начиная с ордовика, восстанавливается постепенный поворот по часовой стрелке со скоростью широтного (вдоль долготы) дрейфа не более 4 см/год. Часто информативным может оказаться анализ графиков рассчитанных скоростей и изменения широты во времени особенно при сравнении этих параметров для двух или более взиамодействующих плит [Smethurst et al., 1998; Metelkin et al., 2005]. Как правило, крупные тектонические события приводят к существенной перестройке в кинематике движения плит, что ярко отражается на графиках скорости в резком изменении либо параметров широтной компоненты террейнов А₀ и Б_Л, таким образом, террейны 4и5 В реконструируемом интервале времени формировали единый блок, и на рисунке показано взаимное положение А и Б в составе этого блока в современных координатах фиксированного террейна А. в — реконструкция положения составного блока, включающего террейны АиБ для времени Т= 30 (к моменту его распада, поскольку далее, в интервале Т- 30 — 0, тренды КДП различаются). Взаимное положение террейнов восстановлено в соответствии с процедурой, описанной для (б), а для реконструкции географического положения палеомагнитный полюс Т= 30 совмещен с северным географическим полюсом. Показано также, что со времени Т— 30, после распада реконструированного составного блока, террейны двигались к современному положению в соответствие со своими ТКДП, а именно: террейн А перемещался из положения А₃₀ в А₀ по дуге большого круга с полюсом ЕР_А, перемещение террейна Б из реконструированного положения Б₃₀ в современное Б₀ описывыется поворотом полюсов (и соответственно самого блока) вокруг ЕР_Г>. г — реконструкция положения составного блока для времени Т= 70 (к моменту его формирования, поскольку до этого, в интервале Т = 100 — 70, тренды КДП различаются). Использована та же процедура, что и для реконструкции (в), а именно: палеомагнитный полюс Т= 70 совмещенных ТКДП повернут до совпадения с географическим полюсом поворотом вокруг ЕР_аб, который описывает кажущееся движение палеомагнитных полюсов в интервале Т = 70 — 30 и, соответственно, показывает перемещение составного блока в течение этого времени из реконструированного положения А₇₀Б₇₀ в А₃₀Б₃₀. д — реконструкция для времени Т = 100 использует процедуру совмещения полюсов Т= 100 каждого из террейнов с северным географическим полюсов путем поворота вокруг ЕР_а для террейна А и ЕР_Б для террейна Б и показывает реконструированное перемещение террейнов из положения А_т и Б_т во время Т= 100 к моменту формирования составного блока А₁₀Б₁₀ в результате их столкновения в 7= 70.

дрейфа, либо скорости вращения. Так, резкое снижение скорости широтного дрейфа Сибирского кратона в интервале 260−240 млн лет (рис. 27) назад хорошо коррелируется со временем вхождения Сибирской плиты в состав Пангеи. Изменение знака вращения Сибирского кратона в начале палеозоя вполне может быть отражением коллизионных процессов на юго-западе этой плиты и перестройкой структуры Палеоазиатского океана, в целом. Интересным наблюдением, вытекающим из анализа графиков скорости дрейфа различных континентальных плит, может оказаться то, что затухание широтной компоненты перемещения часто компенсируется ростом скорости вращения.

Наибольшее значение тренды КДП имеют для оценки перемещений блоков земной коры не в абсолютных координатах, а друг относительно друга и для восстановления взаимной ориентировки этих блоков. Такие реконструкции в большей степени свободны от проблемы долготной неопределенности. Здесь в большей степени оказывается неопределенным только долготное положение самой реконструированной системы в целом, тогда как взаимное положение блоков внутри этой системы может быть определено удовлетворительно. Установление соответствия между ТКДП разных тектонических единиц является одной из наиболее информативных методик проверки палеотектонических построений, предполагающих формирование или распад континентов. Любая жизнеспособная палеогеографическая реконструкция гипотетического суперконтинента, включающего, к примеру, Сибирский и Северо-Американский кратоны (Колумбия, Родиния, Пангея и другие), должна предполагать согласие в положении их палеомагнитных полюсов соответствующего возраста. Если реконструкция верна, полюсы должны совпасть в пределах погрешности их определения. Такое утверждение является непосредственным следствием из гипотезы геоцентрического осевого диполя. Более того, если реконструируемые блоки имели фиксированное относительно друг друга положение для существенного интервала геологического времени, их палеомагнитные полюсы (отрезки ТКДП) должны совпадать в течение всего этого интервала. И, наоборот, если в анализируемых трендах КДП двух террейнов наблюдаются очень характерные интервалы близкой формы для одного и того же промежутка времени, это является прямым указанием на возможность их согласованного дрейфа в рамках единой тектонической структуры. Совмещение таких согласованных отрезков ТКДП при фиксированном положении одного из них обеспечивает качественное восстановление взаимного положения реконструируемых террейнов в координатах фиксированного блока. Процедура совмещения отрезков ТКДП на сфере легко выполнима. В рамках теории Эйлера любое движение по поверхности Земли можно рассматривать как вращение, следовательно, рассчитав эйлеровый полюс — точку, поворотом вокруг которой достигается наилучшее совпадение одновозрастных палеомагнитных полюсов, можно оценить и угол необходимого поворота (рис. 28). Дальнейший анализ совмещенных трендов КДП дает возможность определить параметры их взаимных перемещений, время схождения блоков и/или распада структуры, приведшего к обособлению террейнов (рис. 28).

В качестве реальных примеров, в которых используется методика совмещения трендов КДП для проверки геологических моделей, связанных с реконструкцией взаимного положения кратонов в составе суперконтинента, можно привести работы [Meert, Torsvik, 2003; Метелкин и др., 2007а; Li et al., 2008]. В них, на основе сопоставления мезо-неопротерозойских трендов КДП Лаврентии и ряда других древних кратонов, удается обосновать не только существование в докембрии суперконтинента, названного Родинией, но и восстановить его структуру, а также главные черты процесса дезинтеграции — распада, приведшего к образованию таких палеоокеанов, как Палеоазиатский, Палеоуральский, Япетус. Мы лишь кратко остановимся на палеомагнитном обосновании относительного положения кратонов Сибири и Лаврентии в этой истории.

Проведенные в последние годы палеомагнитные исследования на территории Сибири позволили выявить и обосновать существенную аналогию в неопротерозойских трендах КДП названных кратонов. Палеомагнитные полюсы для неопротерозойского интервала имеют характерное петлеообразное расположение (рис. 29). Сходство формы траекторий КДП свидетельствует о едином стиле перемещений кратонов в интервале от -1 млрд до -700 млн лет назад. Для реконструкции их соседствующего положения необходимо максимально четко сопоставить палеомагнитные полюсы конца мезопротерозоя — начала неопротерозоя, когда в соответствие с геологическими данными завершилась амальгамация Родинии. Наилучшее совпадение соответствующих интервалов ТКДП Сибири и Лаврентии достигается эйлеровым поворотом последней на 150° по часовой стрелке вокруг точки с координатами 77° с. ш., 115° в. д. (см. рис. 29). Расчеты, связанные с поиском этой точки, выполняются частично эмпирически. Строго говоря, эйлеровых полюсов может быть несколько. Мы же подбираем такую точку, поворотом вокруг которой достигается не только удовлетворительное совпадение палеомагнитных полюсов, но и контуров кратонов, по крайней мере, континенты не должны друг друга перекрывать. Дополнительно в эту процедуру может быть введено несколько других факторов геологического плана, выполнение которых обязательно для обоснования реконструкции. Возвращаясь к нашим построениям, мы увидим, что после найденного эйлеровою поворота Лаврентия (в современных координатах Сибири) должна оказаться южнее Сибири (рис. 30) в такой конфигурации, которая отвечает геологическим фактам, положенным в основу моделей ряда авторов [Rainbird et al., 1998; Павлов, Галле, 1999; Ярмолюк, Коваленко, 2001; Li et al., 2008; Pisarevsky et al., 2008]. В данном случае, палеомагнитные данные позволяют не только протестировать череду имеющихся тектонических моделей, обосновать одну из них, которая наиболее удовлетворяет полученной количественной оценке, но и.

Рис. 29. Сравнение неопротерозойских ТКДП Сибири и Лаврентии.

Белыми кружками показаны ключевые полюсы для Сибири, белыми квадратами — ключевые полюсы для Лаврентии (по результатам анализа базы данных, представленного в [Метелкин и др., 2007а]); ЕР — положение эйлерова полюса, поворотом вокруг которого достигается совмещение траекторий КДП.

значительно дополнить саму модель. На рисунке отчетливо видно, что средненеопротерозойские (-850−720 млн лет) сегменты ТКДП сдвинуты друг от друга на расстояние порядка 50° вдоль широты (см. рис. 30). При совмещении соответсвующих полюсов положение Лаврентии будет смещаться по широте вдоль окраины Сибири. Это дает веское основание предполагать возможность существования крупной сдвиговой зоны правосторонней кинематики между южной окраиной Сибири и северной окраиной Лаврентии в течение неопротерозоя. Вероятно, сдвиги играли определяющую роль на этапе раскрытия океанического бассейна между Лаврентией и Сибирью. Полное разделение континентов Сибирь и Лаврентия могло произойти между 750 и 700 млн лет назад. С этого времени начинают довольно существенно различаться скоростные характеристики движения кратонов, а в венде они вообще перемещаются в разные стороны, т. е. имеют не связанную друг с другом тектоническую историю.

Рис. 30. Сравнение неопротерозойских ТКДП Сибири и Лаврентии после поворота Лаврентии к Сибири.

Для совмещения использован эйлеров поворот тренда Лаврентии на -150° вокруг точки с координатами 77° с. ш., 115° в. д. (ЕР на рис. 29). Показанное положение Лаврентии относительно Сибири (в координатах Сибири) соответствует указанному повороту.

Таким образом, в приведенном примере решается сразу две задачи тектоники позднего докембрия. Во-первых, практически однозначно фиксируется взаимное положение кратонов в составе Родинии, во-вторых, реконструированы главные черты тектонической перестройки, связанной с распадом суперконтинента. Также накопленный фактический материал позволил сегодня восстановить основные черты кинематики движения и взаимодействия континентальных масс в течение фанерозойской истории Земли [Scotese, McKerrow, 1990; Scotese, 1997; Golonka, 2002; McElhinny et al., 2003; Torsvik, Cocks, 2004]. Довольно детально рассмотрены вопросы глобальной мезозойской тектоники, связанной с распадом суперконтинента Пангея [Zhao et al., 1996; Scotese, 1997; Metcalfe, 2002; Beck, Housen, 2003; Golonka, 2004]. Однако, наполнение палеомагнитными данными большого количества как глобальных, так и региональных палеотектонических моделей пока еще очень неоднородное.