Бахмутов В. Г., Поляченко Е. Б., Черкес С. И.
Інститут геофізики імені С. І. Субботіна НАН України, Киев, Украина e-mail: bakhmutovvg@gmail.com
Введение. В эволюции нашей планеты эдиакарий занимает особое место, поскольку он предшествовал началу кембрийской эпохи, когда на Земле очень быстро и почти одновременно возникло множество новых биологиче- ских форм. В поисках объяснения такого эволюционного скачка учёные са- мых разных направлений приводят различные гипотезы, тестирование кото- рых их опровергает либо подтверждает. В геологии эдиакарий также занима- ет особое место, являясь одним из поворотных моментов истории планеты, включая глобальную тектоническую и палеогеографическую перестройку суперконтинентов, изменение режима генерации геомагнитного поля и дру- гие глобальные процессы, затрагивающие разные оболочки Земли.
В рамках одной из гипотез, обсуждаемой в ряде работ, указывается на крайне нерегулярное поведение геомагнитного поля в эдиакарии, обуслов- ленное чередованием аксиального и экваториального диполей, а также на чрезвычайно низкую напряженность поля и связанного с этим чередование периодов быстрого изменения полярности. Отсюда следует актуальность по- лучения достоверной информации об эволюции древнего геомагнитного поля для этого интервала. И здесь одним из наиболее перспективных объектов являются мощные лавовые покровы, представляющие вертикальную разверт- ку магматической активизации во времени на определенной территории. Па- леомагнитные данные, полученные на таких объектах, являются информа- тивными для проведения палеотектонических реконструкций, поскольку имеют надежный палеомагнитный сигнал и геохронологические датировки.
Одним из таких объектов являются траппы Волыни. В недавней работе (Shcherbakova et al., 2018) приведены новые данные относительно крайне низких (3–7 T) величин палеонапряженности (что соответствует виртуаль- ному дипольному моменту VDM (0.4–1)×1022 Am2), полученные на образцах волынских базальтов. Здесь мы приводим результаты палеомагнитных ис- следований этих пород, представленных туфами и базальтами Волынской серии.
Геология. Магматические образования венда слагают западное обрамле- ние Украинского щита и относятся к комплексам Молдавской и Волыно- Подольской плит. Начиная с позднего рифея Волыно-Подольская плита раз-
вивалась как платформенная структура авлакогенного типа. Наиболее древними осадочными образованиями в ее пределах являются терригенные отложения Полесской серии рифея и регионально распространенные отложе- ния Бродовской свиты. На них с перерывом залегают осадочно- вулканогенные породы Волынской серии венда мощностью до 300–500 м, которые перекрываются вулканомиктовыми отложениями Могилев- Подольской серии. В состав Волынской серии украинской части Брестско- Волынской структурно-фациальной зоны входят шесть свит, базальты верх- ней (Ратневской свиты) обнажаются в карьерах, остальные нижезалегающие свиты вскрыты скважинами.
Стратиграфически вендский возраст отложений Волынской серии на се- годня обоснован определениями комплекса акритарх и нитчатых водорослей в отложениях Волынской и Могилев-Подольской серий. Неоднократные изо- топно-геохронологические определения возраста эффузивной толщи указы- вают на эдиакарский возраст ратневской свиты и ограничивают возраст ее формирования диапазоном 580–545 млн лет назад.
Палеомагнитные исследования трапповой формации неоднократно проводились разными авторами как на образцах из карьеров (Iosifidi et al., 2000; Глевасская и др. 2000; Nawrocki et al., 2004; Elming et al., 2007), так и из кернов скважин (Глевасская и др., 2006). В образцах «низкотитанистых» ба- зальтов Ратневской свиты (карьеры Рафаловка, Иванчи) ими выделялась ха- рактеристическая (ChRM) А-компонента намагниченности, по всем призна- кам первичная, носителем намагниченности были определены гетерофазно окисленные при остывании лавы титаномагнетиты с Тс>550°C. По результа- там исследований «высокотитанистых» базальтов в карьерах Берестовец и Базальтовое (носитель намагниченности однофазно окисленный титаномаг- нетит с Тс = 260–320 °C) были выделены B- и C-компоненты намагниченно- сти вероятно химической природы (табл. 2 в (Elming et al., 2007)), и сделано предположение что полюса, рассчитанные по B-компоненте, обусловлены первичной намагниченностью, а их возраст 580–545 млн лет назад. Возраст полюса, рассчитанного по С-компоненте, существенно моложе (40Ar / 39Ar плато дает возраст 393 млн лет), но направление этого полюса не попадает на девонскую часть фрагмента APWP.
С учетом этих результатов мы в первую очередь сосредоточили внимание на низкотитанистых базальтах нижней части ратненской свиты по следую- щим причинам: а) их стратиграфическое положение надежно установлено и соответствует общепринятым схемам стратификации венда для территории ВЕП; б) на них разными методами получены непротиворечивые геохроноло- гические определения возраста в диапазоне 580–545 млн л.н.; в) по данным других авторов в образцах уверенно выделяется ChRM-компонента намагни- ченности, которая по всем признакам является первичной.
Таблица 1. Палеомагнитные направления и полюса, рассчитанные по высокотемпера- турной ChRM-компоненте образцов «низкотитанистых» базальтов ратненской свиты.
Лаборатория, сайт n
(N) D, ° I, ° α95, ° k Φ, ° Λ, ° A95, ° Ссылка на источник Великий Мидск (51.09ºN, 26.09ºE)
Киев, VM, базальты 21 30.6 −77.2 2.9 120 29.0 12.1 5.2 эта работа Полицы-2 (Иванчи) (51.24ºN, 26.02ºE)
Luleå, верхние ба-
зальты 20 32.7 −59 2.7 152 5.1 1.3 3.5 Elming et al., 2007 Киев, верхние базаль-
ты 6 29 −55 6.9 95 0.6 2.9 8.2 Elming et al., 2007 Санкт-Петербург,
верхние базальты 12 22.9 −57.0 5.3 68 1.2 8.1 6.6 Iosifidi et al., 2000 Киев, RA-3,
верхние базальты 8 23.8 −57.0 5.3 111 1.3 7.4 6.6 эта работа Среднее, верхние
базальты (4) 27.0 −57.1 3.4 747 2.0 5.0 4.2 T3*
Luleå, нижние базаль-
ты 7 23.1 −81 5.4 128 35.1 17.9 10.2 Elming et al., 2007 Киев, нижние базаль-
ты 12 42.6 −83 7.2 38 40.2 12.3 8.3 Elming et al., 2007 Санкт-Петербург,
нижние базальты 5 114.1 −82.7 4.9 251 55.1 2.7 9.5 Iosifidi et al., 2000 Киев, RA-2,
нижние базальты 35 48.4 −82 2.4 102 39.7 10.8 4.6 эта работа Среднее, нижние
базальты (4) 53.0 −83.4 5.7 261 42.4 11.9 11.1 T2*
Рафаловка (51.23ºN, 26.05ºE)
Luleå, базальты 16 264.9 72.4 2.6 202 38.9 342.7 4.3 Elming et al., 2007 Киев, базальты 7 276.1 76.6 5.3 131 47.1 347.1 9.4 Elming et al., 2007 Санкт-Петербург,
базальты 17 283 75.3 4.2 75 49.2 342.2 7.3 Iosifidi et al., 2000 Польша, базальты
и туфы 29 269 66 2.4 117 36 333 3.5 Nawrocki et al., 2004 Киев, RA-1+RAc,
базальты и
обожженные туфы 46 286.2 74.8 3.8 31.4 50.2 340.3 6.6 эта работа Среднее, Рафаловка (5) 274.8 73.2 4.7 267 44.0 340.3 7.9 T1*
Среднее,
T1+T2+T3+VM (4) 45.8 −74.6 16.6 32 28.2 2.9 28.7 A*
Среднее T1+T2+VM (3) 64.3 −79.3 13.4 86 39.3 1.7 24.9 B*
n – количество образцов, по которым была выделена характеристическая компонента;
(N) – количество сайтов, включённое в расчет среднего направления; D, I – среднее склонение и наклонение соответственно; α95° – интервал доверия направления для 95% вероятности; Φ, Λ – широта и долгота ВГП; A95 – интервал доверия ВГП для 95%
вероятности; средние направления выделены жирным; символом «*» показаны индек- сы средних полюсов в соответствии с рис. 1.
Ориентированные образцы были отобраны в карьерах Полици-2 (Иванчи) и Рафаловка из трех базальтовых покровов, чередующихся с туфами, и в ка- рьере Великий Мидск из одного базальтового покрова, мощность которых
составляла от 10 до 20м, Из пяти скважин, которые, помимо Ратневской, вскрыли трапповую толщу нижезалегающих Лучичивской, Бабинской и За- болотовской свит и, таким образом, наращивали нижнюю часть разреза Во- лынской серии, также были отобраны образцы «низкотитанистых» базальтов ориентированные «верх-низ» из разных базальтовых покровов, чередующих- ся с туфами, общей мощностью более 300м. Образцы из «высокотитанистых»
базальтов верхней части Ратневской свиты были отобраны в карьерах Бере- стовец и Базальтовое, но по ним не удалось получить результаты по опреде- лению палеонапряженности, и палеомагнитные результаты по ним здесь мы не приводим.
Стандартная процедура палеомагнитных исследований была применена ко всем коллекциям образцов. К большей части образцов была применена температурная чистка, образцы-дубли размагничивались переменным маг- нитным полем. На образцах базальтов из карьеров Полици-2, Рафаловка и Великий Мидск была выделена высокотемпературная ChRM- компонента намагниченности, характеризующаяся всеми признаками первичной.
Анализ результатов по палеомагнитным направлениям показывает, что они разбиваются на два биполярных набора с заметным рассеянием. Сравне- ние средних направлений базальтового покрова RA-2, туфа между нами и верхнего базальтового покрова RA-3 показывает изменение наклонения от отрицательных более высоких к умеренным величинам. Разница в направле- ниях не превышает 40°, поэтому этот сдвиг наиболее вероятен из-за вековой вариации и/или отражает нестабильность поля во времени. Нижний покров RA-1, обожженный контакт RAc и подстилающие их туфы характеризуются положительными высокими наклонениями. Направления ChRM-компоненты согласуются с результатами других авторов. Палеомагнитные направления по разным покровам и рассчитанные виртуальные геомагнитные полюса, а также данные других авторов по этим покровам, приведены в табл. 1.
Результаты по базальтам из скважин, вскрывающих более 300-метровый разрез трапповой толщи с 8 базальтовыми покровами, позволили выделить (как минимум) четыре обратных и две прямых магнитозоны. Это согласуется с результатами по другим скважинам из этого региона (Глевасская и др., 2006), и может свидетельствовать о нестабильном поведении поля в этот от- резок времени.
В табл. 2 представлена сделанная нами выборка полюсов для эдиакария ВЕП с учетом современных критериев надёжности для Q ≥ 4 (VanderVoo, 1990). При этом особое внимание уделялось наличию полевых тестов, тестов инверсий и надёжных геохронологических определений. Эти данные получе- ны по преимущественно осадочным породам из разных частей ВЕП (рис. 1).
Таблица 2. Выборка наиболее надёжных палеомагнитных полюсов для эдиакария ВЕП.
№ Возраст породы
Возраст намаг.
Φ, ° Λ, ° A95,° Q Ссылка на источник 1 570–560 V/О3-S1? −1.7 6.1 3.8 5 Levashova et al., 2015 2 570–560 V/О3-S1? −2.1 7.0 4.8 5 Golovanova et al., 2011 3 570–560 V/О3-S1? −3.0 10.0 8 5 Иосифиди и др., 2012 4 583 ± 15 P-T? −56.0 330.0 8.6 4 Meert et al., 1998
5 584 ± 7 P-T? −51.0 323.9 6.2 4 Piper, 1988
6 616 ± 3;
600 ± 10 608 31.4 44.1 15.7 5 Walderhaug et al., 2007 7 600–570 585 48.7 241.1 8.1 5 Klein et al., 2015 8 570–560 565 50.9 314.5 5.3 5 Lubnina et al., 2014 9 570–560 565 40.0 271.0 5 6 Иосифиди и др., 2012 10 570–560 565 42.3 299.1 5.3 6 Lubnina et al., 2014 11 557 ± 13 557 17.3 306.8 6 5 Fedorova et al., 2014 12 ~556 556 28.3 290.0 3.8 6 Iglesia et al., 2005 13 552.85 ± 0.8 553 25.3 312.2 2.9 6 Popov et al., 2002 14 550 ± 5.3 550 31.7 292.9 2.1 6 Popov et al., 2005 15 550 ± 5.3 550 32.2 287.0 2 6 Popov et al., 2005 16 560–541 551 40.0 276.5 7.5 5 Iosifidi et al., 2005 17 547.6 ± 3.8 547 16.2 318.4 3.5 6 Levashova et al., 2013 18 540–510 525 13.5 298.7 12.7 4 Fedorova et al., 2016 Как видно из рис. 1, распределение полюсов имеет относительно хаотиче- ский характер, но при этом выделяются две группы: около восточного побе- режья США и восточнее Карибского бассейна (полюса 9–18, 547–570 млн л.н.), и другая более локальная группа, расположенная чуть восточнее пере- сечения экватора с Гринвичским меридианом (полюса 1–3, 560–570 млн л.н.).
Полученные нами ВГП для нижней части разреза (Т1, Т2, VM, средний ВГП: Plat = 39.3; Plon = 1.7; A95 = 24.9) лежат на дуге большого круга между полюсом 6 и группой полюсов 9–18. Полюс Т3, рассчитанный для верхнего покрова, отстоит от вышеописанных к югу на ~40°, попадая в область Ураль- ских полюсов 1–3. Возможно, такой разброс связан с повышенным вкладом недипольных компонент на фоне слабого поля, а возможно и с недостаточ- ным количеством сайтов для их адекватного усреднения. Средний ВГП для полюсов Т1, Т2, Т3 и VM имеет координаты: Plat = 28.2; Plon = 2.9;
A95 = 28.7.
Выводы
1) На образцах «низкотитанистых» базальтов выделенная высокотемпера- турная ChRM- компонента намагниченности считается нами первичной, на что указывает: а) ее биполярность в образцах из разных покровов; б) положи- тельный тест контакта; в) идентифицированные гетерофазно окисленные ти- таномагнетиты с Тс>550°C как носители TRM; г) согласование полученных палеомагнитных направлений с результатами других авторов. 2) Результаты, полученные по скважинам, не противоречат ранее полученным данным из
этого района по чередованию магнитозон разной полярности. 3) Анализ направлений и полюсов свидетельствует о том, что палеомагнитные резуль- таты не противоречат данным о чрезвычайно низкой величине поля в иссле- дуемом временном интервале. 4) Результаты подтверждают гипотезу об ано- мальном магнитном поле, характеризующимся сверхнизким дипольным мо- ментом и сверхвысокой частотой инверсии, что может быть причиной ослаб- ленного геомагнитного экранирования от радиации в эдиакарии.
Рис. 1. Выборка полюсов для эдиакария ВЕП (табл.2): средние положения полюсов показаны квадратиками, ромбиками и крестиками с соответствующими кругами дове- рия А95; крестикам соответствуют полюса из юго-западной части ВЕП (Волыно- Подолия), квадратикам – из восточной ее части (Урал), ромбикам – из северной части.
Контуры А95 малонадёжных полюсов приведены штриховкой. Индексы полюсов при- ведены в соответствии с табл. 1 и 2. Серой линией приведена ТКМП для ВЕП (Torsvik et al., 2012) где: кружочки показывают среднее положение полюса (залиты чёрным цветом) и интерполированные участки ТКМП (залиты серым), возраст полюсов при- ведён цифрами в млн лет назад; штриховая линия – крайне ненадёжный участок кри- вой. Кружочками с штрихпунктирными А95 показаны рассчитанные нами ВГП для базальтов (табл.1). В нижней правой части рисунка показаны места отбора образцов в пределах ВЕП, для которых были приведены палеомагнитные полюса.
Литература
1. Глевасская А.М., Михайлова Н.П., Кравченко С.Н. Палеомагнетизм волынской и могилевподольской серий венда юго-западной части Восточно-Европейской плат- формы // Геофиз. журн. 2000. Т. 22. № 2. С. 3—18.
2. Глевасская А.М., Кравченко С.Н., Косовский Я.А. Магнитостратиграфия трапповой формации юго-западной окраины Восточно-Европейской платформы // Геофиз.
журн. 2006. Т. 28. № 5. С. 121–130.
3. Bazhenov, M. L., Levashova, N. M., Meert, J. G., Golovanova, I. V., Danukalov, K. N. &
Fedorova, N. M. Late Ediacaran magnetostratigraphy of Baltica: Evidence for Magnetic Field Hyperactivity? // Earth and Planetary Science Letters. 2016. V. 435. P. 124–135.
doi:10.1016/j.epsl.2015.12.015.
4. Elming, S. A., Kravchenko, S. N., Layer, P., Rusakov, O. M., Glevasskaya, A. M., Mi- khailova, N. P., & Bachtadse, V. Palaeomagnetism and 40Ar/39Ar age determinations of the Ediacaran traps from the southwestern margin of the East European Craton, Ukraine:
relevance to the Rodinia break-up // Journal of the Geological Society. 2007. V. 164(5).
P. 969–982. doi:10.1144/0016-76492005–163.
5. Fedorova, N. M., Levashova, N. M., Meert, J. G., Maslov, A. V., & Krupenin, M. T. New paleomagnetic data on baltica based on upper ediacaran deposits on the western slope of the Middle Urals // Doklady Earth Sciences. 2014. V. 456(1). P. 512–516.
doi:10.1134/s1028334x14050134.
6. Fedorova, N. M., Bazhenov, M. L., Meert, J. G., & Kuznetsov, N. B. Ediacaran–
Cambrian paleogeography of Baltica: A paleomagnetic view from a diamond pit on the White Sea east coast // Lithosphere. 2016. V. 8(5). P. 564–573. doi:10.1130/l539.1.
7. Levashova, N. M., Bazhenov, M. L., Meert, J. G., Kuznetsov, N. B., Golovanova, I. V., Danukalov, K. N., & Fedorova, N. M. Paleogeography of Baltica in the Ediacaran: Pale- omagnetic and geochronological data from the clastic Zigan Formation, South Urals //
Precambrian Research. 2013. V. 236. P. 16–30. doi:10.1016/j.precamres.2013.06.006.
8. Levashova, N. M., Bazhenov, M. L., Meert, J. G., Danukalov, K. N., Golovanova, I. V., Kuznetsov, N. B., & Fedorova, N. M. Paleomagnetism of upper Ediacaran clastics from the South Urals: Implications to paleogeography of Baltica and the opening of the Iapetus Ocean // Gondwana Research. 2015. V. 28(1). P. 191–208. doi:10.1016/j.gr.2014.04.012.
9. Lubnina, N. V., Pisarevsky, S. A., Puchkov, V. N., Kozlov, V. I., & Sergeeva, N. D. New paleomagnetic data from Late Neoproterozoic sedimentary successions in Southern Urals, Russia: implications for the Late Neoproterozoic paleogeography of the Iapetan realm //
International Journal of Earth Sciences. 2014. V. 103(5). P. 1317–1334.
doi:10.1007/s00531-014-1013-x.
10. Nawrocki, J., Boguckij, A., Katinas, V. New Late Vendian palaeogeography of Baltica and the TESZ // Geological Quarterly. 2004. V. 48 (4). P. 309–316.
11. Popov, V. V., A. N. Khramov, and V. Bachtadse. Palaeomagnetism, magnetic stratigra- phy, and petromagnetism of the Upper Vendian sedimentary rocks in the sections of the Zolotitsa River and in the Verkhotina Hole, Winter Coast of the White Sea, Russia //
Russ. J. Earth Sci. 2005. V. 7(2). P. 115–143, doi:10.2205/2005ES000167.
12. Shcherbakova, V., Bakhmutov, V., Shcherbakov, V. & Zhidkov, G. Extremely low pal- aeointensities in the Neoproterozoic obtained on volcanic rocks from the Ukrainan shield // Geophys. Res. Abstr. 2018. V. 20. EGU2018–11598.