Тектоностратиграфия (диастрофические методы)

 

Особую группу методов стратиграфического расчленения и корре­ляции составляют те из них, которые основаны на проявлениях диаст-рофизма. Идея о возможности использования для целей стратиграфии различных тектонических движений возникла в конце прошлого века. Однако фактически неосознанное использование тектогенеза началось одновременно с разработкой стратиграфической шкалы еще в первой половине XIX в. Действительно, при первоначальном выделении сис­тем они подразумевались как региональные стратиграфические под­разделения в значительной мере на основе литолого-формационного подхода. При этом границы систем в ряде случаев проводились с уче­том перерывов в напластовании, подчеркивающих их четкость и при­дававших им характер естественных рубежей. Однако только в конце прошлого века успехи геотектоники подготовили почву для теоретичес­ки обоснованного подхода к использованию проявлений диастрофизма в качестве критерия при проведении стратиграфических границ раз­личного ранга.

В первой четверти XX в. широкое распространение получили пред­ставления Т. Чемберлина и Г. Штилле о всесветном и кратковремен­ном проявлении фаз орогенеза и возможности использования так на­зываемого канона орогенических фаз Штилле применительно к стра­тиграфии. Многие геологи увидели в орогенических фазах лучший кри­терий для стратиграфического расчленения и корреляции, поскольку как условия осадконакопления, так и развитие органического мира в конечном счете являются производными диастрофизма. В дальней­шем, однако, эти представления подверглись критике за «неокатаст-

-140-

рофизм» и упрощение реально существующих в природе событий и явлений.

Отдельные фазы орогенеза оказываются обычно территориально ограниченными, будучи приурочены к определенным складчатым об­ластям или даже к зонам внутри последних. Поэтому проявления оро­генеза хотя и используются для установления границ местных и регио­нальных стратиграфических подразделений, но не пригодны для целей межрегиональной или планетарной корреляции.

Другое направление в области использования данных геотектоники для целей стратиграфии делает главный упор не на складчатую, а на колебательную (зпейрогеническую) форму диастрофизма, проявля­ющуюся в виде морских трансгрессий и регрессий. Это направление берет свое начало от высказанных еще в конце прошлого века Э.Зюс-сом представлений о чередовании периодов общих погружений и под­нятий континентов.

В дальнейшем было показано, что большинство трансгрессий и рег­рессий обусловлено относительными перемещениями (поднятиями или опусканиями) отдельных континентальных массивов или их частей. Со­ответственно трансгрессии и регрессии в большинстве своем являются местными, не имеющими универсального значения, хотя в истории Зем­ли были широко распространены и всеобщие трансгрессии и регрессии, обусловленные эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана.

Независимо от причин, вызвавших трансгрессии и регрессии, пос­ледние фиксируются в разрезе осадочных толщ в виде перерывов мор­ского осадконакопления, являющихся таким образом, естественными рубежами, удобными для привязки к ним границ региональных стратиг­рафических подразделений. Перерывы в осадконакоплении и обуслов­ленные ими несогласия вызываются не только эпейрогеническими, но и складкообразовательными движениями.

 

8.6.1. Перерывы и несогласия

 

Несогласие, или несогласное залегание, характеризует простран­ственные и исторические соотношения разновозрастных, преимуще­ственно слоистых отложений. При несогласии более молодые отложе­ния отделяются от более древних поверхностью размыва или переры­ва в осадконакоплении. Несогласие возникает в том случае, если под воздействием тектонического движения участок земной коры сначала выводится из зоны осадкообразования и может подвергаться процес­сам денудации, а затем опускается, и на нем отлагаются более моло­дые отложения. Несогласия могут возникать и без участия тектоничес­ких движений при размывании осадков придонными течениями, в ре­зультате подводных оползней и других причин.

-141 -

Под перерывом в осадконакоплении понимается интервал време­ни, в течение которого на том или ином участке земной поверхности отложения не накапливались. Продолжительность перерывов изменя­ется от краткого промежутка между двумя процессами, происходящи­ми без существенного изменения общего режима в области осадкона-копления, до больших отрезков времени, вплоть до нескольких геоло­гических периодов, соответствующих этапам крупных региональных поднятий. Перерывы могут сопровождаться размывом ранее образо­вавшихся отложений или даже толщ осадочных пород, что приводит иногда к значительному увеличению пробела геологической летописи.

В других случаях перерывы, особенно кратковременные, не сопровож­даются размывом, а представляют лишь паузу в накоплении осадков.

Из приведенных формулировок несогласия и перерыва следует, что эти понятия сопряженные. Термин «несогласие», или «несогласное залегание», выражает структурное соотношение слоев, т. е. форму вза­имоотношения слоев.

Термин «перерыв» относится ко времени формирования несогла­сия, т. е. характеризует процесс, действие.

Перерывы обычно фиксируются при морском осадконакоплении. Перерывы бывают:

• Субаэральные (континентальные) — с осушением площади.

• Субаквальные — без осушения площади.

Иногда перерывы подразделяются на отдельные категории, в зави­симости от их масштаба. Так, наиболее длительные перерывы и несог­ласия нередко обозначаются как «стратиграфические», хотя все осталь­ные перерывы (и несогласия) всего лишь различные проявления стра­тиграфически несогласного залегания.

Некоторые исключения (оговорки) делаются для «мелких» переры­вов, которые, следуя Дж. Баррелу, обозначаются термином диастема¹²⁶. От истинных перерывов и несогласий следует отличать понятие, обо­значаемое как «внутриформационное несогласие (перерыв)», под ко­торым понимается угловое несогласие, возникающее в сериях косос-лоистых пород.

Существует целый ряд признаков, свидетельствующих о перерывах в осадконакоплении. Главными признаками перерывов в морском осад­конакоплении, по мнению В. Н. Яблокова, являются следующие:

1. Угловое несогласие с подстилающими породами;

2. Поверхность размыва, обычно неровная, волнистая, срезающая нижележащие отложения на разную глубину;

3. Коры выветривания;

¹²⁶ Диастема — небольшие перерывы в разрезе, обусловленные момента­ми, в течение которых не происходило отложения осадков или имело место взму­чивание и перемещение отложившего материала.

 

-142-

4. Признаки карстообразования и выветривания в отдельных гори­зонтах глинистых и песчаных пород;

5. Поверхности напластования с трещинами усыхания и брекчии;

6. Прослои пород со следами автохтонной корневой системы рас­тений;

7. Ископаемые почвы;

8. Прослои галек и конгломератов;

9. Палеодолины и аллювиальные песчаные породы;

10. Породы эолового происхождения;

11. Ледниковые отложения;

12. Резкая смена фауны, не обусловленная сменой фаций на дан­ном участке.

 

Особые трудности вызывает установление скрытых несогласий.

Таким образом, тектоностратиграфические методы имеют ведущее значение для стратиграфии докембрийских отложений. Установление местных подразделений докембрия высокого ранга — серий — базиру­ется на тектоническом подходе, т. е. на выявлении несогласий, фикси­рующих проявления тектонических движений и интрузивного магматиз­ма, имевших место в промежутках времени между этапами формиро­вания супракрустальных толщ.

Для фанерозоя тектоностратиграфические методы утрачивают свои позиции. Это обусловлено рядом обстоятельств. Прежде всего, как сви­детельствуют данные абсолютной геохронологии, общий для всего зем­ного шара ритм тектонических движений в фанерозое становится силь­но учащенным по сравнению с докембрием и осложняется многочис­ленными дополнительными диастрофическими импульсами.

Важнейшим свидетельством проявлений диастрофизма в форме как складкообразующих, так и колебательных движений, зафиксированных в разрезах, служат несогласия, отражающие перерывы в осадконакоп­лении.

 

Событийная стратиграфия

 

Событийная стратиграфия (event¹²⁷ stratigraphy), или стратигра­фия по событиям, имеет своей целью изучение событий, документи­руемых в разрезах, и их использование в качестве опорных хроноло­гических рубежей для совершенствования временной корреляции оса­дочных толщ. Событийная стратиграфия основана на концепции су­ществования глобальных синхронных событий, многие из которых приуронены к границам подразделений общей стратиграфической

¹²⁷ event— инцидент, случай, результат, последствие, происшествие.

 

 

-143-

шка­лы¹²⁸. Она представляет собой метод мультидисциплинарных стра­тиграфических исследований осадочных, вулканогенно-осадочных ком­плексов верхнего докембрия и фанерозоя, направленных на изуче­ние свойств пород, характера строения толщ, состава и разнообра­зия биоты на рубежах критических изменений или в событийных ин­тервалах.

История развития Земли имеет непрерывно-прерывистый характер и представляет собой периоды относительно стабильных условий, сме­няющихся эпизодами быстрых изменений. Эти изменения могут быть периодическими, связанными с воздействиями Солнечной системы, либо экстраординарными или эпизодическими событиями. Событие оп­ределяется как кратковременное, часто катастрофическое прекраще­ние непрерывности процесса. Временной интервал события значитель­но короче предшествовавшего и последующего периодов относитель­но стабильного развития или медленных изменений литосферы, атмос­феры, гидросферы и биосферы. По своей природе различаются абио­тические и биотические события, по пространственному проявлению •— глобальные и региональные. Глобальные события важны для понима­ния истории Земли и планетарной корреляции, а региональные — ис­пользуются в расчленении осадочных толщ и их корреляции на конк­ретных территориях.

 

8.7.1. Глобальные события

 

Глобальное событие в отличие от процесса — это всегда глубо­кое и относительно кратковременное изменение. Термин «глобаль­ное» используется для определения абиотического или биотическо­го события в том случае, если оно проявляется синхронно на разных палеоконтинентах, в сравнимых обстановках и палеогеографичес­ких ситуациях и прослеживается в пределах самой меньшей, хоро­шо коррелируемой единицы — биостратиграфической зоны. Собы­тия или маркируемые ими событийные уровни служат основными реперами межконтинентальных корреляций и распознавания боль­шинства границ отделов и многих ярусов общей стратиграфической шкалы на основании распознавания их по резким изменениям раз­личных признаков: литологических, седиментологических, биотичес­ких, химических и др.

 

 

¹²⁸ Например, иридиевый горизонт, характеризующий отложения конца ме­лового периода. Иридий, элемент весьма редкий на Земле, но типичный для астероидов. Считается, что это косвенное подтверждение «астероидной» тео­рии гибели динозавров, аммонитов и

т. д.

 

-144-

К настоящему времени хронологическая последовательность в фа-нерозое насчитывает около 60 глобальных событий различной значи­мости, которые в качестве хорошо датируемых уровней могут быть ис­пользованы для более точной корреляции. События в конце докемб­рия, томмотского века кембрия, ордовика, франского века девона, пер-ми, триаса и мела, к которым приурочены массовые вымирания биоты, классифицируют как события первого порядка. Всего же выделяется пять категорий или порядков.

Последовательность глобальных событийных уровней фанерозоя часто называют событийно-стратиграфической шкалой, хотя она тако­вой и не является.

Различают две группы глобальных событий;

Абиотические — это те, которые фиксируются в разрезах по изме­нениям вещественного состава, структуры, текстуры, химических, фи­зических и других седиментологических характеристик пород (соленость, содержание изотопов О₂, С и S), по проявлению продуктов эксплозив­ной¹²⁹ вулканической деятельности.

Причины абиотических событий:

1. Изменения уровня Мирового океана;

2. Значительные изменения климата, тесно связанные с химически­ми и физическими свойствами морской воды, земной поверхности и атмосферы. Они, в свою очередь, вызывают изменения характера се­диментации, биопродуктивности и эволюции биоты.

• Эвстатические изменения¹³⁰ уровня Мирового океана, обусловлен­ные климатическими изменениями, глубинными тектоническими про­цессами и другими причинами, приводят к глобальным регрессиям и трансгрессиям.

• Геохимические события выражаются в накоплении повышенных концентраций иридия (Ir) и негативных содержаний изотопов углерода (δ¹³С), кислорода (δ¹⁸О), серы (δ³⁴S) и соотношения изотопов стронция (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr). С ними связаны изменения содержания кислорода в водах и биопродуктивность Мирового океана. Таких событий только в фане-розое установлено более 60.

• Океанографические события связаны с изменениями циркуляции океанических вод и уровня бескислородного слоя в их толще. Это при­водит к кратковременному глобальному формированию черносланце-

вых прослоев (с аномальным содержанием углерода, кислорода и

серы), посреди толщи светлоокрашенных карбонатных пород.

 

¹²⁹ Explosive— взрывной.

¹³⁰ Эвстатическое изменение (колебание) [eustatic change] — глобальное из­менение уровня моря, затрагивающее весь Мировой океан, или же относитель­ное изменение уровня моря в глобальном масштабе, вызванное изменением либо объема морской воды, либо площади поверхности океанических бассей­нов, либо тем и другим вместе.

 

-145-

• Климатические события— это следствие длительных, наложен­ных друг на друга, процессов;

о эвстатических колебаний;

о образования срединно-океанических хребтов;

о перестроек систем океанических течений;

о изменения физико-химических свойств морских вод;

о глобального изменения температуры морских вод.

Все они вызывают изменения стратификации морских вод, колеба­ния уровня бескислородного слоя, вертикальных конвекции и системы океанических течений, формирующих и меняющих вещественный со­став и «органическое наполнение» осадочных толщ.

 

Биологические, или Биотические — это внезапные события и «биологические катастрофы», затрагивающие биоту в границах опре­деленного таксона (класса, отряда, семейства и т. д.) одной или несколь­ких групп организмов, а также палеоэкосистем в целом или их крупных частей. Биологическими обычно называются события, связанные с из­менением таксономического состава организмов, к которым относятся события вымирания, появления морфологических структур и радиации. Перестройки в составе и структуре палеоэкосистем чаще классифици­руются как биотические события.

Постепенное снижение биоразнообразия, происходящее в течение более длительного времени, когда скорость вымирания таксонов пре­вышает скорость их появления, обычно определяется термином «кри­зис».

Обычно глобальное биособытие вызывается сложным комплексом абиотических изменений, накладывающихся и усиливающих друг дру­га. Изучение биособытий фанерозоя показало, что основными и часто взаимоувязанными причинами их возникновения являются изменения климата и эвстатические колебания уровня Мирового океана. Эти при­чины лежат в основе коренных биотических перестроек различного масштаба, они часто затрагивают как морскую, так и наземную биоты. Однако во многих случаях конкретные причины биособытий не прояв­ляются в седиментологических последовательностях и наоборот.

Сравнительные масштабы проявления конкретных биособытий оце­ниваются по таксономическому рангу вымерших таксонов, а также по статистическим подсчетам общего количества вымерших, выживших и появившихся таксонов или по их процентному соотношению. При ана­лизе биособытий учитываются эволюционный уровень и роль в палео-экосистемах конкретных групп, затронутых событием.

Среди глобальных биологических событий наиболее распростране­ны:

1. События массовых вымираний;

2. Появления новых морфологических структур;

3. События увеличения разнообразия или радиации организмов.

 

-146-

Глобальные события массовых вымираний, внезапных или ступен­чатых по своей природе, обычно затрагивают несколько групп организ­мов, большую часть или всю биоту. Они происходят со скоростями, су­щественно большими, чем скорости обычных фоновых вымираний в разделяющие их периоды относительно стабильных состояний биоты. Такие события имеют палеоэкологическую или палеоэкосистемную природу.

Не все резкие абиотические события приводят к массовым вымира­ниям, кроме того, выявляется их избирательность по отношению па-леоэкосистемам или палеогеографическим обстановкам. События мас­совых вымираний могут быть также избирательными по отношению к различным таксонам или экологическим группам организмов. Напри­мер, в конце мелового периода вымерли многие представители тетрапод, и наоборот, представители млекопитающих быстро эволюциони­ровали и увеличивали свое таксономическое разнообразие.

Обычно массовые вымирания дают начало регулярной эволюцион­ной модели, которая включает следующую последовательность фаз:

• вымирание;

• выживание единичных консервативных таксонов;

• восстановление на основе выживших таксонов и восстановление разнообразия отдельных групп организмов или биоты в целом.

Глобальное биологическое событие, выраженное в появлении мор­фологического новшества, означает введение нового структурного плана или нового морфологического признака, на основе которого происхо­дят диверсификация¹³¹ и дальнейшая эволюция таксона.

Глобальные события диверсификации или радиации обычно про­исходят ступенчато и следуют за массовыми вымираниями. Однако по сравнению с последними возникновение новых таксонов и их расселе­ние в осободившихся экологических нишах происходят в более про­должительные отрезки времени. События радиации также могут быть обусловлены морфологическими инновациями¹³², возникшими до или в период массовых вымираний.

Диверсификации, следующие за биотическими перестройками, вы­зываются благоприятными для данного таксона изменениями обстано-вок, а внезапное увеличение разнообразия может быть результатом событий иммиграции таксонов и следующих за ними эволюционных событий.

 

¹³¹ Диверсификация —разнообразие, разносторонность, многосторонность.

¹³² Инновация — процесс непрерывного совершенствования.

 

-147-

Определенных правил наименования глобальных абиотических и биотических событий фанерозоя пока нет, в их названии обычно дается возрастная датировка и/или отражается ведущее абиотическое измене­ние. В некоторых случаях используется географическое название мест­ности, где данное событие было впервые распознано и описано. Собы­тия массовых вымираний чаще всего именуются по видовому названию датирующего их зонального таксона. В большинстве случаев крупные абиотические перестройки и связанные с ними массовые вымирания имеют одно и то же географическое или геохронологическое название.

 

8.7.2. Региональные события

 

Региональные абиотические и биотические кратковременные изме­нения, распознаваемые в конкретных регионах, могут быть усилены или затушеваны наложением на них глобальных событий.

В каждом регионе имеются свои специфические событийные уров­ни, отражающие конкретные особенности его геологического развития. Возрастная датировка и реконструкция природы и характера этих из­менений имеют важное практическое значение. Событийный подход в региональных стратиграфических исследованиях при полевых наблю­дениях и особенно при изучении опорных разрезов способствует более точному стратиграфическому расчленению, выявлению и оценке мас­штабов стратиграфических перерывов на основе комплексирования стратиграфических методов, а также сопоставлению картируемых гео­логических образований на площади.

Резкие региональные абиотические изменения в разрезах на площа­ди наиболее часто связаны с изменениями скорости и активности прояв­ления тектонических процессов, а также с проявлением вулканической деятельности, кратковременными климатическими колебаниями регио­нального масштаба и химическими изменениями, вызываемыми верти­кальными миграциями бескислородных зон. Многие из региональных абиотических изменений приводят к региональным биологическим со­бытиям. Они выражаются в резком снижении или увеличении биомассы и /или таксономического разнообразия комплексов, в смене биофаций и других фиксируемых в разрезах биостратономических изменениях.

8.8. Магнитостратиграфия (палеомагнитный метод)

 

8.8.1. Магнитные свойства Земли

 

Земля представляет собой гигантский магнит. Магнитное поле Зем­ли по своей величине очень мало, но оно имеет громадное значение. Магнитное поле на поверхности Земли делят на постоянное и пере-

-148-

менное. Главная часть постоянного магнитного поля обязана происхож­дением процессам, протекающим в ядре, на границе ядра и мантии, в мантии, где движение флюидов, вызываемое конвекцией, сравнимо с работой динамо-машины. На него накладывается магнитное поле, со­зданное породами земной коры. Переменное магнитное поле связано с процессами, происходящими на Солнце.

Земля имеет Северный и Южный магнитные полюса, которые не совпадают с географическими полюсами. Геомагнитное поле более или менее симметрично относительно оси вращения Земли. По причинам, которые пока не совсем ясны, потоки, циркулирующие в коре, через неправильные промежутки времени меняют свое направление движе­ния на обратное, вызывая инверсии¹³³ магнитного поля.

Палеомагнитология изучает явление палеомагнетизма, т.е. магнит­ное поле Земли геологического прошлого, закрепленное в своеобраз­ных отпечатках этого поля — векторах естественной остаточной на­магниченности (NRM)¹³⁴ J_n горных пород, которые фиксируют магнит­ное поле времени и места образования горных пород. Для этого исполь­зуется тот факт, что в истории Земли многократно происходили инверсии магнитного поля, когда векторы первичной намагниченности (J°_n) ме­нялись на 180°, т. е. северный магнитный полюс становился южным и наоборот. Это обстоятельство позволяет расчленять разрезы на ряд го­ризонтов прямой и обратной намагниченности. Инверсии магнитного поля происходили неравномерно во времени: длительные интервалы време­ни характеризуются постоянством направления вектора первичной на­магниченности (J°_n)эти интервалы чередуются с периодами многократ­ных инверсий. Такое неоднородное строение позволяет выделять харак­терные реперы и существенно повышает точность корреляции. Если учесть, что каждая инверсия магнитного поля Земли — событие глобаль­ного масштаба и происходила одновременно, то границы скоррелиро-ванных палеомагнитных горизонтов являются строго изохронными, а сам палеомагнитный метод наряду с палеонтологическим методом (име­ется в виду использование ортофаун) и определениями абсолютного возраста принадлежит к числу методов непосредственной корреляции.

¹³³ [inversio — переворачивание].

¹³⁴ Свойство веществ, горных пород, минералов, определяемое магнитным моментом единицы объема и в общем случае характеризующее их способность к созданию магнитных полей. Различается индуцированнаяJ_i) и естественная остаточная намагниченность (Jn). Индуцированная намагниченность возникает под действием земного магнитного поля и исчезает с прекращением его дей­ствия. Естественная остаточная намагниченность сохраняется в горных поро­дах, минералах после прекращения действия намагничивающего поля. Направ­ление естественной намагниченности совпадает с направлением магнитного поля прошлых эпох в случае отсутствия перемагничивания.

-149-

Исследуются распределение в пространстве и изменение во вре­мени геомагнитного поля в геологическом прошлом, закономерности закрепления этого поля в горных породах и последующая история его отпечатков. Все эти явления находят приложение в изучении строения Земли, ее эволюции, а также в решении вопросов геологической прак­тики. Подобно тому, как окаменелости и отпечатки организмов, живших в геологическом прошлом, позволяют изучать историю развития орга­нического мира, синхронизировать содержащие их пласты и опреде­лять возраст этих пластов, «окаменелый геомагнетизм» —намагничен­ность J_n горных пород — позволяет изучать историю магнитного поля Земли, синхронизировать содержащие отпечатки этого поля породы и определять их возраст. И подобно тому, как окаменелость или отпеча­ток организма не есть сам организм, направление вектора в общем случае еще не есть направление вектора геомагнитного поля в эпоху и в месте образования породы, а модули этих векторов связаны соотно­шениями, зависящими от многих факторов.

Естественная остаточная намагниченность горной породы в общем случае включает ряд составляющих, возникших в разные моменты геоло­гического бытия породы и в разной степени разрушенных к настоящему моменту. Намагниченность горной породы, как и любого ферромагнетика, зависит не только от ее свойств и значения приложенного магнитного поля, но также и от целого ряда факторов, таких, как время, температура, меха­нические напряжения, химические изменения. Эти факторы сами по себе способны лишь разрушать имеющуюся намагниченность, однако в при­сутствии магнитного поля любой из них способствует образованию намаг­ниченности. В зависимости оттого, какой из перечисленных факторов ока­зывает влияние, возникает намагниченность особого вида.

Среди перечисленных факторов общим для всех горных пород явля­ется время. Поэтому всеобщее распространение имеет процесс намаг­ничивания, обусловленный магнитной вязкостью. Остаточная намагни­ченность, возникающая после длительной выдержки пород в магнитном поле, называется вязкой остаточной намагниченностью (VRM) J_v.

Все ферромагнетики, будучи нагретыми выше температуры Кюри¹³⁵, теряют свои ферромагнитные¹³⁶ свойства. Если затем охладить такое

 

¹³⁵  Точка (температура) Кюри — температура, выше которой ферромагнит­ные вещества превращаются в парамагнитные.

¹³⁶ ферромагнетизм — свойство материала намагничиваться в магнитном поле и частично сохранять намагниченность при исчезновении намагничивающего поля. Связан с наличием в материале обпастей спонтанной намагниченности. Сопро­вождается другими аномалиями физических свойств (магнитной восприимчивос­тью, теплоемкостью). Парамагнетизм — свойство веществ (парамагнетиков) сла­бо намагничиваться в направлении намагничивающего поля. Обусловлен частич­ной ориентацией магнитных моментов атомов в магнитном поле.

-150-

вещество до комнатной температуры, то оно приобретет остаточную намагниченность, направление которой совпадает с направлением внешнего магнитного поля. Эта намагниченность называется термо­остаточной (TRM) J_rt, ее приобретают все магматические породы в процессе остывания. Высокие синхронность в породе и стабильность к внешним воздействиям делают величину _Jrt важным носителем палео-магнитной информации.

Опыты показывают, что термоостаточная намагниченность возни­кает при охлаждении образца не только от температуры Кюри 7~с до комнатной, но и в любом другом температурном интервале ниже Тс. Такая намагниченность называется парциальной¹³⁷ термоостаточной и обозначается J_rpt.

Как во время формирования, так и в дальнейшем в горной породе образуются и преобразуются ферромагнитные минералы. Если это про­исходит при температуре ниже точки Кюри возникающего минерала, то в процессе роста его зерен появляется химическая (или кристаллиза­ционная) остаточная намагниченность (CRM) J_rc. Как химическая, так и парциальная термоостаточная намагниченность —характерные виды намагниченности метаморфических пород.

При образовании осадочных пород на магнитные частицы в про­цессе осаждения оказывает ориентирующее действие геомагнитное поле; частицы стремятся расположиться таким образом, чтобы их век­торы намагниченности оказались направленными по полю. При обез­воживании осадка полученная ориентация частиц закрепляется, оса­док приобретает ориентационную (седиментационную) остаточную намагниченность (DRM) J_ra. Другие виды намагниченности, хотя и могут присутствовать в горных породах, играют меньшую роль в па­леомагнетизме.

Существует еще также и пьезоостпаточная¹³⁸ намагниченность (PRM), которая является дополнительной остаточной намагниченнос­тью, приобретаемой при наложении или снятии механических напря­жений во внешнем магнитном поле при постоянной температуре.

Надежную информацию о древнем геомагнитном поле несет толь­ко та компонента J_n (естественной остаточной намагниченности), воз­раст которой совпадает с возрастом породы (первичная намагничен­ность J°_n). По происхождению она может быть термоостаточной, хи­мической и ориентационной, Поэтому главная задача любого палео-магнитного исследования — выделить первичную намагниченность (определить направление и модуль вектора J°_n). Решение этой зада­чи (выделить первичную намагниченность, определить направление

 

¹³⁷ Парциальный — частичный, отдельный.

¹³⁸  pjezo (гр.) — давлю.

 

-151 -

и модуль J°_n) ведется геометрическими, статистическими и магнитны­ми способами, среди которых наиболее распространен способ «маг­нитной чистки».

 

8.8.2. Предпосылки использования палеомагнитного метода в стратиграфии

 

При интерпретации полученных палеомагнитных данных, которые представляют собой совокупность векторов J_n, «очищенных» от неста­бильных компонент, в качестве исходной принимают модель, базирую­щуюся на фундаментальных положениях, которые называют основны­ми гипотезами палеомагнетизма:

• Горные породы при своем образовании намагничиваются по на­правлению геомагнитного поля времени и места их образования (гипо­теза фиксации).

• Приобретенная первичная намагниченность сохраняется (хотя бы частично) е породе в геологическом масштабе времени и может быть выделена (гипотеза сохранения).

• Геомагнитное поле, осредненное за любые промежутки времени порядка 1 млн. лет (кроме эпох его резких перестроек), — палеомаг-нитное поле — является полем диполя¹³⁹, помещенного в центр Земли и ориентированного по ее оси вращения (гипотеза центрального осево­го поля).

Установлено, что направления палеомагнитного поля (палеомагнит-ные направления) являются функцией географического положения и возраста исследованных горных пород. Распределение палеомагнит­ных направлений для од но возрастных пород в пределах тектонически стабильных блоков литосферы соответствует полю центрального ди­поля с определенными для данного возраста координатами палеомаг­нитных полюсов (табл. 8) и определенной прямой (совпадающей с со­временной) или обратной полярностью геомагнитного поля.

Полюс, рассчитанный по среднему палеомагнитному направлению, осредненному по периодам ~104—106 лет, достаточно долгим, чтобы неосевые компоненты поля Земли осреднялись, называется палеомагнитным полюсом (рис. 16). Поэтому палеомагнитный полюс приблизи­тельно соответствует древнему географическому полюсу. От него нуж­но отличать виртуальный полюс, т. е. полюс, рассчитанный по ограни­ченной группе данных о направлении поля. В геологическом смысле виртуальный геомагнитный полюс соответствует какому-то моменту

¹³⁹ Диполь (два полюса) — совокупность двух равных по величине фиктив­ных магнитных зарядов противоположного знака, находящихся на некотором рас­стоянии друг от друга.

 

-152-

 

 

Рис. 16. Стереографическая проекция Северного полушария. Область черных то­чек вокруг Северного полюса дает положение плейстоценовых и плиоценовых по­люсов, определенных по палеомагнитным данным; буквой М обозначено совре­менное положение геомагнитного полюса; Р— палеомагнитный полюс пермского периода (по П. Шарма)

 

 

-153-

времени. Например, современные геомагнитные полюса являются по существу мгновенными полюсами.

Изменение координат полюсов является отражением движения ли-тосферных плит относительно оси вращения Земли. При этом для каж­дой плиты могут быть построены свои траектории кажущегося движе­ния полюса, которые могут быть совмещены на основе принципов тек­тоники литосферных плит.

Многократные инверсии геомагнитного поля привели к тому, что разре­зы осадочных и вулканогенных толщ оказались расчлененными на чере­дующиеся зоны прямой (N-зоны) и обратной (R-зоны) намагниченности.

Глобальность обоих явлений — дрейфа континентов и геомагнит­ных инверсий— служит предпосылкой применения палеомагнитного метода в стратиграфии. Основой этих исследований служат палеомаг-нитные шкалы или шкалы геомагнитных инверсий, привязанные к об­щей стратиграфической шкале или изотопным датировкам

(рис. 17, 18).

Рис. 17. Схематическое представление спрединга океанического дна на основе чередования полос положительных и отрицательных аномалий, создаваемых нор­мально и обратно намагниченными участками океанической коры. Зоны нормаль­ной полярности затемнены. По горизонтали указан возраст в миллионах лет

(по П. Шарма)

 

-154-

 

 

Рис. 18. Карты палеоконтинентов: а—г — по Морену и Ирвингу, д—е по Ирвингу.

(а) Массив Пангея в конце докембрийского времени: SB — Сибирский щит, SN — Китайс­кий щит. (б) Раскрытие Атлантики III и последующее значительное раздвигание конти­нентов ВА — Балтика, G — Британия, LA — Лаврентия, (в) Закрытие Атлантики III и формирование каледонского складчатого суперпояса и новой Пангеи. (г) Раскрытие Ат­лантики II и рифтообразование с отделением Лавразии и Гондваны. (д) Закрытие Атлан­тики II в среднекаменноугольное время (еерцинская орогения) и возникновение еще одной Пангеи. (е) Раскол Пангеи в юрское время ведет к формированию современных Атланти­ческого, Индийского и Северного Ледовитого океанов; их ширина в меловой период была относительно небольшой

 

 

-155-

Время, в течение которого происходит инверсия, как это установле­но детальными палеомагнитными исследованиями переходных зон, составляет около 5000 лет. По этой причине слои внутри переходных зон не могут быть скоррелированы в глобальном масштабе, и соответ­ственно, разрешающая способность магнитостратиграфии примерно равна продолжительности перехода.

 

8.8.3. Магнитостратиграфическая шкала

 

Различают две группы магнитостратиграфических шкал: