Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Аномальная намагниченность красноцветов недубровской пачки пограничных пермо-триасовых отложений Русской плиты
А.М. Фетисова, Ю.П. Балабанов, Р.В. Веселовский, Д.А. Мамонтов
Российская Федерация, Москва, Казань
Аннотация
Выделенная сравнительно недавно недубровская пачка -- предмет неутихающих споров в связи с неопределенностью возраста слагающих ее отложений. Проведенные различными исследователями многочисленные определения фауны и флоры позволяют относить недубровские отложения, с одной стороны, к терминальной перми, с другой -- к нижнему триасу. Уникальность недубровской пачки определяется также отсутствием известных возрастных аналогов в пределах Московской синеклизы. В настоящей статье даны результаты комплексных палеомагнитных и магнитно-минералогических исследований предположительно наиболее древних недубровских слоев нижнего триаса Московской синеклизы, вскрывающихся в нижнем течении р. Кичменьги (Вологодская обл.) и залегающих на глинах вятского яруса верхней перми. Детальные температурные магнитные чистки позволили выявить в большинстве образцов наличие монополярной стабильной компоненты естественной остаточной намагниченности (ЕОН). Среднее направление характеристической компоненты намагниченности изученных красноцветов (slat = 60,04521°, slong = 45,74047°, N = 142, D = 246,3°, I = -6,6°, K = 10,0, a95 = 3,9°) значительно отличается от ожидаемых позднепермских-раннетри- асовых палеомагнитных направлений и с высокой степенью вероятности может быть аномальным. Мы полагаем, что аномальная намагниченность сформировалась во время продолжительного, порядка первых тысяч лет, отклонения конфигурации магнитного поля Земли от поля центрального осевого диполя. Имеющиеся свидетельства присутствия соответствующих интервалов с аномальными палеомагнитными направлениями в осадочных и вулканических разрезах верхней перми Западной Сибири указывают на возможность их использования в качестве маркеров для проведения региональных и глобальных магнитостратиграфических корреляций, а также позволяют косвенно предполагать верхнепермский возраст недубровских отложений.
Ключевые слова: палеомагнетизм, магнитная стратиграфия, пермь, триас, Русская плита, недубровская пачка.
Annotation
Anomalous magnetization of the Permian-Triassic Nedubrovo red beds, Moscow basin
A. M. Fetisova, Yu. P. Balabanov, R. V. Veselovskiy, D. A. Mamontov
Lomonosov Moscow State University,
Moscow, Russian Federation
Institute of Physics of the Earth RAS,
Moscow, Russian Federation
Kazan Federal University,
Kazan, Russian Federation
A Nedubrovo member was recently described by (Lozovsky et al., 2001) and is the subject of continuing disputes due to the uncertainty of its age. Numerous determinations of fauna and flora allow to suggest the age of the Nedubrovo deposits as Upper Permian (Arefiev et al., 2016, Lozovsky et al., 2016) or Lower Triassic (Lozovsky et al., 2017). The uniqueness of the Nedubrovo member is also determined by the absence of its stratigraphic analogues within the Moscow sedimentary basin. Here we present the results of complex paleomag- netic and rock magnetic studies of the oldest Nedubrovo horizons of the Lower Triassic of the Moscow basin, which are outcropped in the lower stream of the Kichmenga River and lie on the clays of the Vyatkian stage of the Upper Permian. We found the paleomagnetic direction of the characteristic component of the magnetization of the studied red beds to be anomalous (slat = 60.04521°, slong = 45.74047°, N = 142, D = 246.3°, I = -6.6°, K = 10.0, a95 = 3.9°) and, with a high degree of probability, it corresponds to the period of significant and prolonged deviation of the Earth's magnetic field configuration from the Geocentric Axial Dipole (GAD). The presence of anomalous paleomagnetic directions in Late Permian sedimentary and volcanic sections within Eurasia can be used as a powerful tool for local and regional magnetostratigraphic correlations, and it also indirectly suggests the Late Permian age of the Nedubrovo sediments.
Keywords: paleomagnetism, magnetostratigraphy, Permian-Triassic boundary, Russian sedimentary basin, Nedubrovo member.
Введение
Ранний триас Московской синеклизы по характеру седиментации и режиму геомагнитного поля во многом сходен с татарской эпохой, вследствие чего их стратиграфическое разделение всегда встречало большие сложности. Кроме этого, обоснование границы перми и триаса на Русской плите осложняется существованием несогласий, объем которых отличен в разных районах бассейна, что существенно затрудняет интерпретацию палеомагнитных данных (Буров и Боронин, 1977; Мо- лостовский и Храмов, 1997). Триас в различных разрезах залегает на прямо или на обратно намагниченных отложениях вятского, а в некоторых случаях -- и северодвинского ярусов. В основании триаса чаще лежат прямо намагниченные породы, но нередко встречаются обратно намагниченные, и не всегда удается показать соответствие выделенных палеомагнитных зон определенному интервалу магнитостратиграфической шкалы.
Нижний в составе триаса вохминский горизонт, как и одноименная свита, установлены в стратотипической местности вдоль р. Вохмы по разрезам буровых скважин, а парастратотип горизонта изучен по естественным выходам на правом берегу р. Ветлуги (Лозовский и др., 2001). Из-за ритмичного строения свита разделяется на нижнюю и верхнюю подсвиты (Постановления ..., 1996). В составе нижней выделены мелкие ритмопачки: асташихинская (глины со скорлуповатой отдельностью) и рябинская (тонкослоистые глины). Верхняя подсвита представлена краснобаковской ритмопачкой. Установленные толщи содержат разнообразные комплексы ископаемых остатков: кости наземных позвоночных, раковины конхо- страк и остракод, растительные макроостатки и миоспоровые комплексы. В начале XXI века выяснилось (Лозовский и др., 2001), что в бассейне р. Кичменьги под аста- шихинскими образованиями вскрывается еще одна, более древняя триасовая(?) недубровская ритмопачка, палеонтологически отличная от вышележащих отложений. Здесь же прослеживается и контакт вохминских пород с подстилающими отложениями вятского яруса татарского отдела перми.
Среди наслоений вохминского горизонта Московской синеклизы недубровская пачка выделяется разнообразием и богатством различных групп континентальной биоты (Лозовский и др., 2001), однако представления о возрасте недубровской пачки за 17 лет исследований активно менялись с раннетриасового на позднепермский и обратно, что отчасти связано с отсутствием для нее известных стратиграфических аналогов. Данная проблема сохраняется и на сегодняшний день, хотя с момента открытия недубровской пачки из нее и из смежных местонахождений было описано множество палеонтологических остатков по различным группам ископаемых (Ярошенко, 2005; Сенников и Новиков, 2011; Лозовский и др., 2011; Лозовский, 2013; Лозовский, Новиков, 2016; Лозовский и др., 2017 и др.). На настоящий момент установление границы перми и триаса по синхронности вымирания различных групп организмов, обитавших на суше и в море, также сталкивается с рядом объективных трудностей. К примеру, ранее в континентальных отложениях начало триаса принимали в основном по появлению Lystrosaurus, хотя позднее было показано присутствие остатков листрозавров в поздней перми Северо-Западного Китая и Южной Африки (Лозовский и др., 2016). Первые листрозавры появляются выше отложений в асташихинской пачке, т. е. выше недубровской пачки стратотипического района. минералогический монополярный намагниченность синеклиза
В соответствии же с принятой уточненной субрегиональной стратиграфической схемой (Лозовский и др., 2011) недубровская пачка надстраивает объем вохминской свиты нижнего триаса. Позднее стало известно, что пачка не содержит типично триасовых остатков тетрапод, а характеризуется позднепермскими насекомыми, мио- спорами и макроостатками растений (Лозовский, Новиков, 2016). Более того, комплексный анализ накопленных палеонтологических и палеомагнитных данных показал правомерность отнесения недубровской пачки к терминальной части вятского яруса татарского отдела перми (Лозовский и др., 2016). Миоспоровые комплексы, описанные из отложений недубровской свиты (Ярошенко, 2005), отличаются присутствием позднепермских спор и пыльцы наряду с более молодыми триасовыми элементами. В последнее время состав миоспор недубровского комплекса рассматривают по возрасту как позднепермский либо смешанный пермо-триасовый, в отличие от палинокомплекса из вышележащей асташихинской свиты, который обогащен триасовыми видами (Лозовский и др., 2016). Интересно, что новые данные по разрезам недубровской пачки в районе р. Кичменьги позволили вновь поднять вопрос о возрасте пачки и ее рассмотрении в составе нижнего триаса (Лозовский и др., 2017).
Сведения о магнитостратиграфии недубровской пачки крайне скудны. В работе (Лозовский и др., 2001) упоминается, что она соответствует уровню отрицательной намагниченности (зона R0), который сопоставляется со сходной отрицательной магнитозоной в разрезе Мейшань в Китае, а основание последней соотносится с уровнем появления конодонтов Hindeodus parvus -- нижней границей триаса. Однако в литературе отсутствуют какие-либо данные, которые позволили бы оценить качество и надежность магнитостратиграфических исследований недубровских отложений. Поэтому главной задачей данной работы стало детальное определение палеомагнитной характеристики пород разреза Недуброво, чтобы составить схему его магнитной полярности и получить дополнительные ограничения на его стратиграфическое положение.
Объекты и методы исследований
Главным объектом исследований было естественное обнажение пород недубровской пачки (рис. 1), расположенное на крутом левом берегу р. Кичменьги в д. Недуброво (60,04521° с. ш., 45,74047° в. д.). Недубровская пачка по характеру окраски глин и алевролитов в светлые яркие тона имеет типичный ветлужский облик, что достаточно резко отличает ее от бурых подстилающих глин и песчаников вятского яруса. Базальные отложения недубровской пачки залегают на известко- вистых обводненных глинах вятского яруса и представлены (рис. 2, слой 1) серовато-коричневыми песками с зеленоватым оттенком с неясно выраженной косой слоистостью, прослоями сцементированных известковым цементом до состояния некрепкого песчаника (~1 м). В подошве они содержат прослой (мощностью до 20 см), состоящий из гравия и конкреций песчаника шаровидной, удлиненно-округлой и причудливо вытянутой формы, среди красных глин татарского яруса (рис. 2). Выше по разрезу недубровскую пачку слагают следующие слои (рис. 2):
-- слой 2: тонкое (до ленточного) переслаивание глин и зеленовато-серых и серых алевролитов, тонкоплитчатых, содержащих на плоскостях напластования включения обугленного растительного детрита. В нижней части отдельные прослои окрашены в фиолетово-розовый цвет, а в верхней прослеживается прослой, состоящий из светло-серых мергелистых стяжений размером до 3-5 см. В средней части слоя встречаются линзы и конкреции мелкозернистого глинистого песчаника. В этом слое обнаружены многочисленные дисперсные фитолеймы, мегаспоры Otynisporites, пыльцевые зерна и споры, остракоды, конхостраки, насекомые. По данным работы (Лозовский и др., 2001), глинистая составляющая породы представлена в основном смектитом -- продуктом измененного вулканического пепла. По генезису данный слой представляет собой отложения эстуариев, образовавшиеся в бескислородных условиях с ярко выраженным сезонным поступлением материала. Мощность слоя 5-6 м;
— слой 3: глины буровато-красные, тонкослоистые, с мергелистыми конкрециями размером до 5 см, с двумя прослоями (толщиной 0,3 и 0,1 м) серых глин. В верхней части слоя встречаются линзовидные прослои (толщиной 0,1-0,2 м) и стяжения зеленовато-серого и розоватого мелкозернистого песчаника и мергеля. Мощность слоя 0,85 м;
— слой 4: глина зеленовато-серая, плотная, крупнооскольчатая. Мощность слоя 0,4 м;
— слой 5: выше по разрезу со следами размыва залегают зеленовато-серые аллювиальные полимиктовые пески с прослоями слабосцементированных песчаников и конгломератов, а над ними -- переслаивание красновато-коричневых и красных глин и зеленовато-серых алевролитов, с горизонтами трещин усыхания, заполненных зеленовато-серым песчаником. Видимая мощность слоя -- около 5,5 м.
Верхняя часть склона сложена четвертичными делювиальными супесями и суглинками с включениями гравия и гальки.
Ориентированные штуфы, из которых впоследствии были выпилены палео- магнитные образцы размером 20 х 20 мм в основании и 5-20 мм по высоте, были отобраны в 2008 и 2015 гг. по всей мощности разреза с шагом до 5 см, оба раза -- в траншеях, вскрывавших субгоризонтально залегающие коренные породы недубровской пачки. Верхняя и нижняя грани образцов в подавляющем большинстве случаев совпадали с поверхностями напластования. Общая мощность опробованного интервала разреза превысила 12 м, суммарный размер палеомагнитных коллекций -- 210 образцов. В разные годы образцы были отобраны двумя независимыми научными группами, а опробованные интервалы разреза перекрывали друг друга (рис. 2); это обстоятельство позволяет исключить значимое влияние «человеческого фактора» на конечный результат.
Лабораторные палео- и петромагнитные исследования выполнялись по стандартной методике (Гончаров и др., 1982; Tauxe et al., 2018). Ориентированные штуфы отбирались вручную при помощи геологического молотка и ножа. Образцы ориентировали при помощи горного компаса с учетом местного склонения согласно модели IGRF International Geomagnetic Reference Field. (12-е поколение). Магнитные чистки палеомагнитных коллекций проводились на современном оборудовании в лаборатории главного геомагнитного поля и геомагнетизма ИФЗ РАН на криогенном магнитометре SQUID (2G Enterprises, США), установленном в немагнитной комнате, и в петромагнит- ной лаборатории геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова на спин- магнитометре JR-6 (AGICO, Чехия). Образцы размагничивались в немагнитных печах MMTD80 (Magnetic Measurements, Великобритания) и TD48 (ASC Scientific, США). Температурная зависимость и анизотропия магнитной восприимчивости (AMB) измерялись с использованием каппабриджей KLY-4S и MFK1-FA (AGICO, Чехия) с высокотемпературными приставками CS-3 и CS-4. Петли гистерезиса снимались на вибромагнитометре PMC MicroMag 3900 Series (Lake Shore, Великобритания). Температурные зависимости намагниченности насыщения (Is) и остаточной намагниченности насыщения (Irs) изучались на термомагнитометрах конструкции Ю. К. Виноградова (ГО «Борок»). Результаты магнитных чисток обрабатывались при помощи пакета программ Р. Энкина (Enkin, 1994) и М. Чадимы (Chadima and Hrouda, 2006), использующих при выделении компонент намагниченности метод PCA (Kirschvink, 1980).