Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 493, № 1, стр. 16-20

РАННЕМЕЛОВОЙ ВОЗРАСТ БАЗАЛЬТОВ АРХИПЕЛАГА ЗЕМЛЯ ФРАНЦА-ИОСИФА: СООТВЕТСТВИЕ НОВЫХ 40Ar/39Ar И ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ

В. В. Абашев 12*, Д. В. Метелкин 12, академик РАН В. А. Верниковский 12, Е. А. Васюкова 23, Н. Э. Михальцов 12

1 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Новосибирск, Россия

2 Новосибирский государственный университет
Новосибирск, Россия

3 Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук
Новосибирск, Россия

* E-mail: abashevvv@ipgg.sbras.ru

Поступила в редакцию 10.04.2020
После доработки 14.04.2020
Принята к публикации 14.04.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Представлены новые 40Ar/39Ar определения возраста базальтов архипелага Земля Франца-Иосифа. Полученный набор датировок свидетельствует в пользу распространения продуктов только раннемелового возраста, что также подтверждается результатами палеомагнитных исследований. Анализ всей имеющейся совокупности геохронологических данных с учетом сведений о магнитной полярности свидетельствует, что интервал активного магматизма приходится на конец баррема–апт и соответствует началу мелового суперхрона, около 125 млн лет. Существенно более древние оценки возраста не имеют отношения ко времени формирования базальтов архипелага Земля Франца-Иосифа, как части крупной изверженной провинции высокоширотной Арктики.

Ключевые слова: геохронология, палеомагнетизм, крупные изверженные провинции, Земля Франца-Иосифа, Арктика

Принципиально важным этапом тектонической истории высокоширотной Арктики является становление крупной изверженной провинции (High Arctic Large Igneous Province – HALIP), фрагменты которой сохранились в виде вулканических плато подводных поднятий и островов, примыкающих к Евразийскому и Амеразийскому бассейнам Северного Ледовитого океана [1]. В этом плане острова архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) являются ключевым объектом для реконструкции Баренцевоморской части НALIP. Систематическое геологическое изучение архипелага начато давно [2], однако вплоть до настоящего времени остаются противоречивые представления о возрасте и продолжительности магматического события, обусловившего его формирование. Полученные в последнее время 40Ar/39Ar определения указывают на широкий временнóй диапазон магматизма на ЗФИ – с ранней юры до раннего мела, включая три импульса активизации: 190, 155 и 125 млн лет назад [3, 4]. По другим геохронологическим данным, в том числе единичным U–Pb-определениям, образование траппов ЗФИ ограничено одним коротким импульсом в начале мела [5, 6]. В пользу этого свидетельствует многочисленные палеонтологические данные, результаты геологической съемки и интерпретации региональных геофизических профилей, другие геолого-геофизические наблюдения, подтверждающие, что базальтовые покровы подстилаются осадочными породами не древнее оксфорда [79].

Полученные нами палеомагнитные данные также указывают на кратковременный одноактный характер формирования магматического ареала ЗФИ [10, 11]. Установленные палеомагнитные направления и соответствующие виртуальные геомагнитные полюсы не имеют дискретных групп, ожидаемых в случае эпизодического характера магматизма с длительными интервалами относительного затишья [10]. По результатам изучения анизотропии магнитной восприимчивости также не установлено каких-либо следов вертикальной неоднородности вулканического разреза, свидетельствующих об эпизодической активизации магматизма [11].

Перечисленные выше обстоятельства подвергают сомнению то, что имеющиеся юрские 40Ar/39Ar определения соответствуют времени траппового магматизма на ЗФИ. Для решения указанной проблемы в ходе экспедиции 2017 г. были переопробованы ключевые объекты на островах Гукера и Земле Александры, где ранее были получены юрские датировки [3, 4], а также несколько участков предположительно раннемелового возраста, в том числе на островах Хейса и Ферсмана. Определения абсолютного возраста 40Ar/39Ar методом выполнены по монофракциям пироксена и плагиоклаза в аналитическом центре ИГМ СО РАН.

Новые 40Ar/39Ar определения по ключевым объектам на о. Гукера (80°20′26.5″ с.ш., 52°46′56.8″ в.д., образец 17z01), в основании разреза бухты Тихой, вблизи м. Седова и на о. Земля Александры (80°42′55.2″ с.ш., 47°53′12.2″ в.д., образец 17z12), в основании разреза м. Мелехова, не подтвердили полученные ранее цифры – 189.1 ± ± 11.4 млн лет и 189.9 ± 3.1 млн лет соответственно [3, 4]. В возрастном спектре пироксена из образца 17z01 выделяется плато из 5 ступеней, характеризующее 88% выделенного 39Ar со значением возраста 138.8 ± 3.9 млн лет, Ca/K отношение – от 65 до 96 (рис. 1). Для плагиоклаза из того же образца получен возрастной спектр, в котором выделяется плато из 3 ступеней, 100% выделенного 39Ar, возраст 145.8 ± 5.3 млн лет, Ca/K отношение – от 108 до 227. По пироксену из образца 17z12, выделяется промежуточное плато из 2 ступеней, характеризующее 95% выделенного 39Ar и значение возраста 134.3 ± 3.6 млн лет, Ca/K отношение – от 42 до 77. Для плагиоклаза из того же образца получен спектр с промежуточным плато из 2 ступеней, 100% выделенного 39Ar, возраст 130.2 ± 4.4 млн лет, Ca/K отношение – от 100 до 138 (рис. 1).

Рис. 1.

Результаты 40Ar/39Ar-датирования монофракций пироксена (слева) и плагиоклаза (справа) базальтов о. Гукера и о. Земля Александры.

В предположительно меловых объектах 40Ar/39Ar возраст кристаллизации плагиоклаза и пироксена составляет от 160 до 120 млн лет. Так, возраст пробы, отобранной из силла на о. Ферсмана, оценивается в 133.6 ± 1.6 млн лет по пироксену и 130.6 ± 3.2 млн лет по плагиоклазу. На о. Гукера для штока скалы Рубини возраст по пироксену составляет 120.7 ± 1.3 млн лет, по плагиоклазу – 134.0 ± 2.9 млн лет, а для пластового тела на м. Медвежий по пироксену – 127.3 ± 1.3 млн лет, по плагиоклазу – 136.8 ± 7.7 млн лет. Верхняя часть разреза м. Мелехова на о. Земля Александры по пироксену и плагиоклазу имеют возраст 125.3 ± 3.5 и 159.0 ± 15.5 млн лет соответственно. Статистический анализ всей имеющейся сегодня совокупности Ar/Ar определений свидетельствует, что наиболее вероятный возраст магматизма – около 130 млн лет (рис. 2). Таким образом, мы склонны полагать, что имеющиеся юрские оценки возраста, скорее всего, являются методологическим артефактом и связаны с избыточным аргоном, на величину которого могут влиять наличие ксенокристов, включения морской воды в зернах, которые были захвачены в момент образования породы и другое [12], либо отражают процессы, происходившие в долгоживущей магматической камере, но не имеющие отношения к возрасту формирования базальтов, слагающих острова ЗФИ.

Рис. 2.

Результаты статистического анализа имеющихся 40Ar/39Ar определений и сопоставление полярности датированных палеомагнитных направлений с магнитохронологической шкалой юры–мела [13]. В шкале черный цвет соответствует интервалам прямой, белый – обратной, серый – смешанной (частые инверсии вне масштаба) полярности. На графике сверху кривая, отражающая интегральную плотность вероятности событий, рассчитанная по всей совокупности имеющихся 40Ar/39Ar датировок: круг – определения из [3, 4]; квадрат – по данным авторов; крайние шесть древнейших датировок не входят в расчет среднего возраста – серое поле на графике.

Для уточнения полученной оценки возраста и продолжительности магматизма ЗФИ все датированные палеомагнитные определения сопоставлены с мировой шкалой магнитной полярности (рис. 2). За исключением дайки Аметистовой на о. Хейса, абсолютно все изученные на сегодняшний момент магматические объекты, в том числе не имеющие определений абсолютного возраста (всего около 50 точек опробования, более 700 образцов), намагничены во время прямой (нормальной) полярности геомагнитного поля [10]. Исключительное преобладание прямой полярности в случае длительной эволюции магматизма с юры по мел плохо объяснимо. Все это время вплоть до рубежа баррема–апта магнитное поле Земли характеризуется очень частыми инверсиями – не реже 1 раза в миллион лет [13]. Лишь с аптского времени и по сантон включительно отмечается длительный суперхрон C34n прямой полярности (см. рис. 2). В этом контексте полученные данные лучше соответствуют концепции об одноактном кратком магматизме при формировании траппов ЗФИ, причем время проявления этой активности ближе ко второй половине раннего мела. Обратная полярность палеомагнитных направлений в долеритах дайки Аметистовой с 40Ar/39Ar возрастом 125.2 ± 5.5 млн лет [4] хорошо согласуется с узкой зоной M0r в основании апта (см. рис. 2). Сама цифра неотличима от результатов 40Ar/39Ar датирования обратно намагниченных базальтов гайота MIT – 125.4 ± 0.2 млн лет, которые положены в основу определения зоны M0r при расшифровке полосовых магнитных аномалий Тихого океана [14].

Возрастные оценки древнее 125 млн лет для других объектов, показывающих прямую полярность, хотя и находятся в соответствии со шкалой, но с учетом ошибки определения, перекрывают сразу несколько магнитохронов или попадают в область смешанной (частые инверсии вне масштаба на рис. 2) полярности. Это определенно подтверждает тот факт, что абсолютное большинство магматических тел архипелага ЗФИ были сформированы в эпоху преобладающей прямой полярности, т.е. в начале мелового суперхрона. При этом мы однозначно фиксируем время остывания изученных базальтов до температуры Кюри основных магнитных минералов (титаномагнетита и титаномагеммита), около 300–400°С, когда происходит фиксация намагниченности [10]. Незначительное удревнение возраста по данным суммарной Ar/Ar оценки (~130 млн лет) можно было бы связать с длительным остыванием продуктов активного магматизма в пределах крупной изверженной провинции, однако температуры закрытия Ar/Ar системы сопоставимы с установленными температурами Кюри, а модельные оценки скорости остывания базальтов от момента кристаллизации минералов – термохронометров, используемых в геохронологии и палеомагнетизме, высокие [15]. Поэтому главным объяснением удревнения возраста в ряде проб являются аналитические проблемы при Ar/Ar исследованиях. Единственные достоверные U/Pb определения по цирконам, полученные из силлов скважин Нагурская (о. Земля Александры) и Северная (о. Греэм-Белл) имеют возраст 122.2 ± ± 1.1 млн лет и 122.7 ± 0.3 млн лет соответственно [6], что полностью согласуется с палеомагнитной оценкой.

Таким образом, согласно геохронологическим данным и характеру магнитополярной записи, а также учитывая характерную краткость формирования большинства известных крупных изверженных провинций [1], можно утверждать, что образование магматического ареала ЗФИ произошло в результате одного краткого импульса магматизма в барреме–апте, около 125 млн лет назад, непосредственно перед или в самом начале суперхрона С34n. Существенно более древние оценки возраста не имеют отношение ко времени самого эпизода становления ареала ЗФИ в составе НALIP.

Список литературы

  1. Ernst R.E. // Cambridge University Press. 2014. 653 p.

  2. Дибнер В.Д., Шульгина Н.И. // Тр. Инст. Геолог. Арктики. 1960. Т. 114. С. 65–77.

  3. Карякин Ю.В., Шипилов Э.В. // ДАН. 2009. Т. 425. № 2. С. 1–5.

  4. Шипилов Э.В., Карякин Ю.В. // ДАН. 2014. Т. 457. № 5. С. 327–331.

  5. Грачев А.Ф. // Физика Земли. 2001. № 9. С. 49–61.

  6. Corfu F., Polteau S., Planke S., et al. // Geol. Mag. 2013. V. 150. № 6. P. 1127–1135.

  7. Репин Ю.С. // ДАН. 1999. Т. 367. № 3. С. 389–393.

  8. Столбов Н.М., Суворова Е.Б. // Природа шельфа и архипелагов Европейской Арктики. Вып. 10. М.: ГЕОС. 2010. С. 276–280.

  9. Polteau S., Hendriks B.W.H., Planke S., et al. // Palaeo. 2016. V. 441. P. 83–95.

  10. Абашев В.В., Метелкин Д.В., Михальцов Н.Э. и др. // Геология и Геофизика. 2018. Т. 59. № 9. С. 1445–1468.

  11. Абашев В.В., Верниковский В.А., Казанский А.Ю. и др. // ДАН. 2019. Т. 486. №.2. С. 197–201.

  12. Konrad K., Koppers A.A.P., Balbas A.M., et al. // 3G. 2019. V. 20. P. 1041–1053.

  13. Walker J.D., Geissman J.W., Bowring S.A., et al. // GSA Bulletin. 2013. V. 125. №3/4. P. 259–272.

  14. Pringle M.S., Duncan R.A. // Scientific Results. 1995. V. 144. P. 547–557.

  15. Метелкин Д.В., Лавренчук А.В., Михальцов Н.Э. // Физика Земли. 2019. № 6. С. 24–33.

Дополнительные материалы отсутствуют.