Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 2, стр. 135-141

Вопрос о палеогеографическом положении Сибирского кратона на рубеже неопротерозоя–палеозоя остро дискуссионный. В палеомагнитной записи, стратиграфически соответствующей тиллитам, часто фиксируются приэкваториальные широты [1]. Нахождение ледниковых отложений в тропическом поясе предполагается палеомагнитными данными и для других кратонов, что в итоге привело к постулированию гипотезы “Snowball Earth” [2, 3]. Тем не менее среди достоверно обоснованных палеомагнитных определений также имеются данные о высокоширотном положении Сибирского и других кратонов. Более того, в последние годы систематически отмечается сосуществование в стратиграфически одновозрастных породах эдиакария–раннего кембрия Сибири нескольких групп палеомагнитных направлений, а также факт гиперчастых инверсий, другие указания на несоответствие магнитного поля того времени актуалистической модели центрального осевого диполя (ЦОД) [1, 4–6]. Часто проблему значительных различий в координатах “одновозрастных” палеомагнитных полюсов объясняют стратиграфическими ошибками, недостоверными данными о возрасте пород и/или сохранившейся в них намагниченности, аномально высокими скоростями дрейфа и прочее. Тем не менее, если конфигурация магнитного поля Земли в то время была действительно другой и палеомагнитные данные не отвечают модели ЦОД, то тектонические и палеогеографические построения, выполненные на их основе, ошибочны. Мы предполагаем, что одной из причин отклонения конфигурации поля от обычного ЦОД на рубеже эдиакария–кембрия стало резкое снижение величины дипольного магнитного момента (палеонапряженности) [7, 8]. В результате этого мог резко усилиться вклад аномалийных компонент магнитного поля, что значительно исказило его структуру и, соответственно, палеомагнитную запись. Однако доказательства низкой напряженности поля и его аномальной конфигурации пока немногочисленны. Также не определено точное время, когда такой режим мог преобладать. Перспективным объектом для подтверждения этих идей и решения указанных вопросов является стратиграфически детально изученный эдиакарско-раннекембрийский разрез Оленекского поднятия.

В бассейне р. Хорбусуонки он включает субгоризонтально залегающую карбонатно-терригенную последовательность хорбусуонской (маастахская, хатыспытская, туркутская свиты), кессюсинской (сыаргалахская, маттайская и чускунская свиты) серий и вышележащей еркекетской свиты (рис. 1) [9]. Раннекембрийский (не моложе 520 млн лет) возраст еркекетской, чускунской, большей части маттайской свит и эдиакарский (не древнее 610 млн лет) возраст нижележащей части кессюсинской, а также всей хорбусуонской серий достоверно обоснован палеонтологическими данными, результатами хемостратиграфических исследований [9–12]. В поле развития эдиакарских пород повсеместно распространены дайки и силлы долеритов различной мощности, встречаются эксплозивные тела (трубки взрыва), а также стратиформные тела брекчий и крайне редкие базальтовые покровы, которые объединяются в тас-юряхский магматический комплекс [12–14]. Существующие геологические наблюдения свидетельствуют, что верхний стратиграфический уровень распространения брекчий и базальтовых покровов отвечает самой верхней части зоны Anabarites trisulcatus, которой в осадочном разрезе соответствует туркутская и большая часть сыаргалахской свит [9, 12]. U–Pb-возраст циркона из туфобрекчий одной из трубок взрыва в среднем течении р. Хорбусуонки составляет 543.9 ± 0.2 млн лет [15]. Возраст зерен циркона, извлеченных из небольших туфовых прослоев в верхней части маттайской свиты, образование которых, как мы полагаем, может быть связано с финальным этапом того же магматического события, составляет 529.7 ± 0.3 млн лет [9, 11]. Таким образом, возрастной диапазон внедрения хорбусуонских даек и силлов может быть ограничен интервалом фортуния, в среднем около 530 млн лет назад. Геохимические характеристики пород, типичные для магматизма горячих точек мантии, позволяют связать их с режимом внутриконтинентального рифтогенеза вследствие плюм-литосферного взаимодействия [14].

Рис. 1.

Схема геологического строения района исследования, разрез и соотношение геологических тел тас-юряхского магматического комплекса с осадочными образованиями (по [14] с изменениями и дополнениями). 1 – эдиакарско-раннекембрийские отложения кессюсинской серии и еркекетской свиты; 2–4 – эдиакарские отложения хорбусуонской серии: 2 – туркутская свита, 3 – хатыспытская свита; 4 – маастахская свита и подстилающие отложения, 5–7 – раннекембрийский тас-юряхский магматический комплекс: 5 – трубки взрыва, 6 – дайки и силлы, 7 – покровы; 8 – разломы; 9 – точки палеомагнитного опробования с указанием их номера 19НВ*; 10–18 – литологические комплексы: 10 – известняки, 11 – известняки глинистые, 12 – доломиты, 13 – доломиты глинистые, 14 – песчаники, 15 – переслаивание алевролитов и песчаников, 16 – аргиллиты, 17 – туфобрекчии (в прорывающих и стратиформных телах), 18 – базальты (покровы), 19 – долериты (дайки и силлы); красными звездочками на литологической колонке обозначены места определения U–Pb-возраста (см. текст), точечной линией показана предполагаемая граница эдиакария–кембрия по первому появлению следов жизнедеятельности Treptichnus pedum (FAD T. pedum).

В настоящей работе мы представляем результаты палеомагнитного анализа, включая измерения величины палеонапряженности, 9 интрузий (рис. 1). Лабораторное исследование проведено по стандартным алгоритмам с использованием аппаратуры лаборатории геодинамики и палеомагнетизма Центральной и Восточной Арктики НГУ и палеомагнитной лаборатории Геофизической обсерватории “Борок” ИФЗ РАН.

По результатам ступенчатого терморазмагничивания в диапазоне 300–450°С практически во всех образцах фиксируется характеристическая компонента северо-западного склонения и крутого наклонения (рис. 2, табл. 1). Анализ температурных кривых намагниченности насыщения (рис. 2) и магнитной восприимчивости указывают на ее стабильность к нагревам до температур ~420°С. Результаты рентгеноструктурного анализа фиксируют преобладание в магнитной фракции слабоокисленного высокожелезистого титаномагнетита. После нагрева до 500°С в течение 10 мин параметр элементарной ячейки a незначительно снижается, указывая на его однофазное окисление. Соответственно на кривых Ms(T) заметно, что величина спонтанной намагниченности падает, а температура Кюри растет (рис. 2). Одновременно фиксируется увеличение содержания ильменита с 7 до 10 мас. %, что, вероятно, обусловлено гетерофазным распадом другой части исходного титаномагнетита.

Рис. 2.

Типичные графики по результатам палеомагнитных экспериментов для двух образцов и их дублей из силла 19HB36, слева–направо: ортогональная диаграмма Зийдервельда по результатам ступенчатого терморазмагничивания природной остаточной намагниченности (NRM), график температурного разрушения намагниченности насыщения Ms(T) при последовательных нагревах (температурные интервалы показаны разным цветом); диаграммы Араи-Нагата по оценке палеонапряженности методом Телье-Коэ; термомагнитные кривые NRM, TRM и TRM* для оценки палеонапряженности методом Вилсона–Буракова.

Расположение фигуративных точек на диаграмме Дэя-Данлопа вблизи границы SD и PSD областей и анализ доменной структуры по термомагнитному критерию [16] указывают на исключительное преобладание в породе мелких псевдооднодоменных магнитных зерен. Таким образом, проведенные физические эксперименты доказывают, что характеристическая компонента намагниченности, зафиксированная в титаномагнетите, имеет первичную термоостаточную природу. Это также подтверждается результатами теста обжига. Средние направления намагниченности в долеритах силла 19HB42 и обожженных известняках хатыспытской свиты из его экзоконтакта 19HB43 не различаются. Угловое расстояние между средними палеомагнитными направлениями γ = 8.2°, при критическом значении γс = 15.3°. При этом угол между палеомагнитным направлением в долеритах и вмещающих известняках хатыспытской свиты из расположенного поблизости обнажения 19HB30 составляет 23.5°, что значимо выше γс = 7.4°.

Рассчитанные виртуальные геомагнитные полюсы группируются у восточного побережья Антарктиды, вдали от принятой для палеогеографических построений траектории кажущегося движения полюса [17] и предполагают необычно высокоширотное (~60° ю.ш.) положение Сибирского кратона (рис. 3). Причем все направления имеют только положительное наклонение вектора намагниченности, что не характерно для частоинверсионного режима геомагнитного поля в конце докембрия – начале палеозоя [4, 6]. Все это дает повод усомниться в соответствии полученной палеомагнитной записи гипотезе ЦОД и рассматривать ее как еще один факт в пользу системы наблюдений о сложной конфигурации геомагнитного поля на рубеже эдиакария–кембрия [5].

Рис. 3.

Неопротерозойско-раннепалеозойский интервал траектории кажущегося движения полюса Сибирского кратона по [17] (cерая линия, пунктиром показан интерполируемый эдиакарско–раннекембрийский фрагмент) и положение рассчитанных палеополюсов (наблюдаемые полюсы (см. табл. 1) – синим цветом, красным – средний полюс после процедуры корректировки), а также других ключевых центров и точек, обсуждаемых в тексте, и реконструируемое палеогеографическое положение Сибирского кратона (синим цветом – в соответствии с наблюдаемым полюсом, красным пунктиром – после процедуры корректировки полюса, звездочками показано положение точки наблюдения на Оленекском поднятии) относительно Африканского горячего поля мантии (красно-белые точки в поле Tuzo соответствуют положению основных магматических центров – крупных изверженных провинций). Представлено на полярной равноугольной проекции Вульфа.

Для проверки идеи о низком дипольном моменте проведены эксперименты по определению палеонапряженности (Вanc) в 11 образцах долерита из крупного силла напротив устья руч. Анабыл (точка 19HB36 на рис. 1). Выполненные в них 19 определений методом Телье-Коэ и 12 определений методом Вилсона-Буракова удовлетворяют принятым критериям качества [8]. Большинство стандартных для этого исследования графиков Араи-Нагата нелинейные, что связано с наличием вторичных низкотемпературных компонент (рис. 2). Для оценки Вanc выбран интервал, отвечающий деблокированию характеристической компоненты, вплоть до той температуры, при которой отмечается эффект окисления исходного титаномагнетита. Среднее значение Вanc = 7.58 ± ± 1.58 мкТл соответствует величине виртуального дипольного момента VDM = 1.21 ± 0.25 × 10²² Ам², что почти на порядок меньше современного. Данные об ультранизкой величине палеонапряженности во время тас-юряхского магматического события хорошо согласуются с имеющимися оценками величины VDM в конце эдиакария 580–560 млн лет [7, 8] и фактически являются первым достоверным определением для рубежа ~530 млн лет. Периоды низкого VDM очевидно могли сопровождаться гиперчастыми инверсиями [4] и чередоваться с относительно спокойными интервалами более высокой напряженности. Однако в целом такой особый режим генерации поля на рубеже докембрия–палеозоя, согласно полученным данным, длился около 30–50 млн лет, включая не только значительную часть эдиакария, но и весь фортуний.

Реконструируемое падение VDM вполне могло стать причиной нарушения обычной дипольной конфигурации геомагнитного поля, так что значимый вклад в его суммарную величину стали вносить мировые магнитные аномалии (ММА) и/или другие крупные внешние источники. Горные породы, формирующиеся поблизости от таких источников, намагничивались не по направлению на дипольный магнитный полюс (= географический, согласно гипотезе ЦОД), а в соответствии с положением наиболее интенсивных аномалий. Эта идея, объясняющая монополярный характер фиксируемой палеомагнитной записи, положена в основу предлагаемого нами приема корректировки палеомагнитных направлений, наблюдаемых для Сибирского кратона в обозначенном интервале аномального состояния геомагнитного поля в эдиакарии–раннем кембрии.

Согласно имеющейся базе палеомагнитных определений и существующим интерполяциям Сибирский кратон в то время мог находиться в тропической или субтропической зоне Южного полушария [17], не менее чем на 20–30 градусов севернее широты, наблюдаемой по данным для тас-юряхского комплекса (рис. 3). Принимая во внимание выводы о плюмовой природе тас-юряхского магматизма [14], а также о длительной стационарности Африканского (Tuzo) горячего поля мантии [18–20], вероятным источником расплавов могли быть плюмовые центры его юго-восточной части, отвечавшие впоследствии за формирование крупных изверженных провинций Кергелен, Мадагаскар и др. (см. рис. 3). При таком расположении Сибирского кратона ближайшей к нему крупной магнитной аномалией оказывается Антарктическая ММА, центр которой находится сегодня вблизи точки с координатами 65° ю.ш. 135° в.д. (см. рис. 3). Приняв, что эта точка являлась центром фактического намагничивания тас-юряхских долеритов, мы рассчитали эйлеров поворот (100° по часовой стрелке вокруг 74° с.ш., 276° в.д.), необходимый для совпадения с ней дипольного магнитного полюса (=южного географического, согласно гипотезе ЦОД). Тем самым мы приводим систему координат аномального поля к стандартной и координаты также повернутого наблюденного полюса тас-юряхских долеритов 49.1° ю.ш. 125.1° в.д. могут быть сопоставлены с палеомагнитными полюсами, отвечающими ЦОД, т.е. со стандартной траекторией кажущегося движения полюса Сибири. Соответствующее скорректированным данным палеогеографическое положение Оленекского поднятия (рис. 3) полностью согласуется с ожидаемыми широтами ~30° ю.ш и не требует резких изменений в кинематике дрейфа Сибирского кратона в течение эдиакария–раннего кембрия.

Таким образом, проведенный анализ показывает, что особый режим геомагнитного поля на фоне низкого VDM длился на рубеже докембрия–палеозоя не менее 30 млн лет. При этом фиксируемые в Сибирских разрезах высокие палеошироты, несмотря на их формальную палеомагнитную достоверность, являются артефактом, не характеризуют фактическую палеогеографию кратона и нуждаются в поправке за аномальную конфигурацию геомагнитного поля. В качестве источника, обеспечивающего искажение палеомагнитной записи в Сибирских разрезах, предлагается Антарктическая ММА. Это, в свою очередь, предполагает ее стационарность в течение, как минимум, всего фанерозоя.