Физика Земли, 2020, № 4, стр. 3-28

Разработка шкалы магнитной полярности кембрия и ордовика: текущие данные и попытка их синтеза

В. Э. Павлов 12*, И. Галле 3

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

2 Казанский (Приволжский) федеральный университет
г. Казань, Россия

3 Парижский институт физики Земли, Сорбонна Париж Сите, Университет Париж Дидро
F-75005 г. Париж, YMP 7154, НЦНИ, Франция

* E-mail: pavlov.ifz@gmail.com

Поступила в редакцию 30.11.2018
После доработки 27.01.2020
Принята к публикации 27.01.2020

Аннотация

Шкала геомагнитной полярности представляет собой квинтэссенцию наших знаний об изменении полярности магнитного поля Земли в геологическом прошлом. Характер изменения полярности магнитного поля относительно хорошо известен для кайнозоя, мезозоя и позднего палеозоя. В то же время, наши знания о полярности магнитного поля более древних эпох обрывочны и фрагментарны. Следующим важным шагом должно стать получение надежной высококачественной информации по нижнему и среднему палеозою. В настоящей работе сведены вместе основные данные, полученные нами и нашими коллегами в последние десятилетия при изучении магнитной стратиграфии нижнего палеозоя (кембрия и ордовика) Сибирской платформы и других регионов. Синтез этих данных позволяет предложить рабочий макет Шкалы магнитной полярности раннего палеозоя, описывающий имеющиеся на настоящий момент знания о характере изменения полярности геомагнитного поля в течение этого интервала геологического времени. Наиболее важными характеристиками, описывающими процесс смены полярности геомагнитного поля в раннем палеозое, являются следующие: а) существование на протяжении значительной части раннего и среднего ордовика суперхрона обратной полярности (третьего фанерозойского суперхрона “Мойеро”); б) высокая (возможно, максимальная в фанерозое) частота геомагнитных инверсий в среднем кембрии; в) уменьшение частоты геомагнитных инверсий в позднем кембрии и тремадоке при приближении к суперхрону; г) наличие аномального периода в поведении геомагнитного поля вблизи границы фанерозоя и докембрия; д) отсутствие двойного суперхрона в ордовике [Algeo, 1996].

Ключевые слова: палеомагнетизм, палеозой, магнитостратиграфия, шкала магнитной полярности, кембрий, ордовик.

DOI: 10.31857/S0002333720040079

Список литературы

  1. Бергер А.Я., Ковалевская Е.О., Тесаков Ю.И., Хромых В.Г. Силур Нюйско-Джербинской и Березовской впадин // Региональная геология и металлогения. 2007. № 30–31. С. 48–56.

  2. Высоцкий А.А., Каныгин А.В., Москаленко Т.А., Ядренкина А.Г. Ордовик Сибирской платформы (Опорный разрез на р. Кулюмбе). Тр. ИГиГ, Вып. 506. 1982. С. 9–37.

  3. Дубинина С.В. Конодонты и зональная стратиграфия пограничных отложений кембрия и ордовика. 2000. Геологический институт РАН. Труды. Вып. 517. 240 с. М.: Наука.

  4. Каныгин А.В., Москаленко Т.А., Ядренкина А.Г., Абаимова Г.П., Семенов В.С., Сычев О.В., Тимохин А.В. Ордовик Сибирской платформы. Фауна и стратиграфия Ленской фациальной зоны. Новосибирск: Наука. 1989. 216 с.

  5. Комиссарова Р.А., Осипова Э.П. Результаты палеомагнитного изучения пород среднего рифея – кембрия р. Мая. Магнитостратиграфия и палеомагнетизм осадочных и вулканогенных формаций СССР. Палеомагнетизм и аккреционная тектоника / Храмов А.Н. Л.: ВНИГРИ. 1986. 98 с. С. 5–13.

  6. Лубнина Н.В., Зайцев А.В., Павлов В.Э. Предварительные результаты палеомагнитных исследований ордовикских комплексов Ленинградской области: располагалась ли Восточно-Европейская платформа 465 млн лет назад гораздо ближе к экватору, чем предполагалось ранее? Современные вопросы геологии. М.: Научный Мир. 2003. С. 89–92.

  7. Маслов А.В., Подковыров В.Н., Гражданкин Д.В., Колесников А.В. Верхний венд востока, северо-востока и севера Восточно-Европейской платформы: процессы осадконакопления и эволюция биоты // Литосфера. 2018. Т. 18. № 4. С. 520–542.

  8. Москаленко Т.А., Ядренкина А.Г., Семенова В.С., Ярошинская А.М. Ордовик Сибирской платформы. Опорные разрезы верхнего ордовика. Тр. ИгиГ, вып. 340 / Каныгин А.В. М. 1978. 130 с.

  9. Осипова Э.П. Палеомагнетизм отложений среднего кембрия западного крыла Чекуровской антиклинали. Палеомагнетизм и аккреционная тектоника / Храмов А.Н. Л.: ВНИГРИ. 1988. 188 с. С. 93–100.

  10. Павлов В.Э. Родионов В.П. Храмов А.Н. Галле И. Магнитостратиграфия опорного разреза ордовика в районе дер. Половинка (среднее течение р. Лена): изменялась ли полярность геомагнитного поля в раннем лландейло? // Физика Земли. 1999. № 5. С. 61–71.

  11. Павлов В.Э., Галле И., Шацилло А.В., Водовозов В.Ю. Палеомагнетизм нижнего кембрия долины нижнего течения р. Лены – новые ограничения на кривую кажущейся миграции полюса Сибирской платформы и аномальное поведение геомагнитного поля в начале фанерозоя //Физика Земли. 2004. № 2. С. 28–49.

  12. Павлов В.Э., Веселовский Р.В., Шацилло А.В., Галле И. Магнитная стратиграфия опорного разреза ордовика среднего течения р. Ангары – еще одно доказательство существования ордовикского геомагнитного суперхрона // Физика Земли. 2012. № 4. С. 14–22.

  13. Павлов В.Э., Толмачева Т.Ю., Веселовский Р.В., Латышев А.В., Фетисова А.М., Бигун И.В. Магнитная стратиграфия ордовика нижнего течения р. Котуй: Возраст Бысы-Юряхской толщи и частота геомагнитных инверсий накануне суперхрона // Физика Земли. 2017. № 5. С. 702–713.

  14. Павлов В.Э., Пасенко А.М., Шацилло А.В., Паверман В.И., Щербакова В.В., Малышев С.В. Систематика палеомагнитных направлений раннего кембрия северных и восточных районов Сибирской платформы и проблема аномального геомагнитного поля вблизи границы протерозоя и фанерозоя // Физика Земли. 2018. № 5. С. 122–146.

  15. Писаревский С.А. Палеомагнетизм кембрийских отложений разреза по р. Оленек. Магнитостратиграфия и палеомагнетизм осадочных и вулканогенных формаций СССР / Храмов А.Н. Л.: ВНИГРИ. 1986. 98 с.

  16. Попов В.В., Храмов А.Н. Новый палеомагнитный метод ориентирования керна скважин в пространстве. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007. Т. 2. http://www.ngtp.ru/rub/12/016.pdf

  17. Родионов В.П., Павлов В.Э., Галле И. Магнитополярная структура разреза стратотипа киренско-кудринского и чертовского горизонтов среднего ордовика (верхнее течение р. Лены, выше Киренска) – к проблеме ордовикского геомагнитного суперхрона // Физика Земли. 2001. № 6. С. 67–71.

  18. Родионов В.П., Гуревич Е.Л. Опорный магнитостратиграфический разрез отложений нижнего ордовика Северо-Запада Сибирской платформы. Нефтегазовая геология. Теория и практика: электр. науч. журн. 2010. Вып. 3. Т. 5. http://www.ngtp.ru

  19. Розанов А.Ю., Репина Л.Н., Аполлонов М.К., Шабанов Ю.Я. и др. Кембрий Сибири. Новосибирск: Наука. 1992. Тр. ИгиГ. Вып. 788. С. 133.

  20. Розанов А.Ю., Семихатов М.А., Соколов Б.С., Федонкин М.А., Хоментовский В.В. и др. Решение о выборе стратиграфической границы докембрия и кембрия: прорыв в проблеме или ошибка? // Стратиграфия. Геол. корреляция. 1997. Т. 5. № 1. С. 21–31.

  21. Розова А.В. Биостратиграфия и трилобиты верхнего кембрия и нижнего ордовика северо-запада Сибирской платформы. М.: Наука. 195 с. (Труды института геологии и геофизики. Со АН СССР. Вып. 36). 1968.

  22. Розова А.В. Биостратиграфия и описание трилобитов среднего и верхнего кембрия северо-запада Сибирской платформы. М.: Наука. 1964. 146 с.

  23. Розова А.В. Корреляция верхнекембрийских разрезов Южного Казахстана и Сибирской платформы // Биостратиграфия и палеонтология кембрия Северной Азии. М. 1986. С. 25–39.

  24. Рудько Д.В., Рудько С.В., Шацилло А.В., Кузнецов Н.Б. Количественная оценка частоты магнитных инверсий в палеомагнитной записи красноцветов лопатинской свиты. Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту): Материалы совещания. Вып. 16. Иркутск: Институт земной коры СО РАН. 2018. С. 226–227.

  25. Федорова Н.М., Левашова Н.М., Меерт Дж., Маслов А.В., Крупенин М.Т. Восточно- Европейская платформа в конце венда:новые палеомагнитные данные по западному склону Среднего Урала. Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Теория, практика, эксперимент. Казань. 2013. С. 218–223.

  26. Храмов А.Н., Гончаров Г.И., Комиссарова Р.А. и др. Палеомагнетизм палеозоя. Л.: Недра. 1974. Труды ВНИГРИ. Вып. 335. С. 238.

  27. Храмов А.Н., Гончаров Г.И., Комиссарова Р.А. и др. Палеомагнитология. Л.: Недра. 1982. С. 312.

  28. Храмов А.Н., Шкатова В.К. Общая магнитостратиграфическая шкала полярности фанерозоя. Приложение 9. Приложения к Стратиграфическому кодексу России. СПБ.: ВСЕГЕИ. 2000. С. 24–25.

  29. Шацилло А.В., Кузнецов Н.Б., Павлов В.Э. Первые магнитостратиграфические данные о стратотипе лопатинской свиты (северо-восток Енисейского кряжа): проблемы ее возраста и палеогеографии Сибирской платформы на рубеже протерозоя и фанерозоя // Докл. РАН. 2015. Т. 465. № 4. С. 464–468.

  30. Abrajevitch A., Van der Voo R. Incompatible Ediacaran paleomagnetic directions suggest an equatorial geomagnetic dipole hypothesis // Earth and Planetary Science Letters, 2010. V. 293(1–2). P. 164–170.

  31. Algeo T.J. Geomagnetic polarity bias pattern through Phanerozoic // JGR. 1996. V. 101. P. 2785–2814.

  32. Bachtadse V., Pavlov V.E., Kazansky A.Y., Tait J.A. Siluro-Devonian paleomagnetic results from the Tuva Terrane (southern Siberia, Russia):implications for the paleogeography of Siberia // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № B6. P. 13.509–13.518.

  33. Bazhenov M.L., Collins A.Q., Degtyarev K.E., Levashova N.M., Mikolaichuk A.V., Pavlov V.E., Van der Voo R. Paleozoic northward drift of the North Tien Shan (Central Asia) as revealed by Ordovician and Carboniferous paleomagnetism // Tectonophysics. 2003. V. 366. P. 113–141.

  34. 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. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.12.015

  35. Cocks L.R.M., Torsvik T.H. Siberia, the wandering northern terrane, and its changing geography through the Palaeozoic // Earth-Science Reviews. 2007. V. 82. P. 29–74.

  36. Driscoll P.E. Simulating 2 Ga of geodynamo history // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43.

  37. Elston D.P., Bressler S.L. Paleomagnetic poles and polarity zonation from Cambrian and Devonian strata of Arizona // Earth and Planetary Science Letters. 1997. V. P. 423–433.

  38. Farr R., Sprowl D., Johnson J. Identification and initial correlation of magnetic reversals in the lower to middle Ordovician of Northern Arkansas. in Application of Paleomagnetism to sedimentary geology. SEPM Spec. Pub. 1993. V. 4. P. 83–93.

  39. Gallet Y., Pavlov V. Magnetostratigraphy of the Moyero river section (north-western Siberia): constraint on the geomagnetic reversal frequency during the early Paleozoic // Geophisical J. Internatinal. 1996. V. 125. P. 95–105.

  40. Gallet Y., Pavlov V., Courtillot V. Magnetic reversal frequency and Apparent Polar Path of the Siberian platform in the earliest Paleozoic, inferred from the Khorbusuonka river section (northeastern Siberia) // Geophisical J. Internatinal. 2003. V. 154. P. 829–840.

  41. Gallet Y., Pavlov V., Korovnikov I. Extreme geomagnetic reversal frequency during the Middle Cambrian as revealed by the magnetostratigraphy of the Khorbusuonka section (northeastern Siberia) // Earth and Planetary Science Letters. 2019. V. 528.https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115823

  42. Geological time scale 2012 / Eds. Felix M. Gradstein, James G. Ogg, Mark D. Schmitz, Gabi M. Ogg. 2012. V. 1. 1139 p.

  43. Gissinger C., Petitdemange L., Schrinner M. Bistability between equatorial and axial dipoles during magnetic field reversals // Physical Review Letters. 2012. V. 108. Iss. 23. P. 234501.

  44. Grappone J.M., Chaffee T., Isozaki Y., Bauert H., Kirschvink J.L. Investigating the duration and termination of the Early Paleozoic Moyero reversed polarity Superchron: Middle Ordovician paleomagnetism from Estonia // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2017. V. 485. P. 673–686.

  45. Hounslow Mark W. Geomagnetic reversal rates following Palaeozoic superchrons have a 424 fast restart mechanism. Nature Communications. 2016. V. 7. https://doi.org/10.1038/ncomms12507

  46. Kanygin A.V., Moskalenko T.A., Yadrenkina A.G. Ordovician System of the Siberian platform. The Ordovician System in most of Russian Asia: Correlation Charts and Explanatory Notes. International Union of Geological Sciences. Publication. V. 26. 1988. C. 1–28.

  47. Kirschvink J.L., Rozanov A.Ju. Magnetostratigraphy of Lover Cambrian strata from the Siberian Platform: palaeomagnetic pole and preliminary polarity time-scale // Geol. Mag. 1984. V. 121(3). P. 189–203.

  48. Klootwijk C.T. Early Paleozoic magnetism in Australia // Tectonophysics. 1980. V. 64. P. 249–332.

  49. Kouchinsky Y., Bengtson S., Gallet Y., Korovnokov I., Pavlov V., Runnegar B., Shields G., Weizer J., Young E., Ziegler K. The SPICE carbon isotope excursion in Siberia: a combined study of the upper Middle Cambrian–lowermost Ordovician Kulyumbe River section, northwestern Siberian Platform // Geol. Mag. 2008. V. 145(5). P. 609–622.

  50. 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: paleomagnetic and geochronological data from the clastic Zigan Formation, South Urals // Prec. Res. 2013. V. 236. P. 16–30.

  51. Olson P.L., Coe R.S., Driscoll P.E., Glatzmaier G.A., Roberts P.H. Geodynamo reversal frequency and heterogeneous core-mantle boundary heat flow // Phys. Earth. Planet. Inter. 2010. V. 180. P. 66–79.

  52. Opdyke N.D., Channell, J.E.T.Magnetic stratigraphy. London and San Diego Academic Press.1993. P. 1–364.

  53. Pavlov V.E., Gallet Y. Upper Cambrian to Middle Ordovician magnetostratigraphy from the Kulumbe river section (northwestern Siberia) // Phys. Earth and Plan. Int. 1998. V. 108. P. 49–59.

  54. Pavlov V., Gallet Y. Middle Cambrian high magnetic reversal frequency (Kulumbe river section, northwestern Siberia) and reversal behaviour during the Early Palaeozoic // Earth and Planetary Science Letters. 2001. V. 185. № 1–2. P. 173–183.

  55. Pavlov V., Gallet Y. A third superchron during the Early Paleozoic, Episodes. 2005. V. 28. P. 78–84.

  56. Pavlov V., Valerian Bachtadse, Mikhailov V. New Middle Cambrian and Middle Ordovician palaeomagnetic data from Siberia: Llandelian magnetostratigraphy and relative rotation between the Aldan and Anabar–Angara blocks // Earth and Planetary Science Letters. 2008. V. 276. Is. 3–4. P. 229–242.

  57. Pisarevsky S.A., Gurevich E.L., Khramov A.N. Paleomagnetism of Lower Cambrian sediments from the Olenek river section (northern Siberia): paleopoles and the problem of magnetic polarity in the Early Cambrian // Geophys. J. Int. 1997. № 130. P. 746–756.

  58. Powerman V., Shatsillo A., Coe R., Zhao X., Gladkochub D., Buchwaldt R., Pavlov V. Palaeogeography of the Siberian platform during middle Palaeozoic (ca. 450–400 Ma): new palaeomagnetic evidence from Lena and Nyuya rivers // Geophys. J. Int. 2013. V. 194. P. 1412–1440

  59. Ripperdan R.L., Kirschvink J. Paleomagnetic results from the Cambrian-Ordovician boundary section at Black Mountain, Georgina Basin, western Queensland, Australia, In: Global Perspectives on Ordovician Geology / Webby, Laurie (eds). Balkema, Rotterdam. 1992. P. 93–103.

  60. Ripperdan R.L., Magaritz M., Kirschvink J. Carbon isotope and magnetic polarity evidence for non-depositional events within the Cambrian-Ordovician boundary section near Dayangcha, Jilin Province, China // Geol. Mag. 1993. V. 130. P. 443–452.

  61. Shergold J. Timescales calibration and development 1: Cambrian // Austr. Geol. Surv. Org. Rec. 1995. V. 30. P. 1–24.

  62. Smethurst M.A., Khramov A.N., Pisarevsky S. Palaeomagnetism of the Lower Ordovician Orthoceras Limestone, St. Petersburg, and a revised drift history for Baltica in the early Palaeozoic // Geophys. J. Int. 1998. V. 133. P. 44–56.

  63. Torsvik T.H., Trench A. The Lower-Middle Ordovician paleofield of Scandinavia: southern Sweden “revisited”. PEPI. 1991a. V. 65. P. 283–291.

  64. Torsvik T.H., Trench A. Ordovician magnetostratigraphy: Llanvirn-Caradoc limestones of the Baltic platform // Geophysical. J. International. 1991b. V. 107. P. 171–184.

  65. Trench A., McKerrow W.S., Torsvik T.H. Ordovician magnetostratigraphy: a correlation of global data // J. Geological Society, London. 1991. V. 148. P. 949–957.

  66. Torsvik T.H., Trench A., Lohmann K.C., Dunn S. Lower Ordovician reversal asymmetry: artifact of remagnetization or non-dipole field disturbance // J. Gephysical research. 1995a. V. 100. № B9. P. 17885–17898.

  67. Torsvik T.N., Tait J., Moralev V.M., McKerrow W.S., Sturt B.A., Roberts D. Ordovician paleogeography of Siberia and adjacent continents // Geological Society. London. 1995b.V. 152. P. 279–287.

  68. Torsvik T.H., Meert J.G., Smethurst M.A. Polar wander and the Cambrian. 1998. Science. V. 279. P. 9a. Technical comment. www.sciencemag.org.

  69. Ogg J.G., Ogg G., Gradstein F.M. A Concise Geologic Time Scale: Amsterdam, Elsevier. 2016. 240 p.

  70. Wogogob excursion guide. St. Peterburg, Russia. Uppsala University, departement of Historical geology and paleontology / Ed. Leonid E. Popov. 1997. 24 p.

  71. Yang Z., Otofuji Y., Sun Z., Huang B. Magnetostratigraphic constraints on the Gondwana origin of North China: Cambrian-Ordovician boundary results // Geophys. J. Int. 2002. V. 151. P. 1–10.

Дополнительные материалы отсутствуют.