CC BY
9
УДК 552.147
А.И. Рыбкина1, Ю.В. Ростовцева2
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЦИКЛИЧНОСТЬ ВЕРХНЕМЭОТИЧЕСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ПАРАТЕТИСА (разрез мыса Железный Рог, Тамань)
Впервые с помощью методов циклостратиграфии в верхнемэотических отложениях разреза мыса Железный Рог (Тамань, Восточный Паратетис) выявлена астрономическая цикличность. По результатам спектрального анализа данных магнитной восприимчивости пород и на основе пиковых значений Lomb-Scargle- и REDFIT-периодограмм в изучаемых толщах выделен цикл длиной от 7,1 до 8,9 м. Этот цикл сопоставляется с периодом колебаний угла наклона земной оси к плоскости ее орбиты протяженностью 41 000 лет. Полученные данные подтверждают представления о соответствии верхнемэотических отложений большей части хрона C3An и длительности позднего мэотиса не более 700—750 тыс. лет.
Ключевые слова: мэотис, Восточный Паратетис, мессиний, магнитная восприимчивость, инсоляция, циклостратиграфия.
For the first time the astronomically-tuned cyclicity was determined using cyclostratigraphy methods in Upper Maeotian sediments of the Zhelezniy Rog section (Taman, Eastern Paratethys). As a result of the spectral analysis of the magnetic susceptibility data, according to the peak amounts of Lomb-Scargle and REDFIT peridiograms, the cyclicity from 7,1 to 8,9 m was established. These cycles are comparable with the period of oscillations of the Earth's axis angle to the plane of its orbit which corresponds to 41 000 years. Our results confirm the idea of the duration of Upper Maeotian sediments not exceeding 700—750 kyr and its correlation with the most considerable part of the chron C3An.
Key words: Maeotian, Eastern Paratethys, Messinian, magnetic susceptibility, solar forcing, cy-clostratigraphy.
Введение. В настоящее время для решения многих геологических задач используют методы циклостратиграфии. Эти методы, описание которых приводится, например, в работе А. Фишера с соавт. [Fischer et al., 1990], в сочетании с данными комплексных литологи-ческих исследований позволяют точнее реконструировать режим осадконакопления в прошлом [Weedon, 2003]. Верхнемэотические отложения Тамани (Восточный Паратетис) ранее не анализировались методами циклостратиграфии, хотя изучены достаточно хорошо. Проблемой остается определение положения верхнемэотических отложений Восточного Парате-тиса в общей стратиграфической шкале.
В последней редакции стратиграфической неогеновой шкалы для южных регионов европейской части России [Невесская и др., 2004] мэотис отвечает верхам тортона. Однако по новым палеомагнитным и палеонтологическим данным относительный возраст нижней и верхней границ мэотиса оценивается в -7,6 и 6,1 млн л.н. соответственно [Radionova et al., 2012]. Граница между нижне- и верхнемэотическими отложениями сопоставляется с уровнем смены хронов C3Ar и C3An [Radionova et al., 2012], который датиру-
ется -6,733 млн л.н. [A geological time scale, 2012]. Согласно этим данным, мэотис сопоставим с нижней частью мессиния, а верхнемэотические отложения могут отвечать верхней части формации Триполи в Средиземноморье.
Выявление циклического строения верхнемэоти-ческих отложений Тамани, отражающего действие процессов астрономического масштаба, безусловно способствовало бы решению спорных вопросов, касающихся стратиграфии этих толщ. Необходимо отметить, что рассматриваемые отложения детально изучены палеомагнитными методами, что позволяет обоснованнее использовать возможности циклостра-тиграфии.
Материалы и методы исследований. Объект изучения — верхнемэотические отложения, вскрытые в разрезе мыса Железный Рог и ранее детально исследованные как палеонтологическими, палеомагнитными, так и литологическими методами [Андрусов, 1903; Tru-bikhin, 1989; Попов, Застрожнов, 1998; Филиппова, 2002; Певзнер и др., 2003; Ростовцева, 2009а, б; Va-siliev et al., 2011; Radionova et al., 2012] (рис. 1).
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра литологии и морской геологии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизический центр Российской академии наук, аспирантка; e-mail: [email protected]
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра литологии и морской геологии, профессор; e-mail: [email protected]
Рассматриваемые толщи мощностью -80—85 м представлены глинами, в которых встречаются прослои диатомитов и единичный пласт (до 0,1 м) детри-тового известняка. В основании верхнемэотических отложений прослеживается слой глинистой брекчии мощностью от 8 до 10 м. Между понтическими и мэоти-ческими отложениями выделяются переходные слои с моновидовым комплексом диатомей Actinocyclus octonarius. Описываемые отложения изучены на нескольких интервалах разреза, имеющих протяженность 18, 6 и 23 м. В ходе работ также проанализированы кровельная часть нижнемэотических отложений (11 м) и переходные слои между понтом и мэотисом, содержащие Actinocyclus octonarius (30 м). В сравнительных целях исследованы локально вскрытые участки разреза, где мощность выходящих на поверхность отложений составляет несколько метров.
Для выявления циклического строения толщ на рассматриваемых интервалах разреза выполнены замеры магнитной восприимчивости пород. Измерения проводили вдоль разреза (вкрест простирания слоев) через каждые 20±1—2 см с помощью полевого каппа-метра КТ-5 («Geofyzika BRNO», Чехия). В каждой точке делали 3 замера, всего получено 1344 значения.
В лабораторных условиях данные магнитной восприимчивости пород проанализированы статистическими методами с использованием программного обеспечения PAST [Hammer et al., 2001], позволяющего получать Lomb-Scargle- и REDFIT-периодо-граммы [Schulz, Mudelsee, 2002], а также разработанной для компьютеров линейки Macintosh программы AnalySeries [Paillard et al., 1996].
Затем выполнен термомагнитный анализ 5 образцов пород, равномерно отобранных по разрезу, с использованием каппаметра «Multi-Function Kappa-bridge» (AGICO, Чехия) в лаборатории кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В результате этих исследований установлено, что основной носитель намагниченности в изучаемых отложениях представлен сульфидом железа, в основном пирротином.
Результаты исследований и их обсуждение. В рассматриваемых верхнемэотических отложениях значения магнитной восприимчивости пород варьируют от 0,01 до 0,45 • 10-3 ед. СИ. Намагниченность глин составляет (0,05 • 0,45) • 10-3 ед. СИ, преимущественно она колеблется от 0,07 • 10-3 до 0,17 • 10-3 ед. СИ. В этих породах также отмечаются и наиболее высокие значения магнитной восприимчивости — (0,20 • 0,45) • 10-3 ед. СИ, ее минимальные значения присущи прослоям диатомитов и известняка — (0,01 • 0,05) • 10-3 ед. СИ. Изучаемые отложения характеризуются разной величиной намагниченности глин. В целом большей намагниченностью отличаются глины, залегающие в кровле нижнемэотических и в нижней части верхне-мэотических отложений. Глины верхней части верх-немэотического разреза по сравнению с другими рассматриваемыми отложениями характеризуются более
Рис. 1. Положение, общий вид и стратиграфическое расчленение верхнемэотических отложений Восточного Паратетиса (разрез мыса Железный Рог, Тамань). Номера слоев по [Ростовцева, 2009а]
низкой намагниченностью. Промежуточными значениями намагниченности отличаются глины переходных слоев с моновидовым комплексом диатомей Actinocyclus octonarius.
Данные спектрального анализа эквидистантных рядов данных магнитной восприимчивости изучаемых пород показали, что во всех рассмотренных интервалах разреза выделяется несколько сходных циклов. На Lomb-Scargle- и REDFIT-периодограммах, построенных на основе анализируемых данных, прослеживаются три интервала с хорошо выраженными пиковыми значениями (рис. 2). В одном из этих интервалов пиковое значение превышает уровень доверия, что указывает на статистическую значимость и высокую степень достоверности соответствующего цикла. В рассматриваемом интервале выделяется цикл, длина которого в зависимости от анализируемой части разреза варьирует от 7,1 до 8,9 м (рис. 2). Такая разная длина этого цикла, скорее всего, связана с изменчивостью скорости седиментации — с более интенсивным накоплением осадков или с некоторым снижением скорости формирования отложений. Соответственно скорость седиментации в начале позднего мэотиса была выше, чем в конце мэотиса и начале понта. Известно,
Циклы, м
Циклы, м
Рис. 2. Lomb-Scargle-периодограммы (А, В, Д, Ж) и REDFIT-периодограммы (Б, Г, Е, З) спектрального анализа данных магнитной восприимчивости верхнемэотических пород разреза мыса Железный Рог, Тамань: А, Б — переходные слои между мэотисом и понтом с Actinocyclus octonarius, интервал разреза 30 м (слой 38); В, Г — интервал разреза 23 м (слои 33—34); Д, Е — интервал разреза 18 м (слой 28); Ж, З — кровля нижнего мэотиса, интервал разреза 11 м (слои 24—25). Положение слоев см. на рис. 1
что в начале позднего мэотиса произошло обмеление и значительное опреснение Восточного Паратетиса. В это время в рассматриваемую часть бассейна поступало большое количество тонкой взвеси речного стока [Ростовцева, 20096], что обусловило увеличение ско-
рости седиментации. Более высокая намагниченность нижней части верхнемэотических отложений также может быть связана с регрессивной стадией, отмечаемой в это время. В конце мэотиса и начале понта развитие морской трансгрессии привело к уменьше-
нию количества терригенной взвеси, поступающей в изучаемую область бассейна, что определило снижение темпа осадконакопления.
Согласно новым данным комплексных палеонтологических и стратиграфических исследований [Radionova et al., 2012], верхнемэотические отложения характеризуются прямой намагниченностью и коррелируют с большей частью хрона C3An магни-тостратиграфической шкалы [Berggnen et al., 1995]. В нижней части понтических отложений отмечена смена полярности намагниченности пород, понтиче-ские отложения с обратной намагниченностью сопоставляют с хроном C3r [Trubikhin, 1989; Vasiliev et al., 2011; Radionova et al., 2012].
Возраст нижней и верхней границ хрона C3An с учетом радиометрических, палеонтологических и циклостратиграфических данных оценивается в ~6,733 и 6,033 млн л.н. соответственно [A geological time scale, 2012]. Периоду времени -700 тыс. лет в разрезе мыса Железный Рог отвечают отложения мощностью около 130 м. Скорость седиментации в то время в среднем составляла -0,19 мм/год (в прибрежной зоне Черного моря обычная скорость седиментации колеблется в пределах 0,1—0,4 мм/год [Фролов, 1992]). Установленный цикл, отвечающий отложениям мощностью от 7,1 до 8,9 м (в среднем -8 м), соответствует периоду -41 176—43 750 л.н., т.е. в целом сопоставим с колебаниями угла наклона земной оси к плоскости ее орбиты (~41 000 лет).
Эквидистантные ряды данных магнитной восприимчивости рассматриваемых пород были обработаны с помощью программы AnalySeries, позволяющей использовать разложение Гаусса и пиковые значения, выявленные по Lomb-Scargle-периодограммам. Цикл с изменчивостью длины от 7,1 до 8,9 м выбран за основу как наиболее статистически значимый. Полученные при этом графики колебаний сопоставлены с кривой изменения эксцентриситета орбиты Земли [Laskar et al., 2004] с учетом имеющихся возрастных датировок рассматриваемых отложений. Сопоставление проводилось как при условии постоянной скорости седиментации, так и меняющейся во времени (рис. 3).
Полученные данные в последнем случае представляются более аргументированными. При этом переходные слои между мэотисом и понтом с моновидовым комплексом диатомей Actinocyclus octonarius
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Андрусов Н.И. Геологическое исследование на Таманском полуострове // Мат-лы для геологов России. 1903. Т. 21, вып. 2. С. 257-383.
Невесская Л.А., Коваленко Е.И., Белуженко Е.В. и др. Объяснительная записка к унифицированной региональной стратиграфической схеме неогеновых отложений южных регионов европейской части России. М.: ПИН РАН, 2004. 83 с.
Певзнер М.А., Семененко В.Н., Вангенгейм Э.А. Положение понта Восточного Паратетиса в магнитохронологиче-
в большей степени сопоставимы с интервалом кривой изменения эксцентриситета орбиты Земли, отвечающим периоду с 6350 по 6150 тыс. л.н. (рис. 3). При этом одному циклу, связанному с колебаниями эксцентриситета орбиты Земли, соответствует интервал разреза мощностью около 15 м. Это хорошо согласуется с тем, что вышележащие понтические отложения с прямой намагниченностью мощностью -20-25 м соответствуют более чем одному циклу (рис. 3).
По характеру кривой изменения эксцентриситета орбиты Земли ожидаемые колебания с большей интенсивностью, отмечаемые с 6730 по 6600 тыс. л.н., наблюдаются также в основании верхнемэотических отложений (рис. 3).
Полученные данные об астрономической цикличности верхнемэотических отложений свидетельствуют в пользу соответствия этих толщ большей части хрона С3Ап и хорошо согласуются с представлениями о характере изменчивости инсоляции в конце миоцена.
Выводы. 1. Верхнемэотические отложения разреза мыса Железный Рог впервые исследованы методами циклостратиграфии, применение которых позволило получить новые данные, способствующие уточнению геохронологии верхнемиоценовых толщ Восточного Паратетиса.
2. В верхнемэотических отложениях выявлен цикл длиной от 7,1 до 8,9 м, сопоставимый с периодом колебания угла наклона земной оси к плоскости ее орбиты (-41 000 лет).
3. Переходные слои между мэотисом и понтом с моновидовым комплексом диатомей Actinocyclus octonarius лучше всего сопоставляются с интервалом кривой изменения эксцентриситета орбиты Земли, отвечающим периоду с 6350 по 6150 тыс. л.н.
4. Результаты исследований свидетельствуют в пользу точки зрения о соответствии верхнемэотических отложений большей части хрона С3Ап магнитостра-тиграфической шкалы и длительности позднего мэо-тиса не более 700-750 тыс. лет.
Авторы статьи выражают искреннюю признательность Н.В. Лубниной, О.В. Пилипенко, Р.В. Ве-селовскому за научные консультации и техническую поддержку исследований, а также А.К. Керн (Государственный музей естественной истории Штутгарта, Германия) за неоценимую помощь в освоении методов циклостратиграфии.
ской шкале // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2003. Т. 11, № 5. С. 72-81.
Попов С.В., Застрожнов А.С. Опорные разрезы неогена Восточного Паратеиса (Таманский полуостров) // Путеводитель экскурсии. Волгоград; Тамань, 1998. 27 с.
Ростовцева Ю.В. Послойное описание верхнемиоценовых отложений разреза мыса Железный Рог Таманского полуострова (Восточный Паратетис) // Актуальные проблемы неогеновой и четвертичной стратиграфии и их обсуждение на 33-м Международном геологическом конгрессе
Рис. 3. Результаты анализа данных магнитной восприимчивости верхнемэотических пород разреза мыса Железный Рог, Тамань: I — номера
слоев по [Ростовцева, 2009а], II — литологическая колонка. Литологические типы пород: 1 — детритовый известняк; 2—4 — глины: 2 — алевритистые, 3 — алевритистые и известковые, 4 — диатомовые; 5 — диатомит (А, 8Р, СИ по [Каёюпоуа Ы а1., 2012]); 6 — глинистая брекчия; 7 — вулканический пепел; 8 — предполагаемые уровни внутриформационных размывов. Показана кривая изменения эксцентриситета с учетом меняющейся (А) и постоянной (Б) во времени
скорости седиментации: К — магнитная восприимчивость
(Норвегия, 2008 г.): Мат-лы Всеросс. науч. совещ. М.: ГЕОС, 2009а. С. 109-114.
Ростовцева Ю.В. Фации верхнего мэотиса Таманского прогиба // Литология и полезные ископаемые. 20096. № 6. С. 531-543.
Филиппова Н.Ю. Споры, пыльца и органикостенный фитопланктон из неогеновых отложений опорного разреза Железный Рог (Таманский полуостров) // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2002. Т. 10, № 2. С. 80-93.
Фролов В.Т. Литология: Учеб. пособие. Кн. 1. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. С. 193.
A geological time scale. 2012. Vol. 2. Set. Cambridge University Press, 2012. 949 p.
Berggnen W.A., Kent D.V., Swisher C.C., Aubry M.-P. A revised Cenozoic geochronology and chronostratigraphy // Soc. Sediment. Geol. Spec. Publ. 1995. Vol. 54. P. 129-212.
Fischer A.G., Boer P.L. de, Premoli Silva I. Cyclostrati-graphy // Cretaceous, Resources, Events and Rhythms / Ed. by R.N. Ginsburg. Dordrecht, 1990. P. 139-72.
Hammer 0., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontologi-cal statistics software package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. Vol. 4, N 1. 9 p.
Laskar J., Robutel P., Joutel F. et al. A long term numerical solution for the insolation quantities of the Earth // Astronomy and Astrophysics. 2004. Vol. 428. P. 261-285.
Paillard D., Labeyrie L., Yiou P. Macintosh program performs timeseries analysis // Transact. Amer. Geophys. Un. 1996. Vol. 77. 379 p.
Radionova E.P., Golovina L.A., Filippova N.Yu. et al. Middle-Upper Miocene stratigraphy of the Taman peninsula, Earsten Paratethys // Centr. Europ. J. Geos. 2012. Vol. 4, N 1. P 188-204.
Schulz M., Mudelsee M. REDFIT: estimating red-noise spectra directly from unevenly spaced paleoclimatic time series // Computers & Geosciences. 2002. Vol. 28. P. 421-426.
Trubikhin V.M. Paleomagnetic data for the Pontian // Chronostratigraphie and Neostratotypen. Zagreb; Beograd, 1989. Bd. 8. P. 76-79.
Vasiliev I., losifidi A.G., Khramov A.N. et al. Magneto-stratigraphy and radio-isotope dating of upper Miocene-lower Pliocene sedimentary successions of the Black Sea Basin (Taman Peninsula, Russia) // Palaeogeog. Palaeoclim. Palaeoecol. 2011. Vol. 310. P. 163-175.
Weedon G.P. Time series analysis and cyclostratigraphy. Cambridge University Press, 2003. 260 p.
Поступила в редакцию 11.03.2014
